Jak zainstalować łożyska kołnierzowe: przewodnik krok po kroku

Aby zainstalować łożyska kołnierzowe prawidłowo, należy oczyścić obudowę i wał, sprawdzić tolerancje dopasowania wymiarowego, wcisnąć lub wbić łożysko prosto w otwór oprawy bez wywierania siły przez elementy toczne, zabezpieczyć je przed przemieszczeniem osiowym i odpowiednio nasmarować przed pracą. Łożyska kulkowe promieniowe kołnierzowe należą do najpowszechniej stosowanych typów łożysk w lekkich maszynach, systemach przenośników i sprzęcie do przenoszenia mocy — ich zintegrowany kołnierz upraszcza montaż i lokalizację osiową w porównaniu ze standardowymi łożyskami walcowymi. Prawidłowa instalacja zajmuje mniej niż 30 minut przy użyciu odpowiednich narzędzi i wiedzy; nieprawidłowy może skrócić żywotność łożyska z kilkudziesięciu tysięcy godzin do zaledwie kilkuset. W tym przewodniku szczegółowo opisano każdy krok.

Czym są łożyska kołnierzowe i czym różnią się od łożysk standardowych

Łożysko kołnierzowe to łożysko toczne z integralnym kołnierzem — wystającą obręczą lub kołnierzem — na pierścieniu zewnętrznym. Kołnierz ten służy jako dodatni element ustalający osiowo, umożliwiając osadzenie łożyska na obrobionej powierzchni czołowej oprawy, zamiast polegać wyłącznie na pierścieniach osadczych, pierścieniach zabezpieczających lub pasowaniach wtłaczanych w celu utrzymania osiowego.

Najpopularniejszym wariantem jest kołnierzowe promieniowe łożysko kulkowe , które łączy w sobie łożysko kulkowe zwykłe z kołnierzem na pierścieniu zewnętrznym. Łożyska te wytrzymują głównie obciążenia promieniowe — siły prostopadłe do osi wału — przy umiarkowanej nośności osiowej (wzdłużnej). Są dostępne w wymiarach metrycznych i imperialnych i są produkowane przez głównych producentów, w tym SKF, NSK, FAG, INA i Timken.

Kluczowe zalety łożysk kulkowych promieniowych kołnierzowych

• Uproszczona lokalizacja osiowa: Kołnierz przylega do powierzchni czołowej obudowy, co w wielu zastosowaniach eliminuje potrzebę stosowania oddzielnych elementów ustalających
• Łatwiejszy montaż i demontaż: Łożysko można przesunąć z jednej strony i umieścić bez wewnętrznego dostępu do otworu oprawy
• Dozwolone cieńsze ściany obudowy: Kołnierz zapewnia utrzymanie bez konieczności wykonywania głębokich otworów w obudowie lub grubych występów
• Kompaktowy ślad osiowy: Szczególnie cenne w zespołach o ograniczonej przestrzeni, takich jak małe skrzynie biegów i sprzęt medyczny
• Szeroka dostępność: Łożyska kulkowe promieniowe kołnierzowe are stocked globally in hundreds of size combinations from 3mm bore to 50mm bore

Typowe konfiguracje łożysk kołnierzowych

Narzędzia i materiały wymagane do montażu łożyska kołnierzowego

Zebranie odpowiednich narzędzi przed rozpoczęciem zapobiega stosowaniu improwizowanych metod, które mogą uszkodzić łożyska podczas montażu. Uszkodzenia łożysk spowodowane nieprawidłowym montażem są główną przyczyną przedwczesnych awarii — według SKF ponad 16% wczesnych uszkodzeń łożysk jest spowodowanych nieprawidłowym montażem .

