Zespoły łożyskowe i oprawy łożyskowe – jakie są ich rodzaje i budowa?

Wprowadzenie

Zespoły łożyskowe są wykorzystywane do osadzania łożysk i podpierania wałów w maszynach przemysłowych. Można je znaleźć między innymi w przenośnikach taśmowych, wentylatorach, maszynach rolniczych i urządzeniach transportowych. Ich zadaniem jest utrzymanie łożyska w odpowiednim położeniu oraz przenoszenie obciążeń z obracającego się wału na konstrukcję maszyny. Odpowiednio dobrane elementy zapewniają stabilność układu i umożliwiają prawidłową pracę łożyska.

Oprawy i zespoły łożyskowe różnią się budową. Oprawa łożyskowa jest korpusem, w którym montuje się łożysko, natomiast zespół łożyskowy składa się z oprawy i osadzonego w niej łożyska. Gotowe zespoły występują w różnych wariantach konstrukcyjnych, które pozwalają dopasować sposób mocowania do budowy maszyny. Przykładem są zespoły stojące UCPA oraz kołnierzowe UCFL.

Czego dowiesz się z tego artykułu?

• Czym są zespoły łożyskowe i z jakich elementów się składają?
• Jakie są różnice między zespołem łożyskowym a oprawą łożyskową?
• Jakie są rodzaje zespołów łożyskowych i czym różnią się ich konstrukcje?
• Czym charakteryzują się zespoły łożyskowe UCP, UCPA, UCF, UCFL, UCFC i UCT?
• Na jakie parametry zwrócić uwagę podczas doboru zespołu łożyskowego?

Czym są zespoły łożyskowe?

Zespół łożyskowy to kompletny element konstrukcyjny składający się z łożyska osadzonego w odpowiednio dopasowanej oprawie. Takie rozwiązanie umożliwia podparcie obracającego się wału oraz zamocowanie go do konstrukcji maszyny bez konieczności projektowania gniazda łożyskowego.

,,W popularnych zespołach łożyskowych stosuje się łożyska kulkowe samonastawne typu UC. Ich charakterystyczną cechą jest kulista powierzchnia zewnętrzna pierścienia łożyska, współpracująca z odpowiednio ukształtowanym gniazdem oprawy. Dzięki temu łożysko może ustawić się pod niewielkim kątem względem korpusu, kompensując ograniczone odchylenia osi wału wynikające z montażu lub odkształceń konstrukcji.

Jest jeszcze jedna kwestia, często myląca dla konstruktorów – czyli różnica między łożyskiem samonastawnym w oprawie (UC, omawianym w artykule) a łożyskiem wahliwym w oprawie. Te pierwsze same się „nastawiają” przy montażu podczas ugięcia wału, ale później muszą już zostać w takiej pozycji, natomiast te drugie mogą kompensować również dynamiczne wahania wału – w pewnym ograniczonym oczywiście stopniu. W ten sposób możemy podzielić zespoły łożyskowe na te z łożyskami samonastawnymi (najczęściej kulkowymi) i wahliwymi (najczęściej baryłkowymi)” – Jan Gruszka, Kierownik ds. łożysk w Air-Com Pneumatyka-Automatyka.

Typowy zespół łożyskowy składa się z kilku elementów:

• łożysko – umożliwia obrót wału i przenosi obciążenia promieniowe oraz, w określonym zakresie, osiowe. W popularnych zespołach UC stosuje się łożyska kulkowe z wydłużonym pierścieniem wewnętrznym,
• oprawa łożyskowa – stanowi korpus, w którym osadzone jest łożysko. Zapewnia podparcie i umożliwia przymocowanie całego zespołu do maszyny,
• elementy mocujące wał – w zależności od konstrukcji mogą to być wkręty dociskowe, pierścienie mimośrodowe lub inne mechanizmy ustalające położenie łożyska na wale,
• uszczelnienia – ograniczają przedostawanie się pyłu, wilgoci i innych zanieczyszczeń do wnętrza łożyska oraz pomagają zatrzymać środek smarny,
• układ smarowania – w wielu zespołach znajduje się smarowniczka umożliwiająca okresowe uzupełnianie smaru zgodnie z zaleceniami producenta.

Oprawy zespołów łożyskowych są najczęściej wykonywane z żeliwa, ale dostępne są również warianty ze stali nierdzewnej, stali tłoczonej czy tworzyw sztucznych. Zaletą gotowych zespołów łożyskowych jest przede wszystkim uproszczony montaż. Łożysko i oprawa są fabrycznie dopasowane, co ogranicza liczbę elementów wymagających osobnego doboru.

Czym oprawa łożyskowa różni się od zespołu łożyskowego?

Podstawowa różnica pomiędzy oprawą łożyskową a zespołem łożyskowym dotyczy kompletności rozwiązania. Oprawa łożyskowa jest elementem konstrukcyjnym przeznaczonym do osadzenia łożyska, natomiast zespół łożyskowy obejmuje oprawę wraz z zamontowanym łożyskiem.

