Mik azok a szögletes golyóscsapágyak? Egy teljes útmutató

Mik azok a szögletes csapágyak?

Szögletes érintkező csapágyak olyan golyóscsapágyak, amelyek belső és külső futópályái egymáshoz képest el vannak tolva, így a golyók a csapágy sugárirányú síkjával szöget bezárt vonal mentén érintik az egyes futópályákat. Ez a szög – az úgynevezett érintkezési szög – az, ami lehetővé teszi, hogy egyetlen csapágy sugárirányú terhelést és axiális (toló) terhelést hordozzon egy időben, amit egy szabványos mélyhornyú golyóscsapágy nem képes hatékonyan megtenni. A szögletes érintkező golyóscsapágyak (ACBB-k) egy felemelt vállal vannak felszerelve a külső gyűrűn, és egy leengedett vállal, így megteremtve a tolóerő átviteléhez szükséges aszimmetriát a labda-verseny érintkezési ponton keresztül.

A csapágyiparban használt szabványos érintkezési szögek a következők 15°, 25° és 40° , néhány gyártói tartományban a 30° is megjelenik. A hüvelykujjszabály egyszerű: a nagyobb érintkezési szög nagyobb axiális terhelést hordoz, de kisebb sebességet tolerál; kisebb érintkezési szög gyorsabban forog, de kisebb tolóerőt hordoz. Mivel az egysoros szögérintkezős csapágy csak az egyik irányból képes ellenállni a tolóerőnek, a legtöbb alkalmazás két csapágyat szerel fel párosítva a tengely mindkét oldaláról érkező terhelés kezelésére.

Hogyan működnek a szögletes golyóscsapágyak

A mélyhornyú golyóscsapágyon belül a futópálya hornyok szimmetrikusak, és a golyó középen helyezkedik el közöttük – az érintkezési szög lényegében nulla, így a csapágy főként radiális terhelésnek ellenáll. Egy szögérintkezős csapágyban a külső gyűrűhorony axiálisan el van tolva a belső gyűrűhoronyhoz képest. Amikor egy golyó két eltolt horony között helyezkedik el, a két érintkezési pontját összekötő vonal már nem merőleges a tengelyre – meg van dőlve. Ez a dőlésszög az érintkezési szög (α) , és ez az, ami a radiális lökés egy részét olyan terhelési pályává alakítja, amely képes ellenállni az axiális tolóerőnek.

Szabad, statikus és dinamikus érintkezési szögek

A csapágykatalógusok "szabad" vagy névleges érintkezési szöget (15°, 25°, 40°) adnak meg, a csapágy terheletlen és fel nem szerelt állapotában mérve. Miután a csapágyat egy tengelyre préselték, hőtágulásnak vetették alá, és üzemi terhelésnek és forgásból származó centrifugális erőnek van kitéve, a tényleges – vagy tényleges – érintkezési szög eltolódik ettől a névleges értéktől. Ha az érintkezési szög túlságosan megnövekszik, a labda túlhaladhat a versenypálya vállán, és idő előtti meghibásodást okozhat; Ha túl alacsonyra esik, a golyók megtapadhatnak a versenypályán, vagy elveszíthetik az előfeszítést, ami a labda szabálytalan mozgásához és korai kopáshoz vezet. Ez az oka annak, hogy a csapágymérnökök a statikus és dinamikus érintkezési szögeltolódásokat is kiszámítják az illeszkedési és előfeszítési specifikáció véglegesítése előtt, ahelyett, hogy kizárólag a katalógus szögére hagyatkoznának.

Érintkezési szög opciók: 15°, 25° és 40° összehasonlítva

A megfelelő érintkezési szög megválasztása a legkövetkezményesebb döntés a szögérintkező csapágyak meghatározásakor, mivel ez az alkalmazás élettartama alatt rögzíti a sebesség és a tolóerő közötti kompromisszumot. A 15 fokos csapágyak maximalizálják a fordulatszámot kisebb axiális teherbírás mellett, és a legjobb választás a nagy sebességű orsókhoz nagyjából 15 000 ford./perc felett, ahol az axiális terhelés mérsékelt marad. A huszonöt fokos csapágyak az általános célú, legszélesebb körben készletezett csapágyak, amelyek kiegyensúlyozzák a sebességet és az axiális kapacitást a precíziós sebességváltók, robotcsuklók és közepes sebességű orsók többségében. A negyven fokos csapágyak maximalizálják az axiális teherbírást, de jelentős sebességcsökkenéssel járnak.

