Под запросом «фланцевый подшипник» часто подразумевают две разные детали, и их легко перепутать при заказе. Первая — фланцевый подшипниковый узел: шарикоподшипник, установленный в литой корпус с фланцем под болтовое крепление. Вторая — фланец на самом подшипнике: фланец на наружном кольце шарикоподшипника или на втулке скольжения. Это руководство посвящено главным образом первому варианту, который подразумевается в 90 % запросов и чаще приводит к дорогостоящим ошибкам.
Такие узлы нужны для того, чтобы закрепить подшипник на поверхности, обращённой к валу, где корпус на лапах установить невозможно. Конструкцию определяют два стандарта: закрепляемый подшипник должен соответствовать ISO 9628, а окружающий его литой или штампованный корпус — ISO 3228, который распространяется на «корпуса на лапах, фланцевые и натяжные корпуса» (ISO 3228:2013).
Ключевые выводы
- Фланцевый подшипниковый узел крепится к плоскости, перпендикулярной оси вала. Его применяют там, где нет горизонтального основания для корпуса на лапах: на концах конвейеров, корпусах вентиляторов и торцевых стенках редукторов.
- Типы фланцев кодируются по форме фланца: UCFL (овальный, 2 болта), UCFB (круглый, 3 болта), UCF (квадратный, 4 болта) и UCFC (круглый, 4 болта).
- Чугун — стандартный материал корпуса. Альтернативу выбирают с учётом рабочей среды, а не нагрузки: только композитные корпуса ограничивают рабочую температуру диапазоном от −20 до +80 °C, тогда как корпуса из чугуна, штампованной и нержавеющей стали сами по себе температурный диапазон не ограничивают (SKF).
- Выбирайте фланцевый узел или корпус на лапах по плоскости крепления, а не по предпочтениям. Расположение монтажной поверхности определяет тип корпуса и всего узла.
Что такое фланцевый подшипник?
Фланцевый подшипниковый узел состоит из шарикоподшипника-вставки и корпуса, монтажная плоскость которого расположена перпендикулярно оси вала. Поэтому его крепят к вертикальной или торцевой стенке, а не к горизонтальному основанию. Именно такая ориентация монтажной плоскости определяет назначение детали.
Например, валы приводного и натяжного барабанов конвейера выходят к торцевым плитам. Подшипник вентилятора или воздуходувки крепится к стенке спирального корпуса. В обоих случаях горизонтальной поверхности для корпуса на лапах нет, но имеется плоскость под прямым углом к валу, к которой и крепят фланцевый узел.
Фланцевый узел включает четыре элемента: закрепляемый шарикоподшипник (вставку) со сферической наружной поверхностью и удлинённым внутренним кольцом, литой фланцевый корпус с крепёжными отверстиями, встроенные уплотнения с обеих сторон и устройство фиксации внутреннего кольца на валу. ANDE производит радиальные однорядные шарикоподшипники, используемые в таких узлах в качестве вставок. Нагрузку воспринимает подшипник, а фланцевый корпус удерживает его в нужном положении.
Важно различать близкие названия. «Фланцевый шарикоподшипник» может также означать небольшой подшипник с выполненным на наружном кольце фланцем. Такие исполнения распространены среди миниатюрных и приборных типоразмеров, где фланец фиксирует подшипник в осевом направлении в отверстии. «Фланцевая втулка» — это подшипник скольжения с упорным буртиком и без тел качения. Одно название может относиться к трём разным деталям. Далее речь идёт о корпусном узле, если не указано иное.
Какие бывают типы фланцевых подшипников?
Фланцевые узлы классифицируют по форме фланца и числу крепёжных болтов; каждой форме соответствует стандартный префикс обозначения. Четыре распространённых типа: овальный двухболтовый UCFL, круглый трёхболтовый UCFB, квадратный четырёхболтовый UCF и круглый четырёхболтовый UCFC. Фланцевый узел выбирают, когда монтажная поверхность перпендикулярна оси вала.