Oprawa pełni funkcję korpusu, który utrzymuje łożysko w odpowiednim położeniu oraz przenosi obciążenia z wału na konstrukcję maszyny. W zależności od wykonania może być wyposażona w dodatkowe elementy, takie jak pokrywy, uszczelnienia lub kanały smarowania. Oprawy występują w wielu wariantach konstrukcyjnych, takich jak np. oprawy dzielone, składające się z podstawy i zdejmowanej pokrywy, oraz oprawy niedzielone, w których łożysko montowane jest w odpowiednio przygotowanym gnieździe.

Zespół łożyskowy stanowi natomiast gotowe rozwiązanie montażowe. Producent dobiera łożysko do konkretnego typu oprawy, uwzględniając między innymi geometrię gniazda i sposób osadzenia. W urządzeniach, w których istotny jest szybki montaż i łatwa wymiana elementów, często stosuje się kompletne zespoły łożyskowe. Z kolei osobne oprawy pozwalają na bardziej indywidualny dobór łożysk i konfiguracji układu.

Rodzaje zespołów łożyskowych

Zespoły łożyskowe występują w różnych wariantach konstrukcyjnych, które różnią się przede wszystkim kształtem oprawy oraz sposobem mocowania do maszyny. Najczęściej wykorzystuje się łożyska kulkowe samonastawne typu UC, osadzone w oprawach stojących, kołnierzowych lub napinających. Wybór odpowiedniego wykonania zależy od konstrukcji urządzenia, dostępnej przestrzeni montażowej oraz sposobu podparcia wału.

UCP – zespół łożyskowy stojący

UCP to jeden z najczęściej stosowanych typów zespołów łożyskowych. Składa się z łożyska samonastawnego UC oraz oprawy stojącej z podstawą wyposażoną w dwa otwory montażowe. Taka konstrukcja umożliwia stabilne mocowanie zespołu do ramy maszyny. Zespoły UCP znajdują zastosowanie między innymi w przenośnikach taśmowych, maszynach rolniczych i urządzeniach transportowych.

UCPA – kompaktowy zespół łożyskowy stojący

UCPA to zespół łożyskowy wyposażony w kompaktową oprawę stojącą PA z dwoma otworami montażowymi. W porównaniu ze standardowym zespołem UCP ma zazwyczaj bardziej zwartą konstrukcję, dzięki czemu może być stosowany w miejscach o ograniczonej przestrzeni montażowej. Wykorzystuje się go między innymi w niewielkich przenośnikach, urządzeniach transportowych i maszynach produkcyjnych.

UCF – zespół łożyskowy kołnierzowy kwadratowy

UCF składa się z łożyska samonastawnego UC oraz kwadratowej oprawy kołnierzowej wyposażonej w cztery otwory montażowe. Umożliwia mocowanie zespołu do płaskich powierzchni konstrukcyjnych, takich jak płyty montażowe czy boczne ściany maszyn. Zespoły UCF są stosowane między innymi w urządzeniach transportowych, maszynach produkcyjnych i liniach pakujących.

UCFL – zespół łożyskowy kołnierzowy owalny

UCFL to zespół łożyskowy z owalną oprawą kołnierzową FL, wyposażoną w dwa otwory montażowe rozmieszczone po przeciwnych stronach łożyska. Taka konstrukcja pozwala na mocowanie zespołu do płaskiej powierzchni przy ograniczonej przestrzeni montażowej. Zespoły UCFL wykorzystuje się między innymi w przenośnikach, maszynach pakujących oraz urządzeniach, w których wał przechodzi przez płytę konstrukcyjną.

UCFC – zespół łożyskowy kołnierzowy okrągły

UCFC to zespół wyposażony w okrągłą oprawę kołnierzową z otworami montażowymi oraz występem centrującym. Element centrujący ułatwia prawidłowe ustalenie położenia zespołu w odpowiednio przygotowanym otworze konstrukcji maszyny. Rozwiązanie to znajduje zastosowanie między innymi w urządzeniach wymagających dokładnego pozycjonowania oprawy względem osi wału.

UCT – zespół łożyskowy napinający

UCT to zespół łożyskowy wyposażony w oprawę przystosowaną do przesuwania w odpowiednich prowadnicach. Umożliwia regulację położenia wału bez konieczności demontażu całego układu łożyskowania. Zespoły UCT stosuje się przede wszystkim w przenośnikach taśmowych, napędach łańcuchowych oraz mechanizmach, w których konieczna jest regulacja napięcia taśmy lub łańcucha.

Poszczególne typy zespołów mogą wykorzystywać łożyska o takich samych średnicach otworu, ale nie oznacza to, że są wzajemnie zamienne. Różnią się wymiarami opraw, rozstawem otworów montażowych oraz sposobem mocowania. Przykładowo zespoły UCPA205 i UCFL205 są w standardowych wykonaniach przeznaczone do wałów o średnicy 25 mm, jednak pierwszy z nich montuje się za pomocą podstawy, a drugi za pomocą kołnierza.

Jak dobrać zespół łożyskowy?

