Подшипники роликовые цилиндрические ART
Подшипники роликовые цилиндрические ART: конструкция, применение и технические аспекты
Подшипники роликовые цилиндрические ART представляют собой высокоточные узлы качения, предназначенные для восприятия значительных радиальных нагрузок. Их конструктивная особенность заключается в использовании цилиндрических роликов в качестве тел качения, что обеспечивает высокую грузоподъемность и жесткость при относительно небольших габаритных размерах. В энергетическом секторе, включая генераторы, турбины, мощные электродвигатели и насосное оборудование, надежность этих подшипников напрямую влияет на бесперебойность и эффективность технологических процессов.
Конструктивные особенности и типы исполнения
Цилиндрические роликоподшипники ART характеризуются разделяемой конструкцией: внутреннее и наружное кольца могут устанавливаться отдельно, что упрощает монтаж и демонтаж, особенно в составе сложных узлов. Ролики, как основные элементы, удерживаются и направляются сепаратором, который может быть выполнен из штампованной стали, механически обработанной стали или полимерных материалов. В зависимости от модификации, подшипники могут иметь одно или два борта на кольцах.
Основные типы по конструкции колец:
- Серии NU и N: Наружное кольцо с двумя бортами, внутреннее – без бортов (NU) или наоборот (N). Способны воспринимать только радиальные нагрузки и допускают осевое смещение вала относительно корпуса, компенсируя тепловое расширение.
- Серии NJ и HJ: Наружное кольцо с двумя бортами, внутреннее – с одним бортом. Могут ограниченно воспринимать односторонние осевые нагрузки.
- Серии NUP и NH: Комбинированные конструкции, способные фиксировать вал в обоих осевых направлениях.
- Динамическая грузоподъемность (C) – постоянная радиальная нагрузка, которую подшипник может выдержать в течение расчетного срока службы в 1 млн. оборотов.
- Статическая грузоподъемность (C0) – допустимая радиальная нагрузка при неподвижном или медленно вращающемся подшипнике, не вызывающая остаточной деформации.
- Предельная частота вращения – максимальная скорость, ограниченная тепловым режимом и инерционными силами в сепараторе.
- Класс точности (PN, P6, P5, P4, P2) – определяет допуски на размеры и форму. Для турбогенераторов и высокоскоростных двигателей требуются классы P5 и выше.
- Зазор (радиальный зазор) – внутренний зазор в подшипнике, выбираемый в зависимости от условий натягов и температурного режима.
- Предельная частота для смазки пластичным смазочным материалом. При жидкой циркуляционной смазке значения могут быть выше.
- Электрические машины: Опорные подшипники роторов крупных синхронных генераторов, асинхронных двигателей высокой мощности. Серии NU и N используются на свободной опоре для компенсации теплового удлинения вала.
- Турбоагрегаты: Опоры валов паровых и газовых турбин, где в комбинации с упорными подшипниками воспринимают радиальные нагрузки.
- Насосное оборудование: Центробежные и вертикальные насосы, где требуются высокая радиальная жесткость и точность вращения.
- Редукторы и мультипликаторы: Установка в быстроходных, промежуточных и тихоходных валах тяжелых редукторов.
- Наибольшая радиальная грузоподъемность среди всех типов подшипников качения аналогичного габарита.
- Высокая жесткость и минимальный радиальный прогиб.
- Возможность работы при высоких скоростях вращения.
- Разделяемая конструкция, облегчающая установку.
- Низкий момент трения при радиальной нагрузке.
- Неспособность (кроме специальных исполнений) воспринимать осевые нагрузки, что требует комбинации с упорными подшипниками.
- Повышенные требования к точности изготовления и жесткости посадочных мест вала и корпуса.
- Чувствительность к перекосу осей вала и отверстия корпуса.
Материалы и технологии изготовления
Производство подшипников ART ведется с использованием подшипниковых сталей марок, аналогичных ШХ15СГ или 100Cr6. Ключевыми этапами являются объемная закалка и низкотемпературный отпуск для достижения высокой и однородной твердости (60-65 HRC) по всему сечению колец и роликов. Финишная обработка включает шлифование и суперфиниш дорожек качения, что обеспечивает минимальное отклонение от геометрической формы и низкий уровень шума и вибрации. Сепараторы изготавливаются методом штамповки (для стандартных серий) или механической обработки (для высокоскоростных или тяжелонагруженных применений).
