Подшипники упорные шариковые 20х35 мм: полный технический обзор для применения в электротехнике и энергетике
Упорные шариковые подшипники типоразмера 20х35 мм представляют собой специализированные опорные узлы, предназначенные для восприятия исключительно осевых нагрузок, действующих вдоль оси вала. Их конструкция не рассчитана на комбинированные или радиальные нагрузки. В энергетике и электротехнической промышленности они находят применение в механизмах с низкой частотой вращения, но высокими требованиями к точности позиционирования и надежности под нагрузкой, направленной в одну сторону. Типичные примеры использования: опорные узлы вертикальных валов насосов систем охлаждения трансформаторов и турбин, регулировочные винтовые механизмы в коммутационной аппаратуре, приводы задвижек, опоры червячных передач в исполнительных механизмах.
Конструкция, маркировка и материалы
Стандартный упорный шариковый подшипник 20х35 мм состоит из трех основных компонентов: двух колец и комплекта шариков с сепаратором. Верхнее кольцо (осевое кольцо) имеет посадочный диаметр (d) 20 мм и устанавливается на вал. Нижнее кольцо (опорное кольцо) имеет наружный диаметр (D) 35 мм и монтируется в корпус. Между кольцами расположен сепаратор, удерживающий шарики. Для данного типоразмера характерна однорядная конструкция. Согласно общепринятой классификации, этот подшипник чаще всего соответствует серии 51104 по ГОСТ 7872-89 или DIN 711. Маркировка наносится на боковую поверхность опорного кольца и включает тип подшипника, размерную серию, класс точности.
Материалы изготовления критичны для работы в условиях энергетического объекта:
- Кольца и шарики: Сталь шарикоподшипниковая марки ШХ15 или ее аналоги (100Cr6). Для работы в агрессивных средах (например, в морской воде) применяются коррозионно-стойкие стали AISI 440C или с покрытиями.
- Сепаратор: Стальной штампованный (наиболее распространен), латунный (для высоких скоростей и вибраций) или полимерный (на основе полиамида, PA66, для снижения шума и смазки «втулкой»).
- Смазка: Закладывается на весь срок службы (пластичные смазки типа Литол-24) или требует периодического пополнения. Для высокотемпературных применений выбирают смазки на основе силиконов или перфторполиэфиров.
- Нормальный класс (P0): Стандартная точность, применяется в большинстве общих случаев.
- Повышенный класс (P6, P5): Используются в прецизионных механизмах, где критично биение и точность позиционирования вала.
- Перед установкой проверить чистоту посадочных мест вала и корпуса.
- Монтаж осевого кольца на вал производить с помощью оправки, передающей усилие на внутреннее кольцо. Запрещено передавать ударные нагрузки через шарики или сепаратор.
- При запрессовке опорного кольца в корпус усилие должно прикладываться только к наружному кольцу.
- Обязательно обеспечить соосность колец. Перекос приводит к резкому снижению грузоподъемности и заклиниванию.
- После монтажа проверить свободное вращение (если предусмотрено конструкцией) и отсутствие заеданий.
- Повышенный осевой люфт: Свидетельствует об износе дорожек качения и шариков.
- Заедание, неравномерное вращение: Может быть вызвано загрязнением смазки, коррозией, деформацией сепаратора.
- Повышенный шум и вибрация: Характерный признак дефектов рабочих поверхностей (выкрашивание, контактная усталость).
- Перегрев узла: Следствие недостатка смазки, чрезмерной затяжки или несоосности.
Основные геометрические и весовые параметры
| Параметр | Обозначение | Значение, мм | Примечание |
|---|---|---|---|
| Внутренний диаметр (посадочный) | d | 20 | Посадка на вал обычно с натягом |
| Наружный диаметр | D | 35 | Посадка в корпус обычно переходная или с небольшим зазором |
| Высота подшипника | H | 10 | Стандартная высота для серии 51104 |
| Диаметр шариков | Dw | ~4.76 | Приблизительное значение, зависит от производителя |
| Радиус монтажной фаски | r | 0.6 | |
| Масса (приблизительная) | — | ~0.035 кг | Зависит от материала сепаратора и конструкции |
Динамическая и статическая грузоподъемность, предельные частоты вращения
Грузоподъемность — ключевой параметр, определяющий долговечность подшипника. Для упорных шариковых подшипников она выражается в осевой нагрузке.
| Параметр | Обозначение | Типовое значение для 51104 | Условия |
|---|---|---|---|
| Динамическая грузоподъемность | C | 19.5 кН | Базовая расчетная нагрузка, при которой подшипник выдерживает 1 млн. оборотов |
| Статическая грузоподъемность | C0 | 39.0 кН | Допустимая постоянная статическая нагрузка |
| Предельная частота вращения при жидкой смазке | n | 8000 об/мин | Справочное значение, зависит от условий охлаждения и точности |
| Предельная частота вращения при пластичной смазке | n | 5300 об/мин | На практике в энергетике рабочие скорости значительно ниже |
Важно понимать, что фактический ресурс (расчетная долговечность по ISO 281) зависит не только от нагрузки, но и от условий смазки, чистоты рабочей среды, температуры. В энергетике расчетный ресурс часто увеличивают, применяя понижающие коэффициенты на нагрузку.