Разные формы обеспечивают разное соотношение компактности и жёсткости. Овальный двухболтовый фланец компактен и недорог, но лучше всего воспринимает нагрузку вдоль линии болтов. Квадратный четырёхболтовый фланец обладает высокой жёсткостью: расположенные по углам болты воспринимают моменты любого направления. Круглый трёхболтовый фланец занимает промежуточное положение, обеспечивая почти ту же жёсткость при меньшем и более лёгком корпусе.
| Обозначение | Форма фланца | Крепёжные отверстия | Лучше всего для |
|---|---|---|---|
| UCFL | Овальный / ромбовидный | 2 | Ограниченное пространство, небольшие и умеренные нагрузки, облегчённые конструкции |
| UCFB | Круглый (треугольное расположение болтов) | 3 | Сбалансированная жёсткость в компактном недорогом корпусе |
| UCF | Квадратный | 4 | Максимальная жёсткость крепления; опрокидывающий момент любого направления |
| UCFC | Круглый | 4 | Жёсткое крепление там, где круглый корпус вписывается лучше квадратного |
Есть ещё одно важное различие: фланцы с центрирующим пояском и без него. На монтажной поверхности первого выполнен выступающий круглый поясок, который входит в ответную расточку и центрирует узел ещё до затяжки болтов. Это особенно важно, когда два фланцевых узла установлены на одном валу и должны сохранять соосность. У фланца без пояска монтажная поверхность плоская, поэтому положение задаётся только болтами при выверке. Если требуется воспроизводимая соосность, выбирайте исполнение с центрирующим пояском.
Стоит знать: префикс «UC» обозначает закрепляемый шарикоподшипник с широким внутренним кольцом и фиксацией установочными винтами или эксцентриковым стопорным кольцом. Следующие буквы описывают корпус. Поэтому UCF означает «подшипник UC + квадратный фланцевый корпус F», а UCFL — «подшипник UC + овальный фланцевый корпус FL». По буквам корпуса можно сразу определить большинство корпусных узлов.
Что означают коды UCF, UCFL и UCFC?
В обозначении каждая группа букв описывает отдельную характеристику, поэтому по коду можно определить конфигурацию узла. Слева направо: UC — тип закрепляемого подшипника, буква F и следующие за ней буквы — исполнение фланцевого корпуса, конечное число — размер вала. Взаимозаменяемость обеспечивает семейство из трёх стандартов JIS, которым пользуются большинство азиатских и международных производителей: JIS B 1558 задаёт размеры закрепляемого подшипника, JIS B 1559 — литого или штампованного корпуса, а JIS B 1557 — узла в сборе. Поэтому вставка UCF207 одного изготовителя подходит к отверстию корпуса UCF207 другого.
Расшифровка типичного обозначения:
- UC: закрепляемый шарикоподшипник с широким внутренним кольцом, обычно с фиксацией установочными винтами
- F: фланцевый корпус
- L: овальный (2 болта) фланец; C: круглый (4 болта); B: круглый на 3 болта; отсутствие дополнительной буквы означает квадратный (4 болта)
- Число: код размера отверстия (см. следующий раздел)
Способ фиксации часто задаётся отдельным префиксом или суффиксом и важен не меньше формы фланца. Наиболее распространены три варианта. Установочные винты: два винта в удлинённом внутреннем кольце дают простое и недорогое крепление, которое SKF допускает как при постоянном, так и при переменном направлении вращения. Эксцентриковое стопорное кольцо поворачивается относительно внутреннего кольца и заклинивает его на валу на большей площади. SKF предназначает его для постоянного направления вращения (SKF), тогда как Timken утверждает, что его собственное исполнение с уменьшенным эксцентриситетом держит вал и при реверсе (Timken). Закрепительная втулка имеет коническую поверхность и охватывает вал на большой площади; это самый надёжный вариант для крупных узлов. Выбирайте способ фиксации с учётом реверса нагрузки и вибрации, а форму фланца — по монтажной поверхности.
Как читать размеры фланцевого подшипника?
Размеры вызывают больше всего вопросов, но диаметр отверстия определяется непосредственно по числовой части обозначения. Размеры вставок стандартизированы и взаимозаменяемы между изготовителями. Для распространённой серии 200 последние две цифры, умноженные на пять, дают диаметр вала в миллиметрах: UCF205 предназначен для вала 25 мм, UCF207 — 35 мм, UCF210 — 50 мм. Посадочный размер эксплуатируемого узла можно проверить по руководству по измерению подшипника.
| Обозначение | Диаметр отверстия (вала) | Тип фланца | Крепёжные болты |
|---|---|---|---|
| UCF204 | 20 мм | Квадратный | 4 |
| UCF205 | 25 мм | Квадратный | 4 |
| UCF206 | 30 мм | Квадратный | 4 |
| UCF207 | 35 мм | Квадратный | 4 |
| UCF208 | 40 мм | Квадратный | 4 |
| UCF210 | 50 мм | Квадратный | 4 |
Диаметр отверстия стандартизирован, но литые корпуса разных изготовителей не полностью взаимозаменяемы. Даже для одного типоразмера UCF могут различаться межцентровое расстояние крепёжных отверстий, наружный диаметр фланца, диаметр центрирующего пояска и размер болтов, поскольку каждый изготовитель проектирует корпус вокруг стандартной вставки самостоятельно. При подборе замены сверяйте по чертежу четыре параметра: код отверстия, форму фланца, межцентровое расстояние крепёжных отверстий и диаметр центрирующего пояска, если он предусмотрен. Не предполагайте, что два корпуса UCF207 имеют одинаковое расположение болтов: сначала выполните измерения или получите чертёж изготовителя.
