食品加工业的轴承设计注意事项

必须正确选择材料、封闭件和润滑选项，以确保该机械中使用的轴承具有最佳性能。

食品生产是我们食物链中必不可少但经常被忽视的组成部分。可靠、高效的机械在食品加工业中起着关键作用——而滚珠轴承对于该设备的性能至关重要。 在指定用于食品加工设备的轴承时，设计师和工程师面临着重要的决策，这些轴承必须能够承受具有挑战性的操作环境，同时满足严格的安全要求。

一、合规性

国家机构也在监督中发挥积极作用。所有材料，包括润滑剂，都必须符合适用的州和联邦食品加工要求。根据应用，机械中使用的部件（例如完整的轴承）也可能需要监管部门的批准。

二、选择轴承材料

用于食品生产设备的轴承必须由高纯度材料制造。虽然轴承套圈通常由 SAE 52100 铬钢制成，但食品加工应用通常需要由马氏体不锈钢（例如 AISI 440C）制成的套圈。这种不锈钢提供了耐腐蚀性和疲劳寿命的最佳组合。为了获得额外的耐腐蚀性，可以使用氮强化马氏体不锈钢。这种钢比 440C 贵，但耐腐蚀性是其五倍。由于其精细的晶体结构，它还具有更长的疲劳寿命和非常低的噪音水平，其中包含小的氮化铬（与较大的碳化铬相反）。

轴承部件，如防护罩、挡油环和保持架应由 AISI 302 或 304 奥氏体不锈钢制造。轴承套圈也可以用 AISI 300 系列不锈钢（与 400 系列不锈钢相比具有出色的耐腐蚀性）制造，但由于疲劳强度会降低，因此通常不用于食品加工应用。带 300 系列不锈钢套圈的球轴承的额定载荷大约是带 400 系列不锈钢套圈的轴承额定载荷的 20%。但是，如果应用负载非常轻并且腐蚀是一个问题，则 300 系列不锈钢可以被视为可接受的选择。

在要求轴承浸入水中运行或耐化学侵蚀的应用中，应使用混合滚珠轴承。这些轴承由马氏体不锈钢制成的套圈和氮化硅陶瓷制成的滚珠构成。轴承保持架由聚四氟乙烯等氟树脂制成，这种材料防水、对大多数化学品呈惰性并可减少摩擦。混合轴承无需维护，可在这些严苛的运行条件下延长使用寿命。

带座轴承单元广泛用于食品加工输送机和类似设备。这种类型的组件通常由安装在外壳内的径向滚珠轴承（称为插入件）组成。各种外壳样式允许不同的安装布置。轴承座是 一种较常见的轴承座类型，用于低扭矩、轻负载应用。在肉类和家禽行业， 通常需要称为立式轴承座的高强度外壳来传输充足的动力并支撑重载。

插入轴承应由 440C 不锈钢制成。镀铬酸锌或镀黑色氧化物的 AISI 52100 铬钢轴承是另一个不错的选择。有多种选择可用于耐腐蚀、食品安全的外壳。具有化学镀镍的铸铁或球墨铸铁外壳是一种具有成本效益的解决方案，具有高强度并且可以承受大多数冲洗的影响。

然而，在清洁溶液中面临高浓度氯或其他化学物质时，铸造 300 系列不锈钢是最佳选择。热塑性塑料外壳是在高湿度和腐蚀性环境中使用的有效替代品。虽然不如铁或钢那么坚固，但这些外壳重量轻，不会像电镀外壳那样碎裂或剥落。无论外壳材质如何，所有表面都应光滑且安装底座平坦，并且没有凹陷区域。这种类型的设计允许有效冲洗，并消除了食物副产品或碎屑卡在外壳中的可能性，这可能导致细菌滋生。

三、密封

在食品加工厂中，轴承不断地暴露在液体和各种类型的颗粒碎片中。应始终使用密封或屏蔽轴承。密封件是防止异物进入并在轴承中保留润滑剂的最佳选择。

最常见的轴承密封材料是丁腈橡胶，也称为 NBR 或 Buna-N。这种类型的密封件由粘合到钢嵌件上的橡胶型材组成，最高工作温度为 240°F。密封件通常固定在轴承外圈的凹槽中并接触内圈，在污染环境中提供比金属屏蔽更好的保护。然而，这种密封接触会导致旋转扭矩增加并降低轴承的最大速度能力。

