Подшипники роликовые комбинированные
Подшипники роликовые комбинированные: конструкция, типы, применение и монтаж
Подшипники роликовые комбинированные представляют собой неразъемные сборочные единицы, объединяющие в одном корпусе два различных типа тел качения: радиальные ролики и упорные шарики или ролики. Их ключевая функция – одновременное восприятие значительных радиальных и односторонних осевых нагрузок, что устраняет необходимость в сложных комбинациях отдельных радиальных и упорных подшипников. Конструктивная особенность заключается в наличии двух раздельных дорожек качения на общем наружном или внутреннем кольце, что обеспечивает высокую жесткость узла и точность установки.
Конструктивные особенности и принцип действия
Основу комбинированного подшипника составляет цельнометаллический корпус (чаще всего наружное кольцо), имеющий сложную геометрию. На его внутренней цилиндрической поверхности выполнена дорожка качения для радиальных роликов (обычно игольчатых или цилиндрических коротких), которые воспринимают нагрузки, действующие перпендикулярно оси вращения. На торцевой поверхности того же корпуса выполнена вторая дорожка качения – для упорных тел качения (шариков или конических роликов), предназначенная для восприятия осевых нагрузок, действующих в одном направлении вдоль оси. Внутреннее кольцо, устанавливаемое на вал, также имеет соответствующие две беговые дорожки. Сепараторы (съемные или неразъемные) удерживают тела качения на равном расстоянии друг от друга. Такая компоновка обеспечивает компактность, высокую грузоподъемность и жесткость узла при сравнительно небольших габаритных размерах.
Классификация и основные типы
Классификация комбинированных подшипников осуществляется по типу используемых упорных тел качения и конструктивному исполнению.
1. По типу упорных элементов:
- Комбинация радиальных роликов с упорными шариками (тип NKX, NKXR, ZARN): Наиболее распространенный тип. Упорные шарики обеспечивают высокую скорость вращения и умеренную осевую грузоподъемность. Отличаются относительно низким моментом трения в осевом направлении.
- Комбинация радиальных роликов с упорными роликами (тип NX, ZARF): Используются конические или цилиндрические упорные ролики. Основное преимущество – существенно более высокая осевая грузоподъемность по сравнению с шариковыми аналогами. Однако допустимые скорости вращения ниже, а момент трения выше. Применяются в узлах с преобладающими осевыми нагрузками.
- С внутренним кольцом: Стандартное исполнение. Внутреннее кольцо монтируется на вал с натягом. Упрощает монтаж и демонтаж, защищает вал от износа.
- Без внутреннего кольца (игольчато-упорные, типа AXW, 812): Радиальные игольчатые ролики катятся непосредственно по закаленной и шлифованной поверхности вала. Это позволяет достичь максимальной компактности радиального сечения узла. Требует высокой твердости и точности обработки посадочной поверхности вала.
- Энергетическое оборудование: Опорные узлы поворотных механизмов гондол ветрогенераторов, подшипниковые узлы в регулируемой лопаточной системе турбин, опоры вертикальных валов в гидроагрегатах, механизмы поворота солнечных панелей.
- Редукторостроение: Установка на выходных валах червячных редукторов, где возникают значительные радиальные и осевые усилия от червячного колеса. Применение комбинированного подшипника исключает необходимость в сложной комбинации двух отдельных опор.
- Металлургическая и тяжелая промышленность: Шпиндели прокатных станов, опорные узлы кранового оборудования, механизмы наклона конвертеров.
- Станкостроение: Шпиндели токарных и фрезерных станков, где требуется высокая точность и жесткость.
- Нагрузки: Определение максимальных и эквивалентных динамических радиальной (Fr) и осевой (Fa) нагрузок.
- Режим работы: Скорость вращения (n), температурный диапазон, наличие вибраций, ударов, загрязнений.
- Габаритные ограничения: Монтажные размеры (диаметр вала, наружный диаметр, ширина).
- Требуемый ресурс: Расчетный срок службы в часах (L10h).
- Повышенный шум, вибрация: Причина – износ дорожек качения, выкрашивание, загрязнение.
- Нагрев узла выше допустимого: Причина – недостаток или старение смазки, чрезмерный натяг при монтаже, перегрузка.
- Люфт или заклинивание вала: Причина – катастрофический износ, поломка сепаратора, неправильная регулировка.
- Появление осевого смещения: Причина – износ упорной дорожки качения.
2. По наличию внутреннего кольца:
Материалы и защита от внешних воздействий
Кольца и тела качения изготавливаются из подшипниковых сталей (например, 100Cr6, 52100), проходящих объемную закалку до высокой твердости (58-66 HRC). Сепараторы могут быть штампованными из стали, механически обработанными из латуни или полимерными (например, из полиамида, армированного стекловолокном). Для работы в агрессивных средах или при повышенных температурах применяются стали с добавлением молибдена, никеля или специализированные нержавеющие стали. Стандартное уплотнение – металлические защитные шайбы. Для тяжелых условий эксплуатации применяются подшипники с контактными уплотнениями из синтетического каучука (NBR, FKM), устанавливаемыми с одной или обеих сторон, которые эффективно защищают от загрязнений и удерживают смазку.