Из нашего опыта: на практике чаще всего не совпадает не диаметр отверстия, а расстояние между крепёжными отверстиями. Ремонтная бригада заказывает «такой же UCF207»: подшипник точно садится на вал, но отверстия корпуса на несколько миллиметров не совпадают с существующими резьбовыми отверстиями. Перед каждым заказом сверяйте межцентровое расстояние со старым корпусом.
Материалы фланцевых корпусов: чугун, сталь, нержавеющая сталь и полимер
Чугун — стандартный материал корпуса: он хорошо гасит вибрацию, сохраняет размеры и обеспечивает минимальную стоимость при заданной жёсткости, что особенно важно для жёсткой монтажной плоскости. Кроме того, чугунные корпуса обычно оснащают пресс-маслёнкой, тогда как композитные корпуса и корпуса из штампованной стали, как правило, рассчитаны на работу без повторного смазывания (SKF). Для большинства конвейеров, вентиляторов и общепромышленных машин серый чугун остаётся оптимальным выбором.
Однако чугун корродирует и хрупок при ударе, поэтому применяют три альтернативы. Их выбор в большей степени определяется рабочей средой, чем нагрузкой:
- Штампованная сталь: лёгкая и недорогая, применяется в малонагруженных узлах сельскохозяйственной техники и конвейеров. SKF указывает, что корпуса из штампованной стали «подходят для простых применений с ограниченными нагрузками и частотой вращения», поэтому это именно вариант для лёгких условий, а не просто дешёвая замена чугуну.
- Термопласт / композит: коррозионностойкий и лёгкий материал, обычно полиамид, армированный стекловолокном. Подходит для оборудования, подвергаемого мойке, пищевых производств и химически агрессивных сред, в которых сталь корродирует. Это единственный материал корпуса, ограничивающий температуру узла, поэтому перед выбором проверьте указанный ниже диапазон.
- Нержавеющая сталь: более дорогое гигиеничное исполнение для пищевой, фармацевтической и морской отраслей, где одновременно необходимы коррозионная стойкость и высокая прочность.
От материала зависит и то, будет ли именно корпус ограничивать рабочую температуру. Для металлических корпусов такого ограничения нет. По данным SKF, композитные корпуса рассчитаны на температуру от −20 до +80 °C, причём 100 °C допустимы лишь кратковременно; для корпусов из других материалов «допустимая рабочая температура узла не ограничивается» (SKF). В узле с чугунным или нержавеющим корпусом верхний предел на практике задаёт уплотнение: для NBR диапазон составляет от −30 до +100 °C. Поэтому в высокотемпературном применении сначала проверьте уплотнение и пластичную смазку и только потом выбирайте специальный корпус.
На оборудовании с интенсивной мойкой коррозионная стойкость требуется не только корпусу, но и вставке. При подходящих условиях эксплуатации изготовители предлагают современные композитные и самосмазывающиеся подшипники-вставки, рассчитанные на работу без технического обслуживания в течение всего срока службы узла. Поэтому полимерный корпус с подшипником-вставкой из нержавеющей стали, несмотря на более высокую начальную цену, нередко выгоднее по совокупной стоимости владения. Срок службы следует определять по данным изготовителя для конкретных условий эксплуатации, а не по обобщённому показателю для всего класса изделий.
Фланцевый узел или корпус на лапах: что выбрать?
Выбор определяется плоскостью крепления: фланцевый узел крепится к поверхности, перпендикулярной валу, а корпус на лапах — к основанию, параллельному валу. Оба относятся к одному классу изделий и имеют размеры по одному стандарту. ISO 3228 в одном документе охватывает корпуса на лапах, фланцевые и натяжные корпуса, поэтому ни один из вариантов нельзя считать более высоким по классу. Нужный тип определяет геометрия машины, а не сравнительный уровень качества.
