Как измерить радиальный зазор в подшипнике

Радиальный внутренний зазор среднего или крупного сферического роликоподшипника обычно измеряют набором плоских щупов. Щуп вводят между ненагруженным роликом и дорожкой наружного кольца, начиная с заведомо меньшей толщины и постепенно увеличивая её до появления лёгкого сопротивления.

При монтаже подшипника с коническим отверстием зазор измеряют до и после продвижения подшипника по конусу. Разница между двумя значениями показывает уменьшение радиального внутреннего зазора и позволяет контролировать посадку внутреннего кольца.

Однако метод щупа подходит не для любого подшипника. Для небольших шарикоподшипников, закрытых исполнений и некоторых специальных конструкций применяются другие методы контроля.

Важно не смешивать разные задачи. Если нужно понять, что означают CN, C3 и C4, читайте отдельную статью «Что означает зазор C3 в подшипниках SKF». Если задача заключается в выборе натяга и поля допуска вала или корпуса — см. «Посадка подшипника на вал и в корпус». Здесь рассматривается именно практическое измерение фактического радиального внутреннего зазора.

Что такое радиальный внутренний зазор подшипника

Радиальный внутренний зазор — это суммарная величина, на которую одно кольцо подшипника может переместиться относительно другого в радиальном направлении из одного крайнего положения в противоположное при отсутствии внешней рабочей нагрузки.

Проще говоря, это свободное относительное перемещение элементов подшипника в направлении, перпендикулярном оси вращения.

Обычно величина зазора составляет десятки или сотни микрометров:

• 10 мкм = 0,010 мм;
• 50 мкм = 0,050 мм;
• 100 мкм = 0,100 мм.

Поэтому определять внутренний зазор только рукой, покачивая кольцо или вал, недостаточно.

Начальный, остаточный и рабочий зазор — в чём разница

При измерениях важно понимать, в каком состоянии находится подшипник.

При монтаже сферического роликоподшипника с коническим отверстием обычно контролируют начальный зазор и его уменьшение после продвижения подшипника по конусу.

Рабочий зазор непосредственно щупом во время работы оборудования, разумеется, не измеряют.

Чем измеряют радиальный зазор подшипника

Способ зависит от конструкции и размера подшипника.

Штангенциркуль не является инструментом для измерения внутреннего радиального зазора подшипника. Им можно измерять размеры деталей, но не корректно определять микроперемещение тел качения внутри собранного подшипника.

Для каких подшипников подходит измерение щупом

SKF указывает плоский щуп как распространённый способ измерения радиального внутреннего зазора прежде всего у средних и крупных сферических роликоподшипников.

Именно на таких подшипниках конструкция позволяет ввести тонкую пластину между роликом и дорожкой наружного кольца и непосредственно оценить величину свободного пространства.

Особенно полезен этот метод при монтаже подшипников с коническим отверстием:

• непосредственно на коническую шейку вала;
• на закрепительную втулку;
• на стяжную втулку.

По мере продвижения подшипника по конусу его внутреннее кольцо расширяется. Внутренний зазор при этом уменьшается, поэтому изменение зазора можно использовать как один из параметров контроля монтажа.

Как измерить радиальный зазор сферического роликоподшипника щупом

Ниже — практическая последовательность измерения для открытого сферического роликоподшипника, доступ к роликам которого позволяет использовать плоский щуп.

Шаг 1. Определите точное обозначение подшипника

До любых измерений запишите полную маркировку изделия, включая суффиксы.

Например:

SKF 22222 EK/C3

Для измерения и последующего сравнения с таблицами важны не только цифры 22222, но и:

• E — исполнение подшипника;
• K — коническое отверстие;
• C3 — класс увеличенного внутреннего зазора.

Сравнивать измеренное значение необходимо с техническими данными именно для соответствующего типа, размера, отверстия и класса зазора.

Шаг 2. Очистите подшипник и щуп

Измеряемые величины очень малы, поэтому загрязнение способно заметно исказить результат.

Перед проверкой:

• удалите посторонние частицы из доступной зоны измерения;
• используйте чистый набор щупов;
• убедитесь, что пластины щупа не имеют заусенцев и повреждений;
• не выполняйте измерение сразу после сильного локального нагрева или охлаждения детали.

