Шариковые подшипники с внутренним диаметром 45 мм
Шариковые подшипники с внутренним диаметром 45 мм: технические характеристики, классификация и применение в электротехнике и энергетике
Шариковые подшипники с внутренним диаметром (d) 45 мм представляют собой стандартизированный и широко распространенный типоразмер, относящийся к среднему диапазону диаметров. Данный размер является базовым для множества промышленных агрегатов, включая электродвигатели, насосы, вентиляторы, редукторы и генераторы. Конструктивно подшипник с d=45 мм предполагает посадочный размер вала 45 мм, при этом его наружный диаметр (D) и ширина (B) варьируются в зависимости от серии по ширине и диаметру, что определяет его грузоподъемность и скоростные характеристики.
Основные типы и серии подшипников с d=45 мм
Классификация осуществляется по сериям, которые обозначаются в соответствии с международными стандартами ISO и ГОСТ. Серия определяет габаритные размеры и нагрузочные способности.
Радиальные однорядные шарикоподшипники (тип 6000, 6200, 6300, 6400)
Наиболее распространенная группа, предназначенная для восприятия преимущественно радиальных, а также комбинированных нагрузок. Имеют универсальное применение.
- Серия 61909 (1000900): сверхлегкая серия. Наружный диаметр 68 мм, ширина 12 мм. Применяется в компактных высокоскоростных узлах с ограниченными радиальными габаритами.
- Серия 6009 (100009): легкая серия. D=75 мм, B=16 мм. Баланс между габаритами и нагрузкой, часто используется в электродвигателях малой и средней мощности.
- Серия 6209 (200009): средняя серия. D=85 мм, B=19 мм. Наиболее востребованный типоразмер для общепромышленных электродвигателей мощностью до 55-75 кВт.
- Серия 6309 (300009): тяжелая серия. D=100 мм, B=25 мм. Обладает повышенной радиальной и осевой грузоподъемностью. Устанавливается в мощных двигателях, тяжелых редукторах, насосах высокого давления.
- Серия 6409 (400009): сверхтяжелая серия. D=120 мм, B=29 мм. Для узлов с очень высокими радиальными нагрузками и ударными воздействиями.
- Асинхронные и синхронные электродвигатели (от 7.5 до 150 кВт): наиболее массовое применение. На валу ротора, как правило, устанавливается пара подшипников, часто это комбинация: со стороны привода – радиальный (6309) для восприятия нагрузки от ремня или муфты, со стороны противопривода – радиально-упорный (7209B) для фиксации ротора. Подшипниковые узлы двигателей должны быть защищены от протекания токов (использование изолированных подшипников, заземляющих щеток).
- Насосное оборудование (циркуляционные, питательные, сетевые насосы): работа в условиях высоких скоростей и осевых нагрузок. Требуются подшипники с повышенной осевой грузоподъемностью (радиально-упорные серии 7300B) и надежными уплотнениями (2RS). Критична стойкость к вибрации.
- Вентиляторы и дымососы ТЭС и АЭС: узлы работают в условиях запыленности и тепловых расширений. Применяются самоустанавливающиеся подшипники (серии 2200, 2300) для компенсации перекосов, с термостабильной смазкой и лабиринтными уплотнениями.
- Редукторы и мультипликаторы: подшипники d=45 мм используются в быстроходных, промежуточных и тихоходных валах редукторов. Нагрузки носят циклический и ударный характер, важна точность (класс P5, P6).
- Вспомогательное оборудование: механизмы поворота, лебедки, затворы, системы топливоподачи.
Радиальные двухрядные шарикоподшипники (тип 4200, 4300)
Обладают повышенной радиальной грузоподъемностью и жесткостью по сравнению с однорядными при схожих наружных габаритах. Компенсируют незначительные перекосы вала. Пример: подшипник 4209 (d=45 мм, D=85 мм, B=19 мм).
