Подшипники со стопорным кольцом

Подшипники со стопорным кольцом: конструкция, типы, применение и монтаж

Подшипники со стопорным кольцом представляют собой разновидность шарикоподшипников, конструктивно предназначенных для фиксации в корпусе или на валу без применения прессовых посадок, торцевых крышек или сложных зажимных устройств. Ключевым элементом, определяющим их функциональность и область применения, является стопорное кольцо (snap ring, retaining ring), установленное в канавку на наружном или внутреннем кольце подшипника. Данное конструктивное решение обеспечивает упрощение сборки узлов, снижение их общей массы и стоимости, что делает такие подшипники востребованными в различных отраслях промышленности, включая энергетику, электромашиностроение, вентиляционное и насосное оборудование.

Конструктивные особенности и принцип действия

Основное отличие подшипника со стопорным кольцом от стандартного заключается в наличии проточенной канавки и установленного в нее кольца. В зависимости от типа фиксации различают:

• Подшипники с канавкой на наружном кольце и стопорным кольцом (обозначение, например, 6205 NRS, 6308 NR). Стопорное кольцо, установленное в канавку наружного кольца, упирается в буртик или заплечик корпуса, предотвращая осевое смещение подшипника наружу. Фиксация происходит за счет упругой силы разжатия кольца. Это наиболее распространенный тип.
• Подшипники с канавкой на внутреннем кольце и стопорным кольцом (обозначение, например, 6205 ZNR). Кольцо, установленное на внутреннем кольце, фиксирует подшипник на валу, упираясь в буртик или шайбу. Встречается реже.

Часто подшипники комплектуются также контактными или комбинированными уплотнениями (например, 2RS, ZZ, RS), что делает их необслуживаемыми (заполненными смазкой на весь срок службы) и защищенными от попадания загрязнений. Стопорное кольцо обычно изготавливается из пружинной стали и имеет разомкнутую конструкцию с двумя монтажными отверстиями для специального инструмента – съемника или клещей.

Преимущества и недостатки

Использование подшипников со стопорным кольцом имеет ряд существенных преимуществ, определяющих их выбор инженерами-конструкторами:

• Упрощение конструкции узла: Отпадает необходимость в торцевых крышках, зажимных втулках, гайках и других сложных элементах фиксации.
• Снижение массы и габаритов: Конструкция становится более компактной и легкой.
• Сокращение времени сборки и обслуживания: Монтаж и демонтаж значительно упрощаются, что снижает трудозатраты.
• Снижение стоимости узла в сборе: Экономия достигается за счет упрощения корпусных деталей и сокращения количества компонентов.
• Универсальность: Возможность использования в гладких корпусах без фланцев и буртиков сложной формы.

Однако существуют и ограничения:

• Ограниченная осевая грузоподъемность: Стопорное кольцо воспринимает лишь умеренные осевые нагрузки в одном направлении. Для двустороннего осевого фиксирования требуется установка двух подшипников или применение других методов.
• Ослабление наружного кольца: Проточка канавки снижает радиальную жесткость и прочность наружного кольца, что может ограничивать допустимую радиальную нагрузку по сравнению с подшипником без канавки.
• Требования к точности корпуса: Для надежной фиксации необходимы точные осевые размеры корпуса и качественно выполненный заплечик, в который упирается кольцо.
• Виброустойчивость: В условиях сильных вибраций существует риск «проскальзывания» кольца в канавке или его деформации.

Основные типы и маркировка

Подшипники со стопорным кольцом стандартизированы по ISO и DIN. Их маркировка включает стандартное обозначение серии подшипника и суффиксы, указывающие на наличие канавки и кольца, а также тип уплотнения.

Обозначение суффикса	Описание	Пример полного обозначения
NR	Наружное кольцо с канавкой под стопорное кольцо (кольцо в комплект не входит, приобретается отдельно).	6308 NR
NRS	Наружное кольцо с канавкой и установленным стопорным кольцом. Часто имеет также одностороннее уплотнение (обычно контактное).	6205 NRS
ZNR	Подшипник с металлическим защитным щитком (Z) и стопорным кольцом на наружном кольце (NR).	6205 ZNR
2ZNR	Подшипник с двумя металлическими защитными щитками (2Z) и стопорным кольцом на наружном кольце (NR).	6308 2ZNR
2RSR	Подшипник с двухсторонним контактным уплотнением (2RS) и стопорным кольцом на наружном кольце (R – в некоторых системах обозначений). Требует уточнения у производителя.	6205-2RSR
ZR	Внутреннее кольцо с канавкой под стопорное кольцо (встречается реже).	–

Применение в энергетике и смежных отраслях

В энергетическом секторе надежность и простота обслуживания оборудования являются критическими параметрами. Подшипники со стопорным кольцом находят применение в следующих типах оборудования:

• Электродвигатели малой и средней мощности: В качестве опор ротора в компактных двигателях, вентиляторах охлаждения мощных силовых трансформаторов и турбогенераторов.
• Насосное оборудование: В циркуляционных, питательных, конденсатных насосах, где важна простота быстрой замены подшипникового узла.
• Вентиляторы и дымососы: В тягодутьевых машинах котельных и энергоблоков, особенно в узлах с горизонтальным разъемом корпуса.
• Редукторы и приводы задвижек: В вспомогательных механизмах, где требуется надежная фиксация в корпусе.
• Генераторы и вспомогательное оборудование: В системах смазки, регулирования.

