Относящийся к опорам качения упорный шарикоподшипник – это распространенная в современной механике деталь, предназначенная для восприятия исключительно осевой нагрузки. Двухрядные модели могут воспринимать разнонаправленные усилия вдоль оси, но при этом даже небольшой радиальный тип нагрузки им противопоказан из-за особенностей конструкции. Изделие применяется в узлах, работающих при относительно небольших нагрузках и невысокой частоте вращения.

Устройства и особенности упорных подшипников

Предназначенный для односторонней осевой нагрузки шарикоподшипник упорный однорядный состоит из тугого, устанавливаемого на вал и свободного, монтируемого в корпус, кольца. Между ними находятся шарообразные тела, обеспечивающие качение, а также сепараторы. Одинарный подшипник такого типа изготавливается разборным, что значительно упрощает его монтаж на вал и в корпус механизма. Свободное кольцо этих упорных деталей может иметь не только плоскую, но сферическую опорную поверхность. Такие шарикоподшипники могут компенсировать небольшой перекос вала относительно поверхности корпуса, на которую опирается узел вращения.

Раньше для сборки узла вращения с разнонаправленными осевыми нагрузками, применяли два упорных подшипника, которые монтировали по особой схеме. Такой тандем работал как единая опора и обеспечивал достаточную эффективность и надежность. Но эта система имела ряд важных недостатков, среди которых наиболее существенными можно считать удорожание узла, увеличение его габаритов и усложнение монтажа и обслуживания. 

Сегодня для двухсторонних упорных нагрузок чаще используют упорные шарикоподшипники двухрядные, компактные и недорогие. У этих опор одно центральное тугое и два свободных кольца, каждое со своим комплектом шариков и сепараторов. Также как и однорядные модели, они могут использоваться лишь для упорных нагрузок. Конструкция этих изделий также разборная, для упрощения монтажа. Подшипник радиальный шариковый с двумя рядами тел качения не относится к опорам, используемым в узлах с высокой частотой вращения. Это ограничение связано с тем, что при серьезных центробежных нагрузках шарики таких опор могут покинуть дорожки, что вызовет разрушение опоры.

В тех узлах вращения, где кроме осевых сил присутствует радиально направленная нагрузка, применяют радиально упорные шарикоподшипники. Он упорных они отличаются распределением нагрузок внутри детали – комбинированная упорно-радиальная сила действует на шарики под углом и передается на дорожки с массивными бортами. Угол контакта тел качения с дорожкой – одна из важнейших характеристик такой опоры, так как от него зависит величина осевой или радиальной силы, с которой может работать деталь. Как правило, к материалам и точности упорно-радиальных изделий предъявляют особенно жесткие требования. Это связано с тем, что они работают при более высоких скоростях, а их конструкция на порядок сложнее, чем у обычных упорных. 

Когда возникает вопрос, какую нагрузку воспринимают шарикоподшипники упорные того или иного типа, важно помнить, что компромисс недопустим и модели для работы с осевыми силами быстро разрушатся там, где к ним будет приложена радиальная нагрузка. Материал колец и сепараторов упорных деталей менее прочен чем упорно-радиальных – это обеспечивает некоторую экономию, в ущерб надежности. Для изготовления колец и тел качения применяют высокоуглеродные хромистые стали. Если нужно, чтобы кольцо обладало особым запасом прочности, его, как и шарик, изготавливают из особых сортов стали, из состава которых различными методами выводят неметаллические включения. Это обеспечивает высокую однородность металла и отсутствие в нем негативных внутренних напряжений.

Сепараторы упорных и упорно-радиальных подшипников обычно литые и массивные. Их изготавливают из следующих материалов:

• Латунь;
• Полиамид;
• Текстолит.

Наиболее прочные, но при этом и самые дорогостоящие модели выпускаются с латунными литыми сепараторами. Полиамид – отличный материал для опор, размер которых относительно невелик. Этот полимер очень стоек к истиранию, но имеет существенный недостаток – боится нагревания выше +120°С. Текстолит по своим эксплуатационным свойствам занимает промежуточную позицию между латунью и полиамидом и упорный шариковый подшипник с сепаратором из этого материала отлично показывает себя там, где нагрузки и температуры умеренны.

Применение упорных шариковых подшипников

Востребованы эти опоры в приборостроении, автомобильной индустрии и машиностроении. Часто их используют в домкратах, червячных и глобоидных передачах и вращающихся центрах металлообрабатывающих станков, системах сцепления, поворотных опорах. Следует учитывать, что с большими валами и серьезными нагрузками лучше себя показали роликовые модели, в которых нагрузка от тел качения к дорожкам колец передается не точечно, а вдоль линии.

Следует помнить, что срок службы упорного подшипника напрямую зависит не только от его качества, но и от того, насколько профессионально был проведен монтаж. Внутреннее тугое кольцо устанавливается на вал внатяг, что подразумевает максимально точный подбор изделия в соответствие со всеми допусками. Иногда при сборке особо точного узла берут несколько шт. одинаковых деталей и выбирают из них ту, которая максимально точно «сядет» на вал и в корпус. 

Во избежание проблем в процессе эксплуатации нельзя использовать ударные методы воздействия, а также передавать нагрузку от кольца к кольцу через тела качения. Оптимальным способом установки является метод напрессовки при помощи специальных механических, гидравлических и пневматических прессов, равномерно воздействующих на монтируемое кольцо по всей его окружности. Также важно помнить, что, как и любой шариковый подшипник, упорные и упорно-радиальные изделия очень требовательны к соблюдению чистоты при установке и в процессе эксплуатации, а также к качеству смазки.