Подшипники упорные с внутренним диаметром 45 мм

Подшипники упорные с внутренним диаметром 45 мм: конструкция, типы, применение и подбор

Подшипники упорные, сконструированные для восприятия осевых нагрузок, являются критически важными компонентами в широком спектре промышленного оборудования. Конкретная размерная группа с внутренним диаметром (d) 45 мм представляет собой один из наиболее востребованных стандартных размеров, находящий применение в энергетике, тяжелом машиностроении, металлургии и других отраслях. Данная статья представляет собой детальный технический анализ упорных подшипников с посадочным диаметром вала 45 мм, рассматривающий их типы, конструктивные особенности, материалы, области применения и методику выбора.

Классификация и конструктивные особенности

Упорные подшипники с d=45 мм подразделяются на несколько основных типов, каждый из которых оптимизирован для определенных условий работы по нагрузке, скорости и точности.

1. Упорные шарикоподшипники (серия 51100, 51200, 51300 по ГОСТ/ISO)

Наиболее распространенный тип для умеренных осевых нагрузок и средних частот вращения. Состоят из двух колец (осевого и расположенного со стороны вала), сепаратора и комплекта шариков. Не способны воспринимать радиальную нагрузку.

• 51109 (легкая серия): Номинальная высота ~14 мм. Базовая динамическая нагрузка (C) ~28 кН, статическая (C0) ~68 кН.
• 51209 (средняя серия): Номинальная высота ~18 мм. C ~45 кН, C0 ~110 кН.
• 51309 (тяжелая серия): Номинальная высота ~31 мм. C ~88 кН, C0 ~200 кН.

2. Упорные роликоподшипники с цилиндрическими роликами (серия 81100, 81200, 89300 по ГОСТ/ISO)

Применяются для восприятия исключительно высоких односторонних осевых нагрузок при невысоких скоростях вращения. Обладают значительно большей грузоподъемностью по сравнению с шариковыми аналогами, но более чувствительны к перекосам.

• 81109 (TN1, легкая серия): Высота ~18 мм. C ~75 кН, C0 ~220 кН.
• 81209 (средняя серия): Высота ~25 мм. C ~140 кН, C0 ~400 кН.
• 89318 (тяжелая серия, часто с d=45 мм): Высота ~50 мм. C ~300 кН, C0 ~1000 кН.

3. Упорно-радиальные шарикоподшипники (серия 52200, 52300)

Способны комбинировать осевые и небольшие радиальные нагрузки. Имеют сферическую поверхность на оси вала, что позволяет компенсировать несоосность. Внутренний диаметр 45 мм встречается реже, но присутствует в ряде специальных исполнений.

4. Упорные игольчатые роликоподшипники

Компактное решение для очень высоких осевых нагрузок в условиях ограниченного монтажного пространства по высоте. Высота таких подшипников может составлять всего 3-6 мм при d=45 мм.

Материалы и исполнения

Стандартные подшипники изготавливаются из подшипниковой стали ШХ15 (аналог SAE 52100). Для работы в особых условиях предлагаются специальные исполнения:

• Термостабильные (суффикс S1, S2, S3): Стабильность размеров при повышенных температурах (до 200-250°C).

С сепараторами различных типов:

• Штампованный стальной (стандарт).
• Машинно-обработанный латунный (повышенная стойкость к ударным нагрузкам и вибрациям).
• Полиамидный (PA66, с суффиксом TN9) – снижение шума, возможность работы при недостаточной смазке.
• С защитными шайбами (суффикс Z, ZZ): Для защиты от попадания крупных частиц.
• С уплотнениями (суффикс RSR, 2RSR): Контактные резиновые уплотнения для удержания пластичной смазки.

Области применения в энергетике и смежных отраслях

Подшипники с d=45 мм находят применение в следующих типовых узлах:

• Опоры вертикальных валов: Гидроагрегаты (упорные подшипники турбин), вертикальные насосы (циркуляционные, питательные), шпиндели тяжелых станков.
• Червячные редукторы: Для фиксации червяка в осевом направлении.
• Оборудование металлургических станов: Винтовые механизмы подачи, опоры нажимных устройств.
• Грузоподъемные механизмы: Упорные узлы поворотных крановых механизмов.
• Тяговое оборудование: Винтовые пары механизмов натяжения.

Критерии выбора и расчет

Выбор конкретного подшипника осуществляется на основе инженерного расчета, учитывающего следующие параметры:

1. Величина и направление осевой нагрузки (Fa). Определяет необходимую статическую (C0) и динамическую (C) грузоподъемность.
2. Частота вращения (n). Шариковые подшипники допускают более высокие скорости, чем роликовые. Необходима проверка по предельной частоте вращения.
3. Режим работы. Постоянная/переменная нагрузка, наличие ударов и вибраций.
4. Требуемый ресурс (L10h). Расчетный срок службы в часах.
5. Условия монтажа и окружающая среда. Наличие перекосов, требования к точности, температура, наличие абразива или агрессивных сред.

