Шариковые сферические радиальные однорядные подшипники
Шариковые сферические радиальные однорядные подшипники: конструкция, применение и технические аспекты
Шариковые сферические радиальные однорядные подшипники (обозначаемые по ГОСТ 28428-90 и ISO 15 как тип 10000, по старому обозначению — 1200-й серии) представляют собой класс самоустанавливающихся опор качения. Их ключевая особенность — способность компенсировать угловое смещение вала относительно корпуса, возникающее из-за монтажных погрешностей, прогиба вала под нагрузкой или тепловых деформаций. Эта функциональность достигается за счет конструкции наружного кольца, внутренняя поверхность которого выполнена в виде сферы, а дорожка качения соответствует этой сфере. Внутреннее кольцо с шариками и сепаратором может свободно перекашиваться внутри наружного, обеспечивая самоустановку.
Конструктивные особенности и принцип работы
Конструкция подшипника включает четыре основных компонента:
- Наружное кольцо с непрерывной сферической дорожкой качения на внутренней поверхности. Радиус сферы центрирован относительно геометрического центра подшипника.
- Внутреннее кольцо с глубокими канавками (дорожками качения) для шариков. Его наружная поверхность — цилиндрическая.
- Шарики — тела качения, расположенные в один ряд. Контакт шариков с дорожкой качения наружного кольца — точечный, что и позволяет осуществлять самоустановку.
- Сепаратор — обычно штампованный стальной или полимерный (например, из стеклонаполненного полиамида), который удерживает шарики на равном расстоянии друг от друга, предотвращая их контакт и снижая трение.
- Без защиты: Открытый подшипник (например, 1205).
- С защитой: С одной защитной шайбой (Z или -2Z), с двумя защитными шайбами (2Z или -2Z), с контактными уплотнениями (RS или -2RS, RSH или -2RSH).
- Зазор: Стандартный радиальный зазор (обозначение не указывается), увеличенный (C3, C4).
- Класс точности: По ISO — P0 (нормальный), P6, P5 (повышенные). В энергетике часто применяются классы P6 и P5 для обеспечения минимального биения и вибрации.
- Электродвигатели средних и высоких мощностей: Установка на противоположном от привода конце вала (со стороны вентилятора) для компенсации прогибов и теплового расширения.
- Вентиляторы и дутьевые машины котельных и градирен: Работа в условиях знакопеременных нагрузок и вибраций.
- Насосное оборудование: Циркуляционные, питательные, конденсатные насосы, где возможны перекосы из-за гидравлических нагрузок на ротор.
- Муфты соединения валов: В составе карданных и зубчатых муфт для передачи момента между смещенными осями агрегатов (например, турбина-генератор).
- Оборудование для транспортировки топлива (уголь, торф): Роликоопоры конвейеров, работающие в условиях запыленности и перекосов ленты.
- Пластичные смазки (литиевые, комплексные литиевые, полимочевинные): Для умеренных скоростей и температур (до +130°C). Интервалы повторного смазывания определяются условиями работы.
- Жидкие масла (минеральные и синтетические): Для высокоскоростных применений или при наличии централизованной системы смазки. Уровень масла должен доходить до центра нижнего шарика.
- По сравнению с радиальными шарикоподшипниками: Сферические уступают в грузоподъемности и предельной скорости аналогам того же типоразмера (например, 6205), но выигрывают за счет самоустановки.
- По сравнению со сферическими роликоподшипниками: Роликовые сферические подшипники (тип 20000, 22200) имеют значительно более высокую радиальную грузоподъемность и допускают осевые нагрузки, но их скоростные возможности ниже, а требования к точности монтажа и смазке выше.
- По сравнению с цилиндрическими роликоподшипниками: Цилиндрические роликоподшипники выдерживают высокие радиальные нагрузки и скорости, но не компенсируют перекосы и, как правило, не воспринимают осевые нагрузки.
Допустимый угол перекоса (самоустановки) для стандартных подшипников этого типа составляет от 2° до 3°, что достаточно для компенсации большинства монтажных и эксплуатационных смещений в энергетическом оборудовании.
Материалы и технологии изготовления
Для производства колец и шариков применяются подшипниковые стали марок ШХ15 (аналог AISI 52100), подвергаемые объемной закалке до твердости 60-66 HRC. В условиях повышенной влажности или агрессивных сред используются стали с добавлением хрома и молибдена, а также нержавеющие стали (например, AISI 440C). Сепараторы изготавливаются из холоднокатаной стали (штамповка), латуни (механическая обработка) или полимерных материалов (PA66-GF25, PEEK), что снижает вес, улучшает смазывание и позволяет работать на высоких скоростях.
