Подшипник 6210 C3 выходит с завода с радиальным зазором от 18 до 36 микрометров. После монтажа с натягом и прогрева большая часть этого зазора исчезает ещё до выхода машины на установившуюся рабочую температуру. Разница между заказанным и фактическим рабочим зазором объясняет, зачем нужны группы внутреннего зазора, и именно здесь возникает большинство ошибок при выборе.
Радиальный внутренний зазор (РВЗ) — это суммарное радиальное перемещение одного кольца относительно другого до монтажа и без нагрузки. ISO 5753-1 разделяет его на группы от меньшего до большего. Руководство приводит фактические значения в микрометрах для распространённого диаметра отверстия, показывает уменьшение зазора из-за посадки с натягом и рабочей температуры, разбирает полный пример расчёта и формулирует правило выбора группы. Если сначала нужно расшифровать суффикс C3 на кольце, начните с нашего руководства по чтению обозначения подшипника.
Ключевые выводы
- Группы радиального внутреннего зазора расположены в порядке C2 < CN (нормальный) < C3 < C4 < C5 по ISO 5753-1. В DIN 620-4 они определены так же, поэтому обозначения совпадают в обоих стандартах.
- CN — это значение по умолчанию, и оно не имеет суффикса. Код появляется только для группы, отличной от нормальной, например
6210 C3. Более высокая группа зазора означает больший заводской зазор, а не худшее качество.- Рабочий зазор меньше заказанного. Посадка с натягом уменьшает зазор примерно на 70–90 % эффективного натяга в соединении, а более горячее внутреннее кольцо дополнительно сокращает его. Расчётная зависимость: Δe = Δ0 − δf − δt.
- Стремитесь к слегка положительному рабочему зазору. Усталостный ресурс достигает максимума при слегка отрицательном значении, но конструкторы держатся чуть выше нуля, поскольку отрицательный зазор создаёт предварительный натяг, нагрев и опасность заклинивания.
- Выбирайте группу исходя из посадки и температуры, а не по привычке. Посадка с натягом и высокая рабочая температура требуют большего начального зазора (C3, C4 или CM), а лёгкая посадка и малошумный режим могут потребовать уменьшенного зазора C2.
Что такое радиальный внутренний зазор?
Радиальный внутренний зазор — это суммарное радиальное перемещение одного кольца относительно другого из одного крайнего положения в другое до монтажа подшипника и без нагрузки. ISO 5753-1 задаёт группы от C2 с уменьшенным зазором через CN, C3 и C4 до C5 с увеличенным зазором; редко используемая C1 имеет зазор меньше C2. CN находится посередине и применяется по умолчанию, если при заказе не указан суффикс зазора.
Два момента часто вызывают путаницу. Во-первых, обозначение CN на кольцо не наносят. Код зазора указывают только для группы, отличной от нормальной, поэтому 6210 означает CN, а 6210 C3 — тот же типоразмер с увеличенным зазором. Это соответствует логике суффиксов в нашем руководстве по обозначениям подшипников. Код зазора одинаков у SKF, NSK, NTN и FAG, поскольку основан на ISO, а не на стандарте конкретного производителя. Во-вторых, эта шкала относится к радиальному зазору. Радиально-упорные и конические роликовые подшипники регулируют по осевому зазору или предварительному натягу; для четырёхточечных типов осевой зазор определён в ISO 5753-2. Такие подшипники устанавливают с отрегулированным осевым зазором или предварительным натягом, а не выбирают по группе радиального зазора.
Именно эта переносимость делает зазор самым простым для проверки уровнем подбора, а собственные суффиксы уплотнений и сепараторов — самым сложным; в нашем руководстве по перекрёстному подбору подшипников разобраны все три уровня.
Отдельно стоит отметить CM — суженный диапазон зазора для подшипников электродвигателей. При хорошо известных посадках и температурах меньший разброс рабочего зазора помогает снизить шум двигателя. Для этого применения CM представляет собой подобранный на заводе диапазон между CN и C3.
