Подшипники шариковые двухрядные сферические: конструкция, принцип действия и применение
Подшипник шариковый двухрядный сферический — это тип самоустанавливающегося радиально-упорного подшипника качения, предназначенный для работы в условиях значительных радиальных нагрузок, умеренных осевых нагрузок в двух направлениях и несоосности вала относительно корпуса. Его ключевая особенность — способность компенсировать перекосы вала до 3°, что делает его незаменимым в конструкциях, подверженных прогибам, вибрациям или монтажным неточностям.
Конструктивные особенности и принцип самоустановки
Конструкция подшипника включает следующие основные элементы:
- Наружное кольцо. Имеет сферическую беговую дорожку, геометрический центр которой совпадает с осью подшипника. Эта сфера является общей для обоих рядов тел качения.
- Внутреннее кольцо. Состоит из двух отдельных колец с радиально-упорными канавками, образующими два независимых ряда беговых дорожек.
- Тела качения. Два ряда шариков, расположенных под углом к оси вращения. Количество шариков в каждом ряду увеличено по сравнению с однорядными моделями, что обеспечивает высокую радиальную грузоподъемность.
- Сепаратор. Обычно изготавливается из стали, латуни или полиамида. Удерживает шарики на равном расстоянии, предотвращая их контакт и снижая трение. В двухрядных сферических подшипниках чаще применяются штампованные стальные или массивные латунные сепараторы.
- Система уплотнений. Может быть открытой (без уплотнений), с защитными шайбами или с контактными уплотнениями (например, из NBR или FKM) для работы в запыленных или влажных условиях.
- Серия 1200, 1300, 2200, 2300 (ГОСТ 5720). Подшипники с цилиндрическим отверстием и канавкой для стопорного кольца на наружном кольце (обозначаются суффиксом N). Например, 1210, 1313.
- Серия 1200K, 1300K, 2200K, 2300K (ГОСТ 5721). Подшипники с коническим отверстием (конусность 1:12) и канавкой для стопорного кольца. Коническое отверстие позволяет осуществлять более точную и жесткую посадку на вал с помощью закрепительной втулки (суффикс K). Например, 1210K.
- Серия 111200, 111300 (ГОСТ 8328). Подшипники с цилиндрическим отверстием, но без канавки под стопорное кольцо. Например, 111209.
- Серия 111200K, 111300K. Подшипники с коническим отверстием и без канавки под стопорное кольцо.
- Обозначения по ISO/DIN: Серии 12.., 13.., 22.., 23.. (например, 1210, 1310). Наличие суффикса E указывает на усиленную конструкцию с увеличенным количеством шариков.
- Самоустанавливаемость: Компенсация перекосов — главное преимущество, продлевающее срок службы узла.
- Высокая радиальная грузоподъемность: Два ряда шариков позволяют выдерживать большие радиальные нагрузки по сравнению с однорядными аналогами.
- Универсальность по осевой нагрузке: Способность воспринимать двусторонние осевые нагрузки (хотя и меньшие, чем у чисто упорных подшипников).
- Низкое трение: Шариковая конструкция обеспечивает низкий момент сопротивления вращению, особенно в сравнении со сферическими роликоподшипниками.
- Пригодность для высоких скоростей: Могут работать на более высоких скоростях вращения, чем роликовые сферические подшипники.
- Ограниченная осевая грузоподъемность: Существенно ниже, чем у роликовых сферических или упорных подшипников.
- Чувствительность к ударным нагрузкам: Точечный контакт шариков делает их менее стойкими к ударам, чем подшипники с линейным контактом (роликовые).
- Более высокая стоимость: По сравнению с однорядными радиальными шарикоподшипниками.
- Электродвигатели средней и большой мощности: Установка на не приводном конце вала для компенсации возможных перекосов, вызванных тепловым расширением или нагрузкой со стороны привода.
- Вентиляторы и дымососы ТЭС и АЭС: Критически важные агрегаты, работающие в условиях тепловых перекосов ротора. Часто используются подшипники с коническим отверстием (серии …K) для точной посадки.
- Редукторы и коробки передач: В качестве опор тихоходных валов.
- Насосное оборудование: Центробежные и циркуляционные насосы, где возможно осевое смещение вала.
- Транспортные механизмы: Конвейерные ролики, роликоопоры.
- Текстильное и бумагоделательное оборудование: Механизмы с длинными валами.
Принцип самоустановки реализуется за счет того, что внутренний узел (внутреннее кольцо с шариками и сепаратором) может свободно поворачиваться внутри сферической поверхности наружного кольца. Это позволяет подшипнику автоматически компенсировать перекосы, вызванные деформацией вала, основания или неточностями монтажа, без создания дополнительных нагрузок на тела качения.