Prawidłowy dobór zespołu łożyskowego ma znaczenie dla trwałości łożyska, stabilności wału oraz niezawodności całego urządzenia. Wybierając komponent warto zwrócić uwagę na następujące parametry:

• średnica wału i wymiary montażowe – otwór pierścienia wewnętrznego łożyska musi być odpowiednio dopasowany do średnicy i tolerancji wykonania wału. Należy również sprawdzić wymiary oprawy, rozstaw otworów montażowych oraz wysokość osi wału. Jest to szczególnie ważne podczas wymiany zespołu, ponieważ podobne produkty różnych producentów nie zawsze są w pełni zamienne.
• rodzaj oprawy i sposób montażu – zespół łożyskowy powinien być dopasowany do konstrukcji maszyny i dostępnej przestrzeni montażowej. W zależności od zastosowania można wybrać oprawę stojącą, kołnierzową lub napinającą. Istotne jest również zapewnienie odpowiedniej sztywności powierzchni, do której zostanie przymocowany zespół.
• obciążenia działające na łożysko – należy uwzględnić zarówno obciążenia promieniowe, działające prostopadle do osi wału, jak i osiowe, działające wzdłuż tej osi. Przy doborze trzeba sprawdzić nośność dynamiczną i statyczną łożyska oraz dopuszczalne obciążenia oprawy. W przypadku wymagających zastosowań konieczne może być obliczenie przewidywanej trwałości łożyska.
• prędkość obrotowa wału – zespół musi być przystosowany do prędkości, z jaką będzie pracował wał. Zbyt wysoka prędkość obrotowa może prowadzić do wzrostu temperatury, pogorszenia warunków smarowania i przyspieszonego zużycia łożyska. Dlatego należy sprawdzić dopuszczalne prędkości podawane przez producenta.
• warunki środowiskowe – w zapylonych pomieszczeniach produkcyjnych szczególne znaczenie ma skuteczność uszczelnień chroniących łożysko przed zanieczyszczeniami. W środowisku wilgotnym lub narażonym na działanie substancji chemicznych warto rozważyć oprawy i łożyska o podwyższonej odporności na korozję. W przemyśle spożywczym stosuje się również zespoły ze stali nierdzewnej lub tworzyw sztucznych, dostosowane do wymagań higienicznych i częstego mycia.
• sposób smarowania i konserwacji – niektóre zespoły łożyskowe są fabrycznie nasmarowane i przeznaczone do pracy bez okresowego dosmarowywania, natomiast inne wymagają regularnego uzupełniania środka smarnego.

Podsumowanie

Wybór zespołu łożyskowego nie powinien ograniczać się do dopasowania średnicy wału. Równie ważna jest konstrukcja oprawy, która decyduje o sposobie montażu i możliwościach wykorzystania zespołu w konkretnej maszynie. Przykładowo UCP i UCPA umożliwiają mocowanie stojące, UCF i UCFL sprawdzają się przy montażu kołnierzowym, natomiast UCT pozwala dodatkowo regulować położenie wału, co jest szczególnie przydatne w układach napinających.

Nawet niewielkie różnice w wymiarach oprawy, rozstawie otworów czy wysokości osi wału mogą uniemożliwić montaż zespołu w istniejącej konstrukcji. Z kolei niewłaściwie dobrana nośność łożyska, uszczelnienie lub sposób smarowania mogą prowadzić do przyspieszonego zużycia komponentów. Dlatego podczas wymiany zespołu warto sprawdzić parametry techniczne i warunki, w jakich będzie pracował.

Dobrze dobrany zespół łożyskowy to nie tylko prawidłowe podparcie wału, ale również łatwiejszy montaż, sprawniejsza konserwacja i mniejsze ryzyko nieplanowanych przestojów. Szczególnie w maszynach pracujących w trybie ciągłym odpowiedni dobór tych elementów ma bezpośrednie znaczenie dla niezawodności całego urządzenia.

FAQ

Czy można wymienić samo łożysko w zespole łożyskowym?

Tak, w wielu zespołach możliwa jest wymiana samego łożyska bez konieczności wymiany całej oprawy.

Czym różni się zespół łożyskowy UCP od UCPA?

UCPA ma zazwyczaj bardziej kompaktową konstrukcję niż standardowy zespół stojący UCP, dzięki czemu sprawdza się w miejscach o ograniczonej przestrzeni montażowej.

Jakie zespoły łożyskowe stosuje się w przenośnikach taśmowych?

W przenośnikach stosuje się między innymi zespoły stojące UCP, kołnierzowe UCFL oraz napinające UCT, które umożliwiają regulację położenia wału.

Z jakich materiałów wykonuje się oprawy łożyskowe?

Oprawy łożyskowe produkuje się najczęściej z żeliwa, ale dostępne są również wykonania ze stali nierdzewnej, stali tłoczonej i tworzyw sztucznych.

Czy zespoły łożyskowe wymagają regularnego smarowania?

To zależy od konstrukcji – niektóre zespoły są bezobsługowe pod względem dosmarowywania, natomiast inne wymagają okresowego uzupełniania smaru zgodnie z zaleceniami producenta.