Комбинированные подшипники

Комбинированные подшипники: конструкция, типы, применение и подбор для электротехнического оборудования

Комбинированный подшипник — это готовый узел качения, в котором в едином корпусе совмещены радиальные и упорные шарикоподшипники. Данная конструкция предназначена для одновременного восприятия комбинированных нагрузок: радиальных и осевых, действующих в одном или противоположных направлениях. В энергетике и электротехнической промышленности такие подшипники являются критически важными компонентами, обеспечивающими надежную работу оборудования с высокими требованиями к точности, долговечности и минимальному техническому обслуживанию.

Конструктивные особенности и принцип действия

Комбинированный подшипник формируется путем прецизионной сборки двух отдельных подшипников: однорядного радиального шарикоподшипника и однорядного упорного шарикоподшипника. Они объединяются в общий комплект, который может поставляться как в разобранном, так и в собранном виде. Ключевой особенностью является наличие общих наружного или внутреннего колец, что позволяет минимизировать габариты узла и упростить монтаж. В зависимости от конфигурации, комбинированные подшипники способны воспринимать осевые нагрузки в одном или двух направлениях, а также моментные нагрузки.

Основные элементы конструкции:

Общее кольцо: Чаще всего роль общего элемента выполняет наружное кольцо, которое имеет дорожки качения как для радиального, так и для упорного подшипника. Реже общим является внутреннее кольцо.
Радиальный подшипник: Воспринимает радиальные нагрузки. Обычно это однорядный шарикоподшипник с глубокими канавками.
Упорный подшипник: Воспринимает осевые нагрузки. Контактный угол шариков в упорной части, как правило, составляет 60° или 90°, что определяет величину допустимой осевой нагрузки.
Сепаратор: Обычно используется штампованный стальной или полимерный сепаратор, центрируемый по шарикам. В высокоскоростных применениях могут применяться сепараторы из латуни или полиамида, армированного стекловолокном.
Система смазки и уплотнения: Многие комбинированные подшипники поставляются с контактными или лабиринтными уплотнениями, а также предварительно заполнены консистентной смазкой, рассчитанной на длительный срок службы.

Классификация и типы комбинированных подшипников

Классификация основана на направлении воспринимаемых осевых нагрузок и конфигурации колец.

1. По направлению действия осевой нагрузки:

ОДНОНАПРАВЛЕННЫЕ (например, тип TY): Способны воспринимать осевые нагрузки только в одном направлении. Радиальные нагрузки воспринимаются в обоих направлениях. Наиболее распространенный тип.
ДВУХНАПРАВЛЕННЫЕ (например, тип TY2 или TYDT): Включают два упорных подшипника, что позволяет воспринимать осевые нагрузки в обоих направлениях. Имеют более сложную конструкцию и большие габариты.

2. По конфигурации и способу монтажа:

С общим наружным кольцом (тип TY, TY2): Наружное кольцо единое, с двумя дорожками качения. Внутренние кольца радиального и упорного подшипников раздельные. Устанавливаются в корпус с посадкой с натягом по наружному диаметру.
С общим внутренним кольцом (тип TYN): Внутреннее кольцо единое. Наружные кольца раздельные. Устанавливаются на вал с посадкой с натягом по внутреннему диаметру.
Комплекты подшипников (например, тип TY + 62..): Радиальный и упорный подшипники поставляются отдельно, но подобраны для совместной работы. Позволяют более гибко компоновать узел.

Материалы и условия эксплуатации

Для стандартных применений кольца и шарики изготавливаются из подшипниковой стали (например, 100Cr6). В условиях повышенной влажности, агрессивных сред или при необходимости снижения веса применяются подшипники из нержавеющей стали (AISI 440C). Для специализированных применений в вакууме или высоких температурах могут использоваться керамические шарики (Si3N4) и сепараторы из специальных материалов.

Диапазон рабочих температур для стандартных подшипников со стальными сепараторами и консистентной смазкой обычно составляет от -30°C до +120°C. При использовании специальных смазок и материалов диапазон может быть расширен.

Области применения в энергетике и электротехнике

Комбинированные подшипники нашли широкое применение благодаря своей компактности и способности работать в условиях комбинированных нагрузок без необходимости сложной регулировки.