• Zestaw narzędzi do montażu łożysk lub narzędzie do montażu: Dopasowany do średnicy zewnętrznej łożyska — podczas wciskania wywiera siłę na właściwy pierścień
• Prasa trzpieniowa lub prasa hydrauliczna: Do instalacji z pasowaniem wciskowym; preferowane zamiast młotkowania w celu kontrolowanego, równomiernego przyłożenia siły
• Młotek z miękkim wykończeniem i tuleja montażowa łożyska: W przypadku lekkich pasowań, gdy wciśnięcie jest niedostępne — tuleja musi stykać się wyłącznie z pasowanym pierścieniem
• Suwmiarki cyfrowe lub mikrometr: Aby sprawdzić średnicę wału, średnicę otworu oprawy i wymiary łożyska przed montażem
• Nagrzewnica łożyskowa lub płyta grzejna (preferowana nagrzewnica indukcyjna): Do podgrzewania łożysk w celu ułatwienia montażu na wałach z pierścieniami wewnętrznymi pasowanymi na wcisk
• Czyste, niestrzępiące się ściereczki i rozpuszczalnik (alkohol izopropylowy lub środek do czyszczenia hamulców): Do czyszczenia otworu oprawy, wału i powierzchni łożysk
• Odpowiedni smar lub olej: Dopasowanie prędkości roboczej łożyska, zakresu temperatur i warunków obciążenia
• Klucz dynamometryczny: Do dokręcania elementów mocujących kołnierza określonymi wartościami momentu obrotowego
• Szczelinomierze: Aby sprawdzić luz osiowy i osadzenie kołnierza na powierzchni czołowej oprawy

Zrozumienie tolerancji dopasowania przed instalacją

Tolerancja pasowania jest najbardziej krytycznym aspektem technicznym przy montażu łożysk kołnierzowych. Niewłaściwe pasowanie powoduje albo pełzanie łożyska (pasowanie luźne), albo nadmierne naprężenia wewnętrzne i zmniejszenie luzu promieniowego (pasowanie zbyt ciasne) – oba prowadzą do przedwczesnej awarii.

Pasowanie przez otwór obudowy (pierścień zewnętrzny)

W przypadku łożysk kulkowych poprzecznych kołnierzowych montowanych w oprawach, w pierścieniu zewnętrznym zwykle stosuje się: pasowanie przejściowe lub luźne . Ponieważ sam kołnierz zapewnia położenie osiowe, pasowanie w otworze oprawy nie musi powodować dużego wcisku. Najczęstszą tolerancją otworu oprawy dla łożysk kołnierzowych jest H7 (norma ISO), co zapewnia niewielki luz pasowania przejściowego przy standardowej tolerancji średnicy zewnętrznej łożyska (js6 lub k6 na średnicy zewnętrznej pierścienia zewnętrznego).

Na przykład kołnierzowe łożysko kulkowe promieniowe o średnicy Średnica zewnętrzna 35mm zamontowany w otworze oprawy H7 miałby średnicę otworu od 35 000 mm do 35,025 mm, co daje pasowanie w zakresie od luzu 0,009 mm do wcisku 0,016 mm, w zależności od rzeczywistej średnicy zewnętrznej łożyska w jego zakresie tolerancji.

Pasowanie wału (pierścień wewnętrzny)

Pasowanie wału zależy od tego, czy pierścień wewnętrzny obraca się w zależności od obciążenia. W przypadku zastosowań z obrotowym pierścieniem wewnętrznym (najczęstszy przypadek, gdy wał się obraca), an dopasowanie interferencyjne jest wymagane, aby zapobiec pełzaniu pierścienia wewnętrznego. Typowe tolerancje wału to j5, k5 lub m5 do lekkich i normalnych obciążeń promieniowych na małych i średnich promieniowych łożyskach kulkowych z kołnierzem.

Krok po kroku: Jak zamontować łożyska kołnierzowe

Postępuj zgodnie z poniższą procedurą podczas montażu promieniowego łożyska kulkowego kołnierzowego w otworze oprawy z obracającym się wałem. Dostosuj kroki, w których Twoja konkretna konfiguracja różni się.

Krok 1 — Sprawdź i wyczyść wszystkie współpracujące powierzchnie

Oczyścić otwór w obudowie, powierzchnię osadzenia kołnierza na obudowie i czop wału za pomocą niestrzępiącej się szmatki i rozpuszczalnika. Usuń wszelkie ślady starego smaru, inhibitora korozji, wiórów obróbkowych i zanieczyszczeń. Nawet Cząstka gruzu o wielkości 0,01 mm uwięziony pod pierścieniem łożyska może powodować niewspółosiowość i koncentrację naprężeń. Sprawdź otwór obudowy pod kątem zadziorów, wypukłych krawędzi lub uszkodzeń powierzchni — przed kontynuowaniem usuń wszelkie niedoskonałości drobnym pilnikiem lub płótnem ściernym.

