Подшипники роликовые сферические: конструкция, стандарты и применение в электротехнике и энергетике

Подшипники роликовые сферические двухрядные (шариковые сферические являются отдельным типом) – это узлы качения, предназначенные для работы в условиях значительных радиальных нагрузок, возможных перекосов вала и загрязненной среды. Их ключевая особенность – самоустанавливаемость, обеспечиваемая сферической дорожкой качения на наружном кольце и сферической форме тел качения (бочкообразных роликов). Это позволяет компенсировать перекосы между валом и корпусом до 1,5°–3° в зависимости от серии, что критически важно для длинных валов, подверженных прогибу, или при неточном монтаже. В энергетике они находят применение в механизмах, где надежность и долговечность являются приоритетом: электродвигатели большой мощности, вентиляторы и дымососы, турбины, редукторы, шнековые конвейеры, грузоподъемное оборудование.

ГОСТ 5721-75: Основной стандарт для отечественных подшипников

ГОСТ 5721-75 «Подшипники роликовые сферические двухрядные. Технические условия» является фундаментальным документом, регламентирующим производство, параметры и приемку данной продукции на территории стран СНГ. Стандарт устанавливает классификацию по типам, основные размеры (в соответствии с ГОСТ 3478, который определяет присоединительные размеры), требования к материалам, точности, шероховатости поверхностей, зазорам, моменту трения, испытаниям и маркировке. Подшипники по этому ГОСТ изготавливаются с цилиндрическим или коническим (конусность 1:12) отверстием.

Конструктивные типы и обозначения по ГОСТ

Согласно ГОСТ 5721-75, подшипники классифицируются на несколько основных типов, что отражено в системе условных обозначений. Обозначение состоит из цифр и букв, указывающих на тип, серию по ширине и диаметру, конструктивные особенности и точность.

• Тип 1000 – Подшипник с цилиндрическим отверстием, без стопорных колец. Базовый и наиболее распространенный тип.
• Тип 111000 – Подшипник с цилиндрическим отверстием и одним стопорным кольцом. Кольцо позволяет фиксировать подшипник в корпусе без крышки, упрощая конструкцию.
• Тип 21000 – Подшипник с коническим отверстием (конусность 1:12) и стопорной втулкой. Коническое отверстие позволяет осуществлять прессовую посадку на вал с натягом, регулируемым по глубине напрессовки, что обеспечивает более надежное крепление на валах, подверженных вибрациям и переменным нагрузкам.
• Тип 311000 – Подшипник с цилиндрическим отверстием, одним стопорным кольцом и канавкой на наружном кольце под уплотнение. Предназначен для работы в условиях повышенного загрязнения.
• Тип 411000 – Подшипник с цилиндрическим отверстием и двумя стопорными кольцами. Обеспечивает максимальную простоту осевой фиксации в корпусе.

Серии по габаритам и нагрузочной способности

Важнейший параметр – серия подшипника, определяющая его габариты и, как следствие, грузоподъемность. Серия обозначается комбинацией цифр, где первая цифра указывает на серию по ширине, а последующие – на серию по диаметру.

• Серия по ширине: 1 – сверхлегкая, 2 – особо легкая, 3 – легкая, 4 – средняя, 5 – тяжелая, 6 – особо тяжелая. В энергетике наиболее распространены серии 3 (легкая) и 4 (средняя), как оптимальные по соотношению габаритов и нагрузки.
• Серия по диаметру: 1 – особо легкая, 2 – легкая, 3 – средняя, 4 – тяжелая. Например, подшипник 11300 (тип 1000, серия по ширине 1, серия по диаметру 3) или 3614 (тип 3000 – это сферический роликовый подшипник с коническим отверстием и без внутреннего кольца, серия по ширине 6, серия по диаметру 1).

Классы точности

ГОСТ 5721-75 устанавливает классы точности изготовления подшипников, которые влияют на вибрацию, нагрев и долговечность узла. Для сферических роликовых подшипников актуальны:

• 0 (нормальный) – Стандартный класс, применяемый в большинстве энергетических механизмов.
• 6 (повышенный) – Для механизмов с повышенными требованиями к частоте вращения и вибрации.
• 5 (высокий) – Для высокоскоростных и высокоточных узлов (например, в некоторых типах турбин).
• 4 (сверхвысокий) – Специальное применение.

Класс точности указывается перед обозначением подшипника через тире (например, 6-11308).

Таблица: Примеры обозначений и основных размеров подшипников по ГОСТ 5721-75 (легкая серия 3)

Обозначение	d, мм (внутр. диам.)	D, мм (наруж. диам.)	B, мм (ширина)	Динамическая нагрузка C, кН (примерно)	Статическая нагрузка C0, кН (примерно)	Тип
11308	40	90	33	120	105	1000
11310	50	110	40	165	145	1000
11312	60	130	46	210	190	1000
11314	70	150	51	255	230	1000
311311	55	120	43	180	160	311000
3614	70	150	51	255	230	3000 (без внутр. кольца)

Материалы и технологии изготовления

В соответствии с ГОСТ, кольца и ролики сферических роликовых подшипников изготавливаются из подшипниковых сталей марок ШХ15, ШХ15СГ, ШХ20СГ или их зарубежных аналогов (например, 100Cr6). Эти стали после термообработки (закалка и низкий отпуск) обеспечивают высокую твердость (61-65 HRC) и контактную выносливость. Сепараторы, в зависимости от размера и условий эксплуатации, могут быть штампованными (из сталей 08, 10), механически обработанными (латунь, текстолит) или полимерными (полиамид, PEEK). Для работы в агрессивных средах или при повышенных температурах применяются стали с добавлением молибдена и ванадия, а также специальные покрытия.

