Подшипниковый узел

Ключевым элементом, составляющим механику машины, является подшипниковый узел. Он включает:

• подшипники;
• корпуса для их монтажа;
• вал;
• детали и элементы крепления;
• уплотнительные элементы;
• устройства подвода смазки;
• крепеж.

Работоспособность узла подшипников является главным моментом обеспечения надежности, долговечности работы механизмов, машин. Для нее необходимы:

• точность расчетов;
• выбор правильной схемы;
• точность изготовления деталей;
• квалифицированный монтаж, требуемые регулировки;
• надежность уплотнений, крепления, комплектующих;
• наличие смазки.

Сам термин подшипниковый узел, кроме расширенного, имеет суженное толкование, включающее только подшипник, закрепленный в корпусе. В этом значении термин обычно относится к серийным покупным изделиям, приобретающим все большую популярность. С их разнообразием можно ознакомиться в нашем каталоге подшипниковых узлов.

Основные схемы узлов

Схема определяет способ фиксации вала подшипниками. При выборе схемы учитываются следующие факторы:

• длина вала;
• уровень и направления нагрузок;
• значение температурного перепада корпуса и вала;
• возможность обеспечить соосность, точность линейных размеров.

Наиболее широко применимым, универсальным является монтаж с плавающей опорой (а). Для минимально нагруженной опоры фиксируются оба подшипниковых кольца. Вторая опора фиксирует только нижнее кольцо. Верхнее кольцо для осевых перемещений не ограничено. Двухопорный подшипниковый узел с валом по этой схеме выполняют при:

• длине вала между опорами, превышающей восемь наибольших диаметров;
• значительных перепадах температур вала и корпуса.

Вариант с плавающей опорой по типу б выполняется двумя радиально-упорными либо роликовыми подшипникам для фиксированной опоры и часто используется на червячных валах.

Наиболее простым является размещение подшипников враспор по варианту в. Такое решение используется на коротких валах менее восьми наибольших диаметров по опорам, перепадах температур корпуса, вала менее двадцати градусов, возможности обеспечить точность линейных размеров, соосность расточек. По этой схеме подшипники часто помещаются в расточках единого литого или сварного корпуса. При этом важно обеспечить линейный зазор 0,1…0,2 мм. Регулировку зазора обычно обеспечивают прокладками крышек.

Схема врастяжку по варианту г используется при расстояниях по опорам порядка десяти наибольших диаметров. Эта схема также менее чувствительна к разогреву вала, так как осевой зазор будет при этом возрастать без опасности защемления подшипника. Часто используется для роликов поддерживающих конвейеров ленточных.

Использование покупных подшипниковых опор

При проектировании опоры в соответствие с типом и номером подшипника можно подобрать стандартизованные корпуса, крышки. Эти данные содержит второй том трехтомного Справочника конструктора авторства Анурьева. Однако в настоящее время появилась еще более заманчивая возможность использовать готовые подшипниковые узлы.

Впервые они появились в Японии. Очень быстро производство серийных узлов подшипников было организовано в Германии, Швеции, Турции, Израиле, Китае, включая таких гигантов индустрии подшипников, как SKF, FAG.

Существуют опоры на один подшипник, представляющие собой:

• литой корпус из чугуна либо пластика;
• закрепленный в корпусе сферический подшипник, позволяющий незначительный перекос вала;
• уплотнения;
• масленку для подачи смазки;
• удлиненное внутреннее кольцо или отдельную закрепительную втулку с возможностью осевого крепления присоединяемого вала.

Также есть серийно выпускаемые узлы с двумя подшипниками, например двухопорный подшипниковый узел с валом PDNB. Он включает в себя литой корпус с лапами и 4 крепежными отверстиями, два подшипника установленные в расточках корпуса, закрепленные болтами крышки с уплотнениями на торцах корпуса, вал зафиксированный в опорах, две масленки подачи смазки к подшипникам. Такие опоры часто используют в конструкции вентиляторов. При этом на одном конце вала крепится крыльчатка, а другой через муфту связывается с электродвигателем.

Подшипниковые серийно выпускаемые узлы имеют целый ряд преимуществ:

• ускоряют процесс проектирования и производства;
• снижают трудоемкость;
• позволяют уменьшить стоимость производства, готовой продукции.

Для крепления на плоскости используют подшипниковые узлы UCP на лапах с литым чугунным корпусом и сферическим подшипником. Обычно они крепятся болтами на рамы и каркасы машин. Схема с плавающей опорой получается при использовании двух узлов, причем вал от осевого перемещения закрепляют специальным винтом во втулке одного корпуса. Во втулку второго корпуса вал входит свободно без фиксации. Такая схема часто применяется для крепления приводных барабанов ленточных конвейеров.

В обозначении UCP205:

• UCP – вид узла, где UC разновидность подшипника, имеющего кольцо внутреннее увеличенной длины, а P литой корпус с лапами;
• 2-серия по нагрузочной способности;
• 05 указывает на диаметр 25 мм.

Для UCP201 диаметр втулки равен 12 мм, 202 – 15 мм, 203 – 17 мм, а в остальных две
последние цифры умножаются на пять.

Узел подшипниковый типа UCFL выполнен во фланцевом компактном ромбовидном литом корпусе типа FL на два монтажных болта.