Nie otwierać opakowania łożyska aż do momentu bezpośrednio przed montażem, aby zminimalizować narażenie na zanieczyszczenia. Obsługuj łożysko czystymi, suchymi rękami lub czystymi rękawiczkami.

Krok 2 — Sprawdź wymiary za pomocą narzędzi pomiarowych

Zmierz średnicę otworu obudowy, średnicę wału, otwór łożyska i średnicę zewnętrzną za pomocą skalibrowanego mikrometru lub suwmiarki cyfrowej. Porównaj ze specyfikacją łożyska i wymaganymi tolerancjami. Otwór obudowy mierzony przy 35,030 mm dla łożyska o średnicy zewnętrznej 35 000–35,011 mm wskazuje na nadmierny luz — oprawę należy poddać ponownej obróbce lub wybrać łożysko z większą tolerancją średnicy zewnętrznej. Nigdy nie próbuj kompensować zbyt dużej obudowy samym klejem; jest to tymczasowe rozwiązanie, które nie działa pod obciążeniem.

Krok 3 — Nałóż cienką warstwę oleju lub smaru montażowego

Nałóż cienką warstwę czystego oleju maszynowego na powierzchnię otworu oprawy i średnicę zewnętrzną łożyska. Zmniejsza to wymaganą siłę montażową i zapobiega zacieraniu się powierzchni pierścienia zewnętrznego łożyska podczas wciskania. Nie używaj do tego celu smaru — jego lepkość może wywołać efekt oporu hydraulicznego, który utrudnia osadzanie łożyska.

Krok 4 — Wciśnij łożysko do obudowy

Ustawić łożysko kołnierzem skierowanym na zewnątrz (w swoją stronę), tak aby po pełnym montażu przylegało do powierzchni oprawy. Użyj tulei montażowej o odpowiednim rozmiarze lub narzędzia do montażu łożyska, które styka się z łożyskiem tylko pierścień zewnętrzny — nigdy nie przeciskaj się przez kulki ani klatkę. Nakładaj siłę stopniowo i równomiernie, używając prasy trzpieniowej lub, w przypadku mniejszych łożysk w oprawach lekko zakłócających, młotka o miękkiej powierzchni z tuleją łożyskową.

Dociskaj łożysko, aż kołnierz całkowicie i płasko dotknie powierzchni uszczelniającej oprawy. Po całkowitym osadzeniu łożyska poczujesz i usłyszysz wyraźną zmianę oporu. Nigdy nie uderzaj łożyska bezpośrednio młotkiem — nawet pojedyncze uderzenie w koszyk lub elementy toczne może spowodować powstanie wgłębień Brinella na bieżniach, które powodują wibracje i przedwczesne uszkodzenie.

Krok 5 — Zamontuj wał przez pierścień wewnętrzny

W przypadku pierścieni wewnętrznych pasowanych na wcisk, podgrzej łożysko do 80°C–100°C (176°F–212°F) za pomocą nagrzewnicy indukcyjnej lub kąpieli olejowej przed nasunięciem na wał. W temperaturze 80°C pierścień wewnętrzny łożyska z otworem o średnicy 20 mm rozszerza się o około 0,014 mm — wystarczający do nasunięcia się na większość wałów o tolerancji k5 lub m5 bez użycia siły. Nigdy nie przekraczaj 120°C w przypadku standardowych łożysk smarowanych smarem plastycznym, ponieważ wyższe temperatury powodują degradację smaru i mogą mieć wpływ na właściwości stali łożyskowej.

Wsuń nagrzane łożysko całkowicie na wał, aż zetknie się z kołnierzem wału. Trzymaj go mocno przy ramieniu, aż ostygnie na tyle, aby chwycić trzonek – zazwyczaj 2 do 5 minut . Jeśli pierścień wewnętrzny musi być dociskany na zimno, należy zastosować tuleję montażową stykającą się wyłącznie z powierzchnią pierścienia wewnętrznego i docisnąć za pomocą prasy trzpieniowej.