Электродвигатели вертикального исполнения: Основная сфера применения. Подшипник устанавливается на верхнем или нижнем конце вала и воспринимает вес ротора (осевая нагрузка) и радиальные нагрузки от приводного механизма. Используется в вертикальных насосах, вентиляторах, турбинах.
Редукторы и червячные передачи: В червячных редукторах валы испытывают значительные радиальные и осевые усилия. Комбинированные подшипники идеально подходят для установки на червячный вал.
Оборудование для передачи данных и связи: В антенных поворотных устройствах, опорно-поворотных устройствах радаров, где требуются высокая точность вращения и восприятие нагрузок от ветра.
Токосъемные устройства и поворотные контакты: В системах бесконтактной передачи энергии или сигналов на вращающиеся части машин.
Вспомогательное оборудование электростанций: В механизмах регулирования заслонок, шиберов, в системах топливоподачи, где присутствуют как радиальные, так и осевые усилия.

Преимущества и недостатки

Преимущества:

Компактность конструкции по сравнению с парой отдельно установленных радиального и упорного подшипников.
Упрощение конструкции узла и монтажа. Требуется только одна посадочная поверхность в корпусе или на валу.
Высокая точность установки и регулировки зазоров, обеспечиваемая производителем.
Часто поставляются с уплотнениями и предварительной смазкой, что снижает требования к обслуживанию.
Хорошее соотношение грузоподъемности и габаритов.

Недостатки и ограничения:

Ограниченная по сравнению с роликовыми подшипниками радиальная грузоподъемность.
Скоростные возможности определяются слабым звеном — обычно это упорная часть подшипника.
Как правило, более высокая стоимость по сравнению с отдельными стандартными подшипниками.
Сложность замены в случае выхода из строя только одной составляющей (радиальной или упорной). Чаще меняется узел в сборе.

Таблица: Сравнение типов комбинированных подшипников

Тип подшипника (пример)	Направление осевой нагрузки	Конфигурация колец	Типичное применение в энергетике	Особенности монтажа
TY 30	Одностороннее	Общее наружное кольцо	Вертикальные электродвигатели малой и средней мощности, верхняя опора	Посадка в корпус с натягом. Осевая регулировка не требуется.
TYN 20	Одностороннее	Общее внутреннее кольцо	Валы червячных редукторов вспомогательных механизмов	Посадка на вал с натягом. Требуется фиксация наружных колец в осевом направлении.
TYD 40	Двустороннее	Общее наружное кольцо, два внутренних	Вертикальные турбогенераторы, опоры с переменным направлением осевой нагрузки	Сложный монтаж. Требует точной осевой фиксации.
Комплект 62.. + 51..	Одностороннее	Раздельные кольца	Специальные редукторы и механизмы нестандартной конструкции	Позволяет независимо регулировать зазоры в радиальном и упорном подшипниках.

Критерии выбора и монтажные рекомендации

Выбор комбинированного подшипника осуществляется на основе анализа нагрузок, скоростного режима, условий окружающей среды и требований к долговечности.

Основные этапы подбора:

Определение нагрузок: Расчет эквивалентной динамической радиальной (P_r) и осевой (P_a) нагрузки.
Расчет требуемой динамической грузоподъемности (C): C = P
(L₁₀)^1/3, где L₁₀ — требуемый ресурс в миллионах оборотов, P — эквивалентная нагрузка. Для комбинированных подшипников расчет ведется раздельно для радиальной и упорной частей, выбирается наихудший вариант.
Проверка статической грузоподъемности: Особенно важна для узлов, работающих с низкой частотой вращения или испытывающих ударные нагрузки.
Оценка скоростного режима: Сравнение рабочей скорости с предельной скоростью для данного типа и размера подшипника, указанной в каталоге.
Выбор системы смазки и уплотнений: Для энергетического оборудования, работающего в режиме 24/7, критически важны долговечная смазка и эффективные уплотнения, защищающие от влаги и пыли.

Ключевые рекомендации по монтажу:

Перед установкой проверить состояние посадочных поверхностей вала и корпуса (шероховатость, отклонение формы).
При запрессовке подшипника с общим наружным кольцом усилие должно прилагаться ТОЛЬКО к этому наружному кольцу. Давление на внутренние кольца приведет к повреждению упорной части.
Строго соблюдать температурный режим при нагреве подшипника для монтажа (как правило, не выше +120°C). Использовать индукционные нагреватели или масляные ванны. Открытый нагрев горелкой недопустим.
Обеспечить защиту уплотнений от повреждения острыми кромками и загрязнениями.
После монтажа проверить свободное вращение вала без заеданий и чрезмерного шума.

Техническое обслуживание и диагностика

Комбинированные подшипники с двухсторонними контактными уплотнениями часто относятся к категории «необслуживаемых» на протяжении всего расчетного срока службы. Однако в ответственных применениях рекомендуется проводить периодический контроль.

