Класс точности подшипника

Класс точности подшипника — это нормированная совокупность допусков на геометрические параметры подшипника качения, определяющая допустимые отклонения его размеров, формы и взаимного расположения элементов (колец, тел качения, сепаратора) от номинальных значений. Класс точности регламентирует величину биения, шероховатость поверхностей, зазоры и точность вращения, влияя на эксплуатационные характеристики узла: скорость вращения, уровень вибрации, шум, долговечность и нагрев.

История и стандартизация

Потребность в унификации точности подшипников возникла в начале XX века с развитием массового машиностроения, особенно автомобильной и авиационной промышленности. Первые национальные стандарты появились в 1920-х годах. В СССР система классов точности была разработана в 1930-х годах и впоследствии гармонизирована с международными нормами.

В настоящее время основным международным стандартом является ISO 492:2014 (Radial bearings — Geometrical product specifications (GPS) and tolerance values), который устанавливает классы точности для радиальных подшипников. В России действует ГОСТ 520-2011 (Подшипники качения. Общие технические условия), который в значительной степени гармонизирован с ISO. Для упорных подшипников применяется ISO 199, для конических роликовых — ISO 492 и ISO 355.

Классификация классов точности

Классы точности обозначаются буквенно-цифровыми кодами. Чем выше класс, тем меньше допуски и выше точность. В различных системах стандартов обозначения различаются.

По ГОСТ 520-2011 (Россия, СНГ)

ГОСТ 520-2011 устанавливает следующие классы точности (в порядке возрастания точности):

• 0 — нормальный класс. Применяется в большинстве узлов общего машиностроения, не предъявляющих особых требований к точности вращения.
• 6 — повышенный класс. Используется в ответственных узлах, где требуется уменьшенное биение и вибрация (например, в электродвигателях, станках).
• 5 — высокий класс. Применяется в шпинделях металлорежущих станков, авиационных двигателях, высокоскоростных механизмах.
• 4 — особо высокий класс. Используется в прецизионных станках, приборах, гироскопах, высокоскоростных роторах.
• 2 — сверхвысокий класс. Наивысший класс по ГОСТ. Применяется в уникальных точных механизмах, например, в измерительных приборах, эталонных установках.

Также существуют классы Т (для конических роликоподшипников) и 8 (для подшипников с цилиндрическими отверстиями, не входящие в основную шкалу).

По ISO 492:2014 (международный стандарт)

Международная система использует обозначения, близкие к ГОСТ, но с некоторыми отличиями:

• Normal (N) — соответствует классу 0 по ГОСТ.
• Class 6 — соответствует классу 6 по ГОСТ.
• Class 5 — соответствует классу 5 по ГОСТ.
• Class 4 — соответствует классу 4 по ГОСТ.
• Class 2 — соответствует классу 2 по ГОСТ.
• Class SP (Special Precision) — специальный прецизионный класс, точнее класса 4, но менее точный, чем класс 2. Используется в шпинделях станков.
• Class UP (Ultra Precision) — ультрапрецизионный класс, точнее класса 2. Применяется в сверхточных станках и измерительных машинах.

По ABEC (США)

Американский стандарт ABEC (Annular Bearing Engineers Committee) устанавливает классы для радиальных шарикоподшипников:

• ABEC 1 — нормальный (аналог класса 0).
• ABEC 3 — повышенный (аналог класса 6).
• ABEC 5 — высокий (аналог класса 5).
• ABEC 7 — особо высокий (аналог класса 4).
• ABEC 9 — сверхвысокий (аналог класса 2).

Классы ABEC не учитывают допуски на осевое биение и некоторые другие параметры, поэтому их прямое сопоставление с ISO/ГОСТ не всегда корректно.

Параметры, определяемые классом точности

Класс точности задаёт допуски на следующие геометрические характеристики:

• Допуск на внутренний диаметр (Δdmp) — отклонение среднего диаметра отверстия внутреннего кольца от номинала.
• Допуск на наружный диаметр (ΔDmp) — отклонение среднего диаметра наружного кольца от номинала.
• Допуск на ширину (ΔBs, ΔCs) — отклонение ширины колец.
• Радиальное биение собранного подшипника (Kia, Kea) — биение дорожек качения относительно посадочных поверхностей. Ключевой параметр, влияющий на вибрацию.
• Осевое биение (Sia, Sea) — биение торцов колец относительно дорожек качения. Важно для точного позиционирования.
• Допуск на разноразмерность тел качения (Vdw) — разница в диаметрах шариков или роликов в одном подшипнике.
• Шероховатость поверхностей (Ra) — для высоких классов точности нормируется шероховатость дорожек качения и посадочных поверхностей.
• Радиальный зазор (Gr) — хотя зазор нормируется отдельно, класс точности влияет на его стабильность.

Выбор класса точности

Выбор класса точности определяется условиями эксплуатации подшипникового узла:

• Скорость вращения. Чем выше частота вращения, тем выше должен быть класс точности, чтобы избежать резонансов, перегрева и разрушения.
• Требования к точности вращения. Для шпинделей станков, измерительных приборов, гироскопов необходимы классы 4, 2, SP, UP.
• Уровень вибрации и шума. В электродвигателях, вентиляторах, бытовой технике для снижения шума применяют классы 6 и 5.
• Нагрузка. При высоких нагрузках класс точности менее критичен, но точность посадки влияет на распределение нагрузки.
• Стоимость. С повышением класса точности стоимость подшипника возрастает в несколько раз (иногда на порядок). Например, подшипник класса 2 может стоить в 10-20 раз дороже подшипника класса 0 того же типоразмера.

Маркировка

Класс точности указывается в обозначении подшипника перед основным номером, через дефис или дробь. Например:

• 6-205 — подшипник 205 класса точности 6 по ГОСТ.
• 5-6305 — подшипник 6305 класса точности 5.
• 4-6207 — подшипник 6207 класса точности 4.

В международной маркировке класс точности может указываться в виде суффикса, например: 6205-2RS1/C3 P6 (где P6 — класс точности 6 по ISO).

Влияние класса точности на эксплуатацию

Неправильный выбор класса точности может привести к:

• Повышенной вибрации и шуму — при использовании подшипника низкого класса в высокоскоростном узле.
• Перегреву — из-за увеличенного трения при больших допусках.
• Снижению долговечности — из-за неравномерного распределения нагрузки.
• Потере точности позиционирования — в станках и приборах.

Применение подшипника завышенного класса точности в узле, где это не требуется, экономически неоправданно.

Интересные факты

• Подшипники класса точности 2 (UP) изготавливаются с допусками на диаметр порядка 1-2 микрометров, что сопоставимо с длиной волны видимого света.
• Для контроля точности подшипников высоких классов используются лазерные интерферометры и пневматические измерительные приборы.
• В ракетно-космической технике применяются подшипники классов точности 2 и выше, проходящие дополнительную селекцию по геометрическим параметрам.

Источники

1. ГОСТ 520-2011. Подшипники качения. Общие технические условия.
2. ISO 492:2014. Rolling bearings — Radial bearings — Geometrical product specifications (GPS) and tolerance values.
3. Черменский О.Н., Федотов Н.Н. Подшипники качения. Справочник. — М.: Машиностроение, 2003.
4. Справочник конструктора-машиностроителя / Под ред. В.И. Анурьева. — М.: Машиностроение, 2001.
5. SKF. Rolling bearings catalogue. — SKF Group, 2018.