Шаг 3. Несколько раз проверните кольцо подшипника

Перед измерением SKF рекомендует несколько раз провернуть внутреннее или наружное кольцо, чтобы кольца и комплект роликов заняли устойчивое взаимное положение.

Это важный этап.

Если ролики находятся в случайном положении, два последовательных измерения одного и того же подшипника могут отличаться.

После вращения необходимо убедиться, что элементы подшипника расположены относительно друг друга стабильно и не имеют случайного перекоса.

Шаг 4. Начните с заведомо тонкого щупа

Не следует сразу пытаться вставить пластину примерно той толщины, которую вы ожидаете получить.

Правильнее начинать со щупа, который немного тоньше ожидаемого минимального зазора, а затем постепенно увеличивать толщину.

Это уменьшает вероятность того, что слишком толстая пластина:

• сдвинет ролик;
• деформирует наружное кольцо;
• создаст ложное впечатление большего зазора;
• исказит дальнейшее измерение.

Шаг 5. Введите щуп между роликом и дорожкой наружного кольца

Пластину вводят в зазор между ненагруженным роликом и дорожкой наружного кольца.

Щуп плавно перемещают вперёд и назад в зоне контакта, не прикладывая значительного усилия.

Затем используют следующую, более толстую пластину.

Процесс повторяют до тех пор, пока при движении щупа не появляется лёгкое, отчётливо ощущаемое сопротивление.

Проталкивать щуп силой нельзя.

Шаг 6. Не прокатывайте ролик через зажатый щуп

Щуп должен использоваться как измерительная пластина, а не как клин.

Нельзя:

• силой заталкивать слишком толстый щуп;
• вращать подшипник так, чтобы ролик полностью прокатывался через зажатую пластину;
• раздвигать элементы подшипника щупом;
• деформировать наружное кольцо усилием руки или инструментом.

Если приходится применять заметное усилие, выбранная пластина слишком толстая либо положение роликов изменилось.

Шаг 7. Повторите измерение

Одного прохода щупом недостаточно.

После определения приблизительного значения рекомендуется повторить проверку и убедиться, что результат воспроизводится.

SKF также рекомендует после первого измерения повернуть кольцо примерно на 180° и проверить зазор повторно.

У двухрядного сферического роликоподшипника необходимо учитывать положение обоих рядов роликов.

Где именно измерять зазор: до и после монтажа

Положение измерения зависит от того, находится подшипник до или после окончательного монтажа.

Для типового сферического роликоподшипника SKF методика предусматривает:

• до монтажа — измерение между наружным кольцом и верхним ненагруженным роликом;
• после монтажа — измерение между наружным кольцом и нижним ненагруженным роликом.

Причина заключается в собственном весе колец и роликов. Под действием массы элементы подшипника смещаются, поэтому реальный свободный зазор располагается с противоположной стороны от нагруженной весом зоны.

Для конкретного способа установки необходимо следовать монтажной инструкции производителя подшипника.

4 практических правила SKF при измерении щупом

Само наличие хорошего набора щупов ещё не гарантирует точный результат. SKF отдельно обращает внимание на субъективность такого способа измерения.

Правило 1. Зазор до и после монтажа должен измерять один человек

Один специалист считает правильным моментом лёгкое скольжение щупа, другой допускает более заметное сопротивление.

Из-за этого два опытных механика могут получить немного разные абсолютные значения на одном и том же подшипнике.

Но если исходный и остаточный зазор измеряет один и тот же человек одинаковым способом, систематическая погрешность в значительной степени сохраняется в обоих измерениях. Поэтому рассчитанное уменьшение зазора получается значительно надёжнее.

Правило 2. Между двумя измерениями нельзя менять взаимное положение элементов

При контроле уменьшения зазора важно, чтобы случайно не изменилось положение:

• наружного кольца;
• внутреннего кольца;
• роликов;
• направляющего кольца, если оно предусмотрено конструкцией.

Даже небольшое случайное перемещение может изменить локальный зазор и исказить сравнение «до/после».

Правило 3. Начинать нужно с более тонкого щупа

Большие кольца способны упруго деформироваться. Если механик начинает проверку слишком толстой пластиной и пытается протолкнуть её силой, можно получить завышенное значение.