Krok 6 — Sprawdź osadzenie kołnierza i luz osiowy

Po montażu sprawdzić, czy kołnierz jest całkowicie i równomiernie osadzony na powierzchni obudowy, używając szczelinomierzy. Różnica ponad 0,05 mm w dowolnym miejscu wokół kołnierza wskazuje, że łożysko jest napięte lub nie jest całkowicie wciśnięte. Popraw to przed kontynuowaniem — naprężone łożysko kulkowe promieniowe z kołnierzem będzie generować nierówne obciążenie bieżni, co znacznie skraca żywotność.

Sprawdź ręcznie, czy wał obraca się swobodnie. Łożysko powinno obracać się płynnie, bez szorstkości, zacięć i nadmiernego luzu osiowego. W przypadku prawidłowo zamontowanego łożyska z pasowaniem wciskowym normalny jest niewielki opór przy dokręcaniu dłoni.

Krok 7 — Zabezpiecz kołnierz i zastosuj końcowe smarowanie

Jeśli w aplikacji stosowane jest śrubowe mocowanie kołnierza (powszechne w zespołach kołnierzowych z blokiem poduszkowym), należy zainstalować i dokręcić łączniki montażowe na krzyż z momentem obrotowym określonym przez producenta. W przypadku typowej śruby obudowy łożyska kołnierzowego M8 moment dokręcania wynosi zazwyczaj 18–25 Nm w zależności od gatunku gwintu i materiału obudowy.

W przypadku otwartych (nieekranowanych) promieniowych łożysk kulkowych z kołnierzem, przed zamknięciem obudowy należy wypełnić łożysko odpowiednią ilością smaru. Ogólna wytyczna dotycząca łożysk smarowanych smarem plastycznym dotyczy napełniania 30–50% wolnej przestrzeni w łożysku i obudowie. Przepełnienie powoduje nadmierne wytwarzanie ciepła w wyniku ubijania. Wstępnie nasmarowane uszczelnione łożyska nie wymagają dodatkowego smarowania podczas montażu.

Specjalne uwagi dotyczące montażu promieniowego łożyska kulkowego kołnierzowego

Instalacja w obudowach cienkościennych lub miękkich

Obudowy aluminiowe i plastikowe są powszechne w lekkich maszynach, w których priorytetem jest oszczędność masy. Materiały te mają znacznie niższą granicę plastyczności niż stal — wciśnięcie kołnierzowego promieniowego łożyska kulkowego w aluminiową oprawę z pasowaniem wciskowym stwarza ryzyko odkształcenia otworu oprawy lub pęknięcia materiału. W przypadku miękkich obudów użyj a dopasowanie przejściowe (H7/js6) w połączeniu z cienką warstwą środka do mocowania łożyska (takiego jak Loctite 638 lub jego odpowiednik) na zewnętrznej średnicy pierścienia zewnętrznego. Zapewnia to odpowiednią retencję bez naprężeń mechanicznych. Pozwól, aby związek mocujący całkowicie się utwardził – zazwyczaj 24 godziny w temperaturze pokojowej — przed zastosowaniem obciążeń eksploatacyjnych.

Instalacja obudowy z otworem przelotowym a ślepym

Łożyska kołnierzowe montowane w oprawach z otworami przelotowymi charakteryzują się najłatwiejszym dostępem montażowym — łożysko można wciskać od strony kołnierza aż do osadzenia. W oprawach z otworami nieprzelotowymi (gdzie otwór ma zamknięte dno) należy upewnić się, że głębokość oprawy jest obrobiona tak, aby dokładnie uwzględniała szerokość łożyska, pozostawiając Luz 0,1–0,2 mm u dołu, aby zapobiec opadnięciu niekołnierzowego końca łożyska, zanim kołnierz całkowicie oprze się na powierzchni czołowej.

