Фланцевые подшипниковые узлы

Фланцевые подшипниковые узлы: конструкция, типы, применение и монтаж

Фланцевый подшипниковый узел (ФПУ) представляет собой готовое к установке устройство, объединяющее корпус с фланцем для крепления, подшипник качения (реже скольжения) и систему уплотнений. Основное назначение – обеспечение точного и надежного вращения вала с фиксированным положением в пространстве относительно монтажной поверхности. Ключевое отличие от подшипниковых опор с лапами (P-опор) – наличие фланца, позволяющего закрепить узел на вертикальной стенке, крышке или любой другой конструкции, где невозможна или нежелательна установка на горизонтальную плоскость.

Конструктивные элементы фланцевого подшипникового узла

Стандартный ФПУ состоит из нескольких базовых компонентов:

Корпус (ступица). Изготавливается из чугуна (марки GG20, GG25), стали (стальное литье или сварная конструкция) или реже из антифрикционных сплавов. Имеет цилиндрическую расточку для установки подшипника и фланец с отверстиями под крепеж.
Подшипник качения. Чаще всего используются самоустанавливающиеся шариковые или роликовые подшипники (например, сферические роликоподшипники), радиально-упорные шарикоподшипники или цилиндрические роликоподшипники. Выбор зависит от типа нагрузки (радиальная, осевая, комбинированная), скорости вращения и требуемого ресурса.
Система уплотнений. Критически важный элемент, защищающий подшипник от попадания абразивов, влаги и других загрязнений, а также удерживающий смазку. Применяются контактные манжетные уплотнения (NBR, FKM), лабиринтные, щелевые или комбинированные уплотнения. В некоторых исполнениях предусмотрены каналы для подачи пластичной смазки.
Крепежные элементы. Болты, шайбы, часто с резьбой в корпусе или с использованием сквозных отверстий и гаек.
Смазочные устройства. Могут быть пресс-масленки для консистентной смазки или патрубки для подключения централизованной системы смазывания.

Классификация и типоразмеры фланцевых узлов

Классификация осуществляется по нескольким ключевым параметрам.

1. По типу фланца (форме и способу крепления):

Квадратные фланцы (серия F, FY). Наиболее распространенный тип. Фланец имеет форму квадрата с четырьмя крепежными отверстиями. Обеспечивает хорошую устойчивость и прост в монтаже.
Круглые фланцы (серия FR, FL). Фланец круглой формы с отверстиями по окружности. Часто используются в условиях вибрации для предотвращения самоотвинчивания, а также в узлах, где требуется частая переориентация.
Овальные (продолговатые) фланцы (серия FA). Имеют два крепежных отверстия. Применяются в стесненных условиях, где нет места для квадратного фланца, а также для крепления на профилях или балках.
Фланцы на кронштейне (серия FB). Комбинация фланца и опорной лапы, позволяющая крепить узел как на вертикальной, так и на горизонтальной поверхности.

2. По типу установленного подшипника:

С самоустанавливающимся шарикоподшипником. Для средних радиальных и незначительных осевых нагрузок, высоких скоростей. Компенсируют несоосность.
С самоустанавливающимся роликоподшипником. Для тяжелых радиальных нагрузок и ударных воздействий. Также компенсируют перекосы.
С радиально-упорным шарикоподшипником. Для комбинированных (радиально-осевых) нагрузок. Требуют точной регулировки.
С цилиндрическим роликоподшипником. Для очень высоких радиальных нагрузок. Не воспринимают осевую нагрузку.
С упорным подшипником. Специализированные узлы для восприятия преимущественно осевых усилий.

3. По материалу корпуса:

Чугунные. Наиболее распространены, обладают хорошими демпфирующими свойствами, коррозионной стойкостью, подходят для большинства применений.
Стальные. Более прочные и стойкие к ударным нагрузкам, применяются в тяжелых условиях (горная, металлургическая промышленность).
Из нержавеющей стали. Для пищевой, химической, фармацевтической промышленности, где важна гигиена и коррозионная стойкость.
Полимерные (например, PA66). Для легких условий, коррозионных сред, где требуется снижение веса и исключение коррозии.

Основные стандарты и обозначения

В мировой практике распространены стандарты, основанные на системе обозначений SKF (хотя производителей множество). Обозначение обычно включает серию корпуса, размер подшипника и тип уплотнения.

