Подшипники радиально-упорные NTN
Подшипники радиально-упорные NTN: конструкция, типы, применение и монтаж
Радиально-упорные подшипники качения японского концерна NTN являются ключевым компонентом в узлах, подверженных комбинированным нагрузкам. Их основная конструктивная особенность заключается в том, что линии контакта тел качения (шариков или роликов) с дорожками качения внутреннего и наружного колец пересекаются в одной точке на оси подшипника. Это позволяет данным подшипникам воспринимать одновременно значительные радиальные и осевые нагрузки в одном направлении. Эффективность восприятия осевой нагрузки определяется углом контакта (α). Увеличение этого угла повышает способность подшипника выдерживать осевые нагрузки, но снижает его радиальную грузоподъемность и предельную частоту вращения.
Принцип действия и ключевые характеристики
Способность воспринимать осевые нагрузки обеспечивается за счет создания внутреннего осевого зазора (преднатяга) при монтаже. Подшипники обычно устанавливаются парами – либо двумя одинарными, либо в виде сдвоенной пары (дуплекс). Настройка зазора/натяга осуществляется путем смещения одного кольца относительно другого в осевом направлении. Это обеспечивает высокую жесткость узла и минимальное биение вала, что критически важно для высокоскоростных и прецизионных применений, таких как шпиндели станков, электродвигатели и редукторы турбомашин.
Основные типы радиально-упорных подшипников NTN
1. Радиально-упорные шарикоподшишипники
Наиболее распространенный тип, доступный в однорядном и двухрядном исполнении. Однорядные подшипники воспринимают осевую нагрузку только в одном направлении, поэтому для двухстороннего осевого фиксирования или для обеспечения большей жесткости их устанавливают попарно. NTN предлагает несколько серий с разными углами контакта (стандартный – 30° и 40°).
- Серия 7000 (72B, 73B): Стандартный угол контакта 30° (B-обозначение). Широко применяются в электродвигателях, насосах, редукторах общего назначения.
- Серия BNS (BNT): Высокоскоростные подшипники с керамическими (гибридными) шариками, углом контакта 15° или 25°. Предназначены для шпинделей станков, высокочастотных электродвигателей.
- Двухрядные радиально-упорные шарикоподшипники (серия 5200, 5300): Конструктивно представляют собой два однорядных подшипника, объединенных в один узел. Обладают самоустанавливающейся способностью, воспринимают осевые нагрузки в обоих направлениях и значительные радиальные нагрузки.
- Серия单列 (например, 30200, 32200): Стандартные однорядные конические подшипники. Требуют парной установки для восприятия осевых нагрузок в обоих направлениях.
- Серия双列 (например, 352900, 332000): Двухрядные конические подшипники. Обеспечивают фиксацию вала в радиальном и осевом направлениях. Обладают очень высокой грузоподъемностью.
- Серия四列 (например, 4T-): Четырехрядные конические подшипники. Применяются в тяжелонагруженных промышленных узлах: прокатных станах, тяжелых редукторах, крупных вращающихся барабанах.
- Монтаж конических роликоподшипников: Регулировка осуществляется путем осевого смещения внутреннего кольца относительно наружного. Методы регулировки включают использование регулировочных гаек, наборов тонких шайб или прокладок между торцами колец. Контроль осуществляется путем измерения момента сопротивления вращению или величины осевого люфта.
- Монтаж пар шариковых радиально-упорных подшипников: Чаще всего применяется предварительный натяг, создаваемый пружинами, или позиционный натяг, обеспечиваемый точно рассчитанным смещением колец при затяжке. Для парной установки NTN поставляет комплекты подшипников в спаренном (DB – back-to-back, DF – face-to-face) или тандемном (DT) расположении с предварительно подобранными размерами.
- Турбогенераторы и турбокомпрессоры: Высокоскоростные валы требуют подшипников с высокой точностью, минимальным биением и способностью работать при повышенных температурах. Здесь применяются специальные серии с улучшенной геометрией и материалами.
- Насосное оборудование (питательные, циркуляционные, сетевые насосы): Узлы валов насосов подвержены действию радиальных (от давления) и осевых (от перепада давления на рабочем колесе) нагрузок. Радиально-упорные шариковые или конические роликоподшипники обеспечивают точное позиционирование вала и восприятие этих комбинированных сил.
- Электродвигатели большой мощности: В двигателях с горизонтальным валом для фиксации ротора в осевом направлении и восприятия поперечных нагрузок (например, от ременных передач) на не приводном конце часто устанавливают радиально-упорный шарикоподшипник.
- Редукторы и мультипликаторы: В зубчатых передачах, особенно косозубых и червячных, возникают значительные осевые усилия. Конические роликоподшипники или сдвоенные радиально-упорные шарикоподшипники являются стандартным решением для опор таких валов.
- Ветроэнергетические установки: В главном редукторе и генераторе ветрогенератора применяются крупногабаритные конические и радиально-упорные шарикоподшипники, рассчитанные на экстремальные переменные нагрузки и длительный срок службы.
2. Радиально-упорные роликоподшипники (конические роликоподшипники)
В качестве тел качения используются усеченные конусы (ролики). Обладают значительно более высокой радиальной и осевой грузоподъемностью по сравнению с шариковыми аналогами, но имеют ограничения по максимальной частоте вращения. Ключевая особенность – внутреннее (конус) и наружное (чашка) кольца монтируются раздельно.
