Łożyska kołnierzowe: funkcja, typy i przewodnik po wyborze

Do czego służą łożyska kołnierzowe

A łożysko kołnierzowe podtrzymuje obracający się wał i blokuje go w ustalonym położeniu osiowym , wykorzystując wbudowaną wargę lub kołnierz (kołnierz) na pierścieniu zewnętrznym, który przykręca się bezpośrednio do ramy, ściany lub obudowy. Zamiast oddzielnego łożyska i wspornika montażowego, sam kołnierz staje się interfejsem montażowym, co upraszcza montaż i zapobiega przesuwaniu się łożyska na boki pod obciążeniem wzdłużnym.

W praktyce łożysko kołnierzowe spełnia trzy zadania jednocześnie: umożliwia obracanie się wału przy niskim tarciu, przenosi obciążenie promieniowe dociskające wał i wytrzymuje siły osiowe (z boku na bok), które w przeciwnym razie wypchnęłyby łożysko z miejsca. To połączenie jest powodem, dla którego konstrukcje kołnierzowe tak często pojawiają się w przenośnikach, skrzyniach biegów, pompach i silnikach, w których łożysko musi być montowane prostopadle, a nie po prostu wciskane na wał.

Jak kołnierz zmienia wydajność łożyska

Kołnierz sam w sobie nie jest oddzielnym typem łożyska; jest to opcja dodana do istniejącego łożyska, takiego jak łożysko kulkowe, łożysko wałeczkowe lub tuleja ślizgowa. Dodanie kołnierza zmienia zachowanie łożyska na trzy określone sposoby.

Blokowanie osiowe

Jeśli jakakolwiek siła naciska na długość wału, kołnierz działa jak ramię, które zapobiega przesuwaniu się łożyska. Ma to kluczowe znaczenie w urządzeniach, które często się uruchamiają i zatrzymują, np. w napędach przenośników, gdzie powtarzający się ciąg powoduje stopniowe przesuwanie łożyska bez kołnierza.

Odporność na wibracje

Ponieważ kołnierz jest przykręcany bezpośrednio do obudowy, jest on bardziej odporny na poluzowanie pod wpływem wibracji niż zwykłe połączenie wciskowe lub klejone. Jest to jeden z powodów, dla których w komponentach motoryzacyjnych, które narażone są na ciągłe wibracje i zmiany temperatury, często wybierane są łożyska kołnierzowe zamiast zwykłych konstrukcji pasowanych na wcisk.

Uproszczony montaż

Łożysko kołnierzowe można przykręcić bezpośrednio do płaskiej powierzchni bez konieczności obróbki oddzielnego otworu lub kieszeni w obudowie. Zmniejsza to liczbę etapów montażu i liczbę części, co ma znaczenie zarówno w przypadku linii produkcyjnych o dużej objętości, jak i napraw w terenie.

Główne typy łożysk kołnierzowych według konstrukcji wewnętrznej

Kołnierz można dodać do kilku różnych konstrukcji łożysk wewnętrznych, a wybór konstrukcji wewnętrznej określa nośność, prędkość znamionową i koszt. Najczęstsze są cztery typy wewnętrzne.

Łożyska baryłkowe są szczególnie popularne w zespołach montowanych kołnierzowo, ponieważ ich rolki w kształcie beczki tolerują niewielkie niewspółosiowość wałów, co jest częstym problemem w przypadku długich przenośników lub urządzeń przykręconych do nieidealnie płaskiej ramy.

Typy łożysk kołnierzowych według wzoru śrub montażowych

Niezależnie od wewnętrznego elementu tocznego, łożyska kołnierzowe są również klasyfikowane według liczby otworów montażowych w kołnierzu, ponieważ określa to, jakie obciążenie osiowe i promieniowe może wytrzymać samo mocowanie.

