Подшипники роликовые сферические ART: конструкция, специфика и применение в электротехнике и энергетике
Подшипники роликовые сферические двухрядные (тип ART) представляют собой ключевой тип опор качения, предназначенный для работы в условиях значительных радиальных нагрузок, несоосности вала и корпуса, а также ударных воздействий. Их конструктивная особенность — сферическая форма дорожек качения наружного кольца и роликов бочкообразной формы, расположенных в два ряда, — позволяет компенсировать перекосы между валом и посадочным местом до 1,5–2,5 градусов. Это делает их незаменимыми в тяжелом промышленном оборудовании, включая основные агрегаты энергетического комплекса.
Конструктивные особенности и принцип работы
Подшипник ART состоит из нескольких основных компонентов: сферического наружного кольца с общей дорожкой качения, двух внутренних колец (или одного двустороннего), двух рядов бочкообразных роликов и сепаратора, удерживающего ролики. Центрирующий элемент — сферическая поверхность наружного кольца — обеспечивает самоустановку подшипника. При перекосе вала внутренние кольца и ролики смещаются относительно общего центра сферы наружного кольца, сохравая равномерное распределение нагрузки по длине роликов и предотвращая краевые напряжения.
Отличительная черта исполнения ART — это наличие втулочного отверстия. Внутреннее кольцо подшипника не имеет канавок для стопорных колец, а его монтаж на вал осуществляется через конусную втулку (адаптерную или закрепительную). Это обеспечивает бесступенчатую, точную и чрезвычайно надежную посадку с натягом на гладком валу, что критически важно для тяжелонагруженных узлов с переменным крутящим моментом и вибрациями.
Материалы, смазка и системы уплотнений
Для изготовления подшипников ART используются высокоочищенные хромистые стали, такие как 100Cr6 (52100). Для особо тяжелых условий (ударные нагрузки, загрязненная среда) кольца и ролики могут подвергаться объемной закалке или изготавливаться из сталей с добавлением никеля и молибдена. Сепараторы выполняются из штампованной стали, полиамида (материал PA66, армированный стекловолокном) или латуни, в зависимости от требований к скорости, температуре и смазке.
Система уплотнений — критический элемент для обеспечения долговечности. Применяются следующие типы:
- RS (резиновое уплотнение на наружном кольце): Контактное уплотнение, эффективно защищающее от влаги и мелких частиц.
- 2RS: Двустороннее резиновое уплотнение для сред с высоким уровнем загрязнения.
- Z (металлический защитный шайба): Не контактное, обеспечивает защиту только от крупных частиц.
- Открытое исполнение (без суффикса): Для узлов с централизованной системой смазки.
- 222 – серия (легкая/средняя).
- 08 – внутренний диаметр в мм (d = 08*5 = 40 мм).
- E – усиленная конструкция сепаратора и роликов.
- K – конусное отверстие (втулочное) 1:12.
- Электродвигатели и генераторы большой мощности: В качестве опор ротора в двигателях с высотой оси вращения свыше 315 мм, работающих в условиях теплового расширения и магнитных сил, вызывающих несоосность.
- Приводы механизмов собственных нужд электростанций: Вентиляторы градирен, дымососы, мельничные вентиляторы, где присутствуют вибрации и попадание агрессивных сред.
- Турбинные установки (вспомогательное оборудование): Насосы систем смазки и регулирования.
- Приводы конвейерных лент топливоподачи: Условия высокой запыленности и ударных нагрузок.
- Крановое оборудование и механизмы перегрузки: В узлах подвеса и вращения, подверженных знакопеременным и радиальным нагрузкам.
- Очистка вала и проверка посадочных поверхностей.
- Надевание втулки на вал резьбой наружу.
- Установка подшипника на втулку.
- Накручивание стопорной гайки и ее затяжка динамометрическим ключом до достижения заданного осевого натяга (зазора). Контроль осуществляется путем измерения радиального зазора или осевого перемещения внутреннего кольца.
- Фиксация гайки стопорной шайбой или пластиной.
- Установка лабиринтных или резиновых уплотнений в корпус.
Смазка — преимущественно консистентная, закладываемая на весь срок службы (исполнения с уплотнениями). Для высокоскоростных или высокотемпературных применений используется циркуляционная жидкая смазка (масло).
Основные технические характеристики и маркировка
Маркировка подшипников ART следует международным стандартам ISO и включает обозначение серии, размеров, типа исполнения и зазора. Пример: 22208 EK.
Ключевые технические параметры представлены в таблице для типовой серии 222 (диаметры 40-100 мм):
| Обозначение | d, мм | D, мм | B, мм | Динамическая грузоподъемность (C), кН | Статическая грузоподъемность (C0), кН | Предельная частота вращения (смазка консистентная), об/мин |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 22208 EK | 40 | 80 | 23 | 95.6 | 89.0 | 6300 |
| 22210 EK | 50 | 90 | 23 | 96.5 | 96.0 | 5300 |
| 22212 EK | 60 | 110 | 28 | 132 | 132 | 4500 |
| 22214 EK | 70 | 125 | 31 | 158 | 163 | 4000 |
Применение в энергетике и электротехнической отрасли
В энергетике надежность вращающихся узлов напрямую влияет на бесперебойность выработки энергии. Подшипники ART находят применение в следующих агрегатах:
Монтаж, демонтаж и обслуживание
Правильный монтаж на конусную втулку — залог долгой работы. Последовательность операций:
Демонтаж осуществляется с помощью специальных съемников гидравлического или винтового типа, воздействующих на резьбу втулки. Нагрев индукционным методом запрещен для подшипников с сепараторами из полиамида.