Пример обозначения: FSNL 520-617

F – Фланцевый узел.
SNL – Серия корпуса (в данном случае – разъемный корпус с квадратным фланцем и лабиринтными уплотнениями).
520 – Размерная серия, связанная с габаритами корпуса и посадочным диаметром подшипника.
617 – Обозначение установленного подшипника (в данном примере – 6317, глубокошариковый радиальный).

Также существуют стандарты ANSI/AGMA (американские) и ISO, но европейская система является преобладающей.

Области применения в энергетике и промышленности

Фланцевые узлы находят широчайшее применение благодаря своей универсальности:

Электродвигатели и генераторы: Крепление подшипниковых щитов, особенно в двигателях фланцевого исполнения (IM B3, B5, V1).
Редукторы и мультипликаторы: Установка на выходных валах, в системах натяжения.
Насосное и вентиляторное оборудование: Опоры валов насосов, крыльчаток вентиляторов, дымососов.
Конвейерные системы: Ролики и барабаны, особенно приводные и натяжные, где требуется боковое крепление.
Станки и промышленные роботы: Оси вращения, шарнирные соединения.
Строительная и дорожная техника: Опоры роликов, катков, шкивов.

Критерии выбора фланцевого подшипникового узла

Выбор конкретного узла требует комплексного анализа условий эксплуатации.

**Таблица 1. Ключевые параметры для выбора ФПУ**
Параметр	Что учитывать	Влияние на выбор
Нагрузка (радиальная F_r, осевая F_a)	Величина, направление, характер (постоянная, переменная, ударная).	Определяет тип подшипника (шариковый/роликовый, самоустанавливающийся), серию по грузоподъемности, материал корпуса.
Скорость вращения (n)	Максимальная и рабочая частота вращения, об/мин.	Влияет на тип подшипника и смазки. Для высоких скоростей предпочтительны шариковые подшипники и жидкая смазка или специальные пластичные смазки.
Температура среды	Рабочий диапазон и пиковые значения.	Определяет материал уплотнений (стандартный NBR до +100°C, FKM до +200°C), тип смазки (температурный диапазон), зазоры в подшипнике.
Условия окружающей среды	Наличие пыли, абразива, влаги, агрессивных химикатов, возможность мойки под давлением.	Критически влияет на выбор системы уплотнений (стандартное, лабиринтное, сдвоенное). Может потребовать корпус из нержавеющей стали или с покрытием.
Режим работы	Непрерывный, циклический, кратковременный.	Влияет на расчет ресурса и выбор системы смазки (однократное заполнение, периодическая пополняемая, циркуляционная).
Монтажные ограничения	Габариты, пространство для крепежа, ориентация (горизонтальный/вертикальный вал).	Определяет тип фланца (квадратный, круглый, овальный) и его размеры.
Несоосность	Возможный перекос между осью вала и осью посадочного отверстия корпуса.	Требует применения самоустанавливающихся подшипников (сферических шариковых или роликовых).

Монтаж, эксплуатация и техническое обслуживание

Правильный монтаж – залог долговечности узла.

Процедура монтажа (общие шаги):

Подготовка. Проверить узел и посадочные поверхности на отсутствие повреждений. Очистить и обезжирить посадочное место на валу и монтажную поверхность. Убедиться, что монтажная поверхность плоская и чистая.
Установка узла на вал. Как правило, ФПУ устанавливается на вал с натягом (прессовая посадка). Нагрев корпуса в масляной ванне до 80-100°C облегчает монтаж. Запрещается передавать монтажные усилия через подшипник, ударять непосредственно по кольцам подшипника. Использовать монтажные оправки.
Крепление фланца. Установить узел на монтажную поверхность. Использовать крепеж соответствующего класса прочности. Затягивать болты крест-накрест с рекомендованным моментом затяжки, указанным в каталоге производителя, чтобы избежать перекоса корпуса.
Проверка. После монтажа проверить свободное вращение вала. Оно должно быть плавным, без заеданий и шума.
Смазка. Заполнить узел смазкой в соответствии с инструкцией, если он поставлялся без смазки. Не превышать рекомендуемый объем (обычно 30-50% полости).

