Опорный блок и фланцевый подшипник: объяснение основных отличий

Опорные опорные подшипники монтируются на горизонтальную поверхность, при этом вал проходит параллельно основанию. фланцевые подшипники монтируйте на вертикальной поверхности или стене так, чтобы вал располагался перпендикулярно монтажной поверхности. Выбор между ними зависит от ориентации вала, направления нагрузки, доступного монтажного пространства и необходимости поддержки радиальной или осевой нагрузки. Фланцевые шарикоподшипники являются наиболее распространенным типом фланцевых подшипников и отлично подходят для компактных установок с ограниченным пространством. Понимание сильных сторон каждого типа предотвращает преждевременный выход из строя и дорогостоящие простои.

Что такое опорный подшипник и как он работает

Опорный подшипник, также называемый стационарным блоком, представляет собой корпусной подшипниковый узел, в котором вкладыш подшипника находится внутри литого корпуса, имеющего плоское горизонтальное монтажное основание с двумя или более отверстиями для болтов. Вал проходит параллельно монтажной поверхности. Корпус обычно изготавливается из чугуна, штампованной стали или термопластика, а вставка обычно представляет собой самоустанавливающийся шариковый или роликовый подшипник, способный компенсировать незначительное смещение вала до 2–3° .

Подушки предназначены в первую очередь для работы с радиальные нагрузки — силы, действующие перпендикулярно валу, хотя многие агрегаты также могут выдерживать умеренные осевые (осевые) нагрузки. Они широко используются в конвейерных системах, сельскохозяйственной технике, вентиляторах, насосах и промышленных приводных валах, где вал проходит горизонтально по раме или опорной плите.

Распространенные конфигурации опорных блоков

• Серия UCP (вставной шарикоподшипник): Стандартный чугунный корпус с установочным винтом или эксцентриковым стопорным кольцом; размеры вала обычно от 12 мм до 80 мм.
• Серия UCPX (пластины с глубокими канавками): Более высокая радиальная нагрузка для более тяжелых условий эксплуатации.
• Роликовые опорные блоки: Используйте цилиндрические или сферические роликовые вставки для очень тяжелых радиальных нагрузок выше 50 кН.
• Корпуса из нержавеющей стали/термопластика: Для пищевой промышленности или агрессивных сред

Что такое фланцевый подшипник и его подтипы

Фланцевый подшипник — это корпусной подшипниковый узел, в корпусе которого имеется фланец — плоская монтажная пластина с отверстиями для болтов, расположенный так, что вал выходит перпендикулярно установочной поверхности. Это позволяет крепить подшипник непосредственно к стене, панели, торцу рамы или лицевой стороне машины, а не к плоскому основанию. В зависимости от конструкции фланец может иметь два, три или четыре монтажных отверстия.

Фланцевые шарикоподшипники являются наиболее распространенным подтипом. В них используется вставка радиального шарикоподшипника внутри фланцевого корпуса, и они подходят для умеренных радиальных нагрузок с некоторой осевой нагрузкой. Другие типы фланцевых подшипников включают фланцевые роликоподшипники для применений с высокими нагрузками и фланцевые подшипники скольжения для низкоскоростных колебательных движений.

Стили корпусов фланцевых подшипников в зависимости от расположения болтов

• Фланец на 2 болта (серия UCF/UCFL): Овальное или квадратное основание с двумя крепежными отверстиями; компактный и подходит для легких грузов
• Фланец на 3 болта (серия UCFS): Треугольная форма для более стабильного монтажа и более высокого сопротивления крутящему моменту.
• Фланец на 4 болта (серия UCFB/UCFX): Квадратный узор; высочайшая жесткость и грузоподъемность среди типов фланцев
• Картриджные/приемные фланцевые узлы: Разрешить регулировку положения вала для натяжения ремня.

