Подшипники упорные роликовые двухрядные

Подшипники упорные роликовые двухрядные: конструкция, применение и технические аспекты

Подшипники упорные роликовые двухрядные представляют собой высоконагруженные опорные узлы, предназначенные для восприятия исключительно осевых нагрузок значительной величины, действующих в двух направлениях. Их основная функция – фиксация вала в осевом направлении с минимальным трением и обеспечение точного позиционирования вращающихся элементов под действием двусторонних осевых сил. Конструктивной особенностью является наличие двух рядов симметрично расположенных роликов, разделенных общим или раздельными сепараторами, что позволяет работать как при нагрузке в одном направлении, так и при реверсивном осевом воздействии. Данный тип подшипников не предназначен для восприятия радиальных нагрузок, которые должны компенсироваться другими узлами качения.

Конструктивные особенности и составные элементы

Конструкция двухрядного упорного роликового подшипника является модульной и включает несколько ключевых компонентов, изготавливаемых из высококачественных подшипниковых сталей с последующей термообработкой.

• Два комплекта тел качения: Цилиндрические или бочкообразные (симметричные) ролики, расположенные в два ряда. Использование роликов, в отличие от шариков, обеспечивает большее контактное пятно и, как следствие, более высокую грузоподъемность.
• Сепараторы: Обычно изготавливаются из штампованной стали, латуни или полимерных материалов (например, PA66). Сепараторы каждого ряда центрируют и удерживают ролики, обеспечивая их равномерное распределение и предотвращая взаимный контакт, что снижает трение и нагрев.
• Верхнее и нижнее упорные кольца (шайбы): Два кольца с дорожками качения для каждого ряда роликов. Одно кольцо (обычно нижнее) устанавливается в корпус с посадкой с зазором, другое (верхнее) – на вал, также с посадкой с зазором. Посадочные поверхности колец имеют сферическую форму для обеспечения самоустановки и компенсации несоосностей.
• Центрирующее (среднее) кольцо: Ключевой элемент двухрядной конструкции. Располагается между двумя рядами роликов и имеет две дорожки качения. Это кольцо жестко фиксируется на валу или в корпусе и воспринимает осевые усилия с двух сторон, передавая их через ролики на наружные кольца.
• Корпус (при необходимости): Для упрощения монтажа и повышения жесткости узла подшипники часто поставляются в готовых корпусах (например, корпусных блоках), которые имеют сферическую опорную поверхность для самоустановки и уплотнения.

Принцип работы и направления нагрузок

При приложении осевой нагрузки в одном направлении (например, вверх) она через верхнее упорное кольцо передается на один ряд роликов, затем на центральное кольцо. Поскольку центральное кольцо зафиксировано, нагрузка далее передается через второй ряд роликов на нижнее упорное кольцо и, в конечном счете, на корпус. При реверсировании направления осевой силы работает противоположный ряд роликов. Таким образом, подшипник постоянно находится под предварительным натягом или нагрузкой с одной из сторон, обеспечивая жесткое осевое позиционирование вала. Радиальный зазор между кольцами и посадочными поверхностями исключает восприятие радиальных сил.

Ключевые преимущества и области применения в энергетике

Двухрядные упорные роликовые подшипники выбирают для ответственных узлов, где присутствуют высокие двусторонние осевые нагрузки, ударные воздействия и требования к долговечности.

• Высокая осевая грузоподъемность: Благодаря линейному контакту роликов с дорожками качения, значительно превосходит шариковые упорные подшипники.
• Жесткое двустороннее осевое фиксирование: Исключает осевые смещения вала в любом направлении.
• Способность воспринимать ударные и вибрационные нагрузки: Прочная конструкция и материалы делают их устойчивыми к динамическим воздействиям.
• Самоустановка (для исполнений со сферической посадочной поверхностью): Компенсация перекосов вала относительно корпуса до 2-3 градусов.

Типичные применения в энергетическом секторе:

• Опора ротора вертикальных гидрогенераторов и двигателей.
• Осевая фиксация валов крупных редукторов, например, в приводах мельниц или насосов.
• Опорные узлы поворотных механизмов кранового оборудования на электростанциях.
• Главные упорные подшипники в вертикальных насосах систем охлаждения (циркуляционных, питательных).
• Оборудование для монтажа и обслуживания ЛЭП (натяжные и буксировочные устройства).

Технические характеристики и параметры выбора

Выбор подшипника осуществляется на основе расчета эквивалентной динамической и статической осевой нагрузки, частоты вращения, условий монтажа и требуемого ресурса.

Основные параметры для выбора (пример для серии 294..)