• Kołnierz na 2 śruby: Dwa otwory po przeciwnych stronach, obudowa w kształcie rombu lub skrzydła. Nadaje się do lekkich i średnich obciążeń oraz wolnoobrotowych systemów przenośników.
• Kołnierz na 3 śruby: Trójkątny wzór śrub zapewniający większy opór obrotowy samej obudowy, stosowany w sprzęcie obrotowym o umiarkowanym obciążeniu.
• Kołnierz na 4 śruby: Kwadratowy lub okrągły wzór zapewniający najbardziej stabilne mocowanie, stosowany w przypadku większych obciążeń i urządzeń o wyższych wibracjach, takich jak pompy i zespoły wentylatorów.

Ogólną zasadą jest, że więcej śrub montażowych oznacza lepszą odporność na siły skręcające działające na oprawę, dlatego w cięższym i szybszym sprzęcie zwykle stosuje się kołnierze na 4 śruby, nawet jeśli samo łożysko wewnętrzne toleruje lżejsze mocowanie.

Typowe zastosowania w różnych branżach

Łożyska kołnierzowe pojawiają się wszędzie tam, gdzie wał musi być podparty na ścianie, ramie lub płycie, a nie montowany liniowo. Typowe przykłady obejmują:

1. Systemy przenośników taśmowych w transporcie materiałów i bagażu, gdzie łożysko jest przykręcane bezpośrednio do szyny ramy
2. Maszyny rolnicze, takie jak glebogryzarki i kombajny, gdzie duże wibracje i kurz wymagają bezpiecznie zablokowanego łożyska
3. Części samochodowe, w tym osie i zespoły kierownicze, w przypadku których cykliczne zmiany temperatury i ciągłe wibracje wykluczają montaż wyłącznie na klej lub na wcisk
4. Napędy pasowe HVAC i zespoły wentylatorów, w których łożysko musi wytrzymywać nacisk osiowy wynikający z naprężenia paska
5. Sprzęt do przetwarzania i pakowania żywności, w którym uszczelnione zespoły kołnierzowe utrzymują zanieczyszczenia z dala od bieżni

Często przytaczanym przykładem jest zespół kołnierzowy F209, który łączy łożysko kulkowe zwykłe z żeliwną obudową i jest przystosowany do łącznych obciążeń promieniowych i osiowych w górnictwie, rolnictwie i budownictwie, co ilustruje współpracę kołnierza i łożyska wewnętrznego w jednym kompaktowym zespole.

Jak wybrać odpowiednie łożysko kołnierzowe

Wybór łożyska kołnierzowego sprowadza się do dopasowania czterech czynników do zastosowania: kierunku obciążenia, prędkości, środowiska i przestrzeni montażowej. Przepracowanie ich w celu uniknięcia najczęstszych błędów przy wyborze.

Dopasuj typ obciążenia

Jeśli w aplikacji występuje znaczny nacisk osiowy oprócz obciążenia promieniowego, np. wał napinany paskiem, należy wybrać konstrukcję rolki sferycznej lub stożkowej zamiast zwykłej tulei, ponieważ tuleje z kołnierzem gładkim najlepiej nadają się tylko do lekkich obciążeń osiowych .

Sprawdź prędkość i zakres temperatur

Każde łożysko kołnierzowe ma maksymalną bezpieczną prędkość roboczą, która zależy od smarowania i obciążenia. Praca łożyska powyżej jego prędkości znamionowej skraca jego żywotność na długo przed osiągnięciem statystycznie oczekiwanej trwałości znamionowej L10.

Rozważ materiał obudowy

Obudowy kołnierzowe z żeliwa są dobrze odporne na zużycie i duże obciążenia, co czyni je częstym wyborem w sprzęcie budowlanym i górniczym, natomiast obudowy metalowo-polimerowe nadają się do lekkich i średnich obciążeń w czystszym środowisku, takim jak elektronika lub sprzęt gospodarstwa domowego.

Sprawdź, czy wzór śrub pasuje do ramy

Przed złożeniem zamówienia sprawdź, czy rozstaw otworów na 2, 3 lub 4 śruby odpowiada istniejącej ramie lub obudowie, ponieważ zamontowanie innego układu śrub w istniejącej konstrukcji często kosztuje więcej niż samo określenie od początku prawidłowego kołnierza.