Подшипники упорные с подкладным кольцом: конструкция, применение и технические аспекты
Упорные подшипники с подкладным кольцом представляют собой специализированный тип подшипников качения, предназначенный для восприятия исключительно осевых (аксиальных) нагрузок. Их ключевая конструктивная особенность — наличие одного или нескольких подкладных (установочных) колец, которые обеспечивают правильный монтаж, соосность и распределение нагрузки между комплектом тел качения (роликов или шариков) и сепаратором. В энергетике, тяжелом машиностроении и других отраслях с высокими осевыми усилиями эти подшипники являются критически важным элементом, обеспечивающим надежность и долговечность оборудования.
Конструктивные особенности и принцип действия
Классический упорный подшипник с подкладным кольцом состоит из следующих основных компонентов:
- Комплект тел качения: Чаще всего используются цилиндрические или бочкообразные ролики, реже — шарики. Роликовая конструкция обеспечивает большую площадь контакта и, как следствие, более высокую грузоподъемность.
- Сепаратор: Удерживает тела качения на равном расстоянии друг от друга, предотвращает их соприкосновение и обеспечивает равномерное распределение нагрузки. Изготавливается из стали, латуни или полимерных материалов.
- Верхнее и нижнее кольца (обоймы): Это рабочие кольца с дорожками качения. Одно кольцо (обычно верхнее) монтируется на вращающуюся часть вала (посадочное место), другое (нижнее) — на неподвижный корпус или опору. Нагрузка передается через дорожки качения.
- Подкладное (установочное) кольцо: Ключевой отличительный элемент. Это кольцо повышенной точности, которое устанавливается под неподвижное рабочее кольцо (обойму). Его функция — компенсация неточностей обработки или сборки посадочных мест, обеспечение идеальной параллельности рабочих поверхностей колец и, как результат, равномерного распределения осевой нагрузки по всем телам качения.
- Упорные роликовые цилиндрические (серии 811, 812, 893, 874 и др.): Обладают максимальной грузоподъемностью на единицу ширины кольца. Воспринимают только осевые нагрузки. Не способны компенсировать перекосы вала.
- Упорные роликовые сферические (самоустанавливающиеся) (серии 292, 293, 294): Используют бочкообразные ролики и сферическую дорожку качения на нижнем кольце. Ключевое преимущество — способность компенсировать несоосность (перекосы) между валом и корпусом до 2-3°. Часто поставляются в комплекте с одним подкладным кольцом (обычно для неподвижного кольца).
- Упорные шариковые (серии 511, 512, 532, 534): Имеют более низкую грузоподъемность по сравнению с роликовыми, но могут работать при более высоких скоростях вращения. Подкладное кольцо используется для обеспечения соосности.
- Однорядные: Воспринимают осевую нагрузку в одном направлении.
- Двухрядные и многорядные: Обладают повышенной грузоподъемностью. Могут быть предназначены для восприятия нагрузки в одном или двух направлениях (в последнем случае требуют дополнительного фиксирующего элемента).
- С одним подкладным кольцом (обозначение в суффиксе, например, /W33 или K): Стандартная конфигурация. Кольцо обычно поставляется в комплекте с неподвижным кольцом подшипника.
- С двумя подкладными кольцами: Применяется в ответственных узлах, где требуется высочайшая точность установки обоих колец (вращающегося и неподвижного).
- Гидрогенераторы и гидротурбины: Опорно-упорные подшипники вертикальных валов (турбин, генераторов). Здесь они воспринимают огромный вес вращающихся частей (ротора, турбинного колеса) и гидравлические осевые усилия. Используются сферические роликовые упорные подшипники с подкладными кольцами для компенсации монтажных перекосов.
- Тяжелые редукторы и червячные передачи: Для фиксации валов от осевого смещения под действием передаваемого крутящего момента.
- Оборудование для металлургии: Валки клетей прокатных станов, поворотные устройства.
- Шнековые и винтовые conveyors, насосы вертикального исполнения.
- Крановое оборудование: Поворотные механизмы башенных и портальных кранов.
- Подготовка: Проверить посадочные поверхности вала и корпуса на чистоту, отсутствие забоин и соответствие допускам по плоскостности и параллельности. Подкладное кольцо должно плотно прилегать к опорной поверхности по всей площади.
- Установка: Монтаж осуществляется с натягом на вал (вращающееся кольцо) и с небольшим зазором в корпусе (неподвижное кольцо с подкладным). Запрессовка должна производиться с применением специальных оправок, исключающих передачу усилия через тела качения. Неподвижное кольцо с подкладным устанавливается последним.
- Юстировка: С помощью регулировочных прокладок или винтов под подкладным кольцом обеспечивается параллельность рабочих поверхностей колец. Контроль осуществляется с помощью индикаторных часов (индикаторов биения).
- Смазка: Ввиду высоких контактных давлений применяются пластичные смазки (литиевые, комплексные) высокой вязкости или циркуляционная система жидкой смазки (масло). Смазка должна обладать хорошими противозадирными свойствами (EP). В узлах с низкой скоростью и высокой нагрузкой смазка закладывается на весь срок службы. В высокоскоростных или высокотемпературных узлах требуется регулярная регламентная замена.
- Контроль: В процессе эксплуатации обязателен мониторинг температуры, уровня вибрации и акустического шума. Повышение температуры часто указывает на чрезмерный натяг, недостаток смазки или перекос.