Техническое обслуживание:

Периодический контроль: Визуальный осмотр на наличие течей, загрязнений, коррозии. Контроль температуры (термометром или тепловизором) и уровня вибрации.
Пополнение смазки: Для узлов с пресс-масленками смазку пополнять в соответствии с регламентом, вытесняя старую. Интервал зависит от условий работы (температура, загрязнение, скорость).
Замена уплотнений: При износе или повреждении уплотнений их необходимо заменить для предотвращения попадания загрязнений и потери смазки.

Преимущества и недостатки по сравнению с другими типами опор

Преимущества:

Упрощенный монтаж и центрирование на валу.
Компактность и возможность установки в труднодоступных местах и на вертикальных поверхностях.
Наличие встроенной системы уплотнений и смазки.
Защита подшипника от внешних воздействий корпусом.
Широкая стандартизация и взаимозаменяемость от разных производителей.

Недостатки:

Более высокая стоимость по сравнению с отдельным подшипником.
Большая масса и габариты в сборе.
Ограниченные возможности по регулировке (в неразъемных конструкциях).
Ремонтопригодность ниже, чем у разъемных корпусных опор (SN-серии). Чаще требуется замена узла в сборе.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается фланцевый узел серии F от серии FA?

Серия F обозначает узел с квадратным фланцем и четырьмя крепежными отверстиями. Серия FA – узел с овальным (продолговатым) фланцем и двумя крепежными отверстиями. FA-серия используется в условиях ограниченного пространства по ширине и часто для крепления на профилях типа C или U.

Как определить необходимый тип уплотнения для работы во влажной среде?

Для влажной и агрессивной среды следует выбирать узлы с лабиринтными уплотнениями (обозначаются часто как L, LSE, или «лабиринт») или комбинированными уплотнениями (например, контактная манжета + лабиринт). Материал манжеты должен быть стойким к воде и пару, например, NBR или FKM. Для особо тяжелых условий существуют узлы со сдвоенными манжетами.

Можно ли заменить подшипник во фланцевом узле самостоятельно?

В неразъемных цельнолитых корпусах (серии F, FR) замена подшипника крайне затруднительна в полевых условиях и требует специального прессового оборудования, так как подшипник установлен с натягом. В разъемных корпусах (серии SNL, SD) замена возможна после демонтажа крышки. Однако для сохранения гарантии и обеспечения правильной работы рекомендуется менять узел в сборе или проводить замену в специализированной мастерской.

Как подобрать аналог фланцевого узла от другого производителя?

Основные параметры для поиска аналога: тип и размер фланца (квадрат/круг/овал, межосевое расстояние отверстий), посадочный диаметр подшипника (внутренний диаметр d), внешние габариты корпуса, тип установленного подшипника (обозначение). Необходимо сверить чертежи или размерные таблицы из каталогов. Важно также учитывать тип уплотнения и материал корпуса.

Что означает обозначение «2RS» в маркировке узла?

Обозначение «2RS» относится к самому подшипнику внутри узла и означает, что подшипник имеет двустороннее контактное уплотнение (резиновые манжеты). Это дополнительная защита, часто используемая внутри узла. Однако основную защитную функцию от внешней среды выполняет основное уплотнение корпуса ФПУ.

Как часто необходимо проводить смазку фланцевого подшипникового узла?

Интервал смазки не является универсальным. Он зависит от скорости вращения (DN-фактора), температуры, типа смазки и условий эксплуатации. Для узлов, работающих в нормальных условиях при умеренных скоростях и температурах, пополнение смазки может требоваться раз в 6-12 месяцев. Для высокоскоростных или высокотемпературных узлов интервал сокращается. Точные рекомендации указываются в каталоге производителя. Пересмазка так же вредна, как и недостаток смазки, так как приводит к перегреву и выдавливанию уплотнений.

Каков средний расчетный ресурс фланцевого узла?

Расчетный ресурс L10 (в часах) определяется по стандарту ISO 281 на основе динамической грузоподъемности подшипника и эквивалентной нагрузки. На практике ресурс сильно зависит от реальных условий: правильности монтажа, чистоты смазки, отсутствия перекосов, температурного режима. В благоприятных условиях ресурс может превышать 30 000 – 50 000 часов. В тяжелых условиях (загрязнение, вибрация, высокая температура) ресурс может сокращаться в разы.

Фланцевые подшипниковые узлы