Выбор в пользу таких подшипников обоснован в случаях, когда осевые нагрузки невелики и носят характер фиксации от смещения, а не рабочей нагрузки.

Особенности монтажа и демонтажа

Правильный монтаж критически важен для обеспечения заявленного ресурса подшипника. Последовательность операций:

1. Подготовка: Проверить чистоту посадочных мест в корпусе и на валу. Убедиться в наличии качественного заплечика для упора стопорного кольца. Размеры заплечика должны соответствовать чертежу (диаметр, перпендикулярность оси).
2. Установка подшипника: Подшипник аккуратно запрессовывается в корпус (или на вал) до упора в заплечик. Использовать монтажную оправку, передающую усилие только на то кольцо, которое садится с натягом (в случае с NR/NRS – только на наружное кольцо). Запрещено передавать ударные или монтажные усилия через тела качения.
3. Проверка стопорного кольца: Убедиться, что стопорное кольцо полностью село в свою канавку по всему периметру и не имеет перекосов. Для монтажа/демонтажа кольца необходимо использовать специальные клещи, чтобы избежать его повреждения или деформации.
4. Осевой зазор: После установки проверить наличие минимального теплового зазора между вторым торцем подшипника и противоположной стенкой корпуса для компенсации температурного расширения. Обычно он составляет 0.1-0.5 мм.
5. Демонтаж: Первым делом с помощью клещей извлечь стопорное кольцо из канавки. Затем, используя съемник или пресс, выпрессовать подшипник из корпуса. Повторное использование стопорного кольца не рекомендуется, особенно после длительной эксплуатации, так как оно теряет упругие свойства.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается подшипник с суффиксом NR от NRS?

Подшипник с суффиксом NR имеет канавку на наружном кольце, но стопорное кольцо в комплект поставки не входит и должно быть заказано отдельно по соответствующему размерному стандарту. Подшипник с суффиксом NRS поставляется уже с установленным на наружное кольцо стопорным кольцом, что удобно для монтажа и исключает ошибки в подборе кольца.

Можно ли заменить подшипник со стопорным кольцом на обычный радиальный шарикоподшипник в существующем узле?

Да, но только при условии изменения конструкции узла. Обычный подшипник потребует иного метода осевой фиксации: установки торцевой крышки, распорной втулки или пружинной шайбы. Просто убрать кольцо и поставить обычный подшипник нельзя – он получит свободу осевого перемещения, что приведет к ускоренному износу и разрушению узла.

Как правильно подобрать корпус для подшипника со стопорным кольцом?

Диаметр расточки корпуса должен соответствовать номинальному наружному диаметру подшипника (по системе допусков, обычно H7). Осевой размер корпуса (расстояние от заплечика до противоположной стенки) должен быть равно ширине подшипника плюс минимальный тепловой зазор (0.1-0.5 мм). Заплечик должен быть выполнен точно, его диаметр должен быть больше диаметра канавки под кольцо, но меньше наружного диаметра самого кольца в свободном состоянии.

Каковы предельные осевые нагрузки для такого типа подшипников?

Осевая нагрузка, которую может воспринять стопорное кольцо, ограничена и, как правило, не превышает 20-25% от статической грузоподъемности самого подшипника. Точные данные зависят от размера подшипника, типа и материала кольца и должны уточняться в технической документации производителя. В расчетах узла такие нагрузки рассматриваются как монтажные, фиксирующие, а не рабочие.

Требуется ли смазка подшипникам с суффиксом 2RS или 2Z?

Подшипники с двухсторонними контактными уплотнениями (2RS) поставляются заполненными консистентной смазкой на весь срок службы (LPS – lifetime prelubricated) и дополнительной смазки не требуют. Подшипники с защитными щитками (2Z) не являются герметичными и требуют периодической подачи смазки из внешней системы или пополнения смазки в узле.

Как влияет наличие канавки на грузоподъемность подшипника?

Проточка канавки создает концентратор напряжений и снижает жесткость наружного кольца. Это приводит к уменьшению допустимой радиальной динамической и статической нагрузки примерно на 5-15% по сравнению с идентичным подшипником без канавки. При проектировании ответственных узлов этот фактор необходимо учитывать, обращаясь к корректирующим коэффициентам в каталогах производителей.

Заключение

Подшипники со стопорным кольцом являются эффективным инженерным решением для упрощения и удешевления конструкции опорных узлов, работающих в условиях умеренных радиальных и незначительных осевых нагрузок. Их применение в энергетике, в системах вспомогательного оборудования, вентиляции и насосах позволяет достичь высокой ремонтопригодности и снизить эксплуатационные затраты. Ключом к надежной работе является правильный выбор типа подшипника, точное изготовление корпусных деталей и соблюдение технологии монтажа, исключающее перекосы и недопустимые нагрузки на стопорный элемент.