Подшипники с фланцем

Подшипники с фланцем: конструкция, типы, применение и монтаж в электротехническом оборудовании

Подшипник с фланцем — это опорный узел качения, корпус которого оснащен интегрированным фланцем для крепления. Фланец представляет собой плоский диск или кольцо с отверстиями под крепежные элементы (болты, винты). Основное функциональное отличие от стандартных подшипников без фланца заключается в способе установки: вместо прессовой посадки в корпус с последующей фиксацией стопорными кольцами или крышками, фланцевый подшипник монтируется путем притягивания фланца к ответной плоскости корпуса или рамы. Это обеспечивает простоту монтажа/демонтажа, повышенную точность позиционирования узла и надежную фиксацию от проворота и осевых смещений, что критически важно для энергетического оборудования.

Конструктивные особенности и материалы

Конструктивно фланцевый подшипник состоит из двух основных компонентов: собственно подшипника (шарикового, роликового, скольжения) и корпуса с фланцем. В электротехнике и энергетике наиболее распространены шарикоподшипники с фланцем, как радиальные, так и радиально-упорные. Корпус с фланцем может быть выполнен как единое целое с наружным кольцом подшипника (чаще в малогабаритных сериях), либо представлять собой отдельную деталь, в которую запрессован стандартный подшипник. Последний вариант обеспечивает возможность замены изношенного подшипника без демонтажа всего узла.

Материалы изготовления:

Корпус (фланец): Чугун марки СЧ20 (высокая демпфирующая способность, устойчивость к вибрациям), сталь (повышенная прочность), реже — алюминиевые сплавы (для облегчения конструкции) или полимерные материалы (для коррозионной стойкости в специфических условиях).
Тело качения: Сталь шарикоподшипниковая высокоуглеродистая (ШХ15), часто с антикоррозионным покрытием или из нержавеющей стали (для агрессивных сред или пищевой промышленности).
Сепаратор: Сталь, латунь, полиамид (PA66, часто с графитовым наполнением для самосмазывания).
Уплотнения: Контактные (резина NBR, FKM) или лабиринтные сальники для защиты от попадания пыли, влаги и удержания смазки.

Классификация и типы фланцевых подшипников

Классификация осуществляется по нескольким ключевым параметрам.

1. По типу фланца (ориентации крепежной плоскости):

С фланцем на наружном кольце (Radial Flange): Фланец расположен на периферии наружного кольца. Крепление осуществляется по окружности подшипника. Наиболее распространенный тип.
С фланцем для крепления в осевом направлении (Axial Flange или Front Flange): Фланец расположен сбоку корпуса. Крепление осуществляется через отверстия, оси которых параллельны оси вращения подшипника. Обеспечивает компактность в радиальном направлении.
С фланцем на кронштейне (Piloted Flange или Locating Flange): Фланец имеет цилиндрический поясок (юбку), который входит в расточку корпуса. Это обеспечивает точную центровку узла перед затяжкой крепежа, что исключает перекосы.

2. По типу подшипникового узла:

Шариковые радиальные однорядные (например, серия 6200 с фланцем): Универсальные, воспринимают радиальные и небольшие осевые нагрузки.
Шариковые радиально-упорные: Способны воспринимать значительные комбинированные нагрузки. Критичны для валов электродвигателей, где присутствует осевая составляющая от передачи (ременной, зубчатой).
Игольчатые роликовые с фланцем: Для монтажа в условиях ограниченного радиального пространства при высоких радиальных нагрузках.
Сферические роликовые/шариковые с фланцем: Обладают способностью самоустанавливаться, компенсируя несоосность вала и посадочного места. Применяются в тяжелом энергетическом оборудовании.
Подшипники скольжения (бронзографитовые, с фторопластовым наполнителем) с фланцем: Для тихоходных узлов, работающих в условиях сухого или граничного трения, либо в агрессивных средах.

Преимущества и недостатки

Преимущества:

Упрощенный монтаж и демонтаж: Не требуется сложного прессового оборудования, точной расточки корпусов под наружное кольцо.
Повышенная жесткость и точность позиционирования: Фланец, притянутый к точно обработанной плоскости, исключает смещения и проворот узла.
Универсальность установки: Могут монтироваться на вертикальные, горизонтальные и наклонные поверхности.
Защита от осевых смещений: Фланец надежно фиксирует узел в осевом направлении.
Упрощение конструкции корпуса: Отпадает необходимость в сложных ступенчатых расточках, канавках для стопорных колец.
Облегчение обслуживания: Быстрая замена узла в сборе без вмешательства в конструкцию станины.