Технические характеристики и выбор подшипника
Выбор цилиндрического роликоподшипника для энергетического оборудования основывается на расчете динамической и статической грузоподъемности, эквивалентной динамической нагрузке и требуемому ресурсу. Важными параметрами являются:
| Обозначение | d, мм | D, мм | B, мм | Динамическая нагрузка C, кН | Статическая нагрузка C0, кН | Предельная частота, об/мин* |
|---|---|---|---|---|---|---|
| ART NU 310 EC | 50 | 110 | 27 | 132 | 118 | 8000 |
| ART NJ 222 E | 110 | 200 | 38 | 340 | 380 | 5600 |
| ART NUP 2318 | 90 | 190 | 64 | 380 | 415 | 5000 |
Применение в энергетике и смежных отраслях
В энергетическом оборудовании цилиндрические роликоподшипники ART находят применение в узлах с преобладающими радиальными нагрузками и высокими скоростями вращения.
Монтаж, смазка и техническое обслуживание
Правильный монтаж является критическим фактором для реализации полного ресурса подшипника. Для цилиндрических роликоподшипников с одним свободным кольцом необходимо обеспечить точную посадку: вращающееся кольцо (обычно внутреннее) устанавливается с натягом на вал, неподвижное – с небольшим зазором в корпус для возможности осевого перемещения. Монтаж производится с применением индукционных нагревателей или гидравлических прессов, исключающих ударные нагрузки. Смазка может быть пластичной (консистентной) или жидкой (масло). В высокоскоростных узлах энергетического оборудования, как правило, применяется циркуляционная система смазки маслом под давлением, обеспечивающая также отвод тепла. Регламент технического обслуживания включает регулярный мониторинг температуры, уровня вибрации и состояния смазочного материала.
Преимущества и ограничения
Преимущества:
Ограничения:
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем отличаются серии NU и NJ?
Серия NU имеет два борта на наружном кольце и не имеет бортов на внутреннем. Она позволяет валу перемещаться осево относительно корпуса в обе стороны. Серия NJ также имеет два борта на наружном кольце, но один борт на внутреннем. Это позволяет ей воспринимать ограниченные осевые нагрузки в одном направлении (в сторону борта внутреннего кольца), но ограничивает осевое перемещение в эту сторону.
Как правильно выбрать радиальный зазор для подшипника ART, устанавливаемого в электродвигатель?
Выбор зазора (C2, CN, C3, C4) зависит от условий посадки и температурного режима. Для стандартных электродвигателей, где внутреннее кольцо устанавливается с натягом на вал, а наружное с небольшим зазором в корпус, и рабочая температура узла умеренно повышена, обычно применяется группа C3 (увеличенный зазор). Это компенсирует уменьшение рабочего зазора из-за натяга и разницы температурного расширения колец. Точный выбор требует инженерного расчета.
Можно ли использовать цилиндрические роликоподшипники в вертикальных валах насосов?
Да, но с обязательным учетом осевой нагрузки. Цилипндрический роликоподшипник (например, серии NU) устанавливается как радиальная опора. Для восприятия осевой нагрузки от веса ротора и гидравлических сил необходимо отдельно устанавливать упорный шариковый или сферический упорный роликоподшипник. Конструкция узла должна обеспечивать точное радиальное и осевое позиционирование.
Каковы признаки выхода из строя цилиндрического роликоподшипника в работе?
Основные диагностические признаки: устойчивое повышение температуры подшипникового узла сверх нормативного уровня (обычно более +80-85°С на корпусе), увеличение уровня вибрации, особенно на высоких частотах, связанных с частотой перекатывания роликов, появление акустического шума (гула, скрежета). При наличии системы анализа смазки в масле могут быть обнаружены продукты износа – частицы стали.
Что означает маркировка «EC» в обозначении подшипника ART NU 310 EC?
Индекс «EC» обозначает оптимизированную внутреннюю конструкцию подшипника (Enhanced Capacity). Такие подшипники имеют измененную геометрию роликов и дорожек качения, увеличенное количество и/или размер роликов, что при тех же внешних габаритах обеспечивает значительное повышение динамической грузоподъемности и срока службы.
Требуется ли периодическая подтяжка или регулировка цилиндрических роликоподшипников после монтажа?
Нет, цилипндрические роликоподшипники (кроме полнобортных упорных модификаций) не требуют регулировки зазора в процессе эксплуатации. Их рабочий зазор определяется на этапе подбора и монтажа и в дальнейшем не регулируется. Регулировка может потребоваться только для сопутствующих упорных подшипников в комбинированных узлах.