Опора UKF изготовлена с подшипником на втулке закрепительной типа UK, смонтированном в квадратном фланце серии F на четыре отверстия.

Серия FC имеет круглый плоский фланец на четыре отверстия под крепление болтами.

Тип PA означает литой корпус, который крепится на лапы с внутренними резьбовыми отверстиями.

Узлы подшипниковые UKHA выполнены под резьбовую шпильку. В них, например, можно крепить ролики, образующие петлю для механизма протяжки пленки упаковочной машины.

Опора типа UCT имеет тело с боковыми пазами под направляющие и резьбовое крепление для регулировочной шпильки.

Ее использование упрощает конструкцию натяжных барабанов конвейеров ленточных и других устройств, требующих линейного перемещения валов.

Опоры типа UCFA позволяют реализовать качание валов. При этом в отверстие размещают ось вращения, а паз можно использовать для фиксации угла поворота посредством шпильки с гайкой-барашком.

Подшипниковый узел чертеж можно быстрее выполнить, используя трехмерные модели, которые включают в свои каталоги ряд производителей.

Опоры UCFB имеют литой корпус с консольным фланцем под трехточечное крепление болтами.

Серия UCPH оснащается литым корпусом на лапах с увеличенной высотой оси крепления подшипника.

Серийные подшипниковые узлы обычно включают:

• корпус с фиксацией самоустанавливающегося подшипника с наружным сферическим кольцом и удлиненным внутренним кольцом или с креплением на втулке;
• масленку и каналы подачи смазки в подшипник;
• уплотнения подшипника;
• винты для фиксации вала;
• элементы для крепления корпуса в машине, например, фланец или лапы.

Обозначения подшипниковых опор у различных производителей могут отличаться, но обычно содержат буквенное обозначение типов подшипника и корпуса и цифры, характеризующие номер подшипника. Приведем примеры обозначений разных производителей.

Подшипниковый узел с литым корпусом на лапах типа P, сферическим подшипником UC204 со втулкой увеличенной длины имеет следующие обозначения у производителей:

• CX – UCP204;
• SKF – SY20;
• FIT – ZFB204;
• INA – RASEY20;
• FAG – SG56204.

Подшипниковый узел с квадратным литым фланцевым корпусом типа F, сферическим подшипником UC206 со втулкой увеличенной длины имеет следующие обозначения у производителей:

• CX – UCF206;
• SKF – FY30;
• FIT – KFB206;
• INA – RCJY30;
• FAG – FG56206.

В обозначении INA и SKF цифры означают внутренний диаметр втулки для посадки вала в мм.

Особенности подшипниковых узлов экструдеров

Экструзия – процесс продавливания шнеком продукта через фильеру сопровождается большими осевыми нагрузками, высокими температурами. Подшипниковый узел экструдера размещается в сварном корпусе с водяной рубашкой охлаждения. Набор обычно включает в себя, размещенные в расточках корпуса и на шейках вала пару радиальных шарикоподшипников и осевой упорный подшипник. Необходимо предусмотреть возможность поджатия и регулировки упорного подшипника.

На рисунке представлены элементы набора:

• радиальный шарикоподшипник номер 213 ГОСТ8338-75;
• шарикоподшипник номер 216;
• сварной корпус;
• расточка корпуса;
• пружины, поджимающие упорный шарикоподшипник;
• сепаратор подшипника упорного осевого 8420;
• обоймы подшипника упорного осевого 8420;
• вал.

Поджим осевого подшипника может производиться также шлицевыми гайками на валу либо через набор прокладок. Радиальные подшипники обычно размещают по схеме с плавающей опорой.

Представлены также варианты со сферическими двухрядными роликоподшипниками с плавающей опорой и роликовым или упорным роликоподшипником. Используется смазка пластическая, нагнетаемая через масленки.

Подшипниковые узлы экструдеров двухшнековых должны воспринимать значительные осевые и радиальные нагрузки с двух близко расположенных валов.

Поэтому для повышения нагрузочной способности подшипники на двух валах разносят по длине. Оптимальным решением является комбинация ступенчато расположенных многорядного немецкого экструдерного упорного подшипника и упорного большого роликоподшипника. Необходимо организовать циркуляционную смазку жидким, охлаждаемым маслом

Смазка и уплотнение

Для долговечности и надежности в подшипниковый узел подают смазку. Обычно используются пластичные смазки, например, производства NTN-SNR. Но при повышенных температурах и больших оборотах применяют синтетические или минеральные жидкие масла. Для подачи смазки узлы подшипников оснащают масленками.

Уплотнения подшипниковых узлов способствуют удержанию смазки и препятствуют попаданию внутрь пыли, абразивов, способных уменьшить долговечность подшипников.

Для уплотнения узлов подшипников используют:

• манжеты армированные;
• разнообразные сальниковые уплотнения;
• лабиринтные уплотнения;
• кольца маслоотбойные;
• сложные торцовые уплотнения.

Наиболее распространенными являются сальники и манжеты армированные, обычно размещаемые в крышках корпусов. Лабиринтные уплотнения при всей простоте не обеспечивают достаточно надежной защиты. В условиях невысокой запыленности все шире применяют открытые узлы с защищенными подшипниками набитыми смазкой.