Сдвоенные подшипники (дуплекс) INA

Сдвоенные подшипники (дуплекс) INA: конструкция, типы, монтаж и применение в промышленности

Сдвоенные подшипники, или подшипники в дуплексном исполнении, представляют собой прецизионные сборочные единицы, в которых два радиально-упорных шарикоподшипника (чаще всего однорядных) монтируются вместе в качестве предварительно настроенного узла. Компания INA (входящая в группу Schaeffler) является мировым лидером в производстве таких подшипниковых компоновок, предлагая инженерные решения для создания жестких, неразъемных опор валов, способных воспринимать комбинированные (радиальные и осевые) нагрузки в обоих направлениях. Ключевой особенностью дуплексных сборок является предварительный натяг (преднатяг), создаваемый между подшипниками в процессе их изготовления, что обеспечивает повышенную жесткость системы и исключает осевой люфт.

Принцип работы и преимущества дуплексных сборок

Радиально-упорные шарикоподшипники воспринимают осевые нагрузки только в одном направлении. Для фиксации вала в обоих осевых направлениях необходимо использовать два таких подшипника, установленных встречно. Дуплексная сборка решает эту задачу на этапе производства подшипника. Два кольца (чаще всего внутренние) соединяются вместе с точно рассчитанным зазором или натягом, что определяет величину преднатяга после монтажа. Основные преимущества:

• Повышенная жесткость системы: Преднатяг устраняет внутренние зазоры, что значительно снижает упругие деформации вала и опор под нагрузкой, критически важно для высокоскоростных и прецизионных станков.
• Точное осевое позиционирование: Полное отсутствие осевого люфта обеспечивает высокую точность вращения и позиционирования вала.
• Упрощение монтажа: Подшипниковый узел поставляется как готовая, предварительно настроенная пара, что минимизирует ошибки монтажа и сокращает время сборки.
• Оптимизированное распределение нагрузки: При комбинированной нагрузке оба подшипника работают согласованно, что повышает общую грузоподъемность узла и ресурс.
• Компенсация перекосов: Некоторые типы дуплексных сборок (например, типа DB) обладают способностью компенсировать небольшие угловые перекосы вала относительно корпуса.

Типы дуплексных сборок INA и их характеристики

INA предлагает дуплексные сборки в нескольких основных конфигурациях, различающихся способом соединения подшипников и характером создаваемого преднатяга. Выбор типа определяет поведение узла в работе.

Дуплекс «лицом к лицу» (DF – Face-to-Face)

В этой компоновке наружные кольца подшипников соприкасаются широкими торцами, а внутренние – узкими. Линии действия рабочих давлений (условные линии, проходящие через точки контакта шариков с дорожками качения) сходятся вне подшипникового узла по направлению к валу.

• Особенности: Обладает меньшей осевой жесткостью по сравнению с типом DB, но лучше компенсирует угловые перекосы вала. При температурном расширении вала преднатяг может уменьшаться.
• Типичное применение: Опоры шпинделей, где возможны перекосы; узлы, в которых вал имеет значительное тепловое удлинение.

Дуплекс «спина к спине» (DB – Back-to-Back)

Наиболее распространенный тип. Наружные кольца соприкасаются узкими торцами, а внутренние – широкими. Линии действия рабочих давлений расходятся, сходясь вне подшипникового узла со стороны корпуса.

• Особенности: Обеспечивает максимальную жесткость узла на изгиб и осевую жесткость. Эффективно фиксирует вал в радиальном и осевом направлениях. Менее чувствителен к тепловому удлинению вала (преднатяг может увеличиваться).
• Типичное применение: Высокоскоростные шпиндели станков, опоры роторов, червячные редукторы, узлы, требующие высокой жесткости.

Дуплекс «тандем» (DT – Tandem)

Оба подшипника установлены параллельно для восприятия осевых нагрузок, действующих в одном направлении. Радиальная нагрузка распределяется между ними.

• Особенности: Не предназначен для фиксации вала в двух осевых направлениях. Используется для увеличения осевой грузоподъемности в одном направлении. Для создания двухсторонней опоры комбинация DT должна быть дополнена другим подшипником (или дуплексной парой) с противоположной стороны.
• Типичное применение: Узлы с преобладающей односторонней осевой нагрузкой (например, вертикальные шпиндели).

Тип сборки	Схема установки	Осевая жесткость	Жесткость на изгиб	Компенсация перекосов	Влияние теплового расширения вала
DF (лицом к лицу)	Наружные кольца соприкасаются широкими торцами	Средняя	Средняя	Хорошая	Уменьшает преднатяг
DB (спина к спине)	Наружные кольца соприкасаются узкими торцами	Высокая	Очень высокая	Ограниченная	Увеличивает преднатяг
DT (тандем)	Подшипники установлены параллельно	Высокая (в одном направлении)	Низкая	Зависит от второго узла	Зависит от компоновки

Классы преднатяга и маркировка

Величина преднатяга является критическим параметром дуплексных подшипников. INA поставляет сборки с различными, строго нормированными классами преднатяга, которые выбираются в зависимости от условий работы (нагрузки, скорость, требуемая жесткость).

• Легкий преднатяг (L): Применяется для высоких скоростей вращения и умеренных нагрузок, где тепловыделение должно быть минимальным.
• Средний преднатяг (M): Наиболее распространенный класс. Оптимален для универсальных применений с комбинированными нагрузками и высокими требованиями к жесткости.
• Тяжелый преднатяг (H): Используется в узлах, где преобладают вибрационные нагрузки, ударные воздействия и где требуется максимальная жесткость системы (скорость вращения при этом, как правило, невысокая).