Обслуживание в процессе эксплуатации сводится к контролю температуры, вибрации и периодической подаче дополнительной порции смазки (для открытых исполнений). Интервалы пополнения смазки рассчитываются по формулам, учитывающим тип подшипника, скорость и условия работы.
Сравнение с альтернативными типами опор
Выбор между сферическим роликовым подшипником (ART) и другими типами определяется условиями эксплуатации.
| Тип подшипника | Основные преимущества | Недостатки | Типичные области замены/конкуренции с ART |
|---|---|---|---|
| Сферический роликовый (ART) | Высокая радиальная грузоподъемность, самоустановка, стойкость к перекосам и ударам. | Ограниченная предельная частота вращения, сложность монтажа/демонтажа, большие габариты. | — |
| Цилиндрический роликовый (N, NU) | Более высокая частота вращения, точное радиальное позиционирование. | Не воспринимает осевые нагрузки, не компенсирует перекосы. | Неприменим при наличии несоосности. |
| Шариковый радиально-упорный | Высокая скорость, комбинированная нагрузка. | Меньшая радиальная грузоподъемность, чувствительность к перекосам. | В высокоскоростных электродвигателях, где нет значительных перекосов. |
| Подшипник скольжения | Высокая демпфирующая способность, бесшумность, компактность при больших диаметрах. | Необходимость в постоянной системе смазки, пусковой момент, износ. | В тихоходных узлах турбин и генераторов с жидкостной смазкой. |
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем подшипник ART отличается от подшипника SRB (Spherical Roller Bearing)?
ART — это подтип сферических роликовых подшипников, отличающийся исключительно конструкцией внутреннего кольца с конусным (втулочным) отверстием. Общепринятое международное обозначение для сферических роликовых подшипников — SRB. Таким образом, ART — это SRB с исполнением отверстия «K» (конус 1:12).
Как правильно определить момент затяжки стопорной гайки при монтаже на втулку?
Момент затяжки не является первичным критерием. Основной параметр — уменьшение радиального зазора в подшипнике на величину, рекомендованную производителем (обычно 0.03–0.08 мм в зависимости от размера). Затяжка производится постепенно с контролем этого зазора щупом или индикатором. Предварительные значения момента затяжки приводятся в технических каталогах и служат ориентиром для предотвращения повреждения резьбы.
Можно ли использовать подшипник ART в узле с осевой нагрузкой?
Да, сферические роликовые подшипники способны воспринимать двухсторонние осевые нагрузки, составляющие до 20-25% от неиспользованной допустимой радиальной нагрузки. Однако для преимущественно осевых нагрузок существуют более оптимальные конструкции (упорные сферические роликовые подшипники).
Каковы признаки выхода из строя подшипника ART и методы диагностики?
Основные признаки: повышение температуры узла выше нормативной (обычно более +80°C), повышенный уровень вибрации и шума (особенно на низкочастотных гармониках), появление люфта. Диагностика осуществляется виброакустическим анализом (контроль спектра вибрации), термографией и анализом смазочного материала на наличие продуктов износа.
Как выбрать между исполнением с полиамидным (PA66) и стальным сепаратором?
Полиамидный сепаратор (обозначение суффиксом «Т» или «TVH») обеспечивает более низкий момент трения, лучше приспособлен для работы при недостаточной смазке, снижает шум и вибрацию. Рекомендуется для высокоскоростных применений с преобладанием консистентной смазки. Стальной штампованный или точеный сепаратор (суффиксы «J», «M», «W») более устойчив к высоким температурам (свыше +120°C), ударным нагрузкам и применяется с жидкой смазкой или в особо тяжелых условиях.
Каков расчетный ресурс подшипников ART в электродвигателях?
Номинальный расчетный ресурс (L10) определяется по стандарту ISO 281, исходя из динамической грузоподъемности (C), эквивалентной динамической нагрузки (P) и поправочных коэффициентов на условия смазки (a23), загрязнения (ec) и материал (a1). Формула: L10 = a1 a23 (C/P)^(10/3) [млн. оборотов]. На практике в электродвигателях среднего и высокого напряжения при правильном монтаже и смазке ресурс до первого отказа может достигать 40 000 – 80 000 часов.
Заключение
Подшипники роликовые сферические ART являются высокоспециализированным и надежным решением для ответственных узлов энергетического и тяжелого промышленного оборудования. Их правильный выбор, основанный на анализе нагрузок, скоростей и условий среды, а также строгое соблюдение технологий монтажа и обслуживания, являются определяющими факторами для обеспечения многолетней безотказной работы турбогенераторов, крупных электродвигателей и механизмов топливоподачи. Понимание конструктивных особенностей, маркировки и правил эксплуатации позволяет инженерно-техническому персоналу эффективно применять данные изделия, минимизируя риски простоев и повышая общую надежность энергетических систем.