Визуальный контроль: Проверка на наличие утечек смазки, загрязнений, следов коррозии.
Акустическая диагностика: Прослушивание подшипникового узла с помощью стетоскопа или использование систем виброакустического анализа для выявления ранних признаков повреждения (выкрашивания, задиров).
Вибродиагностика: Измерение уровня вибрации в радиальном и осевом направлениях. Рост вибрации, особенно на осевых частотах, является четким признаком износа или разрушения упорной части подшипника.
Контроль температуры: Нагрев подшипникового узла сверх нормативных значений (обычно более +80°C на корпусе) указывает на проблемы со смазкой, чрезмерный натяг или повреждение.

При замене подшипника рекомендуется менять узел в сборе. Дозаправка смазки возможна только для моделей со смазочными канавками и пресс-масленками, но должна производиться строго в соответствии с инструкцией производителя, чтобы не повредить уплотнения и не вызвать переполнение.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем комбинированный подшипник принципиально отличается от упорно-радиального шарикоподшипника с четырехточечным контактом?

Это разные конструкции. Подшипник с четырехточечным контактом (тип QJ) — это один ряд шариков и одно общее кольцо со специальным профилем дорожек, который позволяет воспринимать осевые нагрузки в двух направлениях и радиальные нагрузки. Он менее грузоподъемен по осевой нагрузке и имеет ограничения по скорости. Комбинированный подшипник (TY) — это фактически два отдельных подшипника в одном корпусе, что обеспечивает более высокую осевую грузоподъемность (особенно в одностороннем варианте) и, как правило, лучшие скоростные характеристики радиальной части.

Можно ли заменить комбинированный подшипник двумя отдельными подшипниками?

Теоретически возможно, но на практике это приводит к усложнению конструкции узла: требуются две отдельные посадочные поверхности, система осевой регулировки и фиксации. Это увеличивает габариты, стоимость сборки и риск ошибки при монтаже. Замена рекомендуется только в случае невозможности приобретения оригинального комбинированного подшипника и должна быть выполнена с тщательным инженерным расчетом.

Как определить, какая часть комбинированного подшипника (радиальная или упорная) вышла из строя?

Основной метод — анализ вибросигнала. Повреждение радиальной части проявляется ростом вибрации на частотах, связанных с частотой вращения вала и числом тел качения. Повреждение упорной части приводит к резкому росту осевой вибрации на частотах, характерных для упорного подшипника. Также признаком износа упорной части является осевой люфт (осевое биение) вала, который можно измерить индикатором.

Каков типичный расчетный ресурс (L10) для комбинированных подшипников в электродвигателях?

Для вертикальных электродвигателей насосов в энергетике расчетный ресурс L10h (в часах) обычно задается на уровне от 40 000 до 100 000 часов. Это достигается правильным подбором подшипника с достаточным запасом по динамической грузоподъемности. Фактический ресурс может существенно отличаться в зависимости от реальных условий работы (уровень вибрации, чистота смазки, перекосы при монтаже).

Требуется ли осевая регулировка при установке комбинированного подшипника типа TY?

Нет, это одно из ключевых преимуществ. Подшипники типа TY (с общим наружным кольцом) поставляются с предустановленным внутренним осевым зазором. При правильном монтаже (плотная посадка наружного кольца в корпус и свободная посадка внутренних колец на вал) дополнительная осевая регулировка не требуется. Вал фиксируется осево только в одном направлении (обычно сверху), второе внутреннее кольцо должно иметь возможность свободного перемещения для компенсации температурных расширений.

Какие смазки предпочтительны для долговечной работы в вертикальных электродвигателях?

Для комбинированных подшипников в вертикальном исполнении критически важна смазка с сильными антиоксидантными свойствами, хорошей адгезией и стойкостью к вымыванию. Широко используются литиевые комплексные или полимочевинные смазки класса консистенции NLGI 2, часто с добавками против фреттинг-коррозии. Конкретная марка должна выбираться в соответствии с рекомендациями производителя подшипника и с учетом рабочей температуры.

Заключение

Комбинированные подшипники представляют собой высокотехнологичное и эффективное решение для узлов, подверженных действию совместных радиальных и осевых нагрузок. Их применение в электротехническом и энергетическом оборудовании позволяет создавать компактные, надежные и не требующие частого обслуживания механизмы. Правильный выбор типоразмера, соблюдение правил монтажа и использование качественных смазочных материалов являются залогом достижения максимального ресурса подшипникового узла, что напрямую влияет на бесперебойность работы критической инфраструктуры.

Комбинированные подшипники