Подушка и фланцевый подшипник: прямое сравнение

В таблице ниже приведены наиболее важные практические различия между опорными подшипниками и фланцевыми подшипниками, которые помогут вам при выборе:

Фланцевые шарикоподшипники: детали конструкции и эксплуатационные характеристики

Фланцевые шарикоподшипники являются наиболее широко используемым типом фланцевых подшипников в легкой и средней промышленности и коммерческих целях. Они состоят из радиального шарикоподшипника, запрессованного или закрепленного внутри фланцевого корпуса, обычно изготовленного из чугуна или ковкого чугуна, с внутренним кольцом, которое захватывает вал через установочный винт, эксцентриковую втулку или закрепительную втулку.

Стандартные вкладыши фланцевых шарикоподшипников (серия UCF) производятся в соответствии со стандартами ISO и ABEC. Например, блок UCF205 вмещает Диаметр вала 25 мм , имеет номинальную статическую нагрузку (C0) примерно 7,8 кН и номинальная динамическая нагрузка (C) около 14 кН , с максимальной рабочей скоростью 4800 об/мин при смазке консистентной смазкой.

Основные конструктивные особенности фланцевых шарикоподшипников

• Самовыравнивающееся наружное кольцо: Сферическая внешняя поверхность компенсирует угловое смещение между валом и корпусом до ±2°.
• Предварительно смазанные и загерметизированные: Большинство агрегатов поставляются с двухконтактными резиновыми уплотнениями (2RS) и фабричной смазкой; интервалы повторного смазывания 6–12 месяцев в нормальных условиях
• Запирающие механизмы: Установочный винт (проще, дешевле), эксцентриковое стопорное кольцо (лучше для реверса нагрузки) или закрепительная втулка (для метрических валов в дюймовых корпусах)
• Доступные материалы корпуса: Серый чугун (стандарт), ковкий чугун (повышенная ударопрочность), нержавеющая сталь (среда промывания), стеклонаполненный нейлон (легкий, устойчивый к коррозии)

Справочный размер фланцевого шарикоподшипника UCF

Направление нагрузки: наиболее важный фактор выбора

Направление и тип нагрузки, действующей на вал, являются наиболее важным фактором при выборе между опорными подшипниками и фланцевыми подшипниками. Неправильное соблюдение этого правила приводит к ускоренному износу, преждевременной усталости и катастрофическому выходу из строя.

Применение радиальной нагрузки

Радиальные нагрузки действуют перпендикулярно оси вала — вес ремня, шкива или шестерни, давящий на вал. И опорные подшипники, и фланцевые подшипники выдерживают радиальные нагрузки, но опорные блоки обычно выдерживают более высокие радиальные нагрузки потому что их геометрия корпуса более эффективно распределяет силу через основание. Стандартный опорный блок UCP208 (отверстие 40 мм) имеет динамическую радиальную нагрузку примерно 25,5 кН , что сопоставимо с фланцевым подшипником UCF208 того же размера вставки.

Применение осевых (осевых) нагрузок

Осевые нагрузки действуют параллельно оси вала — например, концевая тяга винтового конвейера или сила от набора косозубых передач. Фланцевые подшипники, установленные на торцевых пластинах или поверхностях рамы, естественно, лучше расположены, чтобы противостоять осевым нагрузкам. поскольку монтажный фланец расположен перпендикулярно валу, что позволяет корпусу напрямую фиксироваться от нагрузки. Подушки менее эффективно сопротивляются осевой нагрузке, поскольку сила действует вдоль вала, а не на основание.

Ситуации комбинированной нагрузки

Во многих реальных приложениях используются комбинированные радиальные и осевые нагрузки. В этих случаях инженеры используют эквивалентную формулу динамической нагрузки на подшипник: P = X·Fr Y·Fa , где Fr — радиальная сила, Fa — осевая сила, а X и Y — коэффициенты, специфичные для подшипника, из каталога производителя. Если отношение осевой нагрузки к радиальной превышает 0,3, следует рассмотреть возможность использования фланцевых подшипников с радиально-упорными вставками или спаренных устройств.

Монтажная ориентация и ограничения пространства

Геометрия установки является вторым основным отличием между двумя типами подшипников. Физическое расположение машины часто определяет единственно возможный вариант, независимо от предпочтений по нагрузке.

