Подшипники двухрядные шариковые самоцентрирующиеся

Подшипники двухрядные шариковые самоцентрирующиеся: конструкция, принцип действия и применение в электротехнике

Двухрядные самоцентрирующиеся шариковые подшипники представляют собой класс радиальных подшипников качения, ключевой особенностью которых является способность компенсировать перекосы вала относительно корпуса или монтажные неточности. Эта характеристика достигается за счет уникальной конструкции: дорожки качения внутреннего кольца выполнены в виде сферической поверхности, общий центр которой совпадает с осью подшипника. Наружное кольцо имеет соответствующую сферическую дорожку качения, по которой перемещаются два ряда тел качения (шариков), удерживаемых сепаратором. Такая геометрия позволяет внутреннему кольцу вместе с сепаратором и шариками свободно самоустанавливаться относительно наружного кольца, компенсируя угловые смещения.

Конструктивные особенности и материалы

Основными компонентами подшипника являются: наружное кольцо со сферической дорожкой качения, внутреннее кольцо с двумя прямыми дорожками, два ряда шариков и, как правило, штампованный или механически обрабатываемый сепаратор. Для обеспечения герметичности и защиты от загрязнений подшипники часто поставляются в исполнении с двухсторонними контактными или лабиринтными уплотнениями. В качестве базового материала для колец и шариков используется подшипниковая сталь (например, 100Cr6 по DIN, SAE 52100). В условиях повышенной влажности или агрессивных сред применяются коррозионно-стойкие марки стали (AISI 440C). Сепараторы изготавливаются из стали, латуни или полимерных материалов (полиамид, PEEK), что снижает трение и вес.

Принцип самоцентрирования и допустимые перекосы

Самоцентрирующее свойство является следствием сферической формы дорожки наружного кольца. При перекосе оси вала внутреннее кольцо, шарики и сепаратор поворачиваются как единое целое внутри наружного кольца, находя новое положение равновесия. Это предотвращает возникновение краевых нагрузок на дорожках качения, которые в обычных подшипниках приводят к перегреву, повышенному шуму и преждевременному выходу из строя. Угол допустимого перекоса для двухрядных самоцентрирующихся шариковых подшипников обычно составляет от 2° до 3°, в зависимости от серии и производителя. Это критически важно при монтаже длинных валов, где неизбежны прогибы, или в конструкциях с нежесткими опорами.

Основные типы и серии

Данные подшипники стандартизированы по ISO 15:2011 (динамические нагрузки) и ISO 76:2006 (статические нагрузки). Наиболее распространенные серии, соответствующие стандарту DIN 630:

• Серия 12.. (1200, 1201, 1210 и т.д.) – Основная серия с цилиндрическим отверстием, без конструктивных элементов на наружном кольце.
• Серия 13.. (1300, 1301, 1310 и т.д.) – Подшипники с увеличенным внутренним диаметром и шириной при том же наружном диаметре, что и у серии 12.., обладают повышенной грузоподъемностью.
• Серия 22.. (2200, 2201, 2210 и т.д.) – Подшипники с буртиком на наружном кольце (снабжены канавкой для стопорного кольца), что упрощает осевую фиксацию в корпусе.
• Серия 23.. (2300, 2301, 2310 и т.д.) – Аналогично серии 22.., но с увеличенными размерами и грузоподъемностью, как у серии 13…

Также существуют модификации с коническим отверстием (обозначение K, например, 22208K) для установки на конусную втулку, что обеспечивает более точную и надежную посадку с натягом.

Таблица 1: Сравнительные характеристики основных серий (на примере диаметральной серии 2)

Обозначение	d, мм	D, мм	B, мм	Динамическая грузоподъемность (C), кН	Статическая грузоподъемность (C0), кН	Предельная частота вращения (смазка пластичная), об/мин
1205	25	52	15	11.2	5.6	11000
1305	25	62	17	17.8	8.3	9000
2205	25	52	18	14.0	7.3	9500
2305	25	62	24	25.5	11.6	8000

Применение в электротехнической и энергетической отрасли

В электротехнике данные подшипники нашли широкое применение благодаря своей надежности и способности работать в условиях вибрации и перекосов. Ключевые области применения:

• Электродвигатели: Установка в двигателях средней и большой мощности, особенно с фланцевым креплением или при длинной конструкции вала (например, в двигателях с прикрепленным редуктором). Они компенсируют возможные перекосы статора и ротора, снижая паразитные нагрузки.
• Генераторы: Используются в опорах валов вспомогательных генераторов, турбогенераторов (в системах возбуждения), где критически важна бесперебойная работа при тепловых расширениях вала.
• Вентиляторы и воздуходувки: Идеальны для приводов вентиляторов охлаждения трансформаторов, силовых шкафов, турбин. Компенсируют дисбаланс, неизбежный для крупногабаритных лопастей.
• Приводы механизмов управления: Применяются в приводах заслонок, шиберов, регуляторов в системах топливоподачи и золотникового управления.
• Трансформаторное оборудование: В системах привода переключателей ответвлений под нагрузкой (ПБВ), где требуется точное и надежное вращение.