Недостатки:

Увеличенные габариты и масса: По сравнению с бесфланцевым аналогом того же посадочного диаметра.
Более высокая стоимость: Обусловлена сложностью конструкции корпуса.
Требования к плоскостности и перпендикулярности: Поверхность крепления фланца должна быть обработана с высокой точностью для исключения перекоса.

Применение в энергетике и электротехнике

Фланцевые подшипники находят широкое применение в узлах, где важна надежность, ремонтопригодность и точность установки.

Электродвигатели малой и средней мощности: В качестве опорных узлов на передних и задних щитах. Особенно во фланцевых исполнениях двигателей (тип IM B3, B5, B14).
Вентиляторы и воздуходувки систем охлаждения: Для турбин, трансформаторов, силовых шкафов. Фланец обеспечивает устойчивость к вибрациям.
Приводы задвижек и регулирующей арматуры: В редукторах и червячных передачах, управляющих энергетическими потоками.
Генераторы вспомогательного оборудования (боiler feed pumps, циркуляционные насосы): В насосных агрегатах, где требуется частая замена уплотнений и подшипников.
Оборудование для прокладки кабеля: В роликах и блоках кабелеукладчиков.
Измерительные приборы и датчики: Для точного позиционирования валов энкодеров, тахогенераторов.

Критерии выбора и таблица основных параметров

При выборе фланцевого подшипника для энергетического применения необходимо учитывать:

Нагрузки: Радиальная (Fr) и осевая (Fa) составляющие, характер (постоянная, переменная, ударная).
Частота вращения (n): Допустимая скорость для конкретного типа и размера подшипника, типа смазки и уплотнения.
Посадочный диаметр вала (d): Основной размерный параметр.
Тип и исполнение фланца: Наружный диаметр фланца (D), диаметр расположения крепежных отверстий (A), их количество и размер (d1).
Класс точности: Для высокоскоростных или прецизионных применений (классы P6, P5).
Уплотнение: Стандартное (RS, 2RS), лабиринтное (Z), или специальное для высоких температур/агрессивных сред.
Рабочая температура и среда: Определяет материал сепаратора, тип смазки (консистентная, масло), необходимость использования нержавеющей стали.
Способ смазки: Предварительно заложенная смазка на весь срок службы (LLU) или наличие пресс-масленки для пополнения.

**Таблица 1. Примеры типоразмеров и параметров шариковых фланцевых подшипников (радиальный фланец)**
Обозначение	d, мм (вал)	D, мм (фланец)	A, мм (крепление)	Динамическая грузоподъемность C, кН	Ограничение скорости, об/мин (смазка)	Тип уплотнения
F6203-2RS	17	47	40	9.8	12000 (консист.)	2RS (двойное контактное)
F6305-Z	25	72	62	22.5	10000 (консист.)	Z (односторонний лабиринт)
F6808-2Z/C3	40	90	80	18.2	8000 (консист.)	2Z (двойной защитный щиток)

Монтаж, эксплуатация и обслуживание

Правильный монтаж — залог долговечности фланцевого подшипникового узла.

Этапы монтажа:

Подготовка: Проверить чистоту посадочных поверхностей вала и корпуса. Убедиться в отсутствии забоин и заусенцев. Вал должен иметь допуск h6 или g6 для посадки с натягом.
Установка на вал: Подшипник нагревается в масляной ванне или индукционном нагревателе до температуры 80-100°C (не более 120°C). Запрещается нагрев открытым пламенем. После нагрева подшипник быстро и без перекосов напрессовывается на вал до упора в буртик или установочное кольцо. Использование монтажной втулки обязательно.
Крепление фланца: Собранный узел (вал с подшипником) устанавливается в посадочное место. Фланец центрируется (при наличии пилотного пояска). Крепежные болты (класса прочности не ниже 8.8) затягиваются крест-накрест с рекомендуемым моментом затяжки, указанным в технической документации производителя. Неравномерная затяжка приводит к перекосу наружного кольца и преждевременному выходу из строя.
Проверка: После монтажа необходимо проверить легкость вращения вала. Вращение должно быть плавным, без заеданий и шума. Допускается небольшой момент сопротивления из-за наличия уплотнений.