• Шахта выходит через стену или панель: Фланцевый подшипник монтируется непосредственно на панели, через которую проходит вал. Подушка не может выполнять эту функцию без отдельного монтажного кронштейна.
• Вал проходит по открытой раме: Подушки крепятся болтами к направляющим рамы с обеих сторон — идеальный вариант использования без стены, к которой можно было бы прикрепиться.
• Вертикальный вал: Фланцевые подшипники, установленные на горизонтальной поверхности (валом вверх), более практичны; опорные блоки в вертикальном применении требуют индивидуальных модификаций или специальных корпусов для вертикального монтажа.
• Ограниченный просвет над головой: Подушки увеличивают высоту над осевой линией вала (высота UCP205 над основанием составляет примерно 44 мм); Вместо этого фланцевые подшипники выступают в осевом направлении, экономя вертикальное пространство.
• Несколько точек подшипника на одном валу: Используйте по одному фиксированному опорному подшипнику или фланцевому подшипнику на каждом конце; никогда не ограничивайте жестко оба конца — один из них должен быть плавающим (свободным) блоком, чтобы обеспечить тепловое расширение.

Перекос вала: как с этим справляются оба типа

Как в опорных, так и в фланцевых подшипниках обычно используются самовыравнивающиеся вставные подшипники — внешнее кольцо имеет выпуклую сферическую поверхность, которая качается внутри вогнутого отверстия корпуса. Эта конструкция компенсирует статическое смещение, вызванное неточной установкой вала, прогибом под нагрузкой или термической деформацией.

Стандартные вставки серии UC (используются как в опорных блоках UCP, так и в фланцевых подшипниках UCF) допускают угловое смещение подшипников. от ±2° до ±3° . Однако это статическая компенсация: если динамическое смещение (колебание, вызванное вибрацией) превышает 0,5°, срок службы подшипника резко снижается. В случае применения с большим перекосом шариковые вставки следует заменить сферическими роликовыми вкладышами или сферическими подшипниками скольжения.

На практике перекос влияет на фланцевые подшипники несколько сильнее, поскольку фланцы с торцевым креплением усиливают угловую ошибку. Ошибка перпендикулярности 0,1 мм в монтажной панели приводит непосредственно к смещению валов. Всегда проверяйте плоскостность панели (в пределах 0,05 мм на 100 мм) перед установкой фланцевых подшипников на ответственные валы.

Скорость, температура и экологические аспекты

Условия эксплуатации существенно влияют на выбор подшипников, помимо нагрузки и ориентации. Корпуса опорных и фланцевых подшипников должны соответствовать скорости применения, температурному диапазону и степени загрязнения.

Ограничения скорости

Фланцевые шарикоподшипники обычно достигают более высоких скоростей, чем подшипниковые опоры того же размера с роликовыми вставками. Фланцевый шарикоподшипник UCF205 работает 4800 об/мин с консистентной смазкой, в то время как опорный блок с роликовой вставкой аналогичного диаметра ограничен примерно 2000–2500 об/мин . Для высокоскоростных шпинделей или вентиляторов со скоростью более 3000 об/мин обычно лучшим выбором являются фланцевые шарикоподшипники.

Температурный диапазон

Стандартные заполненные смазкой вкладышовые подшипники UC надежно работают от от −20°С до 120°С . Высокотемпературная смазка увеличивает эту температуру до 160°C. При температуре выше 120°C уплотнения разрушаются, а смазка быстро окисляется — рассмотрите возможность использования открытых подшипников с внешней масляной смазкой для устойчивой работы при высоких температурах. При минусовых температурах ниже -20°С применение синтетической низкотемпературной смазки обязательно для предотвращения растекания и голодания смазки.

Загрязнение и промывка

• Продукты питания и напитки/фармацевтика: Выбирайте корпуса из нержавеющей стали или термопластика, сертифицированного NSF, со смазкой, соответствующей требованиям FDA, как с опорным блоком, так и с фланцевой конфигурацией.
• Пыльная или абразивная среда: Выбирайте агрегаты с тройными манжетными уплотнениями или лабиринтными щитками; смазывайте через более короткие промежутки времени (каждые 250–500 часов работы)
• Влажность или воздействие на открытом воздухе: Используйте герметичные вставки (2RS) с антикоррозийной смазкой; избегайте открытых корпусов, в которых вода скапливается вокруг уплотнений
• Химическое воздействие: Чугунные корпуса уязвимы к воздействию кислот и щелочей; Корпуса из термопластика (нейлона или полипропилена) эффективно противостоят большинству химикатов.