Применение в электротехнике и энергетике: ключевые аспекты

В энергетическом секторе сферические роликовые подшипники выбираются исходя из специфических требований:

• Электродвигатели большой мощности (свыше 1000 кВт): Устанавливаются на приводном конце вала ротора. Способность компенсировать перекосы критична из-за теплового расширения и прогиба длинного вала. Используются подшипники с цилиндрическим или коническим отверстием, класс точности не ниже 6.
• Вентиляторы и дымососы ТЭС и АЭС: Работают в условиях запыленности, вибрации и высоких температур. Применяются подшипники с защитными шайбами или уплотнениями (типы 311000, 411000). Требуется эффективная система смазки, часто циркуляционная.
• Редукторы и мультипликаторы: В мощных редукторах, например, в приводах шаровых мельниц или конвейеров. Высокая радиальная грузоподъемность подшипников позволяет воспринимать ударные нагрузки.
• Грузоподъемные механизмы (краны, лебедки): Подшипники работают при медленном вращении под высокой нагрузкой, часто с переменным направлением. Важна высокая статическая грузоподъемность и стойкость к заклиниванию.

Монтаж, смазка и обслуживание

Правильный монтаж определяет ресурс подшипника. Для подшипников с коническим отверстием (тип 21000) обязательна регулировка натяга при помощи стопорной втулки и контргайки. Осевая затяжка должна создавать заданный радиальный натяг, исключающий проворот внутреннего кольца, но не вызывающий перегрева. Смазка – преимущественно пластичная (консистентная), типа Литол-24, ЦИАТИМ-201, или жидкая масляная (индустриальные масла И-Г-А, И-Г-Д) при циркуляционных системах. В зонах высоких температур применяются термостойкие смазки. При монтаже необходимо обеспечить защиту от попадания абразивной пыли и влаги.

Соответствие международным стандартам

Отечественные подшипники по ГОСТ 5721 имеют прямые аналоги в международной классификации ISO и у основных производителей (SKF, FAG, TIMKEN, NSK). Основное соответствие устанавливается по присоединительным размерам (d, D, B).

• Серия 11300 (ГОСТ) соответствует серии 223.. (SKF/ISO) – сферический роликовый подшипник с цилиндрическим отверстием.
• Серия 11300 с коническим отверстием (тип 21000) соответствует серии 223.. K (SKF) или 223.. + H (FAG).
• Серия 3000 (без внутреннего кольца) соответствует серии 239.. (SKF/ISO).

При замене необходимо сверять не только размеры, но и динамическую (C) и статическую (C₀) грузоподъемность.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем сферический роликовый подшипник принципиально отличается от шарикового сферического?

Сферический роликовый подшипник имеет бочкообразные ролики и две дорожки качения на внутреннем кольце. Он предназначен в первую очередь для восприятия очень высоких радиальных нагрузок, в 1,5-2 раза больших, чем шариковый сферический аналогичного размера. Шариковый сферический подшипник (ГОСТ 5720) имеет сферические шарики и одну дорожку на внутреннем кольце. Он лучше приспособлен для комбинированных (радиально-осевых) нагрузок, но при меньшей радиальной грузоподъемности. Выбор зависит от преобладающего вида нагрузки в узле.

Когда следует выбирать подшипник с коническим отверстием (тип 21000)?

Подшипник с коническим отверстием 1:12 выбирается в следующих случаях: 1) Для установки на гладкий вал без буртика, где требуется гарантированный натяг для предотвращения проворачивания. 2) На валах, работающих в условиях сильных вибраций и ударных нагрузок. 3) Когда необходима точная регулировка радиального зазора/натяга в узле после монтажа. 4) Для облегчения демонтажа с помощью гидравлического метода (подача масла в канавки на втулке).

Как расшифровать обозначение, например, 6-1132416УС17?

• 6 – класс точности (повышенный).
• 1 – тип (1000 – с цилиндрическим отверстием).
• 13 – серия по ширине (1) и по диаметру (3) – легкая серия.
• 24 – внутренний диаметр d = 24×5 = 120 мм (для диаметров от 20 мм код умножается на 5).
• 16 – конструктивные особенности (наличие стопорного кольца, канавки и т.д., требует уточнения по каталогу).
• УС17 – материал и технология: У – из стали ШХ15, С – сепаратор из текстолита, 17 – модификация.

Каковы признаки выхода из строя сферического роликового подшипника в энергооборудовании?

Основные признаки: 1) Повышенный вибрационный уровень, особенно на частотах, кратных частоте вращения. 2) Монотонный рост температуры подшипникового узла сверх нормативных значений (обычно Δt более 40-50°C над температурой окружающей среды). 3) Появление акустических шумов – гула, скрежета, щелчков. 4) Утечка или изменение цвета смазки (потемнение, наличие металлической стружки). При появлении этих признаков необходима диагностика и планирование замены.

Можно ли заменить сферический роликовый подшипник на радиальный роликовый с короткими цилиндрическими роликами?

Нет, это принципиально разные конструкции. Радиальный роликовый подшипник (например, типа 2000 или 32000 по ГОСТ) не обладает самоустанавливаемостью и крайне чувствителен к перекосам вала. Его установка вместо сферического в узел, рассчитанный на компенсацию перекоса, приведет к резкому снижению ресурса, локальному перегреву и быстрому разрушению как самого подшипника, так, возможно, и сопряженных деталей.

Какой класс точности необходим для электродвигателя мощностью 1600 кВт?

Для электродвигателей средней и большой мощности (от 1000 кВт и выше) общепринятой практикой является использование подшипников класса точности не ниже 6. Это позволяет снизить вибрацию, уровень шума и нагрев, что напрямую влияет на надежность и межремонтный интервал. Для особо ответственных или высокоскоростных двигателей может потребоваться класс 5.