Упорный подшипник служит опорой вращающейся оси или вала и воспринимает преимущественно осевые нагрузки. По стандартам ГОСТ такой узел фиксирует положение вала в осевом направлении и передает нагрузку на корпус механизма.
Ключевые особенности:
- Воспринимают нагрузку вдоль оси вращения.
- Состоят из тугого кольца на валу, свободного кольца в корпусе и сепаратора с телами качения.
- Бывают одинарными (односторонними) и двойными (двусторонними).
- Требуют особых условий смазывания при высоких частотах вращения из-за центробежных сил.
Устройство и принцип работы
Конструкция упорного подшипника качения отличается от радиальных аналогов. Стандартный узел включает несколько элементов:
- Тугое кольцо монтируется на вал с натягом и вращается вместе с ним.
- Свободное кольцо устанавливается в опорный корпус механизма с зазором и остается неподвижным.
- Сепаратор удерживает тела качения на заданном расстоянии друг от друга и предотвращает их взаимное трение.
- Тела качения (шарики или ролики) передают нагрузку между кольцами.
При приложении осевого усилия нагрузка передается от вала через тугое кольцо на тела качения, затем на свободное кольцо и корпус. Эта кинематика снижает трение при вращении тяжелонагруженных вертикальных или горизонтальных валов.
Инженерное правило. При проектировании узла и подготовке документации (включая чертеж на упорный подшипник) необходимо закладывать радиальный зазор между валом и свободным кольцом. Это исключает заклинивание при температурных расширениях.
Конструкция упорного подшипника
Наглядное представление основных деталей, из которых состоит узел.
Отличие упорного подшипника от опорного
Пользователи часто ищут «опорный и упорный подшипник отличие» при подборе комплектующих. Термин «опорный» в ГОСТ не закреплен как самостоятельный класс. Обычно под ним подразумевают классический радиальный подшипник, который служит опорой вала.
Радиальный (опорный) подшипник
Воспринимает нагрузку, направленную перпендикулярно оси вала. Кольца расположены концентрично (одно внутри другого). Применяется в редукторах, электродвигателях, колесных ступицах.
Упорный подшипник
Воспринимает нагрузку, направленную параллельно оси вала. Кольца расположены параллельно друг другу (одно над другим). Применяется в домкратах, вертикальных центрифугах, экструдерах.
Существует комбинированный вариант. Радиально-упорный подшипник (или опорно упорный подшипник) представляет собой узел, способный одновременно воспринимать радиальные и осевые векторы сил за счет смещенных дорожек качения.
| Характеристика | Радиальный (опорный) | Упорный | Радиально-упорный |
|---|---|---|---|
| Основной вектор нагрузки | Перпендикулярно оси | Вдоль оси | Комбинированный |
| Расположение колец | Внутреннее и наружное | Тугое и свободное (торцевые) | Внутреннее и наружное (со смещением) |
| Предельная частота вращения | Высокая | Низкая / Средняя | Высокая |
Классификация и виды
В зависимости от направления воспринимаемой нагрузки выделяют одинарные (воспринимают осевую силу в одном направлении) и двойные (в обоих направлениях) подшипники. По типу тел качения классификация включает:
- Шариковые применяются при умеренных осевых нагрузках и средних скоростях.
- Цилиндрические роликовые обладают высокой жесткостью и грузоподъемностью, не допускают перекосов вала.
- Конические роликовые выдерживают экстремальные осевые удары.
- Сферические роликовые способны компенсировать угловые перекосы вала относительно корпуса (до 3 градусов) благодаря сферической дорожке качения на свободном кольце.
Упорный подшипник скольжения (подпятник)
Отдельную категорию составляет упорный подшипник скольжения, исторически называемый подпятником. В нем отсутствуют тела качения. Нагрузка передается через слой смазки между скользящими поверхностями. Для тяжелого машиностроения (гидрогенераторы, судовые валы) применяются гидродинамические и гидростатические подпятники (например, конструкции Митчелла или Кингсбери) с сегментными колодками, которые автоматически устанавливаются под нужным углом для образования несущего масляного клина.
Инженерный расчет и выбор
Проектирование и подбор регламентируются стандартами ГОСТ (например, ГОСТ 7872-89 для шариковых одинарных, ГОСТ 831-75) и ISO. Основным критерием выбора выступает расчет эквивалентной динамической осевой нагрузки и базового ресурса.
Для сферических роликовых упорных подшипников, способных воспринимать небольшую радиальную нагрузку, эквивалентная динамическая нагрузка рассчитывается по формуле:
Где:
- P_a обозначает эквивалентную динамическую осевую нагрузку (Н);
- F_a обозначает фактическую осевую нагрузку (Н);
- F_r обозначает фактическую радиальную нагрузку (Н) (при условии F_r ≤ 0.55 F_a).
Базовый ресурс (долговечность) в миллионах оборотов вычисляется так:
Здесь C_a обозначает базовую динамическую осевую грузоподъемность (указывается в каталогах), а p является показателем степени (3 для шариковых, 10/3 для роликовых).
Особенности эксплуатации и смазывания
Специфика работы упорных подшипников качения на высоких скоростях связана с действием центробежных сил. При быстром вращении центробежная сила отбрасывает смазочный материал от центра к периферии, что может привести к масляному голоданию внутренних дорожек качения и сепаратора.
Для решения этой проблемы применяют:
- Подачу жидкого масла под давлением непосредственно в зону контакта (циркуляционная система).
- Использование специальных массивных сепараторов из латуни или полиамида, удерживающих смазку.
- Ограничение максимальной частоты вращения (упорные подшипники всегда более тихоходны, чем радиальные аналогичного размера).