Рекомендации по установке для обоих типов подшипников

Неправильная установка является основной причиной преждевременного выхода из строя подшипников. более 50% отказов подшипников по данным крупнейших производителей подшипников, включая SKF и NSK. Соблюдение правильных процедур значительно продлевает срок службы.

Этапы установки опорного блока

1. Очистите и выровняйте монтажную поверхность; Проверьте плоскостность в пределах 0,1 мм на каждые 200 мм пролета подшипника.
2. Перед тем как закрепить болтами, свободно наденьте оба корпуса на вал — это позволит валу найти свою естественную центральную линию.
3. Затяните крепежные болты указанным моментом (например, болты M10 моментом ~40 Нм для чугунных корпусов).
4. Сначала зафиксируйте установочные винты или эксцентриковую втулку на подшипнике с фиксированным концом, а затем на плавающем конце.
5. Поверните вал вручную, чтобы убедиться в плавности и отсутствии сопротивления перед запуском под нагрузкой.

Этапы установки фланцевого подшипника

1. Убедитесь, что монтажная панель перпендикулярна центральной линии вала с точностью до 0,05 мм на 100 мм.
2. Вставьте вал через корпус перед установкой фланца на панель, чтобы избежать перекоса.
3. Используйте все доступные отверстия для болтов и затягивайте их крест-накрест, чтобы обеспечить равномерную посадку фланца.
4. Оставьте установочный винт или стопорное кольцо свободным до тех пор, пока оба конца вала не будут установлены на свое место, затем зафиксируйте фиксированный конец.
5. Нанесите небольшое количество свежей смазки через отверстие для смазки (если оно имеется) после установки, чтобы удалить любые загрязнения, появившиеся во время работы.

Как выбрать: руководство по выбору приложения

Используйте это практическое руководство, чтобы определить правильный тип подшипника в зависимости от конкретного сценария применения:

Ожидаемый срок службы, техническое обслуживание и замена смазки

Как опорные, так и фланцевые подшипниковые узлы имеют одинаковые требования к техническому обслуживанию, поскольку в них обычно используется один и тот же вставной подшипник серии UC. Ключевой переменной является доступность, которая часто зависит от того, где установлено устройство.

• Интервал смазки: При нормальных условиях (температура окружающей среды, умеренная скорость вращения, чистая окружающая среда) смазывайте каждые 1000–2000 часов работы или каждые 6 месяцев, в зависимости от того, что наступит раньше.
• Количество смазки: Перелив так же опасен, как и голодание — добавляйте смазку медленно, пока не почувствуете легкое сопротивление в предохранительном клапане или пока свежая смазка не появится на кромке уплотнения, затем остановитесь.
• Замена вставки: Пластины серии UC заменяются без замены корпуса, что является существенным преимуществом с точки зрения затрат, поскольку стоимость пластины обычно составляет 30–50% от полной стоимости единицы
• Расчет срока службы подшипника: Используйте формулу срока службы L10: L10 = (C/P)³ × (10⁶/60n) часов, где C — номинальная динамическая нагрузка, P — эквивалентная динамическая нагрузка, а n — скорость в об/мин.
• Предупреждающие знаки: Необычный шум (щелканье, скрежет), повышенная температура корпуса выше 80°C, видимая утечка смазки через уплотнения или чрезмерное биение вала — все это указывает на неизбежный выход подшипника из строя.

При правильно подобранных размерах и хорошей смазке фланцевые шарикоподшипники и опорные блоки с шариковыми вставками могут достичь Срок службы L10 20 000–50 000 часов. . Подушки с роликовыми вставками в тяжелых условиях эксплуатации обычно превышают 80 000 часов при правильном обслуживании.