Монтаж, смазка и техническое обслуживание

Правильный монтаж является залогом долговечности подшипника. При установке необходимо обеспечить соосность посадочных мест в корпусе, но благодаря самоцентрированию требования менее жесткие, чем для радиально-упорных подшипников. Посадка внутреннего кольца на вал, как правило, осуществляется с натягом (поля допусков k5, m5), а наружного кольца в корпус – с небольшим зазором (H6, H7) для обеспечения возможности самоустановки. Смазка может быть пластичной (консистентной) или жидкой (масло). Для подшипников с уплотнениями закладывается смазка на весь срок службы. В высокоскоростных или высокотемпературных применениях (например, в турбомашинах) требуется циркуляционная система маслоснабжения. Техническое обслуживание сводится к периодическому контролю виброакустических характеристик, температуры узла и, при необходимости, пополнению или замене смазки.

Преимущества и недостатки по сравнению с другими типами подшипников

Преимущества:

• Компенсация перекосов и монтажных погрешностей.
• Снижение требований к точности обработки посадочных мест корпуса.
• Уменьшение чувствительности к прогибам вала.
• Хорошая способность демпфирования вибраций и ударных нагрузок (благодаря двухрядной конструкции).
• Относительно низкий момент трения по сравнению с самоцентрирующимися роликовыми подшипниками.

Недостатки:

• Ограниченная радиальная грузоподъемность по сравнению с двухрядными роликовыми радиальными подшипниками аналогичных габаритов.
• Неспособность воспринимать осевые нагрузки (чисто радиальный тип). Для фиксации вала в осевом направлении требуются дополнительные узлы.
• Более высокая стоимость по сравнению с однорядными радиальными шарикоподшипниками.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем двухрядный самоцентрирующийся подшипник принципиально отличается от обычного радиального шарикоподшипника?

Обычный радиальный шарикоподшипник имеет прямые дорожки качения на обоих кольцах. Любой перекос вала приводит к концентрации нагрузки на краю дорожки, вызывая преждевременный износ. Самоцентрирующийся подшипник имеет сферическую дорожку на наружном кольце, что позволяет всей внутренней обойме наклоняться, равномерно распределяя нагрузку даже при перекосе до 3°.

Могут ли эти подшипники воспринимать осевую нагрузку?

Нет, двухрядные самоцентрирующиеся шариковые подшипники предназначены исключительно для восприятия радиальных нагрузок. Они могут допускать лишь незначительные осевые смещения, связанные с самоустановкой, но не рассчитаны на постоянное осевое усилие. Для фиксации вала необходимо использовать отдельные упорные подшипники или комбинированные опоры.

Как правильно выбрать серию подшипника для электродвигателя?

Выбор основывается на анализе пяти ключевых факторов: величина и направление нагрузки, частота вращения, требуемый ресурс (расчетный срок службы по ISO 281), условия монтажа (возможные перекосы) и температурный режим. Для стандартных электродвигателей часто используются серии 12.. или 13.. при отсутствии требований к осевой фиксации. Если в конструкции корпуса предусмотрена канавка для стопорного кольца, выбирают серии 22.. или 23… Для тяжелонагруженных приводов с умеренной скоростью предпочтительнее серия 13.. или 23.. из-за повышенной грузоподъемности.

Что означает обозначение подшипника, например, 1310 ETN9/C3?

• 13 – Серия (двухрядный самоцентрирующийся шариковый, тяжелая серия).
• 10 – Код размера (d = 50 мм).
• E – Усиленный сепаратор (стальной, штампованный).
• TN9 – Материал сепаратора (полиамид, стеклонаполненный).
• C3 – Группа радиального зазора, большая, чем нормальная. Используется для применений с повышенным нагревом вала или корпуса для компенсации теплового расширения.

Требуют ли подшипники с двумя защитными уплотнениями (2RS) дополнительной смазки?

Подшипники в исполнении с контактными уплотнениями (2RS) поставляются заполненными консистентной смазкой, рассчитанной на весь срок службы (L10) в типовых условиях. Дополнительная смазка не требуется и часто невозможна без демонтажа уплотнений. Однако в условиях экстремальных температур, высоких скоростей или длительного периода работы может потребоваться периодическая замена смазки, что подразумевает использование подшипников с возможностью повторного смазывания (обычно с лабиринтными уплотнениями и смазочными канавками).

Как самоцентрирующийся подшипник влияет на вибрацию агрегата?

Благодаря способности компенсировать перекосы и двухрядной конструкции, эти подшипники эффективно снижают уровень вибрации, вызванной монтажными погрешностями и несоосностью. Они действуют как демпфирующий элемент, поглощая часть энергии колебаний. Это особенно важно для высокооборотных агрегатов, таких как вентиляторы и центробежные насосы, где вибрация напрямую влияет на надежность и ресурс всего узла.