Решение следует из конструкции. Если под валом есть горизонтальное основание, используйте корпус на лапах. Если вал заканчивается у стенки, торцевой плиты или панели либо проходит через неё, используйте фланцевый узел. Когда доступны обе поверхности, учитывайте удобство доступа для повторного смазывания и замены, а также направление радиальной нагрузки относительно крепёжных болтов.
| Если в конструкции есть… | Выбирайте | Причина |
|---|---|---|
| Горизонтальное основание под валом | Корпус на лапах | Болты и направление нагрузки согласованы с плоскостью основания; узел проще выверять и обслуживать |
| Торцевая плита или стенка, обращённая к валу | Фланцевый узел | Единственный корпус, привинчиваемый к плоскости, перпендикулярной валу |
| Два узла, которые должны оставаться соосными | Фланец с центрирующим пояском | Поясок обеспечивает соосность корпусов |
| Мало места в радиальном направлении, небольшая нагрузка | Овальный двухболтовый фланец (UCFL) | Самое компактное исполнение среди фланцевых корпусов |
| Большой или реверсивный опрокидывающий момент | Квадратный фланец на 4 болта (UCF) | Четыре болта воспринимают опрокидывающий момент любого направления |
Если тип подшипника ещё не выбран, начните с обзора видов подшипников. Руководство по динамической и статической грузоподъёмности поможет определить требуемые характеристики вставки.
Как правильно установить фланцевый подшипник?
Соблюдение правил монтажа предотвращает большинство преждевременных отказов. Загрязнение при установке представляет серьёзный риск: всего 1 % воды в масле может сократить ресурс подшипника скольжения на величину до 90 %, а подшипники качения во фланцевых узлах страдают ещё сильнее. Повышение класса чистоты масла по частицам на одну ступень ISO, напротив, увеличивает ресурс на 10–30 % (Machinery Lubrication). Узел поставляется с уплотнениями и пластичной смазкой; при монтаже важно не внести загрязнения и не нарушить соосность.
Действуйте по порядку:
Шаг 1 — Подготовьте и проверьте монтажную поверхность
Очистите сопрягаемую поверхность и убедитесь, что она плоская и перпендикулярна оси вала. Заусенец или выступ вызывает неплотное прилегание, деформирует корпус и создаёт дополнительный предварительный натяг при затяжке болтов.
Шаг 2 — Установите центрирующий поясок в расточку, затем наживите болты
Если предусмотрен центрирующий поясок, введите его в ответную расточку до заворачивания болтов: именно поясок задаёт соосность. Наживите все болты от руки, чтобы корпус мог окончательно занять правильное положение.
Шаг 3 — Затягивайте крест-накрест
Затягивайте болты крест-накрест за два или три прохода до требуемого момента. Равномерная затяжка прижимает монтажную плоскость фланца к опоре и предотвращает деформацию корпуса.
Шаг 4 — Зафиксируйте внутреннее кольцо на валу
Фиксируйте внутреннее кольцо в последнюю очередь: равномерно затяните оба установочных винта, поверните эксцентриковое стопорное кольцо в направлении вращения вала или установите закрепительную втулку с предписанной затяжкой. Затем проверните вал рукой: он должен вращаться свободно, без заеданий.
После фиксации вал должен свободно вращаться, уплотнения должны сохранять правильное положение, а болты — быть равномерно затянуты. Если не проверить соосность, повторное обслуживание может потребоваться через несколько месяцев, а не лет.
Какие стандарты и показатели грузоподъёмности применимы к фланцевым узлам?
Фланцевые узлы регламентируются теми же международными стандартами, что и остальные подшипники качения: вставка является подшипником качения, а корпус только удерживает её. Международный стандарт ISO 281 определяет базовый номинальный ресурс L10 как ресурс, которого достигнут или превысят 90 % одинаковых подшипников в группе (ISO 281:2007). Ресурс рассчитывают по формуле L10 = (C/P)ᵖ, где p = 3 для шарикоподшипников и 3,33 для роликоподшипников. Число 10 означает, что к этому моменту ожидается отказ 10 % подшипников. Это статистическая характеристика, а не гарантия для отдельного узла.
