Подшипники радиально-упорные FAG
Подшипники радиально-упорные FAG: конструкция, типы, применение и монтаж
Радиально-упорные подшипники качения компании FAG (входящей в состав группы Schaeffler) представляют собой высокоточные узлы, предназначенные для одновременного восприятия комбинированных нагрузок – радиальных и осевых, действующих в одном направлении. Их ключевая конструктивная особенность заключается в том, что линии контакта тел качения (шариков или роликов) с дорожками качения наружного и внутреннего колец пересекаются в одной точке на оси подшипника. Это создает угол контакта (α), который является определяющим параметром для соотношения несущей способности по осям. Чем больше угол контакта, тем выше осевая грузоподъемность при уменьшении радиальной, и наоборот.
Принцип действия и ключевые преимущества
Способность воспринимать осевые нагрузки обеспечивается за счет конструкции колец с раздельными дорожками качения, расположенными под углом к оси вращения. Для обеспечения оптимального контакта и распределения нагрузки такие подшипники требуют регулировки осевого зазора (преднатяга) в узле. Основные преимущества радиально-упорных подшипников FAG включают высокую жесткость узла, минимальное биение, способность работать на высоких скоростях вращения, точное позиционирование вала и долгий срок службы при правильном монтаже и обслуживании. Они часто устанавливаются парами (взаимно развернутыми) для восприятия осевых нагрузок в обоих направлениях.
Основные типы радиально-упорных подшипников FAG
Номенклатура FAG включает несколько серий, различающихся по типу тел качения, конструкции и назначению.
1. Радиально-упорные шарикоподшипники (однорядные и двухрядные)
Наиболее распространенный тип для высокоскоростных применений. Однорядные подшипники воспринимают осевые нагрузки только в одном направлении и требуют осевой фиксации вала в противоположную сторону. Для установки парой выпускаются серии с обозначением «O» (например, 72..-B-O), которые представляют собой два собранных воедино подшипника с предварительным осевым натягом.
- Серия 70..-B (с углом контакта 40°): Обладают высокой осевой жесткостью и грузоподъемностью. Применяются в шпинделях станков, редукторах.
- Серия 72..-B (с углом контакта 15°): Имеют повышенную радиальную грузоподъемность при умеренной осевой. Используются в электродвигателях, турбинах.
- Двухрядные радиально-упорные шарикоподшипники (например, серия 32..): Занимают меньше места, чем пара однорядных, не требуют регулировки, воспринимают осевые нагрузки в обоих направлениях.
- Однорядные (серии 302.., 303.., 313..): Стандартное решение для тяжелонагруженных узлов – колесные ступицы, редукторы, прокатные станы.
- Двухрядные (серия 331.., 332..): Воспринимают нагрузки в обоих направлениях. Применяются в крупногабаритных редукторах, тяжелом машиностроении.
- Четырехрядные: Используются в оборудовании с экстремальными радиальными нагрузками, например, в валках прокатных станов.
- Турбогенераторы и парогазовые турбины: Опорные и упорно-опорные подшипники для роторов. Используются высокоточные шариковые и роликовые сферические подшипники, работающие на высоких скоростях при высоких температурах.
- Электродвигатели и генераторы средней и большой мощности: Радиально-упорные шарикоподшипники (серии 72B, 73B) устанавливаются парой на приводном конце вала для фиксации ротора и восприятия осевых усилий от вентилятора или косозубой передачи.
- Насосное оборудование (циркуляционные, питательные, сетевые насосы): Конические роликоподшипники и радиально-упорные шарикоподшипники воспринимают радиальные и осевые нагрузки от рабочего колеса.
- Редукторы и мультипликаторы: Конические роликоподшипники в конических ступенях и комбинации с цилиндрическими роликоподшипниками в цилиндрических.
- Вентиляторы градирен и дымососы: Сферические роликоподшипники, способные выдерживать тяжелые условия работы, вибрации и перекосы.
- Тяговое оборудование (лебедки, механизмы подъема): Крупногабаритные конические роликоподшипники.
- Для конических роликоподшипников: Осевым смещением одного кольца относительно другого с помощью регулировочных гаек, шайб или прокладок. Контроль осуществляется путем измерения момента сопротивления вращению или величины осевого люфта.
- Для шариковых радиально-упорных подшипников: Чаще используются заранее отрегулированные на заводе пары (серии «O») или регулировка с помощью дистанционных колец и крышек корпуса.
- Слишком большой зазор (недостаточный преднатяг): Повышенные вибрации и шум, осевое биение вала, ударные нагрузки на тела качения, сокращение срока службы.
- Слишком малый зазор (чрезмерный преднатяг): Сильный нагрев подшипникового узла (температура выше 70-80°C в установившемся режиме), повышенный момент вращения, быстрая деградация смазки, риск заклинивания.
2. Радиально-упорные роликоподшипники с коническими роликами
Обладают максимальной грузоподъемностью среди радиально-упорных типов благодаря линейному контакту роликов с дорожками качения. Состоят из внутреннего кольца с дорожкой качения и роликоподшипникового комплекта (сепаратора с роликами), образующих конус, и отдельного наружного кольца (чашки). Всегда требуют точной регулировки зазора.
3. Сферические роликоподшипники
Хотя формально они относятся к самоустанавливающимся, их конструкция также позволяет воспринимать значительные осевые нагрузки (до ~25% от неиспользованной радиальной грузоподъемности). Компенсируют перекосы вала и монтажные неточности. Критически важны для энергетики: применяются в турбинах, генераторах, насосах, вентиляторах дымоудаления.