Основные типы и обозначения
Согласно международной классификации ISO и российской системе ГОСТ, основные типы двухрядных сферических шарикоподшипников имеют следующие обозначения:
Таблица сравнительных характеристик основных серий (по ГОСТ)
| Серия (пример) | Тип отверстия | Наличие канавки под стопорное кольцо | Угол контакта (прибл.) | Допускаемый перекос | Типовое применение |
|---|---|---|---|---|---|
| 1210 (1200) | Цилиндрическое | Да | 12° | До 3° | Общепромышленные механизмы, вентиляторы |
| 1310 (1300) | Цилиндрическое | Да | 15° | Оборудование с более высокими осевыми нагрузками | |
| 1210K (1200K) | Коническое (1:12) | Да | 12° | Валы редукторов, тяжелые вентиляторы, где требуется точная регулировка натяга | |
| 111209 (111200) | Цилиндрическое | Нет | 12° | Узлы, где фиксация осуществляется корпусными крышками |
Преимущества и недостатки
Преимущества:
Недостатки:
Области применения в энергетике и смежных отраслях
Данные подшипники находят широкое применение в оборудовании, где валовая система подвержена прогибам или температурным деформациям:
Монтаж, смазка и обслуживание
Правильный монтаж — залог долговечности подшипника. Для подшипников с цилиндрическим отверстием применяется посадка с натягом на вал (чаще всего k5, m5) и переходная или с зазором в корпус (H7, G7). Подшипники с коническим отверстием монтируются с помощью закрепительной или отжимной втулки, что позволяет точно регулировать радиальный зазор или создавать предварительный натяг. Осевое перемещение внутреннего кольца по коническому валу обеспечивает его плотную посадку.
Смазка может быть пластичной (консистентной) или жидкой (масляной). Для высокоскоростных применений предпочтительна циркуляционная масляная смазка. В большинстве же общепромышленных применений используется консистентная смазка, закладываемая на весь срок службы (особенно в подшипниках с эффективными контактными уплотнениями). При выборе смазки необходимо учитывать температурный диапазон работы, скорость вращения и наличие агрессивных сред.
Обслуживание заключается в периодическом контроле температуры, уровня вибрации и, при отсутствии уплотнений, в регулярной пополняющей смазке через пресс-масленки. Пересмазка так же опасна, как и недостаток смазки, так как приводит к перегреву и выдавливанию уплотнений.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
В чем ключевое отличие шарикового сферического подшипника от роликового сферического?
Основное отличие — в форме тел качения. Шариковые имеют точечный контакт, роликовые — линейный. Как следствие, роликовые сферические подшипники обладают значительно более высокой радиальной грузоподъемностью и лучше переносят ударные нагрузки, но имеют ограничения по максимальной частоте вращения и создают большее трение. Шариковые лучше подходят для более высоких скоростей и случаев, где момент трения должен быть минимальным.
Когда следует выбирать подшипник с коническим отверстием (серия K)?
Подшипник с коническим отверстием 1:12 следует выбирать в следующих случаях: при необходимости частой установки и снятия с вала; для точной регулировки радиального зазора или создания предварительного натяга; при работе на валах, подверженных вибрациям, для предотвращения проворачивания; в тяжелонагруженных узлах, где требуется максимально жесткая и надежная посадка (например, вентиляторы главного проветривания, мощные электродвигатели).
Можно ли заменить двухрядный сферический шарикоподшипник на два однорядных радиальных?
Нет, это принципиально разные решения. Два однорядных подшипника не обладают функцией самоустановки. При перекосе вала они будут работать в условиях экстремальных нагрузок, что приведет к быстрому разрушению. Двухрядный сферический подшипник — это цельная конструкция, внутренняя обойма которой может наклоняться, сохраняя равномерное распределение нагрузки на оба ряда шариков.
Как определить необходимый класс точности подшипника для энергетического оборудования?
Для большинства применений в электродвигателях, вентиляторах и насосах общего назначения достаточно нормального класса точности по ГОСТ (P0) или ABEC1 (Class Normal) по ISO. Для высокоскоростных шпинделей, прецизионных редукторов или особо ответственных агрегатов могут потребоваться классы повышенной точности: P6, P5 (ABEC3, ABEC5 соответственно). Выбор должен основываться на требованиях стандартов на конкретный вид оборудования и рекомендациях производителя агрегата.
Что означает суффикс «2RS1» или «2Z» в обозначении подшипника?
Это обозначения системы уплотнений. 2RS1 — двухстороннее контактное уплотнение из синтетического каучука (NBR), обеспечивающее хорошую защиту от загрязнений и удержание смазки. 2Z — двухсторонняя металлическая защитная шайба (зантер) с небольшим зазором, обеспечивающая меньшую степень защиты, но и меньшее трение, подходит для высоких скоростей. Открытые подшипники (без суффикса) требуют внешних уплотнений в узле.
Заключение
Подшипники шариковые двухрядные сферические представляют собой оптимальное решение для узлов, работающих в условиях значительных радиальных нагрузок и неизбежных перекосов. Их способность к самоустановке обеспечивает долгий срок службы и надежность всего механизма, что особенно критично в энергетическом оборудовании, где простои и ремонты связаны с высокими затратами. Правильный выбор серии (с учетом типа отверстия, системы уплотнений и класса точности), грамотный монтаж и адекватное обслуживание являются залогом эффективной и бесперебойной работы этих подшипников на протяжении всего расчетного ресурса.