尽管如此，这种限制通常被视为为提高轴承寿命而进行的设计权衡。丁腈橡胶会与某些化学品和润滑剂发生不良反应，因此不适用于高温应用。替代材料包括氟橡胶，例如 Viton、它具有良好的耐化学性，最高工作温度为 400°F。经 FDA 批准的食品级硅橡胶的工作温度范围为 -80°F 至 450°F，是极端温度应用的另一种选择。特氟龙和玻璃增强 PTFE 密封件也是食品加工应用的绝佳材料选择。

它们具有出色的耐化学性，可以承受高温和低温，并且表现出比橡胶密封件更小的扭矩。

然而，这些密封件不如其他材料制成的密封件坚固——并且取决于轴承类型和结构——如果直接受到高速流体流的撞击，很容易脱落。特氟龙和玻璃增强 PTFE 密封件也是食品加工应用的绝佳材料选择。它们具有出色的耐化学性，可以承受高温和低温，并且表现出比橡胶密封件更小的扭矩。

四、密封结构

密封结构可以大大提高其在极端环境中的功能。密封橡胶的外表面可以覆盖金属，例如不锈钢或镀锌钢。该金属护罩可保护橡胶材料免受磨损。在安装单元中发现的插入轴承上，这些护罩通常被称为抛油环。接触轴承内圈的密封部分称为密封唇。密封唇可以设计为单唇、双唇或三唇配置。密封唇在与内圈接触的地方向外张开，提供非常有效的保护，防止潮湿或颗粒污染物进入。

三唇密封提供最大的保护，但与单唇设计相比也大大增加了旋转扭矩。当低扭矩是应用要求时，可以使用迷宫式设计的非接触式橡胶密封件。这种类型的密封配置形成了迷宫式路径，流体或碎屑难以通过。大多数类型的轴承上的密封件都不是为浸入液体而设计的。如果受到这种环境的影响，最终会发生流体渗透。一般来说，密封件可提供出色的保护，防止颗粒污染、液体飞溅和擦拭操作。

五、润滑

润滑剂的选择对轴承性能和寿命至关重要，但往往被设计师和工程师忽视。食品加工等恶劣环境中的轴承寿命取决于“适当的润滑”——即类型和数量。选择润滑剂时，工作温度是首要考虑因素。温度直接影响润滑油基础油的粘度，进而影响润滑油支持应用负载的能力。

润滑剂的选择不仅取决于轴承将遇到的运行条件；它还可能受到监管要求的约束。食品加工机械制造商通常需要使用一类特殊的润滑剂，称为食品级 润滑剂。根据与食品接触的可能性，这些润滑剂分为三类。

食品级润滑剂名称 H1、H2 和 H3名称定义如下：

1、H1 润滑剂用于食品加工设备和可能偶然接触食品的机器部件。

2、H2 润滑剂用于食品加工设备和不可能接触食品的机器部件。

3、H3 润滑剂，也称为可溶性或食用油，用于清洁和防止挂钩、手推车和类似设备生锈。它们通常被认为是安全且符合 FDA 标准的矿物油。与食用产品接触的设备表面在重新使用前必须清洁无油。

H1 润滑油通常含有合成烃基础油和尿素、聚脲或复合铝增稠剂。H2 润滑剂通常含有矿物油或 PFPE 基础油以及钙皂或 PTFE 增稠剂。固体润滑剂可用于要求非常苛刻的应用。这些是充油聚合物，或油脂和聚合物混合物，一旦加热和冷却就会凝固。固体润滑剂可以消除油脂泄漏和乳化的问题，尤其是在存在水的情况下。

润滑油需要提供良好的耐磨性和耐腐蚀性。用于肉类、家禽和饮料加工等高温应用的那些应具有高温氧化稳定性。用于牛肉、猪肉和家禽加工的机械通常要经过冲洗程序，该程序使用高压水和可以取代油脂的抗菌溶液。为避免这种位移，使用了具有高抗水冲刷性的润滑脂，填充量在 70-100% 的范围内（与典型的 30% 填充量相反）。虽然大填充量限制了转速，但它显着提高轴承寿命。

数以千计的润滑脂和润滑油可供使用，专为各种操作条件而设计。功能、优点和价格都是做出选择时要考虑的重要因素。在做出最终润滑剂选择之前，应咨询润滑专家和轴承制造商。

轴承寿命在优化食品加工业设备的正常运行时间、效率和可靠性方面起着关键作用。在这些应用中，轴承暴露在极其恶劣的条件下，设计人员必须考虑防止腐蚀和污染，同时最大限度地延长润滑剂寿命。在轴承选择过程中应仔细评估材料、密封解决方案和润滑以及运行负载，以实现所需的轴承寿命。