Радиальные двухрядные сферические шариковые подшипники
Радиальные двухрядные сферические шариковые подшипники: конструкция, применение и технические аспекты
Радиальные двухрядные сферические шариковые подшипники представляют собой класс подшипников качения, конструктивно предназначенных для восприятия преимущественно радиальных нагрузок, а также умеренных осевых нагрузок в обоих направлениях. Их ключевая особенность — способность к самоустановке, компенсирующей несоосность вала и корпуса, возникающую из-за монтажных погрешностей, прогиба вала под нагрузкой или тепловых деформаций в энергетических агрегатах. В отличие от роликовых сферических подшипников, в данных узлах используются шарики, что определяет их эксплуатационные характеристики.
Конструктивные особенности и принцип действия
Конструкция подшипника включает следующие основные элементы:
- Наружное кольцо. Имеет сферическую беговую дорожку, геометрический центр которой совпадает с центром подшипника. Это позволяет внутреннему сборочному узлу свободно поворачиваться внутри наружного кольца, обеспечивая самоустановку.
- Внутреннее кольцо. Оснащено двумя рядами желобчатых (канавковых) беговых дорожек, расположенных под углом к оси подшипника.
- Сепаратор. Удерживает шарики на равном расстоянии, предотвращая их контакт и снижая трение. Изготавливается из стали, латуни или полимерных материалов (например, полиамида, армированного стекловолокном).
- Два ряда шариков. Расположены в двух параллельных плоскостях, что увеличивает грузоподъемность узла по сравнению с однорядными моделями. Шарики катятся по сферической дорожке наружного кольца и желобчатым дорожкам внутреннего.
- Вспомогательные электродвигатели мощностью до нескольких сотен киловатт.
- Вентиляторы и дутьевые машины котельных установок и систем охлаждения.
- Насосы различного назначения (циркуляционные, питательные, конденсатные), где возможны умеренные несоосности.
- Редукторы с параллельными валами в системах привода вспомогательных механизмов.
- Транспортеры топливоподачи и золоудаления.
Принцип самоустановки реализуется за счет того, что центр кривизны сферической поверхности наружного кольца совпадает с центром подшипника. Это позволяет внутреннему кольцу с сепаратором и шариками отклоняться на угол до 2–3° (в зависимости от серии и типоразмера) относительно наружного кольца без создания разрушающих внутренних напряжений.
Сравнение с роликовыми сферическими подшипниками и сферы применения в энергетике
Выбор между шариковыми и роликовыми сферическими подшипниками определяется условиями эксплуатации. Радиальные двухрядные сферические шариковые подшипники характеризуются меньшим моментом трения, способностью работать на более высоких скоростях вращения и меньшим уровнем шума и вибрации. Однако их радиальная и осевая грузоподъемность уступает роликовым аналогам аналогичного габарита.
В энергетической отрасли данные подшипники находят применение в следующих узлах:
Типы исполнений и маркировка
Подшипники поставляются в различных конструктивных исполнениях, что отражено в суффиксах маркировки по стандартам ISO или DIN.
| Тип исполнения | Суффикс/Обозначение | Описание и назначение |
|---|---|---|
| Открытый | Нет обозначения или E | Базовое исполнение. Требует внешней защиты от среды и сложной системы смазки. |
| С защитными шайбами | Z или 2Z | Имеет стальные штампованные шайбы с зазором, обеспечивающие защиту от крупных частиц. Не являются герметичными. |
| С контактными уплотнениями | RS или 2RS | Оснащены резиновыми уплотнениями, контактирующими с внутренним кольцом. Эффективно защищают от пыли и влаги, удерживают пластичную смазку. Повышенный момент трения. |
| С канавкой и отверстиями для смазки | W33 | На наружном кольце выполнена кольцевая канавка и три (или четыре) отверстия для подвода пластичной смазки от централизованной системы. |
| С коническим посадочным отверстием | K | Внутреннее кольцо имеет коническое отверстие (конусность 1:12). Позволяет осуществлять прецизионную регулировку радиального зазора при монтаже на коническую втулку или вал. |
Монтаж, смазка и техническое обслуживание
Правильный монтаж критически важен для долговечности подшипника. Для подшипников с цилиндрическим отверстием основными методами являются горячая посадка (нагрев до 80–120°C) и прессовая посадка с использованием монтажной оправки, передающей усилие на насаживаемое кольцо. Подшипники с конусным отверстием (K) монтируются через затяжку стяжной гайки на конической втулке, что позволяет точно регулировать внутренний зазор.