Таблица зазоров от C2 до C5 (мкм для отверстия 50 мм)
Группы зазора задаются диапазонами, а не единичными значениями, и эти диапазоны перекрываются. Для радиального однорядного шарикового подшипника 6210 (отверстие 50 мм, наружный диаметр 90 мм) значения по ISO 5753-1 приведены ниже и воспроизведены в инженерном каталоге NTN (каталог 2203, таблица 8.8). Подшипник C3 у нижней границы диапазона может иметь тот же зазор, что подшипник CN у верхней границы. Поэтому C3 имеет больший зазор только при сравнении групп, но не обязательно двух конкретных подшипников.
Диапазоны зависят от диаметра отверстия, поэтому всегда выбирайте строку для фактического типоразмера. В таблице рядом со значениями для отверстия 50 мм приведён следующий диапазон отверстий для сравнения.
| Диапазон отверстия | C2 | CN (нормальный) | C3 | C4 | C5 |
|---|---|---|---|---|---|
| свыше 40 до 50 мм (напр. 6210) | 1–11 | 6–23 | 18–36 | 30–51 | 45–73 |
| свыше 50 до 65 мм | 1–15 | 8–28 | 23–43 | 38–61 | 55–90 |
Значения радиального внутреннего зазора в мкм по ISO 5753-1 (каталог NTN 2203, таблица 8.8).
Группа зазора — это не класс точности
Внутренний зазор и точность — две независимые характеристики, регулируемые разными стандартами; их смешение — самое распространённое заблуждение в этой теме. Внутренний зазор (C2–C5 по ISO 5753-1) определяет взаимное перемещение колец. Класс точности (P0, P6, P5 и шкала ABEC по ISO 492 и ANSI/ABMA 20) задаёт допуски диаметра отверстия, наружного диаметра и ширины, а также точность вращения.
Обозначение C3 ничего не говорит о классе ABEC. Эти параметры независимы и могут свободно сочетаться. Обозначение
6205 C3 P5задаёт подшипник с радиальным зазором больше нормального и высокой точностью вращения. Ошибочный заказ C3 вместо требуемой точности P5 или переплата за P5, когда нужно изменить только зазор, возникают из-за смешения двух шкал.
Если нужно подтвердить, какой зазор фактически у бывшего в употреблении или немаркированного подшипника, остаточный зазор можно проверить щупом на смонтированном подшипнике. Наше руководство по измерению подшипника описывает этот путь. О практической разнице между классами точности и о том, когда действительно нужен P5 или выше, читайте в нашем руководстве по классам точности ABEC.
Почему рабочий зазор меньше заказанного
Работу подшипника определяет не каталожное значение, а рабочий (эффективный) зазор, оставшийся после монтажа и выхода на рабочую температуру. Посадка и нагрев уменьшают начальный зазор по простой зависимости (каталог NTN 2203, формула 8.1):
Δe = Δ0 − δf − δt
Здесь Δ0 — начальный зазор из каталога, δf — уменьшение из-за посадки с натягом, а δt — уменьшение из-за разницы температур между кольцами. Это даёт три отдельных состояния: начальный зазор до монтажа, остаточный зазор после монтажа с заданной посадкой и рабочий зазор после того, как подшипник прогреется под нагрузкой. NSK описывает ту же последовательность от начального к остаточному и эффективному зазору.
Уменьшение из-за посадки (δf). При посадке внутреннего кольца с натягом на вал оно расширяется, а при запрессовке наружного кольца в корпус — сжимается. В обоих случаях внутренний зазор уменьшается. По данным NTN это уменьшение составляет примерно 70–90 % эффективного натяга (формула 8.2) — точная формулировка распространённого, но часто приводимого без источника правила «около 80 %». Увеличение натяга улучшает фиксацию и снижает риск проворачивания кольца, но требует большего начального радиального зазора.
Уменьшение из-за нагрева (δt). В большинстве машин внутреннее кольцо нагревается сильнее наружного, обычно на 5–10 °C, поскольку оно ближе к источнику тепла и хуже отводит тепло. Внутреннее кольцо расширяется больше наружного, и зазор уменьшается. SKF рассчитывает это уменьшение по формуле δt = 0,012 × ΔT × dm, где ΔT — перепад температур между кольцами в °C, а dm — средний диаметр подшипника, (d + D) / 2, в миллиметрах. Чем больше перепад температур между кольцами, тем важнее это слагаемое. Поэтому выбор смазки и рабочая температура напрямую влияют на выбор зазора. Подробнее о масляной плёнке и температуре см. в руководстве по смазыванию подшипников.