Радиально-упорные шарикоподшипники (тип 7200, 7300)
Способны воспринимать значительные комбинированные (радиальные и односторонние осевые) нагрузки. Работают при высоких скоростях вращения. Угол контакта (α) определяет соотношение между осевой и радиальной грузоподъемностью. Для электродвигателей часто используются с углом контакта 15° (серия 7209B) или 40° (серия 7309B). Требуют точного монтажа и регулировки.
Самоустанавливающиеся двухрядные шарикоподшипники (тип 1200, 1300, 2200, 2300)
Имеют сферическую поверхность на наружном кольце, что позволяет компенсировать перекосы вала до 2-3°. Ключевое применение – в узлах с возможными монтажными погрешностями или прогибом вала. Пример: подшипник 2209 (d=45 мм, D=85 мм, B=23 мм).
Подшипники с защитными шайбами или уплотнениями
Обозначаются суффиксами (например, 6209-Z, 6209-2Z, 6209-RS, 6209-2RS). Обеспечивают защиту от попадания загрязнений и удержание смазки. «Z» – металлическая защитная шайба с зазором, «2Z» – с двух сторон. «RS» и «2RS» – контактные уплотнения из синтетического каучука. Критически важны для работы в запыленных или влажных условиях, характерных для энергетических объектов.
Ключевые технические параметры и их влияние на работу в энергетике
Выбор подшипника для ответственного узла в энергетике основывается на расчете и анализе следующих параметров.
1. Динамическая (C) и статическая (C0) грузоподъемность
Динамическая грузоподъемность C – постоянная радиальная нагрузка, которую подшипник может выдержать в течение расчетного срока службы в 1 миллион оборотов. Статическая C0 – нагрузка, вызывающая остаточную деформацию тел качения и дорожек качения в 0.0001d. Для подшипников d=45 мм значения C и C0 резко возрастают с увеличением серии.
| Типоразмер | Динамическая грузоподъемность C, кН | Статическая грузоподъемность C0, кН | Предельная частота вращения с масляной смазкой, об/мин |
|---|---|---|---|
| 6009 | 21.0 | 14.8 | 10000 |
| 6209 | 31.5 | 20.5 | 8500 |
| 6309 | 52.7 | 31.8 | 7000 |
| 6409 | 77.5 | 45.5 | 5600 |
2. Допустимая частота вращения
Определяется типом смазки (масло, пластичная смазка), системой охлаждения, точностью изготовления и балансировкой. Для высокооборотных турбогенераторов или вспомогательных механизмов выбираются подшипники легкой серии (6009, 6209) с повышенным классом точности (P5, P4).
3. Класс точности и зазоры
Класс точности (P0 (стандартный), P6, P5, P4, P2) влияет на уровень вибрации, нагрев и долговечность. Для главных приводных электродвигателей насосов и вентиляторов часто требуется класс P5. Радиальный зазор (серии CN, C3, C4) подбирается в зависимости от условий посадки и температурного режима. Для узлов с нагревом вала обычно применяют зазор C3.
4. Материал и термообработка
Стандартный материал – подшипниковая сталь ШХ15 или ее аналоги (100Cr6). Для агрессивных сред (морская вода, химические пары) или повышенных температур используются стали с добавлением молибдена, хрома, никеля, а также нержавеющие стали (AISI 440C). Современные решения включают керамические гибридные подшипники (стальные кольца, керамические шарики из Si3N4), которые обладают повышенной стойкостью к электрической эрозии, меньшим весом и могут работать при дефиците смазки.
Применение в электротехнической и энергетической отрасли
Особенности монтажа, смазки и диагностики
Посадка внутреннего кольца на вал диаметром 45 мм, как правило, осуществляется с натягом (поля допусков вала: k6, m6), что предотвращает проворачивание. Посадка наружного кольца в корпус – обычно скользящая (H7) для облегчения осевого перемещения при температурных расширениях. Смазка – пластичная (литиевые, комплексные, полимочевинные) для общепромышленных применений с регламентированным интервалом пополнения, или жидкая масляная (циркуляционная, орошением) для высокоскоростных и высоконагруженных узлов. Диагностика состояния подшипников в энергетике проводится методами вибромониторинга (анализ спектров вибрации на частотах вращения), акустической эмиссии и термоконтроля. Рост уровня вибрации на гармониках частоты вращения и появление характерных высокочастотных компонентов сигнализирует о дефектах (выкрашивание, приработка, загрязнение).
