Упорные подшипники двойные
Упорные подшипники двойные: конструкция, применение и технические аспекты
Упорные подшипники двойные, также известные как упорные подшипники с двумя опорными шайбами или двусторонние упорные подшипники, представляют собой класс радиально-упорных шарикоподшипников, предназначенных для восприятия осевых нагрузок в двух направлениях. Их фундаментальное отличие от одинарных упорных подшипников заключается в способности фиксировать вал относительно корпуса в обе стороны вдоль оси вращения, что делает их критически важным компонентом в механизмах, где присутствует реверсивное осевое усилие или требуется жесткое двухстороннее осевое позиционирование.
Конструктивные особенности и принцип действия
Конструкция двойного упорного подшипника включает в себя следующие основные элементы:
- Две опорные шайбы (верхняя и нижняя) с дорожками качения. Эти шайбы устанавливаются в корпус и являются неподвижными (условно) относительно оси.
- Одна плавающая (средняя) шайба с дорожками качения на обеих сторонах. Эта шайба жестко фиксируется на валу и вращается вместе с ним.
- Два комплекта тел качения (шариков), расположенных в сепараторах. Каждый комплект работает между своей опорной шайбой и плавающей шайбой.
- Сепараторы, удерживающие шарики на заданном расстоянии друг от друга. Могут быть изготовлены из штампованной стали, полиамида или латуни.
- По углу контакта: Стандартные (обычно 90°) и с увеличенным углом контакта для более высоких осевых нагрузок.
- По материалу и исполнению сепаратора: Штампованный стальной (стандарт), полиамидный (облегченный, с лучшим смазыванием), машинно-обработанный латунный (для высоких скоростей и нагрузок).
- По классу точности: Нормальный (P0), повышенный (P6, P5) – для прецизионных применений.
- По типу смазки: Открытые (для систем циркуляционной смазки), с защитными шайбами (заполнены консистентной смазкой), с контактными уплотнениями.
- Вертикальные гидротурбины: Для восприятия веса вращающихся частей (ротора, рабочего колеса) и гидравлических осевых усилий.
- Насосное оборудование (особенно вертикальные насосы): Фиксация ротора насоса, восприятие осевого давления перекачиваемой среды.
- Турбогенераторы и паровые турбины: Вспомогательные узлы, системы регулирования, где требуется точное осевое позиционирование.
- Редукторы и червячные передачи: Для фиксации червяка или шестерен.
- Оборудование для тяжелой промышленности: Опорно-поворотные устройства кранов, шнековые конвейеры, прессовое оборудование.
- Динамическая грузоподъемность (C): Постоянная радиальная нагрузка, которую подшипник может выдержать в течение расчетного срока службы в 1 млн оборотов. Основной параметр для расчета ресурса при переменной нагрузке.
- Статическая грузоподъемность (C0): Максимальная статическая нагрузка, которую может воспринять подшипник без остаточной деформации. Критична для низкооборотных или редко вращающихся механизмов.
- Допустимая частота вращения: Ограничивается центробежными силами, нагревом, типом сепаратора и смазки.
- Монтажные размеры: Внутренний диаметр (d), наружный диаметр (D), высота (H). Важно учитывать, что монтажная высота двойного подшипника больше, чем у двух одинарных, установленных последовательно.
- Точное параллельное расположение опорных поверхностей в корпусе. Перекос приводит к неравномерному распределению нагрузки и преждевременному выходу из строя.
- Надежное закрепление опорных шайб в корпусе (часто с натягом) и плавающей шайбы на валу.
- Осевую регулировку. Необходимо обеспечить минимально необходимый осевой зазор или предварительный натяг, указанный в технической документации на узел. Это достигается подбором толщины регулировочных колец или шайб, устанавливаемых между корпусом и опорными шайбами.
- Качественную смазку. Для высокоскоростных применений применяется циркуляционная смазка маслом. Для средних скоростей и температур часто используются подшипники, заполненные консистентной смазкой на весь срок службы, или смазываемые периодически через пресс-масленки. Выбор смазочного материала должен соответствовать температурному диапазону и скорости.
- Компактное решение для двухстороннего осевого фиксирования в одном корпусе.
- Простота монтажа и регулировки по сравнению с парой одинарных упорных подшипников.
- Высокая точность осевого позиционирования.
- Способность работать на высоких скоростях вращения (по сравнению с упорными роликовыми подшипниками).
- Не воспринимают радиальную нагрузку. Требуется обязательная установка радиальных подшипников.
- Чувствительность к перекосам и непараллельности монтажных поверхностей.
- Ограниченная несущая способность по сравнению с упорными роликовыми подшипниками (шариковый контакт).