Разбор примера: от заказа CN до рабочего зазора
Подставим реальные числа. Возьмём 6210 с зазором CN, установленный на вал с натягом и работающий при перепаде температур между внутренним и наружным кольцами 10 °C. Средний диаметр dm равен (50 + 90) / 2 = 70 мм. В расчёте используется условный эффективный натяг 15 мкм; коэффициент посадки и температурная формула взяты из каталогов.
Δ0 (CN, середина диапазона) = 15 мкм
δf (уменьшение из-за посадки с натягом) = 0,80 × 15 ≈ 12 мкм (0,70–0,90 эффективного натяга)
δt (уменьшение при перепаде 10 °C) = 0,012 × 10 × 70 ≈ 8,4 мкм (dm = (50 + 90) / 2 = 70 мм)
Δe = Δ0 − δf − δt = 15 − 12 − 8,4 ≈ −5,4 мкм → ОТРИЦАТЕЛЬНЫЙ ЗАЗОР: подшипник работает с предварительным натягом
Отрицательный результат означает, что тела качения нагружены ещё до приложения внешней нагрузки. Даже у верхней границы диапазона CN (23 мкм) рабочий зазор едва превышает ноль, а у нижней (6 мкм) становится значительно отрицательным. При такой посадке и температуре CN — неверный выбор. Диаграмма ниже показывает уменьшение зазора.
Теперь проведём тот же расчёт посадки и температуры для подшипника C3:
Δ0 (C3, середина диапазона) = 27 мкм
Δe = 27 − 12 − 8,4 ≈ +6,6 мкм → небольшой положительный зазор: целевое значение
Тот же вал и тот же нагрев дают противоположный результат. Поэтому CN не подходит для узла с посадкой с натягом, работающего при повышенной температуре. Но и правило «всегда выбирай C3» ошибочно при лёгкой посадке и умеренной температуре: в таком случае рабочий зазор окажется слишком большим. Группу нужно выбирать по посадке и температуре, как показано далее.
Слишком большой или слишком малый зазор: влияние на ресурс
У рабочего зазора есть оптимум, и отклонение в любую сторону сокращает ресурс. Именно поэтому этот расчёт важен.
Слишком большой зазор расширяет ненагруженную зону, поэтому в каждый момент нагрузку воспринимает меньше тел качения. Это повышает вибрацию и шум и снижает усталостный ресурс, поэтому зазор — один из параметров, рассмотренных в нашем руководстве по шуму подшипников. Слишком малый зазор или отрицательное значение создаёт предварительный натяг тел качения ещё до появления внешней нагрузки, что резко повышает контактное напряжение, выделяет тепло и в худшем случае ведёт к лавинообразному перегреву и заклиниванию. Теоретически усталостный ресурс максимален при слегка отрицательном рабочем зазоре. И всё же конструкторы задают небольшое положительное значение, потому что удерживать отрицательный зазор при реальном разбросе посадок и температур рискованно, как показал разобранный пример.
Эффект зоны нагружения напрямую связан с расчётом грузоподъёмности подшипника. Чем шире ненагруженная дуга, тем меньше тел качения воспринимает рабочую нагрузку. Поэтому рабочий зазор влияет на усталостный ресурс, рассмотренный в статье о динамической и статической нагрузке. При неверно выбранном зазоре отказ обычно проявляется повреждением дорожек качения и аномальным нагревом. В нашем руководстве по повреждениям и отказам подшипников эти признаки рассмотрены в полной классификации ISO 15243, а анализ отказов подшипников стана горячей прокатки показывает их на практическом примере.
Как выбрать группу зазора
Начните с цели: слегка положительный рабочий зазор после монтажа и выхода подшипника на рабочую температуру. Затем по посадке и температурному режиму выберите группу исходного зазора, которая обеспечит этот результат. Схема ниже охватывает типичные случаи.
Отрицательный зазор не всегда является дефектом. Когда он задан намеренно и контролируется, небольшое отрицательное значение называют предварительным натягом; его используют в радиально-упорных и конических роликовых подшипниках, чтобы повысить жёсткость вала и устранить люфт. Для таких подшипников задают осевой предварительный натяг, а не группу радиального зазора, поэтому наши руководства по радиально-упорным подшипникам и по коническим и цилиндрическим роликовым подшипникам рассматривают предварительный натяг как регулировку при монтаже, а не как каталожный суффикс.