Смазка может быть пластичной (консистентной) или жидкой (масляной). В энергетике для узлов с умеренными скоростями и температурами чаще применяется пластичная смазка, закладываемая на 1/2–2/3 свободного объема полости подшипника при монтаже. Для ответственных агрегатов с длительным сроком работы используются системы централизованной подачи смазки (W33). Интервалы повторного смазывания определяются типом смазки, скоростью вращения и температурным режимом, и рассчитываются по формуам или берутся из таблиц производителя.
Расчет долговечности и выбор подшипника
Основным критерием при выборе является расчетный срок службы по динамической грузоподъемности, определяемый по формуле:
L10 = (C / P)p
где:
L10 — расчетная долговечность в миллионах оборотов;
C — базовая динамическая грузоподъемность по каталогу (кН);
P — эквивалентная динамическая нагрузка (кН);
p — степенной показатель: для шариковых подшипников p = 3.
Эквивалентная нагрузка P рассчитывается с учетом радиальной (Fr) и осевой (Fa) составляющих, а также коэффициентов влияния (X, Y), которые зависят от соотношения Fa/Fr и конструктивных особенностей подшипника. Для двухрядных сферических шариковых подшипников осевая нагрузка существенно влияет на долговечность, и ее нельзя игнорировать.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
1. В чем ключевое отличие радиального двухрядного сферического шарикового подшипника от однорядного радиального шарикового?
Двухрядная конструкция обладает значительно большей радиальной грузоподъемностью и жесткостью. Главное же отличие — наличие самоустановки, которой лишен обычный однорядный радиальный подшипник. Однорядный подшипник крайне чувствителен к перекосу, что приводит к концентрации нагрузки и преждевременному выходу из строя.
2. Каков допустимый угол перекоса для данного типа подшипников?
Допустимый угол самоустановки обычно лежит в диапазоне от 2 до 3 градусов для стандартных серий. Точное значение необходимо уточнять в техническом каталоге производителя для конкретного типоразмера, так как оно зависит от внутреннего зазора, типа сепаратора и нагрузки.
4. Можно ли использовать двухрядный сферический шариковый подшипник в качестве фиксирующей (упорной) опоры?
Нет, данный тип подшипников не предназначен для восприятия исключительно или преимущественно осевых нагрузок. Он является радиальным с возможностью компенсации умеренных осевых усилий в обоих направлениях. Для чисто осевых нагрузок следует применять упорные шариковые или роликовые подшипники.
5. Как правильно определить необходимый внутренний зазор при монтаже подшипника с коническим отверстием (K)?
После насадки подшипника на коническую втулку или вал без затяжки измеряется осевое смещение S0. Далее, используя коэффициент конусности (например, 1:12, где осевое смещение на 12 мм изменяет диаметр на 1 мм) и таблицы из каталога производителя, определяют уменьшение радиального зазора в зависимости от S0. Затяжку производят до достижения рекомендуемого рабочего радиального зазора, контролируя момент трения или осевое перемещение.
6. Что предпочтительнее в электродвигателях энергетических объектов: подшипники с уплотнениями (2RS) или открытые с системой централизованной смазки (W33)?
Выбор зависит от условий. Для электродвигателей, работающих в запыленных или влажных условиях (например, в угольных мельницах, на открытых распределительных устройствах), предпочтительны подшипники с контактными уплотнениями (2RS), так как они обеспечивают лучшую защиту. В ответственных высоконагруженных двигателях с системой централизованного обслуживания (например, главные циркуляционные насосы) чаще применяют открытые подшипники с канавкой W33, так как это позволяет использовать высокоэффективные сорта смазки, контролировать ее состояние и проводить продувку без разборки узла.
Заключение
Радиальные двухрядные сферические шариковые подшипники являются надежным и эффективным решением для узлов энергетического оборудования, работающих в условиях возможных несоосностей и умеренных нагрузок. Их правильный выбор, основанный на расчете эквивалентной нагрузки и требуемой долговечности, а также строгое соблюдение правил монтажа и обслуживания, являются залогом безотказной работы ответственных агрегатов. Понимание особенностей маркировки, типов исполнения и принципов самоустановки позволяет инженерно-техническому персоналу принимать обоснованные решения при проектировании и ремонте.