Подшипники радиально-упорные роликовые ГОСТ

Подшипники радиально-упорные роликовые: конструкция, стандартизация и применение в электротехнике

Радиально-упорные роликовые подшипники являются ключевым типом опор качения, предназначенным для одновременного восприятия комбинированных нагрузок – радиальных и осевых в одном направлении. Их работа регламентируется рядом государственных стандартов (ГОСТ), которые устанавливают технические условия, типоразмеры, допуски и методы контроля. В электротехнической и энергетической отраслях эти подшипники находят применение в ответственных узлах электродвигателей, турбогенераторов, насосного и вентиляторного оборудования, где требуются высокая грузоподъемность, точность вращения и способность работать при повышенных скоростях.

Конструктивные особенности и принцип действия

Отличительная черта радиально-упорных роликовых подшипников – коническая форма тел качения (роликов) и дорожек качения на кольцах. Угол контакта (α) является основным параметром, определяющим соотношение между радиальной и осевой грузоподъемностью. Чем больше угол контакта, тем большую осевую нагрузку способен воспринимать подшипник. Конструктивно подшипники данного типа состоят из следующих элементов:

• Наружное кольцо (внешняя обойма). Имеет коническую дорожку качения и обычно выполняется как единая деталь.
• Внутреннее кольцо (внутренняя обойма). Также с конической дорожкой качения. Часто внутренние кольца комплектной пары подшипников изготавливаются с общей конусной поверхностью для упрощения монтажа и регулировки.
• Тела качения. Конические ролики, изготавливаемые с высокой точностью для обеспечения равномерного распределения нагрузки.
• Сепаратор. Удерживает ролики на заданном расстоянии друг от друга, предотвращая их контакт и обеспечивая равномерное вращение. Изготавливается из стали, латуни или полимерных материалов.
• Контактная поверхность буртов. Бурт внутреннего кольца направляет ролик и воспринимает осевое усилие.

Принцип действия основан на разложении вектора приложенной нагрузки на радиальную и осевую составляющие. Благодаря конической геометрии, линии проекции дорожек качения сходятся в общей точке на оси подшипника, что обеспечивает чистое качение роликов. Для корректной работы и восприятия осевых нагрузок с обоих направлений подшипники данного типа практически всегда устанавливаются парами, с противоположной ориентацией конусов.

Классификация по ГОСТ и основные типы

В Российской Федерации основополагающим стандартом для роликовых конических подшипников является ГОСТ 333-79 «Подшипники роликовые конические однорядные. Основные размеры». Этот документ классифицирует подшипники по следующим ключевым признакам:

• По числу рядов тел качения: однорядные (наиболее распространенные), двухрядные и четырехрядные (для особо тяжелых нагрузок).
• По углу контакта: стандартная серия (угол контакта 10-18°, преимущественно радиальная нагрузка), серия с большим углом контакта (угол >20°, повышенная осевая грузоподъемность).
• По конструктивному исполнению: с неразъемным наружным кольцом; со съемным внутренним кольцом (конусом) и наружным кольцом (чашкой), что облегчает монтаж и регулировку зазора.

Таблица 1. Основные серии радиально-упорных роликовых подшипников по ГОСТ 333-79 (фрагмент)

Типоразмер (пример)	Обозначение по ГОСТ	d, мм (внутр. диаметр)	D, мм (наруж. диаметр)	T, мм (ширина)	Угол контакта, α (прибл.)	Назначение и особенности
7204	2007104	20	47	15.25	12-15°	Легкая серия, для умеренных нагрузок и скоростей.
7510	2007110	50	90	25.25	25-29°	Средняя серия с увеличенным углом контакта, для значительных осевых нагрузок.
27310	2007310	50	110	29.25	10-12°	Легкая ширококольцевая серия, повышенная радиальная грузоподъемность.

Сопутствующие стандарты (ГОСТы) и технические условия

Помимо ГОСТ 333-79, полный цикл производства, приемки и эксплуатации радиально-упорных роликовых подшипников регулируется комплексом стандартов:

• ГОСТ 3478-79: Устанавливает технические условия (ТУ) на подшипники роликовые конические однорядные повышенной грузоподъемности. Определяет требования к материалам, твердости, шероховатости поверхностей, допускам, испытаниям и маркировке.
• ГОСТ 8328-75: Распространяется на двухрядные роликовые конические подшипники с двумя внутренними и одним наружным кольцом.
• ГОСТ 8530-90: Касается четырехрядных роликовых конических подшипников для прокатных станов.
• ГОСТ 520-2011: Общий стандарт для всех подшипников качения. Определяет условные обозначения, систему допусков и технические требования.
• ГОСТ 24850-81: Устанавливает классы точности подшипников (0, 6, 5, 4, 2, Т). Для большинства энергетических применений используются подшипники класса точности 0 (нормальный) или 6 (повышенный).

Монтаж, регулировка и смазка в энергетическом оборудовании

Корректный монтаж и регулировка осевого зазора (натяга) являются критически важными для долговечной работы радиально-упорных роликовых подшипников. Недостаточный натяг приводит к вибрациям и ударным нагрузкам, чрезмерный – к перегреву и катастрофическому износу.

Процедура регулировки обычно осуществляется путем осевого смещения одного кольца относительно другого (чаще внутреннего) с помощью гаек, регулировочных шайб или колец. Зазор контролируется индикаторным нутромером или методом измерения момента сопротивления вращению. Требуемое значение натяга указывается в технической документации на конкретный агрегат (электродвигатель, турбина).

