Радиально-упорные подшипники SKF
Радиально-упорные подшипники SKF: конструкция, типы, применение и монтаж
Радиально-упорные подшипники качения являются ключевым компонентом в механических системах, где одновременно присутствуют значительные радиальные и осевые нагрузки. Продукция SKF в этом сегменте представляет собой результат более чем столетнего опыта в области исследований, разработки материалов и прецизионного производства. Данные подшипники предназначены для восприятия комбинированных нагрузок, действующих под определенным углом контакта между дорожками качения и телами качения. Их работоспособность напрямую влияет на КПД, вибрационные характеристики и ресурс оборудования в энергетике, тяжелом машиностроении, насосостроении и других отраслях.
Принцип действия и ключевые особенности конструкции
Радиально-упорные подшипники SKF характеризуются углом контакта (α), который определяется как угол между линией действия нагрузки на тело качения и плоскостью, перпендикулярной оси вращения подшипника. Этот угол является основным параметром, определяющим соотношение несущей способности по осевой и радиальной составляющим. Чем больше угол контакта, тем выше осевая грузоподъемность при той же радиальной. Конструктивно подшипники данного типа имеют раздельные кольца – внутреннее и наружное, которые могут монтироваться отдельно. Для обеспечения заданного угла контакта и правильной работы подшипники требуют регулировки осевого зазора (предварительного натяга) в узле.
- Угол контакта: Определяет соотношение радиальной и осевой грузоподъемности. Стандартные ряды: малый (примерно 15°-20°), средний (~25°-30°) и большой (~35°-45°).
- Раздельные кольца: Позволяют независимый монтаж внутреннего и наружного колец, что критически важно для сборки сложных узлов.
- Регулировка зазора/натяга: Обязательная процедура при установке, обеспечивающая оптимальное распределение нагрузки и предотвращающая перегрев.
- Материалы и технологии: SKF использует стали марки SKF Steel, вакуумно-дегазированные и очищенные, а также специализированные покрытия (например, NoWear) для повышения износостойкости в условиях недостаточной смазки.
- Однорядные: Стандартное исполнение, требует парной установки с регулировкой.
- Двухрядные: Занимают меньше места, чем два однорядных, не требуют внешней регулировки, так как внутренний зазор задан на заводе.
- Четырехточечные контактные подшипники: Особый тип (обозначение QJ), способный воспринимать осевые нагрузки в обоих направлениях как одиночный подшипник. Имеет раздельное внутреннее кольцо.
- Однорядные (серия T2): Базовый тип, требует установки парой для осевой фиксации вала в обе стороны.
- Четырехрядные: Применяются в особо тяжелонагруженных узлах, например, в опорах рабочих валков прокатных станов.
- Методы регулировки: Для конических роликоподшипников и пар шарикоподшипников наиболее распространены методы регулировки с помощью гаечного ключа (по моменту трения), с использованием щупов или заданного осевого смещения. Регулировка осуществляется путем осевого перемещения одного кольца относительно другого.
- Контроль: После регулировки необходимо измерить радиальный или осевой внутренний зазор специальными индикаторами. Для ответственных применений SKF предлагает инструменты и методики, основанные на измерении вибрации или температуры при обкатке.
- Смазывание: В энергетике широко применяются как консистентные пластичные смазки (для узлов с умеренными скоростями и температурами), так и жидкие масла (циркуляционные, масляный туман). Для высокоскоростных шпинделей газовых турбин может использоваться воздушно-масляная смазка (Oil-Air). Совместимость смазки с материалами подшипника и уплотнений обязательна.
- Подшипники для электродвигателей (EM series): Оптимизированы по виброакустическим характеристикам, имеют стабилизированный внутренний зазор для работы при повышенных температурах.
- Исполнения для высоких температур: Изготавливаются из стабилизированной стали или оснащаются сепараторами из бронзы или полимерных материалов (PEEK, Vespel), сохраняющих прочность при +250°C и выше.
- Защитные покрытия: Покрытие NoWear (на основе нитрида титана) снижает трение и износ в условиях граничной смазки, увеличивая срок службы до 10 раз. Коррозионностойкие покрытия (например, Durotect) защищают от влажной и химически агрессивной среды.
- Гибридные подшипники: Кольца из хромистой стали, ролики из керамики (нитрида кремния Si3N4). Обладают повышенной долговечностью, стойкостью к электрической эрозии, способны работать при дефиците смазки.
Основные типы радиально-упорных подшипников SKF
SKF производит широкий спектр радиально-упорных подшипников, различающихся по типу тел качения, количеству рядов и конструктивным исполнениям.
1. Радиально-упорные шарикоподшипники
Наиболее распространенный тип для высокоскоростных применений. Способны воспринимать комбинированные нагрузки в обоих направлениях, но однонаправленные подшипники воспринимают осевую нагрузку только в одном направлении. Для работы в обе стороны их устанавливают парой (дуплексная сборка).
2. Радиально-упорные роликоподшипники с коническими роликами
Обладают максимальной грузоподъемностью среди радиально-упорных типов благодаря линейному контакту тел качения с дорожками. Конусная геометрия роликов и колец обеспечивает чистый каток без проскальзывания. Всегда являются разборными.
Двухрядные: Могут быть исполнения TDO (два внешних кольца, одно внутреннее) и TDI (два внутренних кольца, одно внешнее), что упрощает монтаж и регулировку.