Поэтому толщина увеличивается постепенно.

Правило 4. Перед измерением нужно найти устойчивое положение роликов

Для этого подшипник несколько раз проворачивают.

Измерять зазор сразу после случайного перемещения роликов не следует — сначала необходимо снова стабилизировать их положение.

Как определить «истинный» зазор у крупного подшипника

У крупных сферических роликоподшипников, особенно с относительно тонким наружным кольцом, обычный единичный замер может заметно зависеть от деформации кольца под собственным весом.

SKF предлагает специальную методику оценки радиального внутреннего зазора.

Для вертикально стоящего подшипника измеряют:

• c — зазор в положении «12 часов»;
• a — зазор в положении «9 часов»;
• b — зазор в положении «3 часа».

Подшипник между этими измерениями перемещать нельзя.

Оценку действительного радиального внутреннего зазора выполняют по формуле:

Gr ≈ 0,5 × (a + b + c)

где:

• Gr — оценочный истинный радиальный внутренний зазор;
• a, b, c — результаты измерений щупом в соответствующих положениях.

Если немонтированный подшипник висит на валу, SKF указывает другое положение для измерения c — в зоне «6 часов».

Этот метод особенно полезен на крупных подшипниках, где вес наружного кольца уже нельзя считать пренебрежимо малым.

Почему радиальный зазор уменьшается при монтаже на конус

У сферического роликоподшипника с коническим отверстием внутреннее кольцо при продвижении по конической посадочной поверхности расширяется.

В результате дорожка внутреннего кольца немного приближается к роликам и наружному кольцу, а свободный радиальный внутренний зазор становится меньше.

Именно поэтому уменьшение зазора связано с полученным натягом посадки.

Но здесь есть важный технический нюанс:

задача монтажа состоит не в том, чтобы просто получить как можно меньший зазор.

Необходимо обеспечить требуемую посадку внутреннего кольца и одновременно сохранить допустимый остаточный внутренний зазор.

Как рассчитать уменьшение радиального зазора

Сначала измеряют зазор до окончательного продвижения подшипника по конусу:

Gr1 — начальный радиальный внутренний зазор.

После продвижения и формирования посадки измерение повторяют:

Gr2 — остаточный радиальный внутренний зазор.

Уменьшение составляет:

ΔGr = Gr1 − Gr2

Например, если условно:

• до монтажа измерено 0,160 мм;
• после продвижения — 0,105 мм;

то уменьшение составило:

0,160 − 0,105 = 0,055 мм.

Однако сам по себе результат 0,055 мм ещё не говорит, правильно ли установлен конкретный подшипник.

Полученное уменьшение необходимо сравнивать с монтажными данными SKF для соответствующего типоразмера и схемы установки.

Почему нельзя уменьшать зазор «наполовину»

Иногда встречается упрощённый подход: измерить исходный зазор и затянуть подшипник на конусе до тех пор, пока он не уменьшится примерно в два раза.

Такого универсального правила нет.

SKF отдельно предупреждает, что необходимая величина уменьшения не определяется произвольной долей от исходного зазора.

Она зависит от:

• диаметра отверстия подшипника;
• его серии;
• конструкции посадки;
• конусности отверстия;
• способа установки;
• условий работы узла;
• минимально допустимого остаточного зазора.

Поэтому монтаж «до половины исходного люфта» может привести к чрезмерному продвижению подшипника по конусу и слишком большому натягу.

Практический пример: SKF 22222 EK/C3

Рассмотрим реальный сферический роликоподшипник SKF 22222 EK/C3.

По таблице SKF для сферических роликоподшипников с коническим отверстием при диаметре отверстия свыше 100 до 120 мм диапазон начального радиального внутреннего зазора C3 составляет:

135–170 мкм, то есть 0,135–0,170 мм.

Это значение относится к немонтированному подшипнику и исходному внутреннему зазору.

Например, если перед монтажом SKF 22222 EK/C3 механик получил измерение 0,155 мм, это значение находится внутри указанного диапазона C3 для данного размерного диапазона.

Дальше задача уже другая: при монтаже контролируется необходимое продвижение и уменьшение зазора согласно соответствующей процедуре SKF.

