Подшипники радиальные сферические двухрядные
Подшипники радиальные сферические двухрядные: конструкция, принцип действия и применение в промышленности
Радиальные сферические двухрядные подшипники качения представляют собой класс опор, предназначенных для восприятия преимущественно радиальных нагрузок, а также значительных двухсторонних осевых нагрузок и моментов. Их ключевая особенность — самоустанавливаемость, обеспечиваемая сферической поверхностью наружного кольца и общей сферической дорожкой качения, по которой перемещаются два ряда тел качения (обычно бочкообразные ролики или сферические ролики). Эта конструкция позволяет компенсировать перекосы вала относительно корпуса, возникающие из-за монтажных погрешностей, прогиба вала под нагрузкой или тепловых деформаций, что критически важно для надежной работы тяжелого промышленного оборудования.
Конструктивные особенности и основные типы
Конструкция подшипника включает несколько обязательных элементов:
- Наружное кольцо с единой сферической беговой дорожкой.
- Внутреннее кольцо с двумя раздельными коническими беговыми дорожками, часто с упорным буртиком для фиксации роликов.
- Два ряда бочкообразных роликов — основные тела качения.
- Сепаратор (обойма) — центрирует и удерживает ролики. Изготавливается из стали, латуни или полимерных материалов (например, PA66-GF25).
- Центрирующая втулка (направляющее кольцо) — ключевой элемент, обеспечивающий самоустанавливаемость. Она расположена между рядами роликов и скользит по сферической поверхности наружного кольца, центрируя внутреннюю обойму.
- Тип СС (E1) — с симметричными роликами и латунным сепаратором, центрируемым на роликах. Классическая и высоконадежная конструкция.
- Тип СА (E) — с симметричными роликами и стальным штампованным сепаратором, центрируемым на центрирующей втулке. Более легкий и часто используемый вариант.
- Электродвигатели и генераторы большой мощности: Установка в опорах роторов, где возможны тепловые расширения и динамические прогибы.
- Редукторы и зубчатые передачи: Особенно в редукторах с нежесткими валами или при установке в разнесенных корпусах.
- Насосное оборудование: Центробежные, шламовые и другие насосы, работающие в условиях вибрации и неидеальной соосности.
- Вентиляторы и дымососы: Опора роторов в системах тягодутья.
- Оборудование для гидроэлектростанций: Опоры турбин, направляющих аппаратов.
- Конвейерные системы: Опора барабанов ленточных конвейеров, где валы испытывают значительные изгибающие моменты.
- Серия по ширине: 213, 222, 223, 230, 231, 232, 239, 240 и т.д. (чем больше цифра, тем больше грузоподъемность).
- Тип конструкции: СС, СА, СС/СА с коническим отверстием (обозначается суффиксом K).
- Класс точности: Нормальный (обычно не указывается), повышенный (P6, P5, P4 по ГОСТ; ABEC 3, 5, 7 по ANSI).
- Радиальный зазор: Обозначается суффиксом (C1, C2, CN, C3, C4, C5), где CN — нормальный, C3 — увеличенный для работы в условиях нагрева.
- Материал сепаратора: M — латунный, J — стальной штампованный, Y — полиамидный.
Основные типы сферических роликоподшипников различаются по конструкции внутреннего кольца и сепаратора:
Тип СС/СА с коническим отверстием (обычно 1:12) — для посадки на конусную втулку, что обеспечивает более точную и надежную посадку на вал, облегчает монтаж/демонтаж и позволяет регулировать радиальный зазор.
Принцип работы и компенсация перекосов
Самоустанавливаемость достигается за счет того, что геометрический центр сферической поверхности наружного кольца совпадает с геометрическим центром подшипника. Центрирующая втулка, взаимодействуя с этой поверхностью, позволяет внутреннему кольцу с роликами и сепараторами свободно поворачиваться относительно наружного кольца. Допустимый угол перекоса для стандартных подшипников составляет от 0.5° до 2.5° в зависимости от серии и размера, что позволяет компенсировать значительные несоосности без существенного роста контактных напряжений и потери ресурса.
Материалы и технологии производства
Для изготовления колец и тел качения применяются подшипниковые стали, преимущественно марки ШХ15 (аналог 100Cr6) или их модификации с вакуумно-дуговым переплавом для особо ответственных применений. Ключевые этапы производства включают ковку или штамповку заготовок, токарную обработку, термообработку (закалка + низкий отпуск для достижения твердости 58-65 HRC), шлифовку и хонингование беговых дорожек с высочайшей точностью. Сепараторы изготавливаются методом штамповки (сталь), механической обработки (латунь) или литья под давлением (полиамид).
Области применения в энергетике и тяжелой промышленности
Маркировка и обозначения
Обозначение подшипников следует стандартам ISO и ГОСТ. Основные параметры, зашифрованные в маркировке:
Таблица: Сравнение характеристик основных серий сферических роликоподшипников (диаметральная серия 3)
| Обозначение (пример) | Диаметр отверстия, мм | Динамическая грузоподъемность (C), кН | Статическая грузоподъемность (C0), кН | Предельная частота вращения при смазке маслом, об/мин | Типичное применение |
|---|---|---|---|---|---|
| 22308 CC/W33 | 40 | 325 | 355 | 6300 | Редукторы среднего размера, насосы |
| 22312 СА/W33 | 60 | 495 | 570 | 5000 | Опора барабана конвейера, вентилятор |
| 22320 СС/С3 | 100 | 1120 | 1320 | 3200 | Опора ротора электродвигателя, тяжелый редуктор |
| 24026 СС/W33 | 130 | 1320 | 2240 | 2200 | Оборудование для горной промышленности, мельницы |
Монтаж, смазка и техническое обслуживание
Правильный монтаж — залог долговечности. Для подшипников с цилиндрическим отверстием применяется прессовая посадка с использованием специальных оправок, запрещающей передачу усилия через тела качения. Подшипники с коническим отверстием монтируются на конусную втулку, затягиваемую гайкой, что обеспечивает натяг. Обязательно требуется контроль осевого зазора после монтажа. Смазка — преимущественно пластичная (консистентная) типа Литиевого мыла NLGI 2 или 3. Для высокоскоростных применений или при наличии централизованной системы — жидкая масляная смазка. В конструкциях с суффиксом W33 предусмотрено кольцевое отверстие и канавки для подвода смазки. Техническое обслуживание включает регулярный мониторинг вибрации, температуры и акустического шума, а также периодическую пополняющую смазку в соответствии с регламентом.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
В чем ключевое отличие сферического двухрядного роликоподшипника от радиального шарикоподшипника?
Сферический роликоподшипник обладает существенно более высокой радиальной и осевой грузоподъемностью (в 2-3 раза и более для сопоставимых габаритов) и принципиальной способностью к самоустановке, компенсирующей перекосы. Шарикоподшипники такой компенсацией не обладают и имеют меньшую нагрузочную способность.
Как выбрать радиальный зазор (C3, CN, C4) для электродвигателя?
Для большинства электродвигателей общего назначения, где рабочая температура подшипникового узла стабильна и умеренна, применяется зазор CN (нормальный). Зазор C3 (увеличенный) выбирают при ожидаемом значительном нагреве подшипника (высокооборотные двигатели, горячие среды) или при наличии тепловых расширений вала/корпуса из разнородных материалов. C4 — для особых случаев с экстремальным нагревом.
Что означает суффикс W33 в маркировке?
Суффикс W33 указывает на наличие в наружном кольце подшипника смазочного отверстия и трех равнораспределенных кольцевых канавок на его наружной цилиндрической поверхности. Это облегчает подвод пластичной смазки к телам качения в процессе эксплуатации без разборки узла.
Можно ли заменять подшипник типа СС на тип СА и наоборот?
Габаритные размеры и грузоподъемность типов СС и СА одного основного обозначения идентичны. Замена возможна, но требует учета различий в конструкции сепаратора. Латунный сепаратор (СС) часто считается более надежным при ударных нагрузках и в условиях загрязненной смазки. Стальной штампованный сепаратор (СА) легче и дешевле. Решение должно учитывать условия конкретного применения.
Как определить необходимость замены подшипника в работе?
Основные признаки выхода из строя: устойчивое повышение температуры узла выше нормативной (обычно более +80°С на корпусе), рост уровня вибрации (особенно на частотах 2-5 кратных частоте вращения), появление сильного низко- или высокочастотного шума (гула, воя, скрежета), утечка смазки с металлическим блеском (признак наличия продуктов износа).
Каковы преимущества конического отверстия в подшипнике?
Коническое отверстие (обычно с конусностью 1:12) позволяет осуществлять точную регулировку радиального зазора за счет осевого перемещения подшипника по конусной втулке. Оно обеспечивает более равномерное распределение нагрузки по длине роликов, облегчает монтаж и демонтаж крупногабаритных подшипников с большим натягом.
Заключение
Радиальные сферические двухрядные подшипники являются критически важным компонентом для тяжелонагруженных и нежестких узлов вращения в энергетике и промышленности. Их правильный выбор, основанный на анализе нагрузок, скоростей, условий соосности и температурного режима, а также соблюдение технологий монтажа и обслуживания, напрямую определяют надежность, ресурс и бесперебойность работы всего оборудования. Понимание конструктивных особенностей, маркировки и принципов работы данных подшипников позволяет инженерно-техническому персоналу принимать обоснованные решения как при проектировании новых агрегатов, так и при техническом перевооружении и ремонте существующих.