Шариковые самоустанавливающиеся подшипники
Шариковые самоустанавливающиеся подшипники: конструкция, применение и технические аспекты
Шариковый самоустанавливающийся подшипник – это тип радиального подшипника качения, способный компенсировать угловое смещение между валом и корпусом. Ключевая конструктивная особенность заключается в сферической поверхности наружного кольца и двойном ряде бочкообразных (сферических) тел качения, удерживаемых сегментированным или цельным кассетным сепаратором. Центр кривизны сферической дорожки наружного кольца совпадает с осью подшипника, что позволяет внутреннему кольцу с сепаратором и шарами свободно поворачиваться, компенсируя перекосы. Данное свойство делает эти подшипники незаменимыми в условиях монтажных погрешностей, прогиба валов под нагрузкой или при работе в несоосных узлах.
Конструктивные особенности и принцип работы
Основные компоненты самоустанавливающегося шарикового подшипника включают:
- Наружное кольцо с вогнутой сферической беговой дорожкой. Эта геометрия является основой для самоустановки.
- Внутреннее кольцо с двумя цилиндрическими или коническими беговыми дорожками, часто с буртиками для осевого фиксирования.
- Бочкообразные шарики в двух рядах. Их сферическая форма увеличивает площадь контакта и снижает контактные напряжения.
- Сепаратор (обычно из полиамида, стали или латуни), центрирующий шары и уменьшающий трение.
- В некоторых исполнениях присутствует центрирующая втулка для упрощения монтажа на нешлифованные валы.
- С цилиндрическим отверстием и стопорным кольцом (серия 12xx, 13xx): Наиболее распространенный тип. Наружное кольцо имеет канавку для стопорного кольца, что позволяет фиксировать подшипник в корпусе без прессовых посадок. Внутреннее кольцо может иметь как цилиндрическое, так и коническое отверстие (конус 1:12).
- С коническим отверстием и закрепительной втулкой (серия 22xx, 23xx): Коническое отверстие внутреннего кольца позволяет устанавливать подшипник на вал с помощью закрепительной втулки и стопорной гайки. Обеспечивает более надежную и точную посадку с натягом, особенно на валах больших диаметров.
- С уплотнениями: Часто выпускаются в исполнениях с односторонним (RS, 2RS) или двухсторонним контактным уплотнением из синтетического каучука (NBR). Это предварительно смазанные и необслуживаемые подшипники для тяжелых условий эксплуатации.
- Разъемные (сферические подшипниковые узлы): Состоят из самоустанавливающегося подшипника, размещенного в сферическом корпусе (например, типа SN). Это позволяет компенсировать не только перекосы, но и небольшие смещения вала.
- Полиамидный (PA66, часто с волокнами стекла): Легкий, обеспечивает хорошее скольжение, малошумный. Ограничен по температурному диапазону (обычно до +120°C).
- Латунный механически обработанный: Высокая прочность и износостойкость, применяется в высокоскоростных или тяжелонагруженных узлах.
- Электрические машины: Асинхронные двигатели средних и больших мощностей, где возможен прогиб вала от магнитных сил или теплового расширения. Часто используются в исполнении с закрепительной втулкой.
- Вентиляционное оборудование: Вентиляторы главного проветривания, дутьевые вентиляторы котельных, дымососы. Подшипники компенсируют дисбаланс ротора и вибрации.
- Насосное оборудование: Циркуляционные, питательные и прочие насосы, где перекос может возникнуть из-за температурных деформаций трубопроводов.
- Приводы конвейеров и шнеков: В длинных транспортировочных системах с несколькими точками опоры, где валы подвержены прогибу.
- Редукторы и мультипликаторы: В качестве опор тихоходных валов в редукторах, особенно при несимметричном расположении шестерен.
- Подшипники со стопорным кольцом требуют точной обработки посадочного отверстия в корпусе (обычно допуск H7). Стопорное кольцо является только фиксатором от осевого смещения, но не воспринимает радиальные нагрузки. Посадка на вал – переходная или с небольшим натягом (k6, m6).
- Подшипники с коническим отверстием монтируются с помощью закрепительной втулки. Ключевой этап – контроль осевой посадки (зазора) при затяжке стопорной гайки. Зазор регулируется степенью натяга втулки на конус вала и контролируется щупом или индикатором. Недостаточный натяг вызовет проворот кольца на валу, избыточный – деформацию и перегрев.
- Смазка: Для открытых подшипников применяются пластичные смазки на литиевой (Li) или комплексной кальциевой (Ca) основе с антизадирными присадками. Для высоких температур или скоростей – синтетические масла. Подшипники с уплотнениями поставляются заполненными смазкой на весь срок службы (L10).
- Контроль состояния включает регулярный мониторинг вибрации и температуры. Повышение температуры часто указывает на избыток смазки, чрезмерный натяг или износ.
Допустимый угол перекоса для стандартных шариковых самоустанавливающихся подшипников составляет от 2° до 3°, что в несколько раз превышает возможности радиально-упорных или цилиндрических подшипников. Это достигается за счет отсутствия жесткой геометрической связи между наружным кольцом и системой внутреннее кольцо-шары-сепаратор.
Типы и исполнения
Подшипники классифицируются по конструкции, способу монтажа и материалу сепаратора.
1. По типу конструкции и монтажа:
2. По материалу сепаратора:
Стальной штампованный: Прочный, термостойкий, стандартное решение для большинства промышленных применений.