Нельзя рассуждать так:

«C3 должен быть 0,155 мм и после затяжки тоже должен остаться 0,155 мм».

После посадки внутреннее кольцо расширяется, поэтому остаточный зазор закономерно становится меньше начального.

C3 — это не конкретное значение в миллиметрах

Это частая ошибка при измерениях.

Обозначение C3 задаёт класс внутреннего зазора, а не одну универсальную величину.

Например, вопрос:

«Сколько миллиметров должно быть у C3?»

без указания типа и размера подшипника не имеет одного правильного ответа.

Для разных диаметров и конструкций диапазоны C3 различаются.

Если нужно подробно разобраться именно в обозначении C3 и отличиях от CN и C4, эта тема вынесена в отдельный материал: что означает зазор C3 в подшипниках SKF.

Зазор подшипника и люфт вала — не одно и то же

Ещё одна распространённая ошибка — установить индикатор на корпус машины, поднять вал вверх-вниз и считать полученное перемещение внутренним радиальным зазором подшипника.

В собранном механизме измеренное перемещение может включать сразу несколько составляющих:

• внутренний зазор одного подшипника;
• зазор второго подшипника;
• податливость корпуса;
• деформацию вала;
• люфты сопряжённых элементов;
• особенности фиксирующей и плавающей опор;
• износ посадочных мест.

Поэтому фраза «вал гуляет на 0,2 мм — значит зазор подшипника 0,2 мм» технически некорректна без анализа схемы узла.

Можно ли измерить радиальный зазор индикатором

Да. Для некоторых типов подшипников и измерительных установок радиальный внутренний зазор определяют по полному относительному перемещению одного кольца относительно другого с помощью индикатора часового типа.

В общем виде принцип выглядит так:

1. одно кольцо подшипника фиксируют;
2. измерительный наконечник устанавливают на второе кольцо;
3. кольцо перемещают в одном радиальном направлении до крайнего положения;
4. фиксируют показание;
5. кольцо перемещают в противоположное крайнее положение;
6. определяют полное перемещение.

Однако конкретная схема зависит от конструкции подшипника.

При измерении необходимо учитывать деформацию колец под приложенным усилием. Слишком сильное перемещение рукой способно увеличить показание индикатора не за счёт зазора, а за счёт упругой деформации деталей.

Когда метод щупа использовать нельзя или нежелательно

Щуп не является универсальным средством для любого подшипника.

Метод может быть неприменим или неудобен, если:

• подшипник слишком мал для корректного доступа к зоне между телом качения и дорожкой;
• установлены контактные уплотнения;
• установлены защитные шайбы и доступа к телам качения нет;
• конструкция требует регулирования осевого, а не радиального зазора;
• для подшипника предусмотрена специализированная измерительная процедура;
• подшипник уже установлен в закрытом корпусе без доступа к зоне измерения.

Отдельной осторожности требуют тороидальные роликоподшипники CARB: их внутренний зазор чувствителен к взаимному осевому смещению и положению роликов. SKF для ответственного монтажа рекомендует использовать предусмотренные монтажные методы, а не переносить механику измерения сферического роликоподшипника на CARB без учёта особенностей конструкции.

Можно ли измерить зазор закрытого подшипника 2RS или 2Z

Обычным способом с вводом щупа между телом качения и дорожкой — нет, поскольку доступ к внутренней части закрыт уплотнением или защитной шайбой.

При необходимости контроля такого подшипника используются методы, соответствующие его конструкции и задаче измерения.

Не следует пытаться ради проверки зазора снимать штатное уплотнение нового подшипника, если такая операция не предусмотрена производителем.

Что происходит с внутренним зазором после плотной посадки

При монтаже внутреннего кольца с натягом на цилиндрический вал кольцо немного расширяется.

При плотной посадке наружного кольца в корпусе возможен противоположный эффект — его некоторое сжатие.

Оба явления уменьшают внутренний радиальный зазор.

Именно поэтому нельзя рассматривать отдельно:

• исходный класс зазора;
• посадку;
• температуру;
• рабочие условия.

Но подбор посадок — самостоятельная инженерная задача. Подробно она разобрана в материале «Посадка подшипника на вал и в корпус: допуски и натяг».