Основные типы и маркировка
Подшипники классифицируются по типу уплотнений, зазору и классу точности. Основные суффиксы в обозначениях по ISO:
Таблица 1. Основные размерные серии и характеристики (пример для вала Ø 50 мм)
| Обозначение | d, мм | D, мм | B, мм | Динамическая грузоподъемность (C), кН | Статическая грузоподъемность (C0), кН | Предельная частота вращения с масляной смазкой, об/мин |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1205 | 25 | 52 | 15 | 8.30 | 3.80 | 13000 |
| 1205-2RS | 25 | 52 | 15 | 7.80 | 3.60 | 10000 |
| 1205 C3 | 25 | 52 | 15 | 8.30 | 3.80 | 13000 |
| 1205 P5 | 25 | 52 | 15 | 8.10 | 3.75 | 15000 |
Области применения в энергетике и смежных отраслях
Данный тип подшипников нашел широкое применение в узлах, где критически важна компенсация перекосов:
Монтаж, смазка и техническое обслуживание
Правильный монтаж — залог долговечности подшипника. В энергетике преобладает посадка внутреннего кольца на вал с натягом, наружного — в корпус с зазором или легким натягом. Для монтажа применяется индукционный или масляный нагрев внутреннего кольца до 80-110°C. Запрещается передавать монтажные усилия через сепаратор или прикладывать ударную нагрузку.
Смазка является критическим фактором. Применяются:
Техническое обслуживание включает регулярный мониторинг вибрации, температуры (превышение температуры окружающей среды более чем на 40-45°C — тревожный признак) и акустического шума. Для подшипников с уплотнениями повторная смазка часто не требуется в течение всего срока службы (при соблюдении условий).
Сравнение с другими типами подшипников
Важно понимать место сферических шариковых подшипников среди других типов:
Таким образом, выбор в пользу шарикового сферического подшипника — это всегда компромисс, оправданный необходимостью компенсации перекосов при умеренных нагрузках и средних скоростях.
Таблица 2. Сравнительные характеристики подшипников для вала Ø 50 мм (усредненные данные)
| Тип подшипника | Самоустановка | Радиальная грузоподъемность | Осевая грузоподъемность | Предельная скорость | Типовое применение в энергетике |
|---|---|---|---|---|---|
| Шариковый сферический 1205 | Да (до 3°) | Низкая/Средняя | Очень низкая | Высокая | Неприводной конец двигателя, вентиляторы |
| Радиальный шариковый 6205 | Нет | Средняя | Низкая (двусторонняя) | Очень высокая | Опоры генераторов, приводные концы двигателей |
| Сферический роликовый 22205 | Да (до 2°) | Очень высокая | Средняя | Средняя | Тяжелонагруженные вентиляторы, роликоопоры |
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
В чем принципиальное отличие шарикового сферического подшипника от роликового сферического?
Ключевое отличие — в форме тел качения. Шариковые имеют точечный контакт, меньшую грузоподъемность, но более высокие скоростные характеристики и меньшее сопротивление качению. Роликовые сферические подшипники используют бочкообразные ролики, создающие линейный контакт, что резко увеличивает радиальную грузоподъемность и способность воспринимать ударные нагрузки, но снижает предельную частоту вращения.
Можно ли использовать шариковые сферические подшипники для восприятия осевых нагрузок?
Нет, это не рекомендуется. Однорядные шариковые сферические подшипники способны воспринимать лишь незначительные осевые нагрузки (не более 10-20% от неиспользованной допустимой радиальной нагрузки). Для комбинированных нагрузок следует рассмотреть использование парной установки других типов подшипников (например, шариковых радиально-упорных) или сферических роликоподшипников.
Как правильно выбрать радиальный зазор (C3 или нормальный) для электродвигателя?
Выбор зависит от условий работы. Зазор C3 (увеличенный) применяется при наличии значительного теплового расширения вала или корпуса, например, в высокоскоростных двигателях или при разнице температур между валом и корпусом более 30°C. Нормальный зазор используется в стандартных условиях. Неправильный выбор (C3 в холодном режиме) может привести к повышенной вибрации и шуму.
Каковы признаки выхода из строя подшипника этого типа и какова его расчетная долговечность?
Основные признаки: нарастающая вибрация (особенно на частотах 1x и 2x от скорости вращения), повышение температуры узла, появление акустического шума (гула, скрежета). Расчетный ресурс (L10) определяется по стандарту ISO 281 на основе динамической грузоподъемности, действующей эквивалентной нагрузки и поправочных коэффициентов на условия смазки, загрязнения и материал. В реальных условиях энергооборудования при правильном обслуживании ресурс может превышать 40 000 часов.
Допустима ли замена открытого подшипника (1205) на подшипник с уплотнениями (1205-2RS) без изменения конструкции узла?
Да, как правило, допустима, так как габаритные и присоединительные размеры идентичны. Однако необходимо учитывать, что наличие контактных уплотнений создает дополнительный момент трения (снижает КПД на доли процента) и несколько ограничивает предельную частоту вращения. Также подшипник с уплотнениями поставляется с заводской консервационной смазкой, которая может быть несовместима с уже используемой в системе. Требуется проверка совместимости смазок или полная промывка и замена смазки.