Маркировка подшипников INA в дуплексном исполнении включает указание типа сборки и класса преднатяга. Например: B7214C.TPA.P4.DBL – два радиально-упорных шарикоподшипника 7214 C, класс точности P4, дуплексная сборка типа DB с легким (L) преднатягом.

Монтаж, смазка и эксплуатация

Дуплексные подшипники INA требуют квалифицированного подхода к установке. Они поставляются в собранном виде, и разбирать их категорически запрещено. Монтаж осуществляется путем запрессовки на вал с натягом (обычно внутреннего кольца) и в корпус (обычно с зазором для наружного кольца, чтобы не нарушить преднатяг). Неравномерный нагрев (индукционный или в масляной ванне) предпочтительнее механической запрессовки. Крайне важно обеспечить чистоту на рабочем месте, так как попадание абразивных частиц в зону преднатяга резко снижает ресурс.

Смазка – пластичная (консистентная) или жидкая (масло) – подбирается согласно рекомендациям Schaeffler, учитывая скорость, температуру и условия работы. Для высокоскоростных шпинделей чаще применяется циркуляционная смазка маслом под давлением с точным контролем расхода и температуры. При консистентной смазке полость корпуса заполняется на 30-50%.

В процессе эксплуатации необходим мониторинг температуры и вибрации узла. Аномальный нагрев может свидетельствовать о чрезмерном преднатяге, недостатке или неправильном типе смазки. Повышенная вибрация часто указывает на износ, повреждение или загрязнение.

Применение в энергетике и тяжелой промышленности

В энергетическом секторе дуплексные подшипники INA находят применение в критически важных узлах с высокими требованиями к надежности и долговечности:

• Опоры турбин и генераторов: Вспомогательные агрегаты, системы регулирования, насосы питательной воды и конденсатные насосы. Жесткость и точность дуплексных сборок обеспечивают стабильную работу роторных систем.
• Редукторы и мультипликаторы: В червячных, цилиндрических и планетарных редукторах, особенно в установках ветрогенераторов, где подшипниковые опоры испытывают сложные комбинированные нагрузки.
• Насосное оборудование: Высоконапорные многоступенчатые насосы, где требуется точная фиксация ротора и восприятие значительных осевых усилий.
• Электродвигатели повышенной мощности и частоты вращения: Опоры валов специальных электродвигателей, где необходимо подавление вибраций и осевой фиксации ротора.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем дуплексная сборка принципиально отличается от двух отдельных радиально-упорных подшипников, установленных рядом?

Дуплексная сборка является заводской, неразъемной и предварительно настроенной. Величина преднатяга в ней гарантирована производителем и воспроизводима от узла к узлу. При монтаже двух отдельных подшипников добиться точного и равномерного преднатяга крайне сложно, он зависит от квалификации сборщика, точности посадочных мест и может быть неравномерным, что приводит к перекосу, перегреву и преждевременному выходу из строя.

Как правильно выбрать тип дуплексной сборки (DB, DF, DT) для конкретного применения?

Выбор основывается на анализе пяти ключевых факторов: 1) Направление и величина осевых нагрузок (двусторонние – DB/DF, односторонние – DT); 2) Требуемая жесткость (максимальная – DB); 3) Возможность перекосов (если высока – DF); 4) Скорость вращения и тепловой режим (при сильном нагреве вала DF предпочтительнее DB); 5) Конструкция узла (возможность осевой регулировки). Для ответственных применений рекомендуется проводить расчеты совместно с инженерами Schaeffler.

Что произойдет, если установить дуплексный подшипник с неправильным классом преднатяга?

Несоответствие преднатяга режимам работы приводит к критическим последствиям. Слишком большой преднатяг (H вместо M/L): Чрезмерный нагрев из-за повышенного трения, быстрая деградация смазки, повышенный износ, риск заклинивания, высокое энергопотребление. Слишком малый преднатяг (L вместо M/H): Снижение жесткости узла, появление осевого и радиального люфта, повышенная вибрация, ударные нагрузки на элементы подшипника, сокращение срока службы.

Можно ли регулировать преднатяг в дуплексных подшипниках INA после монтажа?

Нет, классические дуплексные подшипники INA не предназначены для регулировки преднатяга после изготовления. Они являются неразъемными и поставляются с фиксированным преднатягом. Регулируемые опорные узлы создаются на основе отдельных радиально-упорных подшипников, между которыми устанавливаются регулировочные кольца или spacer-втулки, но это принципиально иная, более сложная в монтаже конструкция.

Какой способ смазки предпочтителен для высокоскоростных дуплексных сборок в шпинделях?

Для скоростей выше 1 млн. ndm (произведение внутреннего диаметра в мм на скорость в об/мин) практически всегда применяется циркуляционная смазка маслом под давлением (Oil-Air или Oil-Jet). Это обеспечивает эффективный отвод тепла, стабильное образование смазочной пленки и удаление продуктов износа. Консистентная смазка в таких условиях быстро деградирует, вызывает перегрев и потерю преднатяга.

Как диагностировать неисправность дуплексного узла в работе?

Основные признаки неисправности: 1) Постепенный или резкий рост температуры корпуса опоры сверх нормативного значения (часто +70-80°C максимум); 2) Повышение уровня вибрации, появление новых частотных составляющих в спектре вибросигнала; 3) Возникновение акустического шума (гула, скрежета) из узла; 4) Появление люфта вала в осевом или радиальном направлении, которого ранее не было. При появлении этих признаков необходимо остановить агрегат для диагностики.