Двойные подшипники

Двойные подшипники в электродвигателях и электротехническом оборудовании: конструкция, назначение, применение

Двойные подшипники, также часто называемые сдвоенными или двухрядными радиальными шарикоподшипниками, представляют собой тип опоры качения, в котором два ряда тел качения (шариков) размещены в общем разделенном сепараторами кольцевом пространстве между внутренним и внешним кольцами. Конструктивно они могут быть выполнены как в виде единого неразъемного узла (например, подшипник сдвоенный радиальный шариковый серии 4200АТN9, 5200АТN9 по ГОСТ 28428), так и в виде комбинации двух отдельных однорядных подшипников, установленных вплотную друг к другу на один вал с предварительным натягом. В контексте электродвигателей и электротехнической продукции именно второй вариант — установка двух однорядных подшипников в тандеме — является наиболее распространенным и критически важным для обеспечения надежности.

Конструктивные особенности и принцип действия

Конфигурация «двойной подшипник» в электродвигателях подразумевает монтаж двух идентичных радиальных шарикоподшипников (чаще всего глубоких канавок — серии 6000, 6200, 6300) на одном валу со стороны привода или противопривода. Они устанавливаются вплотную, а между их внешними или внутренними кольцами создается осевой предварительный натяг. Это достигается с помощью:

Пружинных шайб (шайб Бельвиля): устанавливаются с внешней стороны внешнего кольца второго подшипника, создавая постоянное осевое усилие.
Резьбовых гаек с контргайками: используются для точной регулировки натяга на валу.
Разрезных стопорных колец и распорных втулок определенной длины, которые обеспечивают необходимый зазор или натяг между кольцами.

Предварительный натяг устравает осевой и радиальный люфты в подшипниковом узле, что приводит к жесткому закреплению вала относительно корпуса. Это принципиально отличает данную схему от схемы с плавающей опорой, где один из подшипников имеет возможность осевого смещения для компенсации теплового расширения.

Основные цели применения двойных подшипниковых опор

Повышение радиальной и осевой жесткости вала: Две опоры, работающие как единое целое, существенно увеличивают сопротивление прогибу вала под действием радиальных нагрузок (нагрузки от ремней, цепей, шестерен) и осевых усилий.
Поглощение значительных осевых нагрузок в обоих направлениях: Однорядный радиальный шарикоподшипник воспринимает осевые нагрузки только в одном направлении. Сдвоенная установка позволяет надежно работать при реверсивных осевых нагрузках.
Увеличение срока службы подшипникового узла: Распределение нагрузки между двумя подшипниками снижает нагрузку на каждый из них, что при прочих равных условиях продлевает ресурс.
Повышение точности позиционирования ротора: Минимальный люфт критически важен для двигателей, работающих в прецизионных приводах, станках, высокоскоростных шпинделях.
Компенсация перекосов и монтажных погрешностей: Некоторые конструкции (например, парная установка сферических роликоподшипников) допускают несоосность.

Области применения в электротехнике и энергетике

Двойные подшипниковые узлы находят применение в оборудовании, работающем в тяжелых режимах с ударными и вибрационными нагрузками:

Крупные асинхронные и синхронные электродвигатели (мощностью от сотен кВт до нескольких МВт) для привода насосов, вентиляторов, мельниц, дробилок, компрессоров.
Двигатели крановых и тяговых электроприводов, подверженные значительным переменным радиальным нагрузкам.
Взрывозащищенные двигатели, где надежность опор является ключевым фактором безопасности.
Генераторы, особенно турбогенераторы и гидрогенераторы, в опорах которых необходимо воспринимать вес ротора и динамические силы.
Высокоскоростные электродвигатели (например, для шпинделей или центрифуг), где требуется высокая жесткость и точность.

Сравнение схем установки подшипников в электродвигателях

Схема установки	Конструкция	Преимущества	Недостатки	Типичное применение
Одиночные подшипники (плавающая опора)	Один подшипник фиксирует вал в радиальном и одном осевом направлении, второй — только радиально, допуская осевое смещение.	Простота, компенсация теплового расширения, низкая стоимость.	Низкая жесткость, восприятие осевых нагрузок только в одну сторону.	Малые и средние двигатели общего назначения с умеренными нагрузками.
Двойные (сдвоенные) подшипники	Два подшипника установлены вплотную с предварительным натягом, создавая жесткую фиксацию с обеих сторон.	Высокая радиальная и осевая жесткость, восприятие реверсивных осевых нагрузок, увеличенный ресурс.	Сложность монтажа и регулировки, более высокий нагрев, чувствительность к тепловому расширению, высокая стоимость.	Крупные, тяжелонагруженные, высокоскоростные или прецизионные двигатели и генераторы.
Подшипники скольжения	Вал вращается в масляном клине, образованном в зазоре между валом и вкладышем.	Высокая долговечность при правильной эксплуатации, способность гасить вибрации, пригодность для сверхвысоких скоростей и нагрузок.	Сложная система смазки (маслостанция), высокие требования к чистоте масла, необходимость в постоянном контроле.	Турбогенераторы, мощные гидрогенераторы, крупные двигатели для особо ответственных приводов.

