Подшипники с штампованным кольцом

Подшипники с штампованным кольцом: конструкция, применение и технические аспекты

Подшипники с штампованным кольцом представляют собой отдельный класс подшипников качения, наружное и/или внутреннее кольцо которых изготавливается методом холодной штамповки из листового металла, в отличие от подшипников с точеными кольцами, производимых из прутка или трубного проката. Данная технология определяет их ключевые потребительские свойства: низкую стоимость при массовом производстве, малый вес и достаточный для широкого спектра применений ресурс. В электротехнической и энергетической отраслях они нашли свое устойчивое место в оборудовании, где не требуются экстремальные нагрузки и скорости, но критически важна экономическая эффективность и надежность.

Конструктивные особенности и технология изготовления

Основной отличительный признак — производство колец. Заготовкой служит рулонная стальная лента (чаще всего из низкоуглеродистых сталей, например, 08кп, 10кп). В процессе холодной штамповки на прессах последовательно формируется чаша кольца, затем производится высадка и калибровка. Данный метод является высокопроизводительным и малоотходным. После штамповки кольца подвергаются цементации (насыщению поверхности углеродом) и закалке, что обеспечивает твердую, износостойкую поверхность дорожек качения при сохранении вязкой сердцевины. Сепараторы, как правило, изготавливаются из штампованной стали или полиамида. Тела качения — шарики — производятся из подшипниковой стали.

Сравнительная характеристика: штампованные vs точеные кольца

Основные типы и их применение в электротехнике

В энергетике и электротехнике наиболее распространены следующие типы подшипников с штампованными кольцами:

• Шарикоподшипники радиальные однорядные (тип 60000, 62000 по ISO): Базовый и самый массовый тип. Применяются в электродвигателях мощностью до нескольких десятков кВт (обычно на противоположном от привода, «неответственном» конце вала), в крышках подшипниковых узлов, вентиляторах охлаждения трансформаторов и силовых шкафов, небольших генераторах, приводах заслонок и клапанов.
• Шарикоподшипники радиально-упорные (тип 60000 с углом контакта): Способны воспринимать комбинированные нагрузки. Могут использоваться в сборочных единицах, где присутствует значительная осевая составляющая, например, в некоторых моделях вертикальных насосов или в узлах с предварительным осевым натягом.
• Подшипники с защелкивающимся крышками (ZZ, 2RS): Штампованные кольца идеально подходят для установки контактных (резиновых) или лабиринтных (металлических) уплотнений. Подшипники с защитными шайбами (ZZ) и особенно с двухсторонним резиновым уплотнением (2RS) являются стандартом для электродвигателей, работающих в условиях запыленности или повышенной влажности, так как поставляются с заводской консервационной смазкой и не требуют обслуживания в течение всего срока службы.

Критерии выбора и особенности монтажа

Выбор в пользу подшипника со штампованным кольцом обоснован в следующих случаях:

• Проектирование серийного изделия с учетом оптимизации стоимости (BOM-cost).
• Рабочие режимы с умеренными нагрузками и скоростями вращения.
• Требования к низкому моменту трения (важно для высокоэффективных двигателей).
• Применение в узлах, где вес является критическим параметром.
• Необходимость использования необслуживаемого узла (с предварительной смазкой и уплотнением).

Особенности монтажа: Ввиду меньшей, по сравнению с точеными кольцами, жесткости и толщины, монтаж требует повышенной аккуратности. Запрессовка должна осуществляться только через оправку, передающую усилие на то кольцо, которое садится с натягом (обычно на вал). Категорически запрещено передавать монтажное усилие через тела качения или на кольцо, установленное с зазором. Неравномерная нагрузка при запрессовке может привести к необратимой деформации кольца. Посадки на вал и в корпус выбираются в соответствии с условиями работы, но, как правило, для вала это поле допуска k6 или js6, для корпуса – H7.

Преимущества и ограничения

Преимущества:

• Экономическая эффективность при крупносерийном производстве.
• Малый вес.
• Хорошее соотношение несущей способности и стоимости.
• Широкая доступность исполнений с уплотнениями.
• Низкий момент трения в открытых исполнениях.

Ограничения:

• Ограниченная грузоподъемность и предельная частота вращения.
• Меньшая жесткость и стойкость к ударным нагрузкам.
• Как правило, более низкий класс точности.
• Чувствительность к ошибкам монтажа и перекосу.
• Ограниченная ремонтопригодность (чаще являются заменяемым узлом в сборе).

Вопросы надежности и диагностики в энергетических системах

В ответственных системах энергетики, даже при использовании в вспомогательных механизмах, важен мониторинг состояния подшипников. Для подшипников с штампованными кольцами характерны те же признаки износа, что и для других типов: увеличение вибрации и шума. Однако из-за меньшей массы кольца, некоторые частоты вибрации (например, частота вращения сепаратора) могут быть выражены иначе. Анализ виброспектров позволяет выявить дефекты на ранней стадии: выкрашивание, контактную усталость, нарушение смазки. Перегрев такого подшипника часто ведет к потере закалки стали и ускоренному износу. В необслуживаемых узлах (2RS) критически важно не превышать расчетный температурный режим, так как перегрев ведет к деградации смазки и уплотнения.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Можно ли заменить подшипник с точеным кольцом на подшипник со штампованным кольцом в электродвигателе?

Такую замену можно рассматривать только в случае, если она прямо предусмотрена производителем двигателя или подтверждена инженерным расчетом на соответствие по динамической и статической грузоподъемности, предельной частоте вращения и тепловому режиму. В большинстве случаев обратная замена (штампованный на точеный) допустима и может повысить ресурс, но требует проверки посадочных размеров и зазоров.

Чем обусловлен более низкий ресурс подшипников со штампованными кольцами?

Более низкий ресурс не является абсолютным правилом, он проявляется в условиях высоких нагрузок и скоростей. Он обусловлен меньшей жесткостью колец (риск деформации под нагрузкой), а также особенностями структуры материала: цементованный слой на штампованных кольцах тоньше, чем на массивных точеных. В «легких» режимах, для которых они предназначены, их ресурс может полностью соответствовать сроку службы всего агрегата.

Как отличить подшипник со штампованным кольцом от подшипника с точеным кольцом визуально?

Основной признак — форма и толщина колец. У штампованного кольца часто виден след от облоя (заусенца) на торцевой поверхности, который не был полностью удален при шлифовке. Само кольцо выглядит более «ажурным», с явно меньшей толщиной поперечного сечения, особенно в зоне, не являющейся дорожкой качения. Наружная поверхность наружного кольца может иметь менее обработанный вид по сравнению с точеным кольцом.

Допустимо ли повторное использование подшипников со штампованными кольцами после демонтажа?

Практика повторного использования (после выпрессовки) крайне не рекомендована. Процесс демонтажа с большой вероятностью приводит к неконтролируемой деформации тонкостенных колец, даже если она не видна невооруженным глазом. Это нарушает геометрию дорожки качения и ведет к ускоренному износу. Данный тип подшипников рассматривается как одноразовый узел при ремонте.

Какие марки смазок применяются для подшипников с уплотнением 2RS в электродвигателях?

Производители закладывают в подшипник с двухсторонним уплотнением (2RS) консервационно-рабочую смазку на весь срок службы. Типичные основы — литиевые или полимочевинные загустители с минеральными или синтетическими маслами. Попытки дополнительной смазки через пресс-масленки чаще всего вредны, так как нарушают герметичность уплотнения и вымывают заводскую смазку. При ремонте предпочтительна полная замена подшипника на новый.