Mi az a szögletes csapágy és hogyan működik?

Mi az a szögletes érintkezőcsapágy

A szögérintkezős csapágy egyfajta golyós vagy görgős csapágy, amelynek futópályái a csapágy tengelyéhez képest eltolási szögben vannak elhelyezve, lehetővé téve a csapágy megtámasztását. egyidejűleg kombinált radiális és axiális (tolóerő) terheléseket ahelyett, hogy csak egyfajta terhelést kezelne, mint egy szabványos mélyhornyú csapágyat. Ez az eltolás, amelyet érintkezési szögnek neveznek, általában 15° és 40° között van, és meghatározza, hogy a csapágy mekkora axiális terhelést tud viselni a radiális terheléshez képest.

Szögletes érintkező golyóscsapágyak kifejezetten golyókat használnak gördülőelemként, és ennek a csapágytípusnak a legelterjedtebb formája, amelyet széles körben használnak szerszámgépek orsóiban, szivattyúiban és sebességváltóiban, ahol a tengelyek tolóerőt fejtenek ki a fogaskerekek összekapcsolódásából vagy a folyadéknyomásból a normál radiális terhelés mellett. Egy csapágy a 40°-os érintkezési szög nagyjából kétszer akkora axiális terhelést képes elviselni, mint egy 15°-os szöggel azonos csapágyméret mellett, ezért minden alkalmazásnál a megfelelő érintkezési szög kiválasztása az első döntés.

Hogyan működnek a szögletes golyóscsapágyak

A szabványos mélyhornyú csapágyon belül a belső és a külső futópályák úgy vannak elrendezve, hogy a golyó és a futópálya közötti érintkezés közvetlenül a radiális síkon keresztül történik. A szögérintkezős csapágyaknál a futópályák aszimmetrikusan vannak köszörülve, így a belső és külső gyűrű érintkezési pontjait összekötő vonal szöget zár be a csapágy sugárirányú síkjához képest.

Miért teszi lehetővé a szög a tolóerőt?

Mivel a terhelési út átlósan halad át a golyón, nem pedig egyenesen rajta, a sugárirányú terhelés egy része axiális erőkomponenssé alakul, és fordítva, a csapágy ellenáll a tengelyt egy irányba toló axiális terheléseknek. Ez az oka annak, hogy a szögérintkezős csapágyakat szinte mindig párban vagy készletben szerelik fel, mivel egyetlen csapágy csak egy axiális irányban ellenáll a tolóerőnek.

Egyirányú tolóerő korlátozás

Egyetlen szögérintkezős csapágy csak axiális terhelést képes viselni, és a tengelyt arra az oldalra tolja, ahol az érintkezési szög "nyílik". A fordított tolóerő nem támogatott, ez az alapvető oka annak, hogy ezeket a csapágyakat jellemzően egymás mellett vagy szemtől szemben párosítják a valódi szerelvényekben.

Érintkezési szögosztályok és teherbírásuk

A gyártók szögletes érintkezési golyóscsapágyakat gyártanak néhány szabványos érintkezési szögosztályban, amelyek mindegyike a sebesség és az axiális teherbírás eltérő egyensúlyához igazodik.

Általános szabályként az alacsonyabb érintkezési szögek nagyobb sebességet támogatnak mert a labda érintkezési ereje kevesebb tengelyirányban irányul, ami csökkenti a hőtermelést, míg a nagyobb érintkezési szögek bizonyos sebességet váltanak ki a nagyobb tolóerő-tartás érdekében.

Csapágykonfigurációk és szerelési elrendezések

Mivel az egyetlen szögérintkezős csapágy csak egyirányú tolóerőt kezel, a gyártók előre egyeztetett készletekben szállítják őket, hogy illeszkedjenek a megfelelő belső hézaggal. A választott konfiguráció befolyásolja a merevséget, az eltolódási tűréshatárt és a támogatott terhelési irányokat.

A szerszámgépek orsóinál általában előnyben részesítik a hát-háttal (DB) elrendezéseket, mivel a két csapágy közötti nagyobb effektív középtávolság lényegesen nagyobb ellenállás a tengelybillentéssel szemben pillanatnyi terhelés alatt a szemtől szembeni beállításhoz képest.

Szögletes érintkezőcsapágyak vs más csapágytípusok

A mérnökök gyakran hasonlítják össze a szögérintkező golyóscsapágyakat a mélyhornyú golyóscsapágyakkal és a kúpgörgős csapágyakkal, amikor a tengelynek radiális és axiális terhelést is kezelnie kell.

A szögérintkezős golyóscsapágyak praktikus középutat foglalnak el: elviselik a sebességet nagyjából 20-30%-kal magasabb mint a hasonló méretű kúpgörgős csapágyak az alacsonyabb gördülési súrlódás miatt, miközben továbbra is jelentős tolóerőt kezelnek, amelyet a mélyhornyú csapágyak nem tudnak megbízhatóan kezelni.

A szögérintkezős golyóscsapágyak általános alkalmazásai

A radiális és a tolóerő és a jó nagysebességű teljesítmény kombinációja a szögletes érintkezőcsapágyakat standard választássá teszi számos iparágban.

• Szerszámgép orsók – A 15°-os érintkezési szögű csapágyak egymás melletti párokban támogatják a vágási erőket, miközben megtartják a mikron alatti pontossághoz szükséges forgási pontosságot
• Gépjárműipari első kerékagyak – 40°-os érintkezési szögű csapágyak kezelik a kanyarodási tolóerőt a jármű súlyával együtt
• Centrifugálszivattyúk és kompresszorok – a 25-30°-os csapágyak kezelik a járókerék nyomáskülönbségei által generált axiális tolóerőt
• Csavar- vagy kúpfogaskerekes hajtóművek – a szögletes érintkezőkészletek elnