Зазор в подшипниках двигателя: Что это такое и как выбрать?

Как правило, к компонентам подшипника относят: внутреннее кольцо, наружное кольцо, тела качения, сепаратор, уплотнения и смазку. Действительно, на лекциях для инженеров-мотористов зазор в подшипнике двигателя был указан как один из компонентов подшипника.

Конечно, зазор - это воздушный зазор, а не физический компонент, но внимание, которое инженеры уделяют зазору при проектировании, установке, использовании и обслуживании, не меньше, чем любой физической части подшипника.

Каков зазор в подшипнике двигателя?

Зазор в подшипнике обычно относится к перемещению одного кольца относительно неподвижного кольца подшипника. Если это перемещение осевое, оно называется осевым зазором, если радиальное - радиальным зазором.

На следующем рисунке показан радиальный и осевой зазор радиального шарикоподшипника:

На рисунке:

• Радиальный зазор подшипника = δ
• Осевой зазор подшипника = δ1 + δ2

Зазоры для подшипников регулируются соответствующими национальными и международными стандартами. Например, общепринятый стандарт радиального зазора для подшипников качения GB/T4604-93 классифицирует зазоры следующим образом:

• Группа 2, группа допуска, меньшая, чем группа 0
• Группа 0, группа стандартного клиренса
• Группа 3, группа клиренса больше, чем группа 0

Стандарт также устанавливает другие группы зазоров. В практическом применении для подшипников промышленных двигателей чаще всего используются зазоры из стандартной группы зазоров (группа 0) и группы C3.

Таблица 1: Радиальный зазор радиальных шарикоподшипников (цилиндрическое отверстие) - Единицы измерения: мкм

Радиальный зазор радиальных шарикоподшипников

Для моторостроителей наиболее часто используются радиальные шарикоподшипники и цилиндрические роликоподшипники. Если требуются зазоры для других типов подшипников, их можно получить в соответствующих национальных стандартах или у производителей.

Как выбрать зазор в подшипнике двигателя?

Во-первых, значения зазоров в подшипниках, указанные в вышеуказанных стандартах, являются начальными значениями, то есть значениями зазоров, когда подшипник не был установлен или использовался. Когда подшипник установлен, введен в эксплуатацию и находится в рабочем состоянии, величина зазора является критическим фактором для работы подшипника.

Как правило, посадка между ротором двигателя внутреннего вращения и подшипником относительно плотная, а посадка между корпусом подшипника и наружным кольцом подшипника относительно свободная. Таким образом, внутреннее кольцо подшипника расширяется наружу, что приводит к уменьшению зазора. Мы называем это уменьшением монтажного зазора.

Когда подшипник находится в рабочем состоянии, обычно существует разница температур между внутренним и наружным кольцами подшипника, что приводит к разной степени теплового расширения внутреннего и наружного колец подшипника, тем самым изменяя зазор. Мы называем это уменьшением зазора под действием температуры.

Таким образом, фактический рабочий зазор подшипника - это первоначальный зазор за вычетом уменьшения монтажного зазора и уменьшения зазора под действием температуры.

δ_работа = δ_{первоначальный} - δ_{установить} - δ_{температура}

Срок службы типичного подшипника двигателя зависит от его рабочего зазора следующим образом:

• Вертикальная ось: отношение фактического срока службы к ожидаемому сроку службы подшипника при различных эффективных зазорах (эксплуатационных зазорах).
• Горизонтальная ось: эффективный зазор (рабочий зазор) подшипника.

Очевидно, что наибольший срок службы подшипника наблюдается, когда его зазор меньше нуля. Это означает, что теоретически, когда рабочий зазор подшипника отрицательный, срок службы подшипника самый долгий.

Однако эксплуатация при таком значении зазора сопряжена с риском. Если рассмотреть наклон кривой с обеих сторон, становится очевидным, что когда фактический рабочий зазор меньше, чем зазор при максимальном сроке службы, наклон кривой становится крутым, а при дальнейшем уменьшении зазора срок службы резко падает.

Напротив, увеличение зазора приводит к гораздо более медленному снижению срока службы подшипника.

Поэтому, если рабочий зазор подшипника находится на оптимальном для максимального срока службы значении, любое дальнейшее уменьшение зазора из-за изменения условий эксплуатации приведет к быстрому сокращению срока службы подшипника. Это то, что мы обычно называем "заклиниванием подшипника".

Учитывая все вышесказанное, в реальных условиях эксплуатации мы часто выбираем для подшипника рабочий зазор, немного превышающий ноль. Это безопасное значение, гарантирующее, что влияние на срок службы подшипника, независимо от изменения рабочего зазора, остается в контролируемом диапазоне.

Как правило, при выборе зазоров в подшипниках инженеры-конструкторы двигателей выбирают зазоры из группы Normal или C3. (Это связано с обычно используемыми нами допусками и распределением внутренней температуры в двигателе).

Естественно, если условия эксплуатации уникальны, значение зазора в подшипнике необходимо проверить с помощью расчетов, чтобы убедиться, что подшипник работает с безопасным зазором.