Почему слишком маленький остаточный зазор опасен

Если после монтажа внутренний зазор оказался меньше требуемого для конкретного узла, во время работы ситуация может дополнительно ухудшиться из-за температурной разницы между кольцами.

В результате возможны:

• повышение внутренних нагрузок;
• рост трения;
• повышение температуры;
• ухудшение условий смазывания;
• ускоренное повреждение дорожек и роликов;
• сокращение ресурса подшипника.

Если проблема проявляется уже после запуска оборудования, см. отдельный материал «Почему греется подшипник: причины перегрева и что проверить».

Почему слишком большой зазор тоже нельзя оценивать без контекста

Большой внутренний зазор сам по себе не означает автоматически неисправность.

Например, подшипник класса C3 изначально имеет увеличенный внутренний зазор именно потому, что часть его может уменьшиться после:

• монтажа с натягом;
• выхода оборудования на рабочую температуру;
• теплового расширения деталей узла.

Поэтому оценивать подшипник нужно по техническому диапазону для конкретного исполнения, а не по субъективному ощущению: «новый подшипник люфтит сильнее старого».

Типичные ошибки при измерении радиального зазора

Практический алгоритм измерения радиального зазора

1. Запишите полное обозначение подшипника.
2. Определите его конструкцию: сферический роликовый, цилиндрический, шариковый и т. д.
3. Проверьте, допускает ли конструкция измерение щупом.
4. Найдите диапазон исходного внутреннего зазора именно для этого размера и класса.
5. Очистите доступную зону измерения и щуп.
6. Несколько раз проверните кольцо, чтобы стабилизировать положение роликов.
7. Начните измерение с более тонкой пластины.
8. Постепенно увеличивайте толщину до появления лёгкого сопротивления.
9. Повторите измерение для проверки воспроизводимости результата.
10. При монтаже на конус запишите начальный зазор до продвижения подшипника.
11. После продвижения выполните повторное измерение тем же специалистом и тем же способом.
12. Рассчитайте уменьшение зазора.
13. Сравните результат с монтажными данными производителя для конкретного подшипника и способа установки.

Что важнее при монтаже: абсолютный зазор или его уменьшение

При монтаже сферического роликоподшипника на коническую посадочную поверхность важен не только абсолютный результат одного измерения.

SKF обращает внимание на то, что измерение щупом содержит субъективную погрешность. Поэтому при правильно организованной процедуре особенно информативно изменение зазора между двумя измерениями, выполненными одним человеком одинаковым способом.

Именно оно показывает, насколько внутреннее кольцо расширилось при продвижении по конусу.

При этом необходимо одновременно контролировать, чтобы остаточный зазор не оказался ниже допустимого для конкретного подшипника и условий эксплуатации.

Щуп или SKF Drive-up Method — что лучше

Для монтажа крупных сферических роликоподшипников на конические посадочные поверхности измерение щупом является известным и широко применяемым методом, однако оно зависит от опыта специалиста.

Для ряда ответственных монтажных операций SKF рекомендует более контролируемые методы, в частности SKF Drive-up Method, где используются заданные параметры давления и осевого продвижения.

Поэтому необходимо разделять две задачи:

• измерить фактический радиальный зазор — для этого щуп остаётся практичным инструментом;
• точно выполнить монтаж крупного подшипника на конус — здесь выбор метода должен соответствовать рекомендациям SKF для конкретного узла.

Главное об измерении радиального зазора

Если речь идёт о среднем или крупном открытом сферическом роликоподшипнике, один из основных практических способов проверки радиального внутреннего зазора — измерение плоским щупом между ненагруженным роликом и дорожкой наружного кольца.

Для получения воспроизводимого результата:

• сначала определите точное исполнение подшипника;
• проверните кольцо и стабилизируйте положение роликов;
• начинайте с тонкой пластины;
• не проталкивайте щуп силой;
• выполняйте контрольные измерения одинаковым способом;
• при монтаже на конус фиксируйте значения до и после продвижения;
• сравнивайте результат с техническими данными производителя.

И главное: класс C3, посадка с натягом и фактически измеренный радиальный зазор — связанные, но разные параметры.