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
1. Какой подшипник серии 6209 или 6309 выбрать для электродвигателя 30 кВт?
Для двигателя 30 кВт, как правило, достаточно подшипника 6209, если это не специальный двигатель с повышенными пусковыми моментами или работой в режиме частых пусков/остановок. Подшипник 6309 обеспечит больший запас по ресурсу и применяется для двигателей с высокой инерционной нагрузкой или при необходимости повышенной надежности. Окончательный выбор должен быть основан на расчете эквивалентной динамической нагрузки и требуемого ресурса L10h.
2. В чем принципиальная разница между подшипниками 6209-2Z и 6209-2RS?
Подшипник 6209-2Z имеет двусторонние металлические защитные шайбы (лабиринтные уплотнения). Они не контактируют с кольцами, создают небольшой зазор. Эффективны против крупных частиц, создают минимальное трение. Подшипник 6209-2RS имеет двусторонние контактные уплотнения из синтетического каучука (NBR, FKM). Обеспечивают лучшую защиту от мелкой пыли и влаги, но создают большее трение и имеют ограничение по максимальной рабочей температуре (обычно до 110-120°C для NBR). Для энергетики, особенно в запыленных цехах, часто предпочтительнее вариант 2RS.
3. Как бороться с протеканием токов через подшипник в мощном электродвигателе?
Для предотвращения электрической эрозии дорожек качения (появление «шагреневой» поверхности) применяются: установка изолированных подшипников (с покрытием оксида кремния или оксида алюминия на наружном или внутреннем кольце, например, 6209-2Z/C3VL2071), использование гибридных керамических подшипников, монтаж заземляющих щеток на валу для отвода блуждающих токов, применение неметаллических элементов в конструкции подшипникового щита.
4. Каков расчетный ресурс подшипника 6309 в насосе?
Ресурс L10h (расчетный срок службы, который превышают 90% одинаковых подшипников) в часах рассчитывается по формуле: L10h = (10^6 / (60 n)) (C / P)^p, где n – частота вращения (об/мин), C – динамическая грузоподъемность (Н), P – эквивалентная динамическая нагрузка (Н), p – показатель степени (p=3 для шариковых подшипников). Для насоса с частотой 3000 об/мин, под нагрузкой P = 10 кН и C = 52.7 кН для 6309, ресурс L10h составит примерно 9200 часов. На практике ресурс может отличаться из-за условий смазки, загрязнения, монтажа.
5. Можно ли заменить подшипник 6209 на 6309, если габариты корпуса позволяют?
Да, такая замена возможна и часто является мероприятием по повышению надежности узла (ремоторизация). Подшипник 6309 имеет большую грузоподъемность и, как следствие, больший расчетный ресурс при той же нагрузке. Однако необходимо проверить: соответствие посадочных диаметров (вал 45 мм остается, но наружный диаметр увеличится с 85 до 100 мм), ширину (19 мм против 25 мм), влияние на тепловой режим и смазку. Также важно учитывать, что подшипник другой серии может иметь иные внутренние зазоры.
6. Как правильно определить необходимый радиальный зазор для подшипника в электродвигателе?
Выбор зазора (серия CN – нормальный, C3 – увеличенный) зависит от интерференционной посадки внутреннего кольца на вал и разницы температур колец в работе. При натяге внутреннего кольца и нагреве вала (например, в электродвигателе) радиальный зазор в собранном узле уменьшается. Чтобы избежать опасного предварительного натяга, для таких применений стандартно выбирают подшипники с увеличенным зазором C3. Для точных ответственных применений расчет зазора выполняется инженерными методами с учетом всех факторов.