Критические аспекты монтажа и обслуживания

Неправильный монтаж двойной подшипниковой опоры является основной причиной преждевременных отказов. Ключевые этапы и требования:

Подготовка посадочных мест: Вал и посадочные отверстия в корпусе должны иметь точные размеры, требуемые классы допусков (как правило, для вала k5, m6; для отверстия H6, H7) и шероховатость поверхности.
Термическая посадка: Нагревание подшипника в масляной ванне до 80-100°C для безударной посадки на вал. Запрещается нагрев открытым пламенем.
Создание предварительного натяга: Точный расчет и установка распорных втулок или подбор усилия пружинных шайб. Недостаточный натяг ведет к люфту и ударным нагрузкам, чрезмерный — к перегреву и катастрофическому износу.
Смазка: Использование консистентной смазки, рекомендованной производителем двигателя. Объем заполнения полости подшипникового узла строго нормирован (обычно 1/2 — 2/3 объема): переполнение ведет к перегреву и выдавливанию смазки в обмотку.
Контроль температуры и вибрации: В процессе эксплуатации обязателен периодический контроль температуры подшипниковых узлов и уровня вибрации. Повышение этих параметров — первый признак износа, недостатка смазки или неправильного натяга.

Диагностика неисправностей в двойных подшипниковых узлах

Основные признаки и причины отказов:

Повышенный равномерный шум и нагрев: Чрезмерный предварительный натяг, переполнение смазкой, использование несоответствующей смазки.
Локальный перегрев одного из подшипников пары: Неравномерное распределение нагрузки, перекос при монтаже, дефект самого подшипника.
Повышенная вибрация на частоте вращения ротора: Неуравновешенность ротора, износ посадочных мест.
Вибрация на высоких частотах (с ультразвуковой составляющей): Начальная стадия выкрашивания беговых дорожек или тел качения. Требуется анализ виброспектра.
Осевой люфт вала: Износ подшипников, ослабление или разрушение пружинных шайб, износ распорных втулок.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем принципиально отличается установка двух подшипников вплотную от использования одного двухрядного подшипника?

Стандартный двухрядный шарикоподшипник является единым неразъемным узлом, спроектированным для работы в определенных условиях. Установка же двух однорядных подшипников позволяет инженеру-конструктору гибко регулировать величину предварительного натяга под конкретные условия нагрузки и жесткости вала. Кроме того, такая схема часто более ремонтопригодна в условиях эксплуатации, так как не требует поиска специального двухрядного подшипника, а использует стандартные массово выпускаемые однорядные.

Можно ли заменить сдвоенную установку на один более тяжелый подшипник?

Не всегда. Один подшипник, даже с большей грузоподъемностью, не обеспечит той же жесткости узла, которую дают две разнесенные опоры. Жесткость системы зависит от расстояния между опорами (чем больше, тем выше жесткость). Два подшипника, установленные рядом, увеличивают эквивалентную опорную базу и, следовательно, радиальную жесткость вала в данной зоне. Также один подшипник может не удовлетворять требованиям по восприятию реверсивных осевых нагрузок.

Как правильно определить необходимый предварительный натяг?

Определение оптимального предварительного натяга является сложной инженерной задачей, учитывающей радиальные и осевые нагрузки, скорость вращения, требуемую жесткость и тепловой режим. На практике при ремонте и обслуживании электродвигателей строго следуют указаниям руководства по эксплуатации (РЕ) или заводского чертежа узла. В РЕ указывается точная длина распорной втулки, тип и количество пружинных шайб, момент затяжки регулировочной гайки. Самостоятельный подбор натяга без расчетов и опыта недопустим.

Каковы риски при повторном использовании подшипников в сдвоенной опоре после разборки?

Риски очень высоки. После работы в условиях предварительного натяга в телах качения и на дорожках возникают остаточные деформации и специфический рисунок нагружения. Установка этих же подшипников снова, даже в том же положении, не гарантирует восстановления первоначального распределения нагрузки. Это может привести к ускоренному износу, повышенному шуму и вибрации. Общепринятая практика — при капитальном ремонте с разборкой подшипникового узла заменять оба подшипника пары на новые.

Почему для сдвоенных опор часто рекомендуют подшипники с зазором С3?

Увеличенный радиальный зазор (серия С3 по ISO/ГОСТ) компенсирует тепловое расширение внутреннего кольца при нагреве от работы и посадки с натягом, а также снижает риск заклинивания подшипника при создании осевого предварительного натяга, который также влияет на распределение зазора внутри подшипника. Использование подшипников с нормальным зазором (CN) в таких условиях может привести к их преждевременному выходу из строя из-за перегрева и чрезмерных внутренних напряжений.

Какой тип смазки предпочтительнее для двойных подшипниковых узлов: консистентная или жидкая (масло)?

В абсолютном большинстве электродвигателей с двойными подшипниками применяется консистентная (пластичная) смазка. Она лучше удерживается в узле, не требует сложных уплотнений и систем циркуляции, обеспечивает долгий межсервисный интервал. Жидкая смазка (масло) используется в особых случаях: для очень высокоскоростных шпинделей (где требуется эффективный отвод тепла) или в оборудовании, уже имеющем централизованную систему жидкой смазки (некоторые редукторы-двигатели). Переход с одного типа смазки на другой без переконструкции узла невозможен.

Заключение

Применение двойных подшипниковых опор является эффективным инженерным решением для повышения надежности и долговечности ответственного электротехнического оборудования, работающего в условиях значительных и переменных нагрузок. Ключевыми для успешной эксплуатации являются понимание принципа работы такой схемы, строгое соблюдение регламентов монтажа с обеспечением заданного предварительного натяга, использование правильных смазочных материалов и организация регулярного мониторинга состояния узла по температуре и вибрации. Пренебрежение этими факторами сводит на нет все конструктивные преимущества двойных подшипников и ведет к сокращению межремонтных периодов и повышению риска аварийных остановок.