Пружины подшипников — виды, устройство и подбор

Пружины подшипников применяются в подшипниковых узлах для создания и поддержания осевого усилия, компенсации небольших перемещений, уменьшения люфта и стабилизации положения деталей. Пружинные элементы встречаются в электродвигателях, редукторах, насосах, шпиндельных механизмах, станках и другом промышленном оборудовании.

При подборе необходимо различать пружину подшипника, которая создаёт упругое усилие, и установочное пружинное кольцо, предназначенное для осевой фиксации. Эти детали отличаются устройством и назначением. Ниже рассмотрены виды пружин, способы создания предварительного натяга, размеры, особенности монтажа и нормативные документы.

Для чего нужны пружины подшипников

Пружины подшипников используются там, где необходимо создать контролируемое усилие в осевом направлении. При температурных изменениях, износе сопряжённых деталей или небольших отклонениях размеров упругий элемент способен поддерживать контакт и уменьшать нежелательное перемещение в пределах предусмотренного конструкцией рабочего хода.

Основные задачи пружинных элементов:

• создание предварительного осевого натяга;
• уменьшение осевого люфта в отдельных конструкциях;
• поддержание заданного усилия при небольших осевых перемещениях;
• компенсация размерных и температурных изменений;
• стабилизация работы подшипниковых опор;
• поддержание контакта элементов узла в пределах расчётного режима.

Пружинный преднатяг может быть полезен в некоторых быстроходных и точных опорах. Однако избыточное осевое усилие приводит к повышению трения, температуры и сокращению ресурса. Поэтому пружина подшипника должна соответствовать расчётной схеме оборудования, а не подбираться только по наружному диаметру.

Виды пружин подшипников

В промышленных механизмах используются разные пружинные элементы. Они отличаются формой, жёсткостью, ходом и способом установки.

Волнистые пружинные шайбы для подшипников

Волнистая шайба представляет собой тонкий кольцевой элемент с несколькими волнами по окружности. При осевом сжатии волны деформируются и создают упругое усилие. Такая конструкция позволяет разместить пружинный элемент в ограниченном пространстве корпуса.

Волнистые пружинные шайбы для подшипников могут применяться в электродвигателях, компактных приводах и других опорах, где необходимо поддерживать небольшое осевое усилие. Рабочая характеристика зависит от толщины материала, количества волн, диаметра и степени сжатия.

При замене волнистой шайбы проверяют наружный и внутренний диаметры, свободную высоту, установленную высоту и усилие при рабочем сжатии. Внешне похожие шайбы могут существенно отличаться по жёсткости.

Тарельчатые пружины подшипников

Тарельчатая пружина представляет собой упругий металлический диск конической формы. При приложении осевой нагрузки конус деформируется и создаёт сопротивление. Такие пружины применяют в конструкциях, где требуется сравнительно большое усилие при ограниченном рабочем перемещении.

Тарельчатые пружины допускают создание пакетов. При разных схемах расположения элементов изменяются суммарная жёсткость, усилие и допустимый ход. Рабочая характеристика тарельчатой пружины нелинейна, поэтому простой расчёт по постоянной жёсткости подходит не для всех режимов.

При выборе необходимо учитывать наружный диаметр, внутренний диаметр, толщину, свободную высоту, материал и расчётное усилие. Установка неподходящего пакета способна создать чрезмерный преднатяг и вызвать перегрев подшипниковой опоры.

Цилиндрические пружины в подшипниковых узлах

Цилиндрические пружины сжатия применяются в механизмах, где необходимо обеспечить упругое усилие на сравнительно большом ходе. В зависимости от конструкции они могут работать через нажимную шайбу, промежуточную деталь или другой элемент передачи нагрузки.

Для цилиндрической пружины важны диаметр проволоки, наружный диаметр, длина в свободном состоянии, число витков, рабочая длина и зависимость силы от перемещения.

Для обычной линейной области характеристики используется зависимость:

Эта формула применима к пружинам с приблизительно линейной характеристикой в рассматриваемом диапазоне. Для волнистых и тарельчатых изделий необходимо использовать график нагрузки производителя или расчёт по соответствующей конструкции.

Предварительный натяг подшипников пружинами

Предварительный натяг — это создание внутреннего усилия в подшипниковой опоре до приложения основной рабочей нагрузки. Он используется в отдельных схемах радиально-упорных и других подшипников, когда требуется снизить люфт, обеспечить контакт тел качения и добиться заданной жёсткости системы.

Пружинный способ преднатяга отличается от жёсткой регулировки дистанционными кольцами и гайками. В пределах рабочего хода пружина может поддерживать усилие при изменении взаимного положения деталей.

При этом пружинный преднатяг нельзя назначать без расчёта. Нужно учитывать тип подшипника, угол контакта, рабочие обороты, температурное расширение, нагрузки, смазку и схему фиксации колец.

Для подбора радиально-упорных конструкций можно использовать раздел шариковых радиально-упорных подшипников.

Пружинные кольца подшипников — ГОСТ 2893-2022

Пружинное установочное кольцо нельзя считать обычной пружиной осевого преднатяга. Его задача — зафиксировать подшипник в определённом положении. Для этого кольцо устанавливается в специальную канавку наружного кольца подшипника и взаимодействует с конструкцией корпуса.

ГОСТ 2893-2022 устанавливает размеры и допуски канавок, монтажных фасок и установочных пружинных колец для соответствующих радиальных подшипников качения.

Такие исполнения встречаются в промышленных приводах, электродвигателях, редукторах, насосах и других узлах. У импортных производителей распространены обозначения N и NR, но конкретную комплектацию кольцом необходимо проверять по документации изготовителя.

