Подшипники радиальные роликовые двухрядные

Подшипники радиальные роликовые двухрядные: конструкция, типы, применение и монтаж

Радиальные двухрядные роликовые подшипники представляют собой класс опор качения, предназначенных для восприятия значительных радиальных нагрузок и умеренных осевых нагрузок в обоих направлениях. Их ключевая особенность — наличие двух рядов цилиндрических роликов, расположенных между общим внутренним и общим наружным кольцами. Это обеспечивает повышенную грузоподъемность и жесткость по сравнению с однорядными аналогами, что делает их критически важными компонентами в тяжелом энергетическом оборудовании, таком как турбогенераторы, электродвигатели большой мощности, насосы, редукторы и вентиляторы.

Конструктивные особенности и принцип работы

Основными элементами двухрядного радиального роликового подшипника являются:

• Наружное кольцо: Имеет две раздельные дорожки качения на внутренней поверхности. Часто выполняется с канавками для смазки и отверстиями для ее подвода.
• Внутреннее кольцо: Может быть цельным или разъемным (состоять из двух частей), что облегчает монтаж. Имеет две дорожки качения на наружной поверхности.
• Ролики: Цилиндрические тела качения, изготовленные из высокопрочной подшипниковой стали. В каждом ряду ролики удерживаются сепаратором.
• Сепараторы: Изготавливаются из стали, латуни или полимерных материалов. Предназначены для равномерного распределения роликов, предотвращения их контакта и трения друг о друга, направления движения.
• Кольца-вкладыши (для подшипников с разъемным внутренним кольцом): Позволяют монтировать подшипник на валы с большими натягами, что характерно для энергетического машиностроения.

Принцип работы основан на замене трения скольжения на трение качения между кольцами подшипника посредством роликов. Наличие двух рядов позволяет распределить радиальную нагрузку, существенно увеличивая допустимую нагрузку и ресурс узла. Осевая грузоподъемность ограничена и определяется конструкцией бортов на кольцах.

Классификация и основные типы

Двухрядные роликоподшипники классифицируются по нескольким ключевым признакам.

1. По конструкции внутреннего кольца и возможности монтажа:

• С неразъемным внутренним кольцом (тип NN, NNU): Стандартная конструкция. Монтаж осуществляется прессовой посадкой кольца на вал.
• С разъемным внутренним кольцом (тип NNF): Специализированная конструкция для тяжелого машиностроения. Внутреннее кольцо состоит из двух симметричных половин, между которыми устанавливается центрирующее распорное кольцо. Позволяет монтировать подшипник на валы с посадками с большим натягом без риска повреждения.

2. По типу сепаратора и возможности осевого смещения:

• С фиксирующими бортами на наружном и внутреннем кольцах: Обеспечивают строгую фиксацию вала в осевом направлении (неподвижные опоры). Могут воспринимать ограниченные двухсторонние осевые нагрузки.
• С бортами только на наружном кольце (свободно-осевые): Внутреннее кольцо без бортов позволяет подшипнику самоустанавливаться и компенсировать перекосы вала или монтажные неточности. Часто используются в качестве плавающих опор.

Материалы и технологии изготовления

Для обеспечения долговечности в условиях высоких нагрузок и скоростей применяются специализированные материалы:

• Сталь: Кольца и ролики изготавливаются из высокоуглеродистой хромистой стали марки 100Cr6 (SHХ15) или ее аналогов. Для особо ответственных применений используется сталь, подвергнутая вакуумно-дуговому переплаву или электрошлаковому переплаву для повышения чистоты и однородности структуры.
• Термообработка: Обязательные этапы — сквозная или поверхностная закалка с последующим низким отпуском для достижения твердости 58-65 HRC. Это обеспечивает высокую контактную выносливость и износостойкость.
• Сепараторы: Штампованные стальные (массовые серии), машинно-обработанные латунные (для высоких скоростей и ударных нагрузок) или полиамидные (облегченные, с низким трением).
• Смазочные материалы: Применяются консистентные пластичные смазки на литиевой или комплексной основе, а также циркуляционные системы жидкой смазки (масло). В энергетике часто используются специальные термостабильные и влагостойкие сорта.

Области применения в энергетике и смежных отраслях

Двухрядные роликоподшипники являются основой для тяжелонагруженных узлов вращения.

• Турбогенераторы и паровые турбины: Опоры роторов низкого и среднего давления, где требуются высокая радиальная грузоподъемность и точное позиционирование.
• Крупные электрические машины (двигатели и генераторы): Опорные подшипники для валов мощностью от нескольких сотен киловатт и выше.
• Насосное оборудование: Циркуляционные, питательные, конденсатные насосы АЭС и ТЭС.
• Редукторы и мультипликаторы: Выходные валы редукторов, работающие под высокой радиальной нагрузкой.
• Вентиляторы градирен и дымососы: Узлы, работающие в условиях запыленности и высоких температур.

Маркировка и обозначения

Обозначения следуют стандартам ISO и отраслевым нормам. Пример расшифровки подшипника NN 30 48 K:

• NN — тип: двухрядный радиальный роликовый с цилиндрическими роликами, с бортами на наружном кольце.
• 30 — серия ширины (3) и конструктивная серия (0).
• 48 — код посадочного диаметра (внутренний диаметр 240 мм).
• K — суффикс, обозначающий конусность отверстия 1:12.

Другие распространенные суффиксы: M — латунный сепаратор, P5/P6 — класс точности, C3/C4 — группа радиального зазора, T41 — термостабилизация.