- 29336: Обозначение типа и размера (сферический роликовый упорный подшипник, серия 293, с d=180 мм, D=300 мм).
- E: Усиленная конструкция сепаратора (стальной, машинозакаленный).
- M: Латунный сепаратор (масляный зазор).
- W33: Конструктивный признак, часто обозначающий наличие смазочных канавок и отверстий, а также то, что подшипник поставляется в комплекте с одним подкладным кольцом.
Принцип работы основан на преобразовании трения скольжения в трение качения. Осевое усилие от вала передается на рабочее кольцо, затем через тела качения — на второе рабочее кольцо и далее на корпус. Подкладное кольцо, будучи установленным между корпусом и неподвижным рабочим кольцом, позволяет при монтаже выполнить юстировку, исключающую перекосы.
Классификация и типы
Упорные подшипники с подкладным кольцом классифицируются по нескольким ключевым параметрам:
1. По типу тел качения:
2. По количеству рядов тел качения:
3. По конфигурации подкладного кольца:
Материалы и изготовление
Для производства данных подшипников используются высококачественные подшипниковые стали (например, 100Cr6, 52100). Рабочие поверхности колец и тел качения подвергаются объемной закалке с последующим низкотемпературным отпуском для достижения высокой твердости (58-65 HRC) и износостойкости. Сепараторы для тяжелонагруженных и высокоскоростных применений изготавливаются из машинозакаленной стали или латуни. В стандартных условиях могут использоваться полиамидные сепараторы. Подкладные кольца изготавливаются с высокой точностью по плоскостности и параллельности поверхностей, их твердость может быть несколько ниже, чем у рабочих колец, для облегчения приработки и юстировки.
Области применения в энергетике и смежных отраслях
Упорные подшипники с подкладным кольцом находят применение в узлах, где присутствуют значительные осевые усилия и предъявляются высокие требования к точности установки:
Таблица: Сравнение основных типов упорных подшипников с подкладным кольцом
| Параметр | Упорный шариковый (51100, 51200) | Упорный цилиндрический роликовый (81100, 81200) | Упорный сферический роликовый (29200, 29300) |
|---|---|---|---|
| Грузоподъемность | Низкая/Средняя | Очень высокая | Высокая |
| Допустимая скорость | Высокая | Низкая/Средняя | Средняя |
| Компенсация перекосов | Нет | Нет | Да (до 2-3°) |
| Восприятие радиальной нагрузки | Нет | Нет | Незначительная (до 10% от осевой) |
| Типовое применение с подкладным кольцом | Вертикальные электродвигатели, редукторы с умеренной нагрузкой | Тяжелонагруженные узлы с чисто осевой нагрузкой: домкраты, прессы, шпиндели | Вертикальные валы турбин, генераторов, тяжелое крановое оборудование |
Монтаж, смазка и техническое обслуживание
Правильный монтаж — критически важное условие для долговечной работы упорного подшипника с подкладным кольцом.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
В чем основное преимущество подкладного кольца?
Основное преимущество — возможность точной юстировки неподвижного кольца подшипника относительно вращающегося. Это гарантирует, что осевая нагрузка будет распределена равномерно по всем телам качения, что резко повышает грузоподъемность узла в сборе и ресурс подшипника, предотвращая преждевременный выход из строя из-за перекоса.
Можно ли заменить упорный подшипник с подкладным кольцом на обычный упорный?
Нет, если такая конструкция предусмотрена проектом. Обычный упорный подшипник, установленный на неподготовленное посадочное место с отклонениями от параллельности, будет работать в условиях неравномерного распределения нагрузки, что приведет к его ускоренному разрушению. Замена возможна только после проведения инженерной оценки и обеспечения требуемой точности монтажа другими средствами.
Как правильно выбрать смазку для такого подшипника в вертикальном валу гидрогенератора?
Для тяжелонагруженных упорных подшипников вертикальных валов, работающих в условиях присутствия воды, применяются специальные водостойкие пластичные смазки на основе кальциевого комплекса (соевого) или полимочевины (поликарбамида). Они должны иметь высокую механическую стабильность, отличные противозадирные (EP) и антикоррозионные свойства. Конкретная марка и периодичность обслуживания определяются рекомендациями производителя оборудования и смазки.
Что означает маркировка, например, 29336 EМ/W33?
Как диагностировать неисправность упорного подшипника в работе?
Основные признаки неисправности: устойчивое повышение температуры узла выше расчетного уровня; появление повышенной вибрации, особенно в осевом направлении; возникновение громкого равномерного гула, скрежета или стуков; визуальное обнаружение течей смазки с металлической стружкой. При появлении этих признаков необходимо как можно скорее остановить оборудование для диагностики и замены подшипника.
Заключение
Упорные подшипники с подкладным кольцом являются высокоэффективным техническим решением для узлов, подверженных значительным осевым нагрузкам. Их корректный подбор, основанный на анализе типа нагрузки, скорости, условий эксплуатации и требований к точности, а также строгое соблюдение правил монтажа и обслуживания, являются залогом надежной и долговременной работы ответственного оборудования в энергетике, тяжелой промышленности и машиностроении. Использование подкладного кольца, хотя и усложняет процесс установки, является необходимым условием для реализации полного ресурса подшипника и обеспечения безопасности всего агрегата.