Таблица сравнения основных серий радиально-упорных подшипников NTN
| Тип подшипника | Серия NTN (пример) | Угол контакта | Основные преимущества | Типовые области применения |
|---|---|---|---|---|
| Однорядный шариковый радиально-упорный | 7210B (30°), 7310B (40°) | 30°, 40° | Высокая частота вращения, низкий момент трения, точность | Электродвигатели, шпиндели, насосы, редукторы |
| Высокоскоростной гибридный | BNS 208 TV | 15°, 25° | Сверхвысокие скорости, стойкость к температурным деформациям, долгий срок службы | Шпиндели обрабатывающих центров, высокочастотные электродвигатели |
| Однорядный конический роликоподшипник | 30210 / 32010X | Зависит от серии (обычно 10°-20°) | Очень высокая радиальная и однонаправленная осевая грузоподъемность | Ступицы колес, редукторы общего машиностроения, сельхозтехника |
| Двухрядный конический роликоподшипник | 352130 | Комбинированный | Высокая жесткость, восприятие двухсторонних осевых нагрузок | Оборудование для горнодобывающей промышленности, тяжелые редукторы |
Особенности монтажа и регулировки
Правильный монтаж и настройка осевого зазора (преднатяга) являются определяющими факторами для долговечности и бесшумной работы радиально-упорных подшипников. Недостаточный преднатяг приводит к повышенным вибрациям и биению, чрезмерный – к перегреву и катастрофическому износу.
Применение в энергетике и смежных отраслях
В энергетическом секторе подшипники NTN данного типа находят применение в критически важном оборудовании:
Материалы и системы смазывания
NTN для производства данных подшипников использует высокоочищенные подшипниковые стали (например, SUJ2 по JIS). Для тяжелонагруженных или высокоскоростных применений предлагаются подшипники из цементуемой стали, обладающей вязкой сердцевиной и износостойкой поверхностью. В качестве инновационного решения применяются гибридные подшипники, где шарики изготовлены из керамики (нитрид кремния Si3N4), что снижает вес, центробежные силы, повышает стойкость к износу и позволяет работать в условиях недостаточной смазки.
Смазывание является критическим аспектом. Помимо классического пластичного смазочного материала (консистентной смазки) и жидкого масла (картерная или циркуляционная система), для высокоскоростных подшипников шпинделей часто используется система смазки масляным туманом (MQL) или струйная подача масла под давлением. Правильный выбор смазки и метода ее подачи напрямую влияет на температурный режим, потери на трение и общий ресурс узла.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем отличается установка «спина к спине» (DB) от «лицом к лицу» (DF) для пар шариковых радиально-упорных подшипников?
При схеме DB (back-to-back) широкие торцы наружных колец обращены друг к другу. Такая схема обеспечивает высокую моментную жесткость, лучшее сопротивление опрокидывающему моменту и меньшее тепловое увеличение преднатяга при нагреве. При схеме DF (face-to-face) широкие торцы внутренних колец обращены друг к другу. Эта схема менее чувствительна к перекосу вала относительно корпуса. Выбор схемы определяется конструкцией узла и характером действующих нагрузок.
Как правильно определить и отрегулировать осевой зазор/преднатяг в коническом роликоподшипнике?
Регулировка осуществляется после монтажа подшипника в узел. Наиболее распространенный метод – измерение осевого люфта (зазора) с помощью индикатора часового типа. Вал перемещается в осевом направлении от одного крайнего положения до другого, разница показаний индикатора и есть осевой зазор. Для создания преднатяга регулировочная гайка или шайба подбираются так, чтобы этот зазор стал нулевым или отрицательным (обычно в пределах 0.05-0.10 мм, точные значения указаны в каталогах NTN). Альтернативный метод – контроль момента проворачивания вала динамометрическим ключом.
Можно ли заменить радиально-упорный шарикоподшипник NTN на подшипник другого производителя с такими же геометрическими размерами?
Геометрическая взаимозаменяемость по посадочным размерам (d, D, B) возможна, но необходимо учитывать ряд критических параметров: угол контакта (α), величину монтажной высоты (для парных комплектов), класс точности, внутренний радиальный и осевой зазоры, материал и тип сепаратора. Несовпадение угла контакта приведет к изменению грузоподъемности и жесткости узла. Рекомендуется использовать подшипники одного типоразмера и класса от одного производителя для ответственных парных установок.
Каковы признаки неправильной регулировки (чрезмерного преднатяга) в работе узла?
Основные признаки: повышенный нагрев подшипникового узла (температура выше 70-80°C при нормальных условиях), повышенный уровень шума (монотонный гул), увеличенный момент сопротивления вращению, быстрая деградация смазочного материала (его карбонизация и почернение). Длительная работа с чрезмерным преднатягом приводит к усталостному выкрашиванию дорожек качения и выходу подшипника из строя.
Какие специальные исполнения радиально-упорных подшипников предлагает NTN для тяжелых условий эксплуатации?
NTN производит подшипники в исполнениях для особых условий: с покрытиями (например, Black Oxide для улучшения run-in-характеристик и коррозионной стойкости), из специальных сталей (например, для повышенных температур или агрессивных сред), с сепараторами из полиамида, бронзы или стали (в зависимости от скорости и нагрузки), с уплотнениями (контактными или лабиринтными) для работы в условиях запыленности.