Пружина и стопорное кольцо подшипника — в чём разница

Размеры пружин подшипников — что необходимо измерить

Размеры пружинных элементов определяются конструкцией подшипникового узла. При замене недостаточно подобрать внешне похожую деталь: необходимо проверить геометрию и рабочую характеристику.

Для идентификации стандартного подшипника также используют размеры d × D × B. Если его обозначение неизвестно, воспользуйтесь подбором подшипника по размерам.

Материалы пружин подшипников

Материал выбирается по нагрузке, количеству циклов, температуре, наличию влаги, агрессивной среды и требованиям к коррозионной стойкости.

Для пружинных элементов могут применяться:

• углеродистые пружинные стали;
• легированные пружинные стали;
• коррозионностойкие стали;
• специальные материалы для повышенных температур или агрессивной среды.

Выбор материала и термообработки влияет на усталостную долговечность, допустимую деформацию и сохранение усилия во времени. Для ответственных узлов нельзя заменять материал без согласования технических требований.

Как подобрать пружину подшипника

Подбор начинается с определения функции детали. Необходимо понять, работает ли пружина на предварительный натяг, компенсацию осевого перемещения либо является установочным кольцом.

1. Определить конструкцию узла. Указать тип подшипника, его полное обозначение и место установки пружины.
2. Снять размеры. Измерить наружный и внутренний диаметры, свободную высоту, толщину и посадочное пространство.
3. Установить усилие. Определить требуемую силу при рабочем сжатии и допустимый диапазон перемещений.
4. Проверить режим работы. Учесть обороты, температуру, вибрацию, возможные осевые перемещения и условия смазки.
5. Проверить материал. Убедиться в соответствии условиям эксплуатации и требуемому ресурсу.
6. Согласовать монтаж. Проверить опорные поверхности, центрирование, положение колец и допустимую деформацию.

Если пружинный элемент создаёт усилие через кольцо подшипника, необходимо также проверить путь передачи нагрузки и допустимость осевого перемещения. Неправильная схема установки способна повредить дорожки качения даже при верно выбранных размерах пружины.

Ошибки при установке пружин подшипников

Наиболее распространённая ошибка — установка пружины по геометрическому сходству без проверки усилия. Одинаковые наружные размеры не гарантируют одинаковую жёсткость.

Другие возможные ошибки:

• чрезмерный предварительный натяг;
• недостаточный рабочий ход;
• перекос пружины и неравномерная передача усилия;
• применение материала, не рассчитанного на рабочую температуру;
• неправильное центрирование;
• использование установочного кольца вместо упругого элемента;
• замена штатной схемы фиксации без проверки чертежа;
• отсутствие проверки фактического усилия после монтажа.

ГОСТы для подбора пружин и подшипниковых узлов

При выборе пружинного элемента важно разделять стандарты на сам подшипник и документы на крепление, посадки и пружинные детали. ГОСТ 520-2011 устанавливает общие технические требования к подшипникам качения, но не является универсальным стандартом для всех пружин.

Для тарельчатых, цилиндрических и волнистых пружин применяют соответствующий стандарт, чертёж изготовителя или технические условия именно на пружинное изделие. Стандарты на подшипники не заменяют расчёт его рабочей характеристики.

Купить пружины подшипников и подобрать подшипниковый узел

При закупке пружинных элементов и комплектующих для подшипниковых опор важно согласовать геометрию, нагрузку и материал. «Первый Подшипник Групп» принимает запросы на подбор подшипников и комплектацию промышленных узлов по чертежам, маркировке, размерам и техническим заданиям.

Если требуется пружина подшипника, направьте чертёж или образец с указанием оборудования. Возможность поставки конкретной пружины, её технические параметры, стоимость и срок уточняются отдельно. Подшипники можно выбрать в каталоге компании.

Для предприятия желательно включить в заявку следующие сведения:

• обозначение подшипника и модель оборудования;
• тип пружинного элемента;
• наружный и внутренний диаметры;
• высоту и толщину;
• усилие при рабочей деформации;
• материал и условия эксплуатации;
• количество и требуемый срок поставки;
• чертёж или фотографии образца.

Частые вопросы о пружинах подшипников

Есть ли пружина внутри обычного подшипника?

Как правило, отдельной пружины в обычной конструкции шарикового радиального подшипника нет. Основные элементы — внутреннее и наружное кольца, тела качения и, как правило, сепаратор. Пружины могут находиться в самом подшипниковом узле.

Для чего нужна волнистая шайба подшипника?

В подходящей конструкции она создаёт упругое осевое усилие и может компенсировать небольшие перемещения в установленном рабочем диапазоне.

Можно ли заменить волнистую шайбу тарельчатой?

Только после проверки размеров, характеристики силы, рабочего хода и монтажной схемы. У этих элементов разные свойства.

Чем отличается пружинное кольцо от пружины?

Пружина создаёт рабочее упругое усилие. Установочное пружинное кольцо предназначено для фиксации детали в канавке.

Что регулирует ГОСТ 2893-2022?

Документ устанавливает размеры и допуски канавок, монтажных фасок и установочных пружинных колец для предусмотренных стандартом радиальных подшипников.

Почему подшипник греется после установки пружины?

Возможные причины — чрезмерный преднатяг, неправильная передача нагрузки, ошибки посадки, смазки или монтажа. Точную причину необходимо определить проверкой узла.

Можно ли подобрать пружину по образцу?

Да, образец помогает определить геометрию, но для технически правильной замены дополнительно нужны рабочее усилие, ход, материал и условия эксплуатации.

Можно ли заказать подшипник и пружинный элемент по одной спецификации?

Можно направить общий запрос на комплектацию узла. Наличие и возможность поставки каждого изделия уточняются при обработке заявки.