Таблица сравнения характеристик основных типов

Параметр / Тип подшипника	NN (с бортами на наружном кольце)	NNU (с бортами на внутреннем кольце)	NNF (разъемный, двухрядный)
Основное назначение	Неподвижная опора, восприятие двухсторонних осевых нагрузок	Плавающая опора, компенсация перекосов	Неподвижная тяжелонагруженная опора для валов с посадкой с натягом
Осевое фиксирование вала	Да	Нет (свободное перемещение)	Да
Самоустанавливаемость	Ограниченная	Хорошая	Очень ограниченная
Сложность монтажа/демонтажа	Средняя	Средняя	Относительно простая (благодаря разъемности)
Типичное применение в энергетике	Опоры роторов турбин, выходные валы редукторов	Плавающие опоры электродвигателей, вентиляторов	Корпусные опоры турбогенераторов, тяжелых насосов

Монтаж, эксплуатация и техническое обслуживание

Правильный монтаж определяет ресурс подшипника. Основные этапы:

• Подготовка: Проверка посадочных поверхностей вала и корпуса на чистоту, отсутствие забоин, соответствие допускам по шероховатости и геометрии. Прогрев подшипника в масляной ванне до 80-100°C (запрещено использовать открытый огонь).
• Установка: Монтаж нагретого подшипника на вал с осевым усилием до упора в бурт. Для разъемных конструкций (NNF) последовательная установка половин внутреннего кольца и распорного кольца.
• Регулировка зазоров: Контроль радиального и осевого зазоров после остывания узла. Для подшипников с коническим отверстием окончательная посадка достигается затяжкой гайки на шпильке или специального съемника, что требует контроля момента затяжки.
• Смазка: Заполнение полости подшипника смазкой на 1/3-1/2 для консистентной смазки. Обеспечение бесперебойной подачи масла в системах циркуляционной смазки.

В процессе эксплуатации обязателен мониторинг вибрации, температуры (норма до +80°C, критично более +95°C) и акустического шума. Плановое ТО включает пополнение или замену смазки, проверку состояния уплотнений.

Критерии выбора для энергетических объектов

При подборе подшипника для ответственного применения необходимо учитывать:

• Динамическая и статическая грузоподъемность (C и C0): Основные расчетные параметры, определяющие номинальный ресурс (расчет по ISO 281).
• Допустимая скорость вращения: Ограничивается типом сепаратора, системой смазки и теплоотводом.
• Класс точности (P0, P6, P5, P4, P2): Для турбогенераторов и высокоскоростных двигателей требуются классы P5 и выше для минимизации биений и вибраций.
• Радиальный зазор (C2, CN, C3, C4): Выбирается в зависимости от посадок, температурного режима и требуемой предварительной натяжки.
• Условия эксплуатации: Наличие вибраций, ударов, агрессивной среды, повышенных температур, требующих специальных марок стали, смазок и уплотнений.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем ключевое отличие двухрядного роликового подшипника от двухрядного шарикового?

Двухрядный роликовый подшипник имеет линейный контакт роликов с дорожками качения, что обеспечивает на порядок более высокую радиальную грузоподъемность и жесткость, но меньшую предельную частоту вращения. Шариковый подшипник имеет точечный контакт, лучше приспособлен для комбинированных нагрузок и высоких скоростей, но уступает по несущей способности.

Можно ли использовать двухрядный роликоподшипник в качестве плавающей опоры?

Да, но только конструкции типа NNU (с бортами на внутреннем кольце) или аналогичные, где внутреннее кольцо с роликами может перемещаться осево относительно наружного кольца. Подшипники типа NN с бортами на обоих кольцах жестко фиксируют вал.

Как правильно определить необходимый радиальный зазор для подшипника в узле электродвигателя?

Выбор зависит от посадок, рабочей температуры и условий. При посадке внутреннего кольца с натягом на вал зазор уменьшается. Для большинства мощных электродвигателей с нагревом вала применяют группу зазора C3 (увеличенный) для компенсации теплового расширения и предотвращения заклинивания.

Что означает суффикс «K» в маркировке и как монтировать такой подшипник?

Суффикс «K» обозначает коническое отверстие во внутреннем кольце с конусностью 1:12. Монтаж осуществляется на конусную втулку (бабу) или непосредственно на конический участок вала. Окончательная посадка и регулировка зазора достигается осевым перемещением кольца по конусу с помощью гайки, что обеспечивает точную и надежную посадку с заданным натягом.

Каковы основные причины преждевременного выхода из строя этих подшипников?

• Неправильный монтаж: Перекос, ударный запрессовка, загрязнение.
• Недостаточная или загрязненная смазка: Ведущая причина выхода из строя (до 40% случаев).
• Перегрев: Из-за чрезмерного натяга, недостатка смазки или неправильного выбора зазора.
• Проникновение влаги и коррозия: Особенно критично для оборудования, работающего в режиме «стоп-старт».
• Прохождение токов утечки (выкрашивание): В электродвигателях без должной защиты от паразитных токов.

Чем обусловлено применение латунного сепаратора (суффикс M) вместо стального?

Латунные машинно-обработанные сепараторы обладают лучшими антифрикционными свойствами, повышенной прочностью и стойкостью к ударным нагрузкам. Они лучше отводят тепло, менее склонны к заеданию при дефиците смазки и рекомендуются для высокоскоростных применений или режимов с переменными и ударными нагрузками.

Заключение

Радиальные двухрядные роликовые подшипники являются высокотехнологичными, точными и надежными компонентами, от корректного выбора и монтажа которых напрямую зависит бесперебойная работа критически важного энергетического оборудования. Понимание их конструкции, типов, маркировки и правил эксплуатации позволяет инженерно-техническому персоналу принимать обоснованные решения при проектировании, ремонте и техническом обслуживании, минимизируя риски простоев и повышая общую надежность систем.