Точность, зазоры и посадки
Класс точности определяет величину отклонений геометрических параметров. Для ответственных механизмов (регулировочные приводы) используются подшипники повышенных классов точности.
Радиальный зазор в упорном подшипнике не нормируется, так как он не предназначен для радиального нагружения. Однако, важен осевой зазор, который регулируется при монтаже. Посадки должны обеспечивать плотное прилегание колец: осевое кольцо на вал сажается с натягом (например, k5, js6), а опорное кольцо в корпус — с переходной посадкой (H6, J7) или небольшим зазором для компенсации теплового расширения.
Монтаж, демонтаж и смазка в условиях энергообъекта
Правильный монтаж — залог безотказной работы. Ключевые правила:
Смазка для подшипников 20х35 мм в энергетике выбирается исходя из условий эксплуатации:
| Условия работы | Тип рекомендуемой смазки | Примеры |
|---|---|---|
| Нормальная температура (от -30°C до +90°C) | Литиевые пластичные смазки общего назначения | Литол-24, Molykote BR2-Plus |
| Повышенная температура (до +150°C) | Синтетические смазки на основе комплексных мыл | Shell Gadus S2, Mobilith SHC 100 |
| Агрессивная среда, влага | Смазки на кальциевом комплексе или с противокоррозионными присадками | Castrol Pyroplex Blue, Molykote Longterm 2 |
| Пищевой контакт (для спецобъектов) | Смазки с допуском NSF H1 | Molykote Food Grade, Lubriplate FG-150 |
Типовые неисправности, диагностика и замена
В процессе эксплуатации подшипник подвергается износу. Основные признаки выхода из строя:
Диагностика проводится визуально (после разборки), а также с помощью виброакустического контроля. Замена подшипника 20х35 мм должна производиться на аналогичный по типоразмеру и классу точности. Допускается замена на подшипник с другими конструктивными особенностями (например, с другим материалом сепаратора или смазкой), если это улучшает характеристики для конкретных условий работы.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем отличается подшипник 51104 от 81204? Оба имеют размеры 20х35 мм.
Подшипник 51104 — однорядный упорный шариковый высотой 10 мм. Подшипник 81204 — упорно-радиальный роликовый сферический, высотой 14 мм. Он предназначен для комбинированных нагрузок (одновременно осевых и радиальных) и имеет совершенно иную конструкцию (ролики бочкообразной формы, сферическая дорожка качения на опорном кольце). Это разные типы подшипников, и они не являются взаимозаменяемыми.
Можно ли использовать упорный подшипник 20х35 мм для восприятия радиальной нагрузки?
Нет, категорически не рекомендуется. Конструкция упорного шарикового подшипника не рассчитана на радиальные нагрузки. Даже незначительная радиальная составляющая приведет к резкому перекосу колец, неравномерному распределению нагрузки на шарики, локальным перегрузкам и быстрому разрушению подшипника и сопряженных узлов.
Как правильно определить сторону приложения осевой нагрузки?
Осевая нагрузка должна прикладываться к неподвижному опорному кольцу (наружному, D=35 мм), которое установлено в корпус. Вращающееся осевое кольцо (внутреннее, d=20 мм) передает усилие через шарики на это опорное кольцо. На корпусе всегда должна быть предусмотрена упорная поверхность, перпендикулярная оси вала, для восприятия этой нагрузки.
Каков типовой расчетный ресурс такого подшипника в насосе системы охлаждения?
При правильном подборе (нагрузка не превышает 30-40% от статической грузоподъемности C0), качественной смазке и отсутствии перекосов, ресурс может превышать 20 000 часов. Однако в реальных условиях на ресурс влияют гидродинамические удары, вибрация, качество сетевого напряжения (влияет на привод), поэтому межремонтный интервал для таких насосов обычно устанавливается в диапазоне 8 000 – 12 000 часов.
Существуют ли варианты исполнения с защитными шайбами или уплотнениями?
Да, для работы в запыленных или влажных условиях стандартный открытый подшипник 51104 может поставляться в исполнении с одной или двумя защитными шайбами из стали (обозначение типа Z, ZZ) или контактными уплотнениями из синтетического каучука (обозначение RS, 2RS). Это предотвращает вымывание смазки и попадание абразивных частиц, но незначительно снижает предельную частоту вращения из-за трения уплотнения.
Какой аналог можно использовать при отсутствии подшипника 51104 отечественного производства?
Данный типоразмер является международно стандартизированным. Прямыми функциональными аналогами являются: SKF 51104, FAG 51104, NSK 51104, Timken 51104, NTN 51104. При выборе аналога необходимо сверять не только размеры (20x35x10), но и класс точности, тип сепаратора и материал.
Заключение
Упорный шариковый подшипник 20х35 мм (серия 51104) — это надежный, стандартизированный узел для восприятия значительных осевых нагрузок в механизмах энергетического и электротехнического оборудования. Его корректная работа на протяжении всего жизненного цикла обеспечивается строгим соблюдением правил монтажа (исключающих перекос), выбором правильных посадок, применением подходящей для условий эксплуатации смазки и периодическим контролем состояния. Понимание его конструктивных ограничений (непригодность для радиальных нагрузок) и технических характеристик позволяет инженерам и специалистам по обслуживанию эффективно интегрировать его в системы, обеспечивая долговечность и безотказность критически важных элементов энергообъектов.