Роликовые цилиндрические радиальные двухрядные подшипники
Роликовые цилиндрические радиальные двухрядные подшипники: конструкция, применение и технические аспекты
Роликовые цилиндрические радиальные двухрядные подшипники (обозначаемые по ISO 15:2017 как тип NN, NNU, NNF) представляют собой высокоточные опорные узлы, предназначенные для восприятия исключительно радиальных нагрузок высокой величины. Их ключевая конструктивная особенность – наличие двух рядов цилиндрических роликов, расположенных в общем разъемном или неразъемном кольце, что обеспечивает повышенную грузоподъемность и жесткость по сравнению с однорядными аналогами. Основное функциональное назначение – применение в точных промышленных системах, где требуется минимальное радиальное биение и высокая несущая способность: шпиндели станков, роторы электродвигателей и генераторов, тяжелонагруженные валы прокатного оборудования.
Конструктивные особенности и типы исполнения
Конструкция подшипника формируется из следующих основных компонентов: наружное кольцо с двумя дорожками качения, внутреннее кольцо (часто разъемное) с двумя дорожками качения, два ряда цилиндрических роликов и сепараторы, удерживающие ролики каждого ряда. Отсутствие упорных буртов на одном из колец (за исключением типа NNF) делает эти подшипники неспособными воспринимать осевые нагрузки. Точность изготовления и чистота поверхностей дорожек качения являются критическими параметрами.
- Тип NN (с канавкой на наружном кольце): Внутреннее кольцо имеет два борта, наружное – без бортов, но с канавкой для стопорного кольца в посадочном месте. Позволяет осевую фиксацию вала относительно корпуса. Обозначение: NN30..K (K – конусность отверстия 1:12).
- Тип NNU (с канавкой на внутреннем кольце): Наружное кольцо имеет два борта, внутреннее – разъемное, без бортов, с канавкой. Позволяет осевую фиксацию наружного кольца в корпусе. Обозначение: NNU49..K.
- Тип NNF (двухрядный подшипник с фланцем): Представляет собой готовый узел (FEST – Flanged End Shell Type). Имеет цельнометаллические фланцы на наружном кольце для легкого монтажа и осевой фиксации в корпусе. Способен воспринимать небольшие двухсторонние осевые нагрузки и моменты.
- Электрические генераторы и двигатели: Установка в опорах роторов мощных турбогенераторов, гидрогенераторов и крупных синхронных двигателей. Обеспечивают точное центрирование ротора, минимальные потери на трение и высокую виброустойчивость.
- Турбинные установки: Вспомогательное оборудование, насосы систем охлаждения и питательные насосы, где требуются высокая радиальная грузоподъемность и точность вращения.
- Приводы мощных вентиляторов и дымососов: Работа в условиях запыленности и повышенных температур.
- Оборудование для передачи и распределения энергии: Опорные узлы в механизмах регулирования и коммутации.
Материалы, точность и зазоры
Для изготовления колец и тел качения используется подшипниковая сталь (например, 100Cr6, SUJ2), подвергаемая сквозной или поверхностной закалке до высокой твердости (58-65 HRC). В условиях повышенных температур или агрессивных сред применяются стали типа M50 (нитрол-сталь) или керамические гибридные варианты (ролики из нитрида кремния Si3N4).
Классы точности регламентируются стандартами ISO (P0, P6, P5, P4, P2, где P2 – наивысший) и ABEC (ABEC 7, 9). Для шпиндельных применений стандартны классы P4 и выше. Радиальный зазор (обозначаемый C2, CN, C3, C4, C5) выбирается исходя из условий работы: для прецизионных систем с минимальным нагревом – CN или C2; для узлов с натяжной посадкой и повышенным нагревом – C3 или C4.
Таблица: Сравнение основных типов двухрядных цилиндрических подшипников
| Параметр | Тип NN | Тип NNU | Тип NNF |
|---|---|---|---|
| Конструкция колец | Внутреннее кольцо с двумя бортами, наружное без бортов | Наружное кольцо с двумя бортами, внутреннее разъемное без бортов | Моноблочный узел с фланцем на наружном кольце |
| Осевая фиксация | Вала в корпусе | Корпуса на валу | Узла в корпусе через фланец |
| Способность к осевому смещению | Внутреннего кольца относительно наружного | Наружного кольца относительно внутреннего | Ограничена конструкцией |
| Восприятие осевой нагрузки | Нет | Нет | Да, ограниченной величины |
| Типовое применение | Шпиндели станков, опоры валов | Корпусные узлы, роторы | Электродвигатели, редукторы, насосы |
Применение в энергетике и смежных отраслях
В энергетическом секторе данные подшипники находят применение в критически важных узлах, требующих высокой надежности и долговечности при постоянных высоких скоростях и нагрузках.