Основные технические характеристики и выбор
При выборе подшипника ключевыми параметрами являются статическая (C0) и динамическая (C) грузоподъемность, допустимая частота вращения, а также габаритные размеры (обозначаемые сериями).
| Серия (пример) | Обозначение | Особенности конструкции | Типичное применение |
|---|---|---|---|
| Легкая серия | 1205, 1210 | Малые габариты, ограниченная грузоподъемность. | Вентиляторы, маломощные конвейеры, бытовая техника. |
| Средняя серия | 1306, 1312 | Баланс между размерами и нагрузкой, наиболее универсальны. | Электродвигатели средней мощности, редукторы, насосы. |
| Тяжелая серия | 2210, 2316 | Коническое отверстие, закрепительная втулка, высокая грузоподъемность. | Крупные электродвигатели, вентиляторы дымоудаления, тяжелые шнеки. |
| С двумя уплотнениями | 1205-2RS, 1310-2RS | Заполнены консистентной смазкой, защищены от загрязнений. | Сельхозтехника, пищевая промышленность, пыльные цеха. |
Области применения в энергетике и смежных отраслях
В энергетическом секторе данные подшипники находят применение в узлах, где соосность трудно обеспечить или она меняется в процессе работы.
Монтаж, смазка и обслуживание
Правильный монтаж критически важен для долговечности подшипника, даже несмотря на его способность к самоустановке.
Преимущества и недостатки по сравнению с другими типами подшипников
| Тип подшипника | Преимущества | Недостатки | Типичная замена |
|---|---|---|---|
| Самоустанавливающийся шариковый | Компенсация перекосов до 3°, простота монтажа (исполнение со стопорным кольцом), умеренные скорости. | Меньшая радиальная грузоподъемность, чем у роликовых, ограниченная осевая нагрузка (только от буртиков). | В узлах с несоосностью вместо радиальных шариковых или роликовых цилиндрических. |
| Радиальный шариковый однорядный | Высокие скорости, низкий момент трения, универсальность. | Чувствительность к перекосам (допуск до 10 угловых минут). | Там, где соосность идеальна (электродвигатели малой мощности, прецизионные шпиндели). |
| Сферический роликовый | Очень высокая радиальная грузоподъемность, компенсация перекосов (до 2°). | Большие габариты и масса, более низкие предельные скорости, сложный монтаж, высокая цена. | В тяжелонагруженных узлах (прокатные станы, мощные редукторы) при недостаточной грузоподъемности шарикового. |
| Роликовый цилиндрический | Максимальная радиальная грузоподъемность, допускают высокие скорости. | Абсолютно не допускают перекосов, не воспринимают осевые нагрузки. | В жестких, точно выверенных опорах станков, мощных генераторов. |
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
В чем принципиальное отличие шарикового самоустанавливающегося подшипника от сферического роликового?
Оба типа имеют сферическую поверхность наружного кольца и способны к самоустановке. Однако шариковый использует бочкообразные шарики, а роликовый – симметричные или несимметричные бочкообразные ролики. Роликовый вариант имеет на порядок большую грузоподъемность и предназначен для тяжелых ударных нагрузок, но он дороже, имеет более низкие предельные частоты вращения и большие массогабаритные показатели.
Можно ли использовать подшипник со стопорным кольцом в условиях значительных вибраций?
Стопорное кольцо, установленное в канавку корпуса, не является абсолютно надежным фиксатором при сильных ударных и вибрационных нагрузках. В таких случаях рекомендуется дополнительное осевое поджатие подшипника крышкой с небольшим зазором или использование подшипниковых узлов с винтовым креплением фланца. Для ответственных применений предпочтительнее подшипники с коническим отверстием и закрепительной втулкой, создающей надежный натяг.
Как определить, что подшипник с коническим отверстием смонтирован с правильным натягом?
Основной метод – контроль осевого зазора (люфта) после предварительной затяжки закрепительной втулки. Производители указывают допустимый остаточный зазор (обычно от 0.05 до 0.10 мм для средних серий), который проверяется щупом между торцом внутреннего кольца и втулкой. Отсутствие зазора (нулевой или отрицательный) свидетельствует о чрезмерном натяге, который приведет к перегреву и преждевременному выходу из строя.
Каков ресурс подшипников с полиамидным сепаратором в высокотемпературных применениях?
Стандартные полиамидные сепараторы (PA66) имеют максимальную рабочую температуру около +120°C (кратковременно до +150°C). При постоянной работе на верхнем пределе или выше материал теряет прочность, становится хрупким, что ведет к разрушению сепаратора. Для температурных режимов выше +120°C следует выбирать подшипники со стальным или латунным сепаратором, либо со специальным термостойким полимером (например, PEEK).
Допускается ли осевая нагрузка на самоустанавливающийся шариковый подшипник?
Да, но в ограниченном объеме. Осевую нагрузку могут воспринимать только буртики на внутреннем кольце, упирающиеся в шары. Грузоподъемность в осевом направлении обычно составляет 20-30% от неиспользованной радиальной динамической грузоподъемности. Для двухстороннего осевого фиксирования вала необходимо использовать пару подшипников, установленных со встречным предварительным натягом, или применять специальные упорно-радиальные конструкции.
Как правильно выбрать смазку для повторного обслуживания открытого подшипника?
Выбор основывается на трех факторах: скорость (DN-фактор), температура и нагрузка. Для большинства применений в электродвигателях и вентиляторах подходят универсальные литиевые смазки NLGI 2 с антиокислительными и противоизносными присадками (типа ISOFLEX LDS 18 или аналогов). Для повышенных температур (свыше +80°C) – комплексные кальциевые или литиевые смазки. Критически важно не переполнять полость подшипника: для корпусов с жировой смазкой она должна быть заполнена на 1/3 – 1/2, а не полностью.