Параметр	Обозначение	Описание и влияние
Динамическая грузоподъемность	Ca (кН)	Осевая нагрузка, которую подшипник может выдержать в течение 1 млн. оборотов базового расчетного ресурса. Ключевой параметр для расчета долговечности при переменной нагрузке.
Статическая грузоподъемность	C0a (кН)	Предельная осевая нагрузка, при которой суммарная пластическая деформация тел качения и дорожек не превышает 0.0001 диаметра ролика. Критична для низкооборотных или редко вращающихся узлов, а также при наличии ударных нагрузок.
Предельная частота вращения	nlim (об/мин)	Максимально допустимая скорость вращения, ограниченная инерционными силами, центробежными нагрузками на сепаратор и температурным режимом смазки.
Угол перекоса	α (°)	Максимально допустимый угол смещения осей вала и корпуса, который может компенсировать подшипник со сферической посадочной поверхностью без потери работоспособности.
Монтажные размеры	d, D, H (мм)	Внутренний диаметр (посадочный на вал/центральное кольцо), наружный диаметр и общая высота подшипника в сборе.

Монтаж, смазка и обслуживание

Правильная установка и эксплуатация определяют достижение расчетного ресурса. Монтаж требует высокой точности соосности опорных поверхностей. Посадочные поверхности вала и корпуса должны иметь чистоту и твердость не ниже рекомендованной производителем. Упорные кольца устанавливаются с зазором, а центральное кольцо – с натягом. Критически важно обеспечить точную параллельность упорных колец друг другу.

Смазка: Для данных подшипников применяется преимущественно пластичная консистентная смазка (типа Li-комплекс) или циркуляционное жидкое масло. Выбор зависит от скорости, температуры и условий работы. Смазка должна обладать высокими противозадирными свойствами, антиокислительной стабильностью и стойкостью к вымыванию. В корпусных исполнениях часто используются многослойные лабиринтные или резиновые уплотнения для удержания смазки и защиты от загрязнений.

Контроль и диагностика: В эксплуатации контролируется температура узла, уровень вибрации и акустический шум. Повышение температуры часто свидетельствует о чрезмерном натяге, недостатке или деградации смазки. Рост вибрации может указывать на износ дорожек качения, выкрашивание или повреждение сепаратора.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем двухрядный упорный роликовый подшипник принципиально отличается от комбинации двух однорядных?

Двухрядный подшипник является единым конструктивным модулем с общим центральным кольцом. Это обеспечивает более компактные габариты, точное взаимное расположение рядов роликов, упрощает монтаж и гарантирует равномерное распределение нагрузки между рядами. Комбинация двух отдельных подшипников требует высокой точности монтажа для обеспечения соосности и может привести к неравномерному нагружению.

Можно ли использовать этот подшипник для восприятия комбинированной (радиально-осевой) нагрузки?

Нет, классические упорные роликовые подшипники не предназначены для восприятия радиальных нагрузок. При наличии радиальной составляющей необходимо применять комбинацию с радиальным подшипником (например, сферическим роликовым или цилиндрическим) или выбирать специальные комбинированные конструкции (упорно-радиальные подшипники), но они имеют иные характеристики.

Как правильно определить необходимый класс точности?

Для большинства промышленных применений в энергетике (редукторы, насосы) достаточно нормального класса точности (P0 по ISO/ГОСТ). Повышенные классы (P6, P5) требуются для высокоскоростных прецизионных шпинделей или особо ответственных узлов, где критично минимальное биение и вибрация. Это влечет значительное удорожание.

Что означает обозначение в каталоге, например, 29420 EM?

• 294 – серия двухрядных упорных роликовых подшипников со сферическими роликами и сферической опорной поверхностью.
• 20 – размерная серия, определяющая габариты (в данном случае, внутренний диаметр 100 мм).
• E – часто указывает на усиленную конструкцию сепаратора и/или оптимизированную геометрию роликов.
• M – материал сепаратора: латунь (brass). Отсутствие буквы или другие обозначения (например, TN) могут указывать на полиамидный или стальной сепаратор.

Каковы основные причины преждевременного выхода из строя таких подшипников?

• Неправильный монтаж: Перекосы, повреждение при запрессовке, загрязнение рабочей зоны.
• Недостаточное или неправильное смазывание: Использование несоответствующей смазки, ее старение, утечки.
• Перегрузка: Превышение статической или динамической грузоподъемности, ударные нагрузки.
• Попадание абразивных частиц: Недостаточная герметизация узла в запыленной среде.
• Электрическое эрозирование: Прохождение токов утечки через подшипник, вызывающее искровую эрозию на дорожках качения.

Заключение

Двухрядные упорные роликовые подшипники являются критически важными компонентами для тяжелонагруженных механизмов энергетического комплекса, где требуется надежное и долговечное восприятие значительных двусторонних осевых усилий. Их правильный выбор, основанный на точном расчете нагрузок и условий эксплуатации, а также строгое соблюдение правил монтажа, смазки и мониторинга состояния, являются залогом безотказной работы всего агрегата. Понимание конструкции, маркировки и ограничений данного типа подшипников позволяет инженерам-механикам и специалистам по обслуживанию оптимизировать проектные решения и повышать надежность энергетического оборудования.