Montaż łożyska z kołnierzem sparowanym lub podwójnym

W niektórych zespołach wałów zastosowano dwa promieniowe łożyska kulkowe z kołnierzem w przeciwnych konfiguracjach, aby wytrzymać dwukierunkowe obciążenia osiowe. W tym układzie jedno łożysko ustala wał osiowo (koniec stały), podczas gdy drugie umożliwia niewielki luz osiowy (koniec ruchomy). Łożysko kołnierzowe ze stałym końcem jest całkowicie utrzymywane przez kołnierz i odsadzenie wału lub pierścień osadczy. W łożysku pływającym zastosowano nieco luźniejsze pasowanie obudowy – zazwyczaj Tolerancja H8 — aby umożliwić rozszerzalność cieplną wału bez wywoływania naprężeń osiowych w łożysku.

Typowe błędy przy montażu łożysk kołnierzowych i sposoby ich unikania

Poniższe błędy odpowiadają za większość przedwczesnych uszkodzeń łożysk kołnierzowych spotykanych w praktyce terenowej i inżynieryjnej.

Wybór smarowania dla promieniowych łożysk kulkowych kołnierzowych

Większość łożysk kulkowych poprzecznych kołnierzowych stosowanych w zastosowaniach od lekkich do średnich obciążeń jest fabrycznie nasmarowana i podwójnie ekranowana, co nie wymaga dodatkowego smarowania podczas montażu. Jednakże otwarte łożyska i ponownie smarowane uszczelnione typy wymagają starannego doboru środka smarnego.

• Zastosowania ogólnego przeznaczenia (0°C do 80°C, umiarkowane prędkości): Smar NLGI klasy 2 na bazie litu — standard branżowy dla większości kołnierzowych promieniowych łożysk kulkowych
• Zastosowania wymagające dużych prędkości (powyżej 70% prędkości granicznej łożyska): Smarowanie olejem klasy 1 NLGI lub o niskiej lepkości w celu zmniejszenia strat ubijania
• Zastosowania wysokotemperaturowe (powyżej 120°C): Smary na bazie polimocznika lub estrów syntetycznych, odporne na wysokie temperatury
• Sprzęt do przetwarzania żywności lub sprzęt medyczny: Smar spożywczy klasy NSF H1 (na bazie białego oleju mineralnego, zagęszczacz kompleksowy aluminium)
• Środowiska o niskiej temperaturze (poniżej -20°C): Syntetyczny smar na bazie PAO lub silikonu, przystosowany do pracy w niskich temperaturach

Jak zdemontować łożyska kołnierzowe w celu wymiany

Jedną z zalet łożysk kulkowych poprzecznych kołnierzowych jest to, że są one na ogół łatwiejsze do demontażu niż standardowe łożyska walcowe wciskane, ponieważ kołnierz zapewnia powierzchnię chwytającą.

1. Najpierw wyjmij wał jeśli to możliwe — przed próbą wyjęcia łożyska z oprawy wyciągnąć wał przez pierścień wewnętrzny.
2. Użyj ściągacza do łożysk lub ściągacza do otworów nieprzelotowych aby przyłożyć siłę ściągającą do pierścienia zewnętrznego lub powierzchni czołowej kołnierza — nigdy nie ciągnij za pierścień wewnętrzny lub koszyk podczas wyjmowania łożyska z oprawy.
3. W przypadku łożysk połączonych masą ustalającą, przykładaj miejscowo ciepło do obudowy (nie do łożyska), aby zmiękczyć klej – zazwyczaj 150°C do 200°C jest wystarczająca dla większości mieszanek ustalających łożyska.
4. Sprawdź usunięte łożysko pod kątem oznak zużycia bieżni, wżerów, odprysków lub odbarwień przed podjęciem decyzji o ponownym użyciu lub wymianie. Ogólnie rzecz biorąc, zawsze wymieniaj łożyska wycofane z eksploatacji w zastosowaniach krytycznych — koszt nowego łożyska jest znacznie niższy niż koszt drugiego demontażu z powodu awarii łożyska ponownie użytego.
5. Sprawdź i zregeneruj otwór w obudowie i czop wału przed montażem łożyska zamiennego — uszkodzenie tych powierzchni na skutek uszkodzonego łożyska jest częstą przyczyną powtarzających się awarii, jeśli nie zostanie naprawione.