Обслуживание: Для подшипников с пресс-масленкой необходимо проводить регламентную замену смазки в соответствии с межсервисными интервалами, указанными для конкретного оборудования. Старые загрязненные остатки смазки должны быть полностью удалены перед закладкой новой. Для подшипников с пожизненной смазкой (LLU) обслуживание не требуется, но необходим контроль состояния уплотнений и температуры узла в процессе эксплуатации.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем принципиальная разница между подшипником с фланцем и подшипником в корпусе с фланцевым креплением?

Подшипник с фланцем — это, как правило, единая конструкция, где фланец интегрирован в наружное кольцо или корпус подшипника. Подшипник в корпусе с фланцевым креплением — это сборный узел, где стандартный подшипник (например, шариковый или роликовый) установлен в отдельный литой или штампованный корпус (пластинчатый, блочный), который уже имеет фланец. Второй вариант обычно применяется для более тяжелых условий работы, позволяет заменять только тело качения и часто имеет лучший теплоотвод.

Как правильно выбрать класс точности для электродвигателя?

Для большинства общепромышленных асинхронных электродвигателей (до 3000 об/мин) достаточно подшипников нормального класса точности (P0 по ISO, Class 0 по ABEC). Для двигателей повышенной точности, высокоскоростных двигателей (например, для шпинделей) или двигателей, работающих с минимальной вибрацией (вентиляторы систем вентиляции серверных), применяются подшипники классов P6, P5 (ABEC 3, 5). Более высокие классы (P4, P2) используются в специальном энергетическом оборудовании, таком как турбогенераторы.

Что означает маркировка «C3» в обозначении подшипника и важно ли это для энергетики?

Маркировка «C3» указывает на увеличенный по сравнению со стандартным радиальный зазор в подшипнике. Это критически важно для применений, где узлы работают при повышенных температурах. Нагрев вызывает тепловое расширение внутреннего кольца (сидящего на валу с натягом) и тел качения. Увеличенный зазор предотвращает заклинивание подшипника. Для большинства электродвигателей, работающих в нормальном тепловом режиме, стандартного зазова (CN) достаточно. Однако для двигателей, встроенных в теплонагруженные агрегаты, или для подшипников, расположенных со стороны привода (где нагрев выше), зазор C3 является обязательным.

Можно ли заменить фланцевый подшипник на обычный, установив его в расточенный корпус со стопорным кольцом?

Технически такая замена возможна, но она не рекомендуется по нескольким причинам. Во-первых, это требует высокой точности обработки корпуса (расточка под наружное кольцо, канавка под стопорное кольцо), что часто невозможно в полевых условиях. Во-вторых, конструкция со стопорным кольцом менее надежна в плане осевой фиксации, особенно при переменных или реверсивных нагрузках, и более подвержена вибрационной разборке. В-третьих, такая замена увеличивает время простоя оборудования. Рекомендуется использовать оригинальный или полный конструктивный аналог фланцевого подшипника.

Как бороться с электрокоррозией (протеканием токов через подшипник) в мощных электродвигателях?

Протекание токов утечки (паразитных токов) через подшипник вызывает искровую эрозию дорожек качения и быстрый выход узла из строя. Для защиты фланцевых подшипников в таких условиях применяются следующие меры:

Использование подшипников с изолирующим покрытием на наружном или внутреннем кольце (чаще всего оксид алюминия или эпоксидное покрытие).
Установка изолирующих втулок или шайб между фланцем подшипника и корпусом, а также со стороны торца внутреннего кольца.
Применение специальных токоотводящих щеток, отводящих паразитные токи с вала в обход подшипников.

Выбор метода зависит от конструкции двигателя и величины токов утечки.

Заключение

Подшипники с фланцем представляют собой оптимальное инженерное решение для широкого спектра задач в энергетике и электротехнике, где ключевыми требованиями являются надежность, удобство обслуживания и точная фиксация. Правильный выбор типоразмера, типа, класса точности и уплотнения, а также строгое соблюдение технологии монтажа и обслуживания обеспечивают длительный и безотказный срок службы ответственных узлов вращения. Понимание конструктивных особенностей и критериев выбора позволяет специалистам принимать обоснованные технические решения при проектировании, модернизации и ремонте энергетического оборудования.