Монтаж, смазка и обслуживание
Правильный монтаж является определяющим фактором для работы подшипника. Для типов NN и NNU критически важно обеспечить точную осевую фиксацию только одного кольца (того, которое имеет борта), в то время как второе кольцо должно иметь возможность свободного осевого перемещения для компенсации теплового расширения вала. Несоблюдение этого правила приводит к заклиниванию и разрушению.
Смазка может быть пластичной (консистентной) или жидкой (масло). Выбор зависит от скорости (dn-фактора), температуры и условий эксплуатации. В высокоскоростных шпинделях предпочтительна циркуляционная масляная смазка с точным контролем расхода и температуры. Для закрытых узлов с длительным сроком службы применяются высокотемпературные консистентные смазки на основе литиевого или комплексного мыла.
Мониторинг состояния осуществляется через вибродиагностику, контроль температуры и акустической эмиссии. Регламентное обслуживание включает периодическую проверку затяжки крепежа, состояние уплотнений и замену смазки.
Расчет и подбор подшипников
Основой для выбора является расчет динамической (C) и статической (C0) грузоподъемности, а также эквивалентной динамической нагрузки (P). Для двухрядных цилиндрических подшипников, воспринимающих только радиальную нагрузку Fr, формула упрощается: P = Fr. Номинальный срок службы (L10) в миллионах оборотов рассчитывается по формуле: L10 = (C/P)^(10/3). Для учета реальных условий вводятся коэффициенты на надежность (a1), материал (a2) и условия эксплуатации (a3). При высоких скоростях необходимо также проверять допустимую предельную частоту вращения.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
В чем принципиальное отличие типа NN от NNU с точки зрения монтажа?
Тип NN фиксирует вал осево относительно корпуса, так как его внутреннее кольцо с бортами зажато на валу, а наружное может смещаться в корпусе. Тип NNU, наоборот, фиксирует корпус относительно вала, так как его наружное кольцо с бортами зажато в корпусе, а разъемное внутреннее кольцо может смещаться по валу. Выбор зависит от конструкции узла и того, какой элемент (вал или корпус) является базовым.
Можно ли использовать двухрядный цилиндрический подшипник в качестве плавающей опоры?
Да, именно для этого он в большинстве случаев и предназначен. В паре подшипников на валу один (чаще фиксирующий, например, упорно-радиальный) жестко фиксирует вал, а двухрядный цилиндрический (плавающий) устанавливается с возможностью осевого смещения своего незафиксированного кольца, компенсируя тепловое удлинение вала.
Какой радиальный зазор (C2, CN, C3) следует выбирать для электродвигателя мощностью 1 МВт?
Для большинства мощных электродвигателей стандартным является зазор C3. Он учитывает натяг при прессовой посадке на вал и в корпус, а также тепловое расширение в рабочем режиме. Для особо точных или высокоскоростных двигателей расчет зазора выполняется индивидуально с учетом всех температурных полей и посадочных натягов.
Чем обусловлена высокая точность вращения (минимальное биение) этих подшипников?
Высокая точность обеспечивается геометрическим совершенством: минимальными отклонениями формы дорожек качения и роликов (овальность, конусность), строгим контролем размеров, высокой чистотой поверхности и точным позиционированием двух рядов роликов относительно друг друга. Это позволяет минимизировать радиальное и торцевое биение (RUNOUT).
Каковы признаки неправильного монтажа или выхода из строя такого подшипника?
Основные признаки: резкое повышение температуры узла (перегрев), повышенный вибрационный уровень на частотах, кратных частоте вращения, появление акустического шума (гула, скрежета). При разборке визуально наблюдаются следы фреттинг-коррозии на посадочных поверхностях, сколы и выкрашивание на дорожках качения, потемнение колец и роликов от перегрева, разрушение сепаратора.
Заключение
Роликовые цилиндрические радиальные двухрядные подшипники являются специализированными высокоточными узлами, незаменимыми в конструкциях, требующих максимальной радиальной грузоподъемности, жесткости и минимального биения. Их корректное применение, основанное на понимании различий между типами NN, NNU и NNF, правил монтажа и условий смазки, напрямую определяет надежность и ресурс ответственных механизмов в энергетике, тяжелом машиностроении и точном приборостроении. Выбор конкретного исполнения, класса точности и зазора должен осуществляться на основе инженерного расчета с учетом всех эксплуатационных факторов.