Материалы, смазка и системы уплотнений
FAG предлагает подшипники из стандартных и специальных сталей. Для работы в условиях повышенных температур (до +250°C) используется сталь SV30. Для агрессивных сред – нержавеющие стали. При ударных нагрузках и циклическом нагружении применяется сталь с повышенным содержанием азота (Cronidur). Для специальных задач доступны керамические гибридные подшипники (стальные кольца, керамические тела качения), снижающие трение, нагрев и повышающие скорость вращения.
Смазка может быть пластичной (консистентной), жидкой (масло) или твердой (для экстремальных условий). FAG поставляет подшипники как без смазки, так и с предварительным заводским заполнением консистентной смазкой (обозначение «S..»). Системы уплотнений варьируются от простых штампованных стальных защитных шайб (-Z, -2Z) до эффективных лабиринтных уплотнений (-RSR, -2RSR) и износостойких комбинированных уплотнений с металлическим армированием.
Области применения в энергетике и смежных отраслях
Таблица выбора типа подшипника для типовых условий в энергетике
| Узел/Условия | Преобладающая нагрузка | Скорость вращения | Требования к точности/жесткости | Рекомендуемый тип подшипника FAG |
|---|---|---|---|---|
| Опора ротора турбогенератора | Комбинированная, высокая | Очень высокая (3000-15000 об/мин) | Высочайшая точность, виброустойчивость | Радиально-упорные шарикоподшипники серии 70B, прецизионные |
| Опора вала сетевого насоса | Радиальная + осевая от колеса | Средняя (1500-3000 об/мин) | Высокая надежность, стойкость к вибрациям | Пара конических роликоподшипников (серия 303..) или сферические роликоподшипники |
| Опора вентилятора дымоудаления | Радиальная, ударная, возможен перекос | Низкая/средняя | Самоустановка, стойкость к загрязнениям | Сферические роликоподшипники с уплотнениями |
| Редуктор привода мельницы | Очень высокая радиальная и осевая | Низкая | Максимальная грузоподъемность | Двухрядные или четырехрядные конические роликоподшипники |
| Торцевое упорное устройство гидротурбины | Осевая, исключительно высокая | Очень низкая | Способность воспринимать сверхвысокие осевые усилия | Упорно-радиальные сегментные роликоподшипники (специальное исполнение) |
Монтаж, регулировка и техническое обслуживание
Правильный монтаж и регулировка осевого зазора (преднатяга) являются критически важными для радиально-упорных подшипников. Недостаточный зазор приводит к перегреву и заклиниванию, чрезмерный – к повышенным вибрациям и ударным нагрузкам. Регулировка осуществляется:
Техническое обслуживание включает регулярный мониторинг вибрации, температуры и акустического шума. Периодичность замены смазки зависит от условий работы и типа смазочного материала. Современные подшипники FAG с индикатором состояния смазки (Sensotect) позволяют визуально контролировать степень износа смазки.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем отличается угол контакта 15° от 40° в шариковых радиально-упорных подшипниках FAG?
Угол контакта определяет соотношение несущей способности. Подшипник с углом 40° (серия 70B) имеет примерно на 70% большую осевую грузоподъемность, но меньшую радиальную и предельную частоту вращения по сравнению с подшипником серии 72B (угол 15°). Выбор зависит от доминирующего вида нагрузки в узле.
Можно ли устанавливать радиально-упорный шарикоподшипник одиночно?
Да, но только в том случае, если он воспринимает осевую нагрузку только в одном направлении, а вал имеет вторую опору, фиксирующую его в противоположном осевом направлении (например, цилиндрический роликоподшипник). Для фиксации вала в обоих направлениях требуется установка двух подшипников «в распор» или «в затяжку».
Как правильно определить необходимый класс точности подшипника для электродвигателя или турбины?
Для большинства промышленных электродвигателей общего назначения достаточно класса P6 (нормальный). Для двигателей повышенной мощности, высокоскоростных двигателей и турбин требуются классы P5, P4 или даже P2 (прецизионные). Выбор должен основываться на стандартах (ISO, DIN) и рекомендациях производителя конечного оборудования (OEM).
Что означает обозначение «-2RSR» в маркировке подшипника FAG?
Это обозначение конструкции уплотнения. «2» означает два уплотнения (с обеих сторон), «RS» указывает на наличие контактного уплотнения из синтетического каучука (NBR) с стальным армирующим элементом, а «R» в данном контексте FAG часто означает оптимизированную конструкцию с улучшенной эффективностью. Такие подшипники поставляются заполненными смазкой и не требуют обслуживания в течение всего срока службы в ряде применений.
Какой метод регулировки зазора в конических роликоподшипниках является наиболее надежным в полевых условиях?
Наиболее точным и рекомендуемым методом является регулировка по моменту сопротивления вращению с помощью динамометрического ключа. Производитель предоставляет таблицы рекомендуемых моментов затяжки для конкретных типоразмеров подшипников. Альтернативный метод – регулировка по осевому люфту с помощью индикатора часового типа, но он менее точен, так как не учитывает упругие деформации в узле.
Каковы признаки неправильной регулировки осевого зазора (преднатяга)?
Допустимо ли использование радиально-упорных подшипников FAG в условиях повышенной радиации на АЭС?
Да, для таких применений FAG предлагает специальные исполнения. Используются специальные сорта сталей и смазочных материалов, устойчивых к радиолизу (разложению под действием ионизирующего излучения). Маркировка и технические условия таких подшипников оговариваются отдельно в проектной документации.