Названия групп согласованы между стандартами, поэтому спецификацию можно однозначно сопоставить с другой системой.
| ISO 5753-1 | ANSI/ABMA 20 | DIN 620-4 | JIS B 1520 |
|---|---|---|---|
| C2 | Group 2 | C2 | C2 |
| CN (нормальный) | Normal | CN | CN |
| C3 | Group 3 | C3 | C3 |
| C4 | Group 4 | C4 | C4 |
| C5 | Group 5 | C5 | C5 |
Группы радиального внутреннего зазора определены одинаково в ISO 5753-1 и DIN 620-4; североамериканские значения приведены в ANSI/ABMA 20.
Часто задаваемые вопросы
В: Что такое внутренний зазор в подшипнике?
Внутренний зазор — это суммарное перемещение одного кольца относительно другого из одного крайнего положения в другое. Радиальный внутренний зазор измеряют в радиальном направлении до монтажа и без нагрузки. ISO 5753-1 задаёт группы C2 < CN (нормальный) < C3 < C4 < C5 от меньшего зазора к большему.
В: В чём разница между зазором C3 и нормальным (CN)?
C3 — группа с большим радиальным зазором, чем CN. Для 6210 с отверстием 50 мм диапазон CN составляет 6–23 мкм, а C3 — 18–36 мкм по ISO 5753-1, поэтому диапазоны перекрываются. C3 выбирают, когда посадка с натягом или нагрев слишком сильно уменьшили бы зазор CN, а не потому, что такой подшипник качественнее.
В: Всегда ли зазор C3 лучше, чем CN?
Нет. При лёгкой посадке и умеренной температуре C3 может оставить слишком большой рабочий зазор, расширить ненагруженную зону, повысить шум и вибрацию и сократить усталостный ресурс. C3 нужен только тогда, когда посадка и нагрев уменьшают зазор настолько, что требуется большее начальное значение. Подбирайте группу под условия применения, а не по привычке.
В: Что означает зазор C4 и когда он нужен?
C4 — группа с большим зазором, чем C3. Для 6210 её диапазон составляет 30–51 мкм по ISO 5753-1. Она нужна при значительном уменьшении зазора из-за очень высокой температуры, большого перепада температур между кольцами или сильного натяга, когда рабочий зазор подшипника CN или C3 стал бы отрицательным.
В: Как посадка с натягом и рабочая температура уменьшают зазор?
Оба фактора уменьшают начальный зазор: Δe = Δ0 − δf − δt. Посадка уменьшает его примерно на 70–90 % эффективного натяга в соединении (δf), а перепад температур — на δt = 0,012 × ΔT × dm, где dm — средний диаметр подшипника. Фактический рабочий зазор всегда меньше каталожного значения.
Заключение
Внутренний зазор — малое значение, от которого зависит, проработает ли подшипник тихо до расчётного ресурса или перегреется и заклинит. Основные правила:
- Значение, которое вы заказываете, от C2 до C5 по ISO 5753-1, — это начальный зазор. Рабочий зазор меньше из-за посадки и перепада температур.
- Выбирайте группу по посадке и температуре, рассчитывая рабочий зазор по формуле Δe = Δ0 − δf − δt. Целевое значение должно быть слегка положительным.
- CN применяется по умолчанию. Для посадок с натягом и повышенной рабочей температуры выбирайте C3, C4 или CM; C2 подходит только для лёгких посадок, когда приоритетны низкий шум или точное позиционирование.
- Группа зазора и класс точности — это отдельные характеристики. Подшипник C3 может иметь любой класс ABEC.
Если вы подбираете подшипник для заданных посадок вала и корпуса, частоты вращения и температуры и хотите проверить группу расчётом остаточного зазора до заказа, отправьте данные о применении инженерной команде ANDE Bearing. Мы сообщим рекомендуемую группу и ожидаемый рабочий зазор. Можно также начать с нужного типоразмера в разделе радиальных однорядных шарикоподшипников.
Об авторе
Jeff Li пишет для ANDE Bearing о расчёте подшипников и международных закупках. Он напрямую работает с закупщиками производителей оборудования и вторичного рынка в автомобилестроении, тяжёлой промышленности и возобновляемой энергетике. Связаться можно в LinkedIn.