Для правильного выбора необходимо различать назначение основных стандартов. Например, ISO 9001 относится к системе менеджмента качества и не устанавливает требования к параметрам самого подшипника:
- ISO 15: габаритные размеры и система обозначений радиальных подшипников
- ISO 9628:2019: сам закрепляемый подшипник, включая эксцентриковое стопорное кольцо и радиальный внутренний зазор
- ISO 3228:2013: литой или штампованный корпус; стандарт охватывает корпуса на лапах, фланцевые и натяжные корпуса
- ISO 281: динамические грузоподъёмности и расчётный ресурс (расчёт L10 выше)
- ISO 15243:2017: классификация видов отказов подшипников и их механизмов
- ANSI/ABMA 9 и 11: североамериканская методика расчёта грузоподъёмности, теперь согласованная с расчётами по ISO 281 и ISO 76. Дюймовые аналоги двух стандартов ISO на корпусные узлы — ANSI/ABMA 14 (корпус) и 15 (подшипник)
- JIS B 1557 / 1558 / 1559: японская тройка стандартов соответственно на узел в сборе, закрепляемый подшипник и корпус. JIS B 1559 распространяется на корпуса, а не на вставки — его часто указывают неверно
Замечание о точности: классы ABEC, критичные для высокоскоростных шпинделей, почти не имеют значения для корпусных фланцевых узлов. В конвейерах и вентиляторах они работают при умеренной частоте вращения, поэтому достаточно вставки нормального класса точности. ABEC 5 в таком узле увеличивает стоимость, но не улучшает его работу. Классы точности гораздо важнее для самых малых типоразмеров — см. миниатюрные подшипники.
Часто задаваемые вопросы
В: Для чего используется фланцевый подшипник?
Фланцевый подшипниковый узел служит опорой вращающегося вала там, где монтажная поверхность перпендикулярна его оси, а не расположена под ним: на приводных и натяжных барабанах конвейеров, корпусах вентиляторов и воздуходувок, сельскохозяйственных машинах и торцевых стенках редукторов. Размеры корпусов таких узлов задаёт ISO 3228:2013, а закрепляемые подшипники должны соответствовать ISO 9628.
В: В чём разница между фланцевым подшипником и корпусом на лапах?
Различие в плоскости крепления. Фланцевый узел крепится к поверхности, перпендикулярной валу, а корпус на лапах — к основанию, параллельному валу. Ни один из них не выше другого по классу: размеры обоих типов задаёт один стандарт ISO 3228. Выбирайте вариант по доступной монтажной поверхности.
В: Что означают UCF, UCFL и UCFC?
Эти обозначения описывают фланцевый корпус закрепляемого подшипника UC. UCF — квадратный четырёхболтовый фланец, UCFL — овальный двухболтовый, UCFC — круглый четырёхболтовый, UCFB — круглый трёхболтовый. Для серии 200 две последние цифры конечного числа, умноженные на пять, дают диаметр вала в миллиметрах.
В: Сколько болтов у фланцевого подшипника?
Два, три или четыре в зависимости от формы фланца. Овальный UCFL крепится двумя болтами, круглый UCFB с треугольным расположением отверстий — тремя, квадратный UCF и круглый UCFC — четырьмя. Большее число болтов повышает жёсткость при действии опрокидывающего момента. Квадратные четырёхболтовые узлы воспринимают такой момент любого направления, поэтому подходят для тяжёлых условий.
В: Фланцевый подшипник — это то же самое, что фланцевая втулка?
Нет. Фланцевый подшипниковый узел содержит шарикоподшипник с низким трением. Фланцевая втулка — это втулка скольжения с цельным упорным буртом и без тел качения. Её поверхности скользят, а не катятся, поэтому коэффициент трения значительно выше. Общим остаётся только фланец; принцип работы и назначение различаются.
Заключение
Фланцевый подшипниковый узел выбирают последовательно по четырём параметрам:
- Плоскость крепления определяет выбор между фланцевым корпусом и корпусом на лапах: для поверхности, перпендикулярной валу, нужен фланцевый узел.
- Форма фланца и число болтов (UCFL, UCFB, UCF, UCFC) задают соотношение компактности и жёсткости.
- Код отверстия даёт диаметр вала напрямую; межцентровое расстояние крепёжных отверстий и диаметр центрирующего пояска всё равно нужно сверить с чертежом, потому что корпуса не взаимозаменяемы между производителями.
- Материал и способ фиксации выбирают по рабочей среде и реверсу нагрузки, а не по каталожной цене.
При правильном выборе этих четырёх параметров узел отработает расчётный ресурс. Самая частая практическая ошибка — неверное расположение крепёжных отверстий: подшипник подходит по диаметру вала, но корпус невозможно установить. Проверяйте буквенное обозначение корпуса, сверяйте чертёж и контролируйте соосность после фиксации.
ANDE производит радиальные шарикоподшипники, используемые во фланцевых узлах во всём диапазоне диаметров отверстий. Чтобы подобрать подшипник, материал корпуса и способ фиксации для конкретного узла или проверить замену по существующему расположению болтов, обратитесь в нашу инженерную службу.