Смазка: В энергетике применяется как консистентная (пластичная), так и жидкая (циркуляционная) смазка. Выбор зависит от скорости вращения (DN-фактора), температуры и условий эксплуатации. Консистентные смазки на основе литиевых или комплексных мыл удобны при отсутствии утечек, но требуют периодического пополнения. Циркуляционные системы смазки маслом обеспечивают лучший теплоотвод и используются в высокоскоростных и высоконагруженных узлах турбогенераторов.

Таблица 2. Рекомендации по выбору смазки для подшипников электродвигателей

Тип оборудования	Скорость вращения	Температурный режим	Рекомендуемый тип смазки	Примечания
Асинхронные двигатели общего назначения	До 3000 об/мин	До +70°C	Литиевая консистентная смазка (например, Литол-24)	Заполнение 1/2-2/3 свободного объема полости подшипника.
Высокооборотные двигатели, турбогенераторы	Выше 3000 об/мин	Повышенный, до +90°C и выше	Циркуляционное масло (индустриальное И-40А, турбинное Тп-22С) или синтетические консистентные смазки	Требуется система принудительной циркуляции и охлаждения масла.
Оборудование для влажных сред	Любая	Стандартный	Водостойкие консистентные смазки (на основе кальциевого мыла)	Обладают хорошими антикоррозионными свойствами.

Диагностика неисправностей и отказов

В энергетике профилактика отказов подшипниковых узлов имеет стратегическое значение. Основные признаки и причины неисправностей радиально-упорных роликовых подшипников:

• Повышенный шум и вибрация. Причины: износ, выкрашивание рабочих поверхностей, неправильная регулировка зазора, загрязнение смазки.
• Перегрев узла. Причины: чрезмерный осевой натяг, недостаток или деградация смазки, несоосность вала, перегрузка.
• Люфт и осевое биение. Причины: износ дорожек качения и роликов, ослабление регулировочной гайки.
• Появление продуктов износа в масле. Контроль осуществляется с помощью методов спектрального или феррографического анализа смазочного масла, что позволяет выявить зарождающийся дефект на ранней стадии.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем радиально-упорный роликовый подшипник принципиально отличается от радиального?

Радиальный подшипник (например, шариковый) предназначен в первую очередь для восприятия нагрузок, перпендикулярных оси вала. Радиально-упорный, благодаря конической конструкции, способен воспринимать значительные осевые нагрузки одновременно с радиальными. Осевая грузоподъемность радиального подшипника незначительна и является побочным эффектом, а не конструктивной особенностью.

Как правильно расшифровать обозначение подшипника по ГОСТ?

Обозначение по ГОСТ 520-2011 обычно включает цифровой код. Для подшипника 2007110 (аналог 7510 по условному обозначению):

• 2 – тип подшипника (роликовый радиально-упорный конический).
• 00 – серия по ширине (нормальная).
• 7 – серия по диаметру (средняя).
• 10 – внутренний диаметр (d = 10*5 = 50 мм). Для диаметров от 20 до 495 мм код умножается на 5.

Почему для конических подшипников обязательна регулировка осевого зазора?

Вследствие конической геометрии, при установке подшипника с номинальным внутренним зазором, в процессе затяжки регулировочной гайки или с помощью шайб происходит осевое смещение колец, которое устраняет этот зазор и создает необходимый предварительный натяг. Без этой процедуры внутреннее кольцо, ролики и наружное кольцо не будут образовывать жесткую кинематическую пару, что приведет к качению роликов с проскальзыванием, биению и ускоренному разрушению.

Каковы критерии выбора между шариковыми и роликовыми радиально-упорными подшипниками в электродвигателе?

Выбор определяется нагрузочными характеристиками:

• Роликовые конические: Выбирают при наличии значительных ударных или постоянных осевых нагрузок, больших радиальных нагрузках. Обладают более высокой грузоподъемностью и жесткостью, но имеют ограничение по максимальной частоте вращения.
• Шариковые радиально-упорные: Применяют при высоких скоростях вращения, умеренных осевых и радиальных нагрузках. Имеют меньшее сопротивление качению, меньше греются на высоких оборотах.

Для валов электродвигателей часто используется комбинация: со стороны привода – роликовый конический подшипник (восприятие осевой силы от ременной передачи или червяка), с противоположной стороны – шариковый радиальный (плавающая опора).

Как взаимосвязаны угол контакта и осевая грузоподъемность?

Зависимость прямая. Угол контакта (α) – угол между линией, соединяющей точки контакта ролика с кольцами, и плоскостью, перпендикулярной оси подшипника. Чем больше этот угол (серии 7000 – малый угол, 27000 – средний, 97000 – большой), тем большую составляющую осевой нагрузки воспринимает подшипник, но при этом несколько снижается его радиальная грузоподъемность и предельная частота вращения.

Каковы современные тенденции в материаловедении для данных подшипников?

Основные направления: применение сталей, очищенных вакуумно-дуговым переплавом (например, ШХ15СГ), для повышения усталостной прочности и ресурса; использование поверхностного упрочнения (азотирования, карбонитрирования) для повышения износостойкости буртов; разработка и внедрение сепараторов из высокопрочных полимерных материалов (ПА66, РЕЕК, PPS), снижающих массу, шум и улучшающих условия смазки.