- Более низкая демпфирующая способность.
- Перегрев: Слишком большой предварительный натяг, недостаток или избыток смазки.
- Повышенный шум и вибрация: Перекос опорных шайб, загрязнение, износ из-за неперпендикулярности вала.
- Ускоренный износ или выкрашивание дорожек качения: Несоосность, наличие радиальной нагрузки, перегрузка.
- Заклинивание: Отсутствие осевого зазора при тепловом расширении, попадание абразивных частиц.
- Двойной упорный шарикоподшипник: Высокие и средние скорости вращения, умеренные осевые нагрузки, требование к точности позиционирования, необходимость работы в двух направлениях.
- Упорный роликовый подшипник: Очень высокие осевые нагрузки, низкие и средние скорости вращения, менее жесткие требования к точности, возможность самоустановки (для сферических роликовых упорных подшипников). Для двухсторонней нагрузки потребуется установка двух таких подшипников.
Принцип работы основан на преобразовании осевого усилия, действующего на вал, в силу качения шариков по дорожкам. При нагрузке в одном направлении один комплект шариков нагружается, а второй разгружается. При реверсировании нагрузки активный комплект меняется. Радиальная нагрузка данными подшипниками не воспринимается, для ее компенсации требуется установка дополнительных радиальных подшипников.
Классификация и типы
Двойные упорные подшипники классифицируются по нескольким ключевым параметрам:
Сферы применения в энергетике и смежных отраслях
В энергетическом секторе двойные упорные подшипники находят применение в узлах, где вал испытывает значительные двухсторонние осевые усилия:
Ключевые технические характеристики и расчетные параметры
При выборе двойного упорного подшипника инженеры оперируют следующими параметрами:
| Обозначение | d, мм | D, мм | H, мм | Динамическая нагрузка C, кН | Статическая нагрузка C0, кН | Предельная частота вращения (масло), об/мин |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 52208 | 40 | 68 | 34 | 39.5 | 78.5 | 5000 |
| 52212 | 60 | 95 | 36 | 52.0 | 112 | 4300 |
| 52216 | 80 | 125 | 45.5 | 73.5 | 162 | 3600 |
Монтаж, регулировка и смазка
Правильная установка двойного упорного подшипника является залогом его долговечной работы. Критически важно обеспечить:
Преимущества и недостатки по сравнению с альтернативными решениями
Преимущества:
Недостатки и ограничения:
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
В чем основное отличие двойного упорного подшипника от двух одинарных, установленных последовательно?
Двойной упорный подшипник имеет единую среднюю (плавающую) шайбу и два комплекта шариков в общем пространстве. Это обеспечивает более компактную конструкцию (меньшая общая высота), лучшую соосность дорожек качения и, как следствие, более равномерное распределение нагрузки. Два одинарных подшипника требуют более сложной регулировки осевого зазора между ними и занимают больше места.
Можно ли использовать двойной упорный подшипник для восприятия радиальной нагрузки?
Нет, категорически не рекомендуется. Конструкция упорных шарикоподшипников не рассчитана на радиальные нагрузки. Даже незначительная радиальная сила вызовет эксцентриситет, неравномерный износ дорожек качения и мгновенный выход подшипника из строя. Радиальная нагрузка должна восприниматься отдельно установленными радиальными или радиально-упорными подшипниками.
Как правильно определить необходимый осевой зазор или предварительный натяг?
Этот параметр определяется конструкцией узла, температурными условиями и характером нагрузки. Для большинства стандартных применений с циркуляционной смазкой рекомендуется небольшой осевой зазор (от 0.02 до 0.10 мм в зависимости от размера). Предварительный натяг применяется для повышения жесткости узла и точности позиционирования, но ведет к повышенному тепловыделению и сокращению срока службы. Точные значения должны быть указаны в чертеже узла или техническом задании от производителя основного оборудования.
Каковы признаки неправильного монтажа двойного упорного подшипника?
Что выбрать: двойной упорный шарикоподшипник или упорный роликовый подшипник (игольчатый, сферический)?
Выбор зависит от условий работы:
Как осуществляется смазка в вертикальных гидротурбинах, где используются крупногабаритные двойные упорные подшипники?
В таких ответственных применениях, как правило, используется принудительная циркуляционная система смазки маслом. Масло подается под давлением в зону контакта, отводится, охлаждается в теплообменнике, фильтруется и вновь подается в узел. Система оснащается датчиками давления, температуры и контроля чистоты масла. Для пуска и остановки может применяться система гидростатического подъема (напорные коллекторы), создающая масляную пленку перед началом вращения.