Таблица: Сравнение основных типов радиально-упорных подшипников SKF
| Тип подшипника | Обозначение серии (пример) | Угол контакта / Конусность | Преимущества | Типичные области применения в энергетике |
|---|---|---|---|---|
| Однорядный шариковый радиально-упорный | 718, 719, 70, 72 | 15°, 25°, 30°, 40° | Высокая частота вращения, низкий момент трения, точность | Турбинные регуляторы, вспомогательные электродвигатели, высокоскоростные насосы |
| Двухрядный шариковый радиально-упорный | 32, 33 | Заводская установка | Самоустанавливающаяся, не требует регулировки, компактность | Приводы механизмов собственных нужд электростанций, вентиляторы |
| Четырехточечный контактный | QJ2, QJ3 | 35° | Восприятие двухсторонней осевой нагрузки в одиночном исполнении | Опора поворотных узлов кранового оборудования, механизмы изменения шага лопастей турбин |
| Однорядный конический роликовый | 313, 322, 323, 329 | Различные конусности (например, 1:12, 1:30) | Высокая грузоподъемность, жесткость, разборность | Опора роторов крупных электродвигателей, редукторы циркуляционных насосов, тяговые электродвигатели |
| Двухрядный конический роликовый (TDO/TDI) | 331, 332 | Симметричные ряды | Высокая радиальная и двухсторонняя осевая грузоподъемность | Оборудование угле- и топливоподачи, опоры тяжелых редукторов |
Системы обозначений и выбор подшипника
Система обозначений SKF является комплексной и включает информацию о типе, серии, размерах, точности, зазорах и модификациях. Для радиально-упорных подшипников критически важно обращать внимание на суффиксы, обозначающие угол контакта (например, A – 30°, B – 40° для шариковых) или конусность (например, 313 – конусность 1:12). Выбор подшипника осуществляется на основе расчета эквивалентной динамической (P) и статической (P0) нагрузки, требуемого ресурса (L10), скоростных возможностей и условий монтажа. Инженеры должны учитывать не только нагрузку, но и влияние перекосов вала, температурные деформации корпуса, требования к жесткости узла и метод смазывания.
Монтаж, регулировка и смазывание
Правильная установка радиально-упорных подшипников – залог их долговечной работы. Ключевым этапом является регулировка осевого зазора (люфта) или создание предварительного натяга.
Специальные исполнения и решения для энергетики
SKF разрабатывает специализированные исполнения подшипников для критически важных применений:
Диагностика и обслуживание
В энергетике, где простои оборудования крайне дороги, применяется предиктивное техническое обслуживание. Системы мониторинга состояния подшипниковых узлов SKF (например, Multilog On-line System IMx) позволяют в режиме реального времени отслеживать вибрацию, температуру, параметры смазки. Анализ виброспектров помогает выявить ранние стадии дефектов: выкрашивание, износ, нарушение центровки, дисбаланс. Регулярный анализ состояния смазочного материала на наличие продуктов изнора (феррография, спектральный анализ) также является эффективным диагностическим инструментом.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
В чем принципиальное отличие между радиально-упорным шарикоподшипником и коническим роликоподшипником?
Основное отличие заключается в типе тел качения (шарики vs. ролики) и, как следствие, в характере контакта (точечный vs. линейный). Конические роликоподшипники обладают значительно большей радиальной и осевой грузоподъемностью и жесткостью, но имеют более низкие предельные частоты вращения и больший момент трения по сравнению с шариковыми радиально-упорными подшипниками аналогичных размеров.
Как правильно определить необходимый угол контакта или конусность подшипника?
Выбор зависит от соотношения действующих нагрузок. Если осевая нагрузка соизмерима с радиальной или превышает ее, выбирают подшипник с большим углом контакта (например, 40°) или большей конусностью. Для преимущественно радиальных нагрузок с умеренной осевой составляющей подходят подшипники с углом 15°-25°. Окончательный выбор должен быть верифицирован расчетом на долговечность по каталогу SKF с использованием динамической и статической грузоподъемности.
Обязательно ли устанавливать радиально-упорные подшипники парами?
Однорядные шариковые и конические роликоподшипники, являющиеся однонаправленными, для фиксации вала в обоих осевых направлениях и восприятия реверсивных осевых нагрузок действительно требуют парной установки (в распор, в натяг или по схеме «тандем»). Двухрядные и четырехточечные контактные подшипники могут работать как одиночные, воспринимая осевые силы в двух направлениях.
Что такое предварительный натяг и когда он необходим?
Предварительный натяг – это преднамеренное создание отрицательного осевого зазора в подшипниковом узле при монтаже. Он применяется для повышения жесткости узла (критично для шпинделей станков, точных редукторов), обеспечения точного позиционирования вала, снижения вибрации и шума, а также для увеличения долговечности при высоких частотах вращения и малых нагрузках. Неправильно выставленный натяг приводит к перегреву и катастрофическому отказу.
Как бороться с электрической эрозией (пitting) в подшипниках электродвигателей?
SKF предлагает несколько решений: 1) Использование гибридных подшипников с керамическими роликами, непроводящими ток. 2) Установка изолирующих комплектов (изолирующая втулка и шайба) на невращающемся кольце подшипника для размыкания цепи прохождения тока. 3) Применение подшипников с электропроводящей смазкой, которая обеспечивает безопасный сток тока. Выбор метода зависит от величины напряжения и частоты тока утечки.
Каковы признаки неправильной регулировки конического роликоподшипника?
При чрезмерном зазоре (недостаточном натяге) характерны повышенная вибрация, осевое биение вала, ударные нагрузки на ролики. При чрезмерном натяге – резкий рост рабочей температуры (более 70-80°C выше температуры корпуса), повышенный момент прокрутки, потемнение смазки, вплоть до заклинивания и выхода из строя из-за перегрева.