Базовый расчет динамической грузоподъемности для упорных шарикоподшипников:

L10 = (C / P)^p, где:
L10 – ресурс в миллионах оборотов,
C – динамическая грузоподъемность (кН),
P – эквивалентная динамическая нагрузка (кН). Для чистого осевого нагружения P = Fa,
p – показатель степени: для шариковых p=3, для роликовых p=10/3.

Пересчет в часы: L10h = (10^6 / (60 n)) L10

Таблица сравнительных характеристик основных типов подшипников d=45 мм

Тип подшипника (пример обозначения)	Габариты, мм (d×D×H)	Динамическая нагрузка (C), кН, approx.	Статическая нагрузка (C0), кН, approx.	Предельная частота вращения при жидкой смазке, об/мин	Основная сфера применения
Упорный шариковый 51109	45×65×14	28	68	5000	Узлы со средними нагрузками и скоростями
Упорный шариковый 51209	45×73×18	45	110	4300	Узлы с повышенными осевыми нагрузками
Упорный роликовый 81109	45×65×18	75	220	2800	Высокие ударные нагрузки, низкие/средние скорости
Упорный роликовый 81209	45×73×25	140	400	2000	Особо высокие осевые нагрузки

Монтаж, смазка и обслуживание

Правильный монтаж критичен для реализации заявленного ресурса. Осевое кольцо (посадочный диаметр 45 мм) устанавливается на вал с натягом (посадка k6, js6). Кольцо, расположенное со стороны корпуса, должно иметь зазор (посадка H7, E8). Обязательно обеспечение соосности опорных поверхностей корпуса – перекос приводит к резкому снижению долговечности. Для роликовых подшипников требования к соосности строже.

Смазка: При скоростях до 60% от предельной обычно применяется пластичная смазка (Литиевые, комплексные). Для высокоскоростных узлов – циркуляционная жидкая смазка (масло индустриальное И-Г-А, И-Г-Д). Подшипники в энергетических установках часто имеют индивидуальные системы принудительной циркуляционной смазки с фильтрацией и охлаждением.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается подшипник 51109 от 51209, кроме размеров?

Основное отличие – грузоподъемность. Подшипник 51209 (средняя серия) при том же внутреннем диаметре 45 мм имеет большие наружный диаметр и высоту, что позволяет разместить больше тел качения большего размера. Его динамическая (C) и статическая (C0) нагрузка примерно в 1.5-1.6 раза выше, чем у 51109 (легкая серия). Выбор зависит от расчетной нагрузки и доступного монтажного пространства.

Можно ли использовать упорный шарикоподшипник для восприятия радиальной нагрузки?

Нет, классические упорные шарико- и роликоподшипники (типы 51100, 51200, 81100 и т.д.) не предназначены для восприятия радиальной нагрузки. Ее наличие приведет к преждевременному выходу подшипника из строя. Для комбинированных нагрузок следует рассматривать упорно-радиальные подшипники или комбинацию радиального и упорного подшипников в одном узле.

Как правильно ориентировать подшипник при монтаже?

Кольцо с меньшим посадочным диаметром (в данном случае 45 мм – это внутренний диаметр оси вала) является осевым и монтируется на вал. Кольцо с большим внутренним диаметром (посадочный диаметр в корпус) является расположенным со стороны вала и монтируется в корпус. Для сферических упорных роликоподшипников сферическая шайба всегда должна устанавливаться со стороны корпуса для самоустановки.

Каков типовой ресурс таких подшипников в насосном оборудовании?

Расчетный ресурс (L10h) для подшипников общепромышленного применения обычно задается в диапазоне 20 000 – 40 000 часов. Для критичного энергетического оборудования (например, питательные насосы) требования могут быть выше – до 100 000 часов. Достижение такого ресурса возможно только при использовании подшипников повышенного класса точности, качественной смазки, эффективного уплотнения и точного монтажа.

Что означает суффикс «TN9» в обозначении подшипника?

Суффикс «TN9» указывает на материал сепаратора. В данном случае – это сепаратор из полиамида-66 (стеклонаполненный), изготовленный методом машинной обработки или литья. Такие сепараторы обладают малым весом, хорошими демпфирующими свойствами, способностью работать при недостаточной смазке в течение короткого времени, что делает их предпочтительными для применений с высокими скоростями вращения.

Как подобрать аналог импортного подшипника с d=45 мм?

Большинство упорных подшипников стандартизировано по ISO. Подшипник с внутренним диаметром 45 мм будет иметь в обозначении число «09» (поскольку 09

• 5 = 45 мм). Например:
• 51109 (ГОСТ) = 51109 (SKF, FAG, Timken) = 51109 (NSK, NTN).
• 81209 (ГОСТ) = 81209 (SKF) = 81209 (NTN).

Необходимо сверять не только размеры, но и класс точности, тип сепаратора, что может отражаться в дополнительных суффиксах.