Сравнительная таблица характеристик основных типов
| Параметр / Тип подшипника | NKX / ZARN (с упорными шариками) | NX / ZARF (с упорными роликами) | AXW (игольчато-упорный без внутр. кольца) |
|---|---|---|---|
| Радиальная грузоподъемность | Высокая | Очень высокая | Высокая (зависит от вала) |
| Осевая грузоподъемность | Умеренная | Очень высокая | Умеренная |
| Допустимая скорость | Высокая | Средняя | Средняя/Высокая |
| Момент трения (осевой) | Низкий | Высокий | Низкий |
| Жесткость узла | Высокая | Очень высокая | Высокая |
| Требования к валу | Стандартные | Стандартные | Высокие (закалка, шлифовка) |
| Типичное применение | Шпиндели, редукторы, поворотные механизмы | Червячные передачи, вертикальные валы, мощные редукторы | Коленчатые валы, компактные редукторы, оси |
Области применения в энергетике и промышленности
Комбинированные роликовые подшипники нашли широкое применение в узлах, где присутствуют комбинированные нагрузки и критична компактность.
Монтаж, регулировка и смазка
Правильный монтаж критически важен для долговечности комбинированных подшипников. Вал и корпус должны иметь соответствующие допуски посадочных поверхностей (как правило, для вала – k5, m5; для корпуса – H6, J6). Посадочные поверхности должны быть чистыми, без задиров и иметь требуемую шероховатость (Ra ≤ 0.8 мкм). Монтаж осуществляется с помощью прессового инструмента, передающего усилие только на то кольцо, которое садится с натягом (обычно внутреннее на вал). Запрещается передавать ударные или монтажные усилия через тела качения или сепаратор.
Осевой зазор в комбинированных подшипниках, как правило, предустановлен на заводе и не регулируется. Однако в некоторых конструкциях узлов возможна регулировка осевого положения вала с помощью комплекта регулировочных шайб или гаек. Смазка – преимущественно пластичная (консистентная), реже – жидкая циркуляционная. При выборе смазки необходимо учитывать совместимость с уплотнениями, диапазон рабочих температур и скорость вращения. Для высокоскоростных применений предпочтительны синтетические масла или консистентные смазки на основе сложных эфиров.
Критерии выбора и расчет ресурса
При выборе комбинированного подшипника инженер должен последовательно оценить следующие параметры:
Динамическая грузоподъемность (C) для комбинированных подшипников указывается отдельно для радиального (Cr) и осевого (Ca) направлений. Расчет номинального ресурса (L10h) ведется по формуле, учитывающей эквивалентную динамическую нагрузку (P), которая является функцией Fr и Fa. Коэффициенты влияния осевой нагрузки на радиальную выносливость (X, Y) берутся из таблиц каталога производителя. Ресурс в часах: L10h = (10^6 / (60 n)) (C / P)^p, где p = 10/3 для роликовых подшипников.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем комбинированный подшипник принципиально отличается от установки двух отдельных радиального и упорного подшипников?
Комбинированный подшипник представляет собой единый предварительно собранный и настроенный узел. Это обеспечивает идеальную соосность радиальной и упорной дорожек качения, что повышает жесткость и точность вращения. Он занимает значительно меньше места по ширине и упрощает монтаж, так как требует только одну посадочную поверхность на валу и в корпусе вместо двух-трех.
Можно ли воспринимать двустороннюю осевую нагрузку одним комбинированным подшипником?
Нет, стандартные комбинированные подшипники рассчитаны на восприятие осевой нагрузки только в одном направлении (от торца внутреннего кольца к торцу наружного). Для восприятия реверсивной осевой нагрузки необходимо устанавливать два подшипника встречно или использовать специальные сдвоенные конструкции, которые встречаются реже.
Как правильно смазывать комбинированные подшипники с уплотнениями?
Подшипники с контактными уплотнениями поставляются заполненными смазкой на весь срок службы (greased for life). Дозаправка, как правило, не предусмотрена и может повредить уплотнение. Подшипники с металлическими защитными шайбами или только с одним уплотнением требуют регулярного пополнения смазки через имеющиеся каналы в корпусе узла. Тип и интервал смены смазки определяются условиями эксплуатации.
Что важнее проверять при приемке и перед монтажом?
Необходимо визуально проверить отсутствие транспортировочных повреждений, коррозии. Подшипник должен вращаться плавно, без заеданий и постороннего шума. Важно убедиться в чистоте и геометрической точности посадочных поверхностей вала и корпуса. Категорически запрещается промывать подшипники с консистентной смазкой и заводским уплотнением.
Каковы основные признаки выхода комбинированного подшипника из строя и причины?
Возможен ли ремонт или переборка комбинированного подшипника?
Нет, комбинированные подшипники являются неразъемными необслуживаемыми узлами. При выходе из строя они подлежат полной замене. Попытки разборки приведут к необратимому повреждению сепаратора и дорожек качения.