Поэтому:

• для выбора класса зазора используйте материал «Что означает C3 в подшипниках SKF»;
• для выбора натяга и поля допуска — «Посадка подшипника на вал и в корпус»;
• для подбора самого подшипника перейдите в каталог подшипников SKF.

Industrial Motion Solutions поставляет подшипники SKF и принадлежности для промышленных подшипниковых узлов в Казахстане. Если известна маркировка подшипника, оборудование и условия эксплуатации, специалисты IMS помогут проверить исполнение и подобрать подходящее решение.

FAQ — частые вопросы об измерении радиального зазора

Чем измерить радиальный зазор подшипника?

Для средних и крупных открытых сферических роликоподшипников обычно применяют набор плоских щупов. Для других конструкций могут использоваться индикаторы и специализированные методы измерения.

Как правильно измерить зазор подшипника щупом?

Подшипник несколько раз проворачивают, после чего между ненагруженным роликом и дорожкой наружного кольца вводят заведомо тонкий щуп. Толщину постепенно увеличивают до появления лёгкого сопротивления. Проталкивать пластину силой нельзя.

Где вставлять щуп в сферический роликоподшипник?

Щуп вводят между роликом и дорожкой наружного кольца в ненагруженной зоне. Точное положение зависит от ориентации подшипника и того, выполняется измерение до или после монтажа.

Можно ли измерить радиальный зазор штангенциркулем?

Нет. Штангенциркуль не предназначен для непосредственного измерения внутреннего радиального зазора собранного подшипника.

Как измерить C3 в подшипнике?

C3 как отдельную величину не измеряют. C3 — это класс увеличенного внутреннего зазора. Измеряют фактический радиальный внутренний зазор конкретного подшипника, а затем сравнивают его с диапазоном C3 для соответствующего типа и размера.

Сколько должен быть зазор C3?

Универсального значения нет. Например, для сферического роликоподшипника SKF с коническим отверстием и диаметром отверстия свыше 100 до 120 мм диапазон C3 до монтажа составляет 135–170 мкм. Для другого размера диапазон будет другим.

Нужно ли измерять зазор до установки подшипника?

При монтаже сферического роликоподшипника с коническим отверстием исходное измерение особенно важно, поскольку затем его сравнивают с результатом после продвижения подшипника и определяют уменьшение радиального зазора.

Можно ли измерить зазор уже установленного подшипника?

Да, если конструкция узла обеспечивает доступ к необходимой зоне и такая методика предусмотрена производителем. В полностью закрытом собранном корпусе непосредственное измерение щупом часто невозможно.

Люфт вала равен радиальному зазору подшипника?

Не обязательно. Перемещение собранного вала может включать зазоры нескольких подшипников, деформацию корпуса и вала, износ посадочных мест и люфты других элементов.

Почему зазор уменьшается после монтажа?

При плотной посадке внутреннее кольцо расширяется на валу или конической посадочной поверхности. При плотной посадке наружного кольца оно также может немного сжиматься. В результате внутренний радиальный зазор уменьшается.

Можно ли при монтаже уменьшить зазор ровно наполовину?

Нет. Универсального правила «уменьшить зазор на 50%» нет. Необходимое уменьшение определяется данными производителя, размером подшипника, конструкцией посадки и условиями эксплуатации.

Кто должен измерять зазор до и после монтажа?

При использовании щупа желательно, чтобы оба измерения выполнял один специалист. Ощущение сопротивления щупа субъективно, поэтому это уменьшает влияние индивидуальной погрешности на расчёт уменьшения зазора.

Техническая основа материала

При подготовке статьи использованы технические данные и монтажные рекомендации SKF, в том числе:

• SKF Bearing Maintenance Handbook — раздел по измерению радиального внутреннего зазора плоским щупом;
• SKF Spherical Roller Bearings — таблицы радиального внутреннего зазора сферических роликоподшипников;
• SKF Pulp & Paper Practices — практические рекомендации по измерению уменьшения зазора при монтаже;
• технические данные SKF для сферического роликоподшипника 22222 EK/C3.

Точные допустимые значения зазора, уменьшения зазора и параметры монтажа следует проверять по актуальной технической документации для конкретного обозначения подшипника и конструкции узла.