Egy praktikus módja annak, hogy megjegyezzük: amikor a sugárirányú terhelés dominál a terhelésnél, a 25°-os csapágy az alapértelmezett; ha az axiális (tolóerő) terhelés dominál, lépjen fel 40°-ra; Ha a tengelynek gyorsan kell forognia, és az axiális terhelés kicsi, csökkentse 15°-ra. A gyártók a cikkszámban is kódolják a szöget – pl. Az NSK az "A5" utótagot használja a 25° jelölésére , és sok márka hozzáfűzi a "B" jelet az alap cikkszámhoz, hogy a 40°-ot jelölje a szabványos 30° helyett, ezért mindig erősítse meg a szögkódot az adott gyártó katalógusában, ahelyett, hogy univerzális utótagrendszert feltételezne.

Szögletes csapágyak vs. mélyhornyú golyóscsapágyak

A szögérintkezős és mélyhornyos csapágyak gyakran ugyanazt a furatot, külső átmérőt és szélességet mutatják, így a rajzon felcserélhetőnek tűnnek – de valós terhelési körülmények között az egyiket a másikra cserélve 60-80%-kal összeomolhat az L10 csapágyak élettartama, rosszabb esetben pedig az indítást követő órákon belül begörcsölést okozhat. A különbség teljes mértékben az érintkezési szögben és az általa megkövetelt vállgeometriában rejlik.

Egy 6206-os mélyhornyú golyóscsapágy (30 mm-es furat) nagyjából 19,5 kN dinamikus radiális terhelést hordoz, míg a hasonló 7206-os szögérintkező csapágy 25°-ban körülbelül 17,8 kN-t hordoz radiálisan – körülbelül 9%-kal kevesebbet. Ahol a szögérintkezős csapágy határozottan előre húz, az a tolóoldalon van: ugyanaz a 7206 25°-ban durván 8,5 kN-ig képes folyamatos axiális terhelést is kezelni, míg az egyenértékű mélyhornyú csapágy jellemzően a tengelyirányú dinamikus sugárirányú névleges értékének csak 30-40%-ára korlátozódik, és csak alacsony vagy közepes sebességnél. Bármilyen jelentős tolóerővel rendelkező alkalmazáshoz – spirális fogaskerekes fogaskerekek, golyóscsavarok, ferde forgácsolóerők – a mélyhornyú csapágy egyszerűen elfogy az axiális kapacitásából, sokkal hamarabb, mint egy szögérintkező csapágy.

Vizuális azonosítás

A mélyhornyú csapágynak két egyforma válla van a golyós horony mindkét oldalán, míg a szögérintkező csapágyaknak egy magas váll és egy alacsony váll van – a magasabb oldal a teherhordó felület, és a szerelés során a tolóerő forrása felé kell néznie. A cikkszámozás egy másik ajándék: a szögérintkezős golyóscsapágyak általában 7xxx sorozatszámot viselnek, míg a mélyhornyú golyóscsapágyak 6xxx sorozatszámot használnak.

Szerelési elrendezések: DB, DF és DT magyarázat

Mivel egy szögérintkezős csapágy csak egy irányból áll ellen a tolóerőnek, a legtöbb valós telepítés két (vagy több) csapágyat használ, amelyek illeszkedő, előre beállított párként vannak felszerelve. A csapágyak elrendezhetők úgy, hogy a külső gyűrű elülső felületei együtt legyenek (szemtől-szembe, DF), hátlapjaikkal együtt (hátra-hátra, DB), vagy lapjaikkal azonos irányban (tandem, DT). A rakományház rossz elrendezésének kiválasztása az egyik leggyakoribb – és költséges – specifikációs hiba.

Vissza-vissza (DB)

Egy háttal egymás melletti elrendezésben a két csapágy érintkezési szögvonalai befelé eltérnek, "O" alakot alkotva, ezért a DB-t O-elrendezésnek is nevezik. A DB párosítás adja a legerősebb ellenállást a billenő nyomatékokkal szemben, így ez a megfelelő választás, amikor a radiális terhelés billenőnyomatékkal kombinálva uralja a terhelést. Ez a széles, hatékony terhelésközéppont-távolság az oka annak, hogy a DB párok a standard választás az orsóorrok és a kerékagyak számára, amelyeknek ellenállniuk kell a borulási erőknek.

Szemtől szemben (DF)

Szemtől szembeni elrendezésben a rés a külső, nem pedig a belső futópályák között van, és ennek a résnek a telepítéskor történő bezárása hozza létre a működő előfeszítést. A DF párosítás a megfelelő hívás, amikor az axiális terhelés mindkét irányból érkezhet, és a szerelvénynek termikusan kell kompenzálnia a tengely tágulását, mivel a szűkebb terhelésközép távolság kecsesebben tolerálja a tengely növekedését, mint a DB. A kompromisszum a nyomatéki terhelésekkel szembeni kisebb ellenállás, így a DF pároknak megfelelő tengelytávolságra van szükségük, ha az eltolódási ellenállás számít.

Tandem (DT)

Tandem elrendezésben mindkét csapágy érintkezési szögvonala párhuzamosan fut, így nagyon nagy teherbírású tolóerő-konfiguráció jön létre, amely nem hordoz sugárirányú terhelést, és csak egy irányba fogadja el a tolóerőt. A DT párosítás akkor a választás, ha az egyirányú axiális terhelés túlméretezett egyetlen csapágyhoz, mivel az elrendezés mindkét csapágy axiális kapacitását felülírja. Ha egy tandem rendszerben mindkét irányból ellen kell állni a tolóerőnek, akkor egy harmadik csapágyat kell a tandem párhoz hozzáadni – a DT önmagában nem biztosít eredendő tengelyirányú stabilitást az extra előfeszítés nélkül.

A szögletes érintkező golyóscsapágyak általános típusai

Egysoros szögérintkezős csapágyak

Az alapkivitel: egy sor golyó, egy megemelt váll, amely képes sugárirányú terhelést plusz axiális terhelést egyetlen irányban hordozni. Csak akkor használható egyedül, ha a tolóerő valóban egyirányú; egyébként DB, DF vagy DT párba szerelve.

Kétsoros szögérintkező csapágyak

A nagy merevségre, valamint mindkét irányban kombinált radiális és axiális terhelésre tervezett kétsoros szögérintkezős csapágyakat általában motorokban, szivattyúkban és kompresszorokban használják. Úgy működnek, mint egy állandó, egymásnak ellentmondó pár, egyetlen csapágyba építettek, mindkét irányban tengelyirányú terhelést tartanak fenn, miközben nyomatékos terheléseket is kezelnek, és gyakran használják rögzített végű csapágyként egy tengelyrendszerben.

Négypontos érintkezőcsapágyak

A négypontos érintkezőcsapágyak kompakt, nagy merevségű kialakítást kínálnak, amely mindkét irányban támogatja az axiális terheléseket korlátozott radiális teherbírás mellett, és általában megtalálhatók motorokban, sebességváltókban és szivattyúkban. Radiális terhelés alatt a golyók négy érintkezési pontot hoznak létre a belső és a külső gyűrűkkel – tiszta axiális terhelés esetén az érintkezés két pontra csökken, hasonlóan a szabványos szögérintkező csapágyakhoz. Ez a kialakítás lehetővé teszi, hogy egyetlen csapágy helyettesítsen egy párosított csapágyat, ahol az axiális tér jelentős.

Duplex (illesztett páros) szögérintkezős csapágyak

A duplex csapágyak két vagy több egysoros szögérintkezős csapágyak, amelyeket készletként gyártanak és illesztenek egy meghatározott hézaghoz és előfeszítéshez, majd DB, DF vagy DT konfigurációban szerelik össze. Mivel az összeillesztett párokat ugyanabban a gyártási tételben kell előállítani a teljesítmény egységességének biztosítása érdekében, soha ne keverje össze őket más készletből származó csapágyakkal – még akkor sem, ha a cikkszámok megegyeznek.

Miniatűr szögletes érintkezőcsapágyak

A miniatűr szögérintkezős csapágyak a szabványos egysoros kialakítás kompakt, nagy pontosságú változatai, jellemzően 10 mm-nél kisebb furatmérettel, és olyan helyszűke, precíziós kritikus alkalmazásokhoz készültek, mint a fogászati kézidarabok, optikai műszerek és kis szervo működtetők.

Előfeszítés: Miért van szükség a szögérintkezős csapágyakra?

A szögérintkező csapágyakat jellemzően a belső gyűrű, a golyók és a külső gyűrű között előfeszítéssel szerelik össze, ami minimalizálja vagy megszünteti a golyók és mindkét futópálya közötti belső hézagot. Előfeszítés nélkül a szögletes érintkezőcsapágy enyhe vagy tolató terhelés hatására labdacsúszást, vibrációt és idő előtti kopást okozhat, mivel a golyók pillanatnyilag elveszítik állandó kapcsolatukat a versenypályával.

Az előfeszítés szorosan összefügg az érintkezési szöggel és a párosítási elrendezéssel, és a megfelelő beállítás különösen kritikus a nagy sebességű, nagy pontosságú alkalmazásoknál, mint például az orsók és szervomotorok, ahol a megfelelő előfeszítés javítja a merevséget és csökkenti a vibrációt. A konkrét módszert – gyárilag begépelt előfeszítés, rugós előfeszítés vagy kúpos alátétekkel felszerelt előfeszítés a szerelés során – általában a beépítési szakaszban határozzák meg, nem pedig a tervezési szakaszban. Az előfeszítés túlfeszítése gyakori hiba: a túlzott szorítóerő megnöveli a súrlódást és a hőt, ami éppúgy lerövidítheti a csapágy élettartamát, mint a túl kis előterhelés melletti futás.

A szögérintkezős golyóscsapágyak tipikus alkalmazásai

A szögletes érintkezőcsapágyak mindenhol megjelennek, ahol egy tengely jelentős tolóerőt tapasztal a radiális terhelés mellett – ami a forgó gépek széles sávját fedi le. A leggyakoribb alkalmazások közül néhány szemlélteti, hogy az érintkezési szög és a szerelési elrendezés miért olyan fontos a gyakorlatban:

• Szerszámgép orsók - a CNC szerszámgépek ultraprecíz orsóitól, amelyek akár 30 000 ford./perc fordulatszámon is működnek, ahol a 15°-os csapágyak biztosítják a folyamat által megkövetelt sebességet.
• Gépjármű kerékagyak — A kétsoros szögérintkezős csapágyak a standard választás a modern autókerékagyokhoz, amelyek könnyen kezelik a nagy sebességű kanyarodás során keletkező hatalmas axiális erőket.
• Centrifugális szivattyúk - a járókerék előretolja a folyadékot, egyenlő és ellentétes tolóerőt hozva létre a tengely mentén, és a 40°-os szögben elhelyezett érintkezőcsapágyak ezt a tolóerőt könnyedén elnyelik.
• Golyós csavarok és lineáris tengelyek — a precíziós automatizálás nulla holtjátékot igényel, és a háttal egymás mellett elhelyezett szögletes érintkezőcsapágyak biztosítják a pontos robotmozgáshoz szükséges merev axiális pozicionálást.
• Kerékpáros fejhallgatók — a legtöbb kerékpár szögletes csapágyakat használ a headsetben, mert az ott ható erők radiális és axiális irányban is hatnak.
• Sebességváltók és turbófeltöltők — az illesztett szögérintkezőpárokat széles körben használják mindenhol, ahol kétirányú axiális terhelés lép fel, beleértve a sebességváltókat, a turbófeltöltőket és a robotcsuklókat.

Hogyan válasszuk ki a jobb oldali érintkezőcsapágyat

A szögérintkezős csapágy helyes megadása a terhelési irány, a sebesség és a pontosság követelményeinek sorrendben történő végrehajtásán múlik – e lépések bármelyikének kihagyása az, ahol a legtöbb alkalmazásoldali hiba származik.

1. Határozza meg, hogy az axiális terhelés egyirányú vagy kétirányú. Az egyirányú terhelések néha egyetlen csapágyat is használhatnak; A kétirányú terhelések mindig egy páros vagy kétsoros kialakítást igényelnek.
2. Hasonlítsa össze a radiális és az axiális terhelés nagyságát. Ha a sugárirányú terhelés meghaladja az axiális terhelést, a 25°-os érintkezési szög az általános célú választás; ha az axiális terhelés meghaladja a sugárirányú terhelést, emelje fel a 40°-ot a tolóerő-növelés érdekében; és nagy sebességű, kis terhelésű forgatókönyvek esetén a 15°-ot részesítjük előnyben.
3. Illessze a rögzítési elrendezést a domináns terhelési típushoz: DB háttal egymás mellett a radiális terheléshez, valamint a billenési nyomatékhoz (legerősebb dőlésgátló ellenállás), DF szemtől szembe, amikor a kétirányú axiális terhelésnek is alkalmazkodnia kell a tengely hőtágulásához, és DT tandem, amikor egy túlméretezett egyirányú axiális terhelés több tengely együttes kapacitását igényli.
4. Az érintkezési szög véglegesítése előtt ellenőrizze a sebességkorlátozó fordulatszámot (az elméleti maximum ideális körülmények között), a referencia-fordulatszámot (a stabil, hosszú távú működéshez ajánlott felső határ) és az alkalmazás tényleges üzemi sebességét a csapágy névleges értékeivel.
5. Nagy pontosságú vagy nagy sebességű orsómunkához P5 vagy annál magasabb pontossági osztályt adjon meg, mivel ezeket az osztályokat általában a szerszámgépek főorsóiban használják, ahol az előfeszítést a működési feltételek alapján, speciális illesztéssel állítják be.
6. Erősítse meg a gyártó szögkód-konvencióját (például "A5" vagy "B" utótag) az adott katalógushoz képest, ahelyett, hogy azt feltételezné, hogy az megegyezik egy másik márka számozásával.

Ennek a hat lépésnek a végrehajtása – ahelyett, hogy az alapértelmezett alkatrészszámot választaná – az különbözteti meg az L10 névleges élettartamát elérő csapágyakat attól a csapágyaktól, amelyek korán meghibásodnak olyan terhelés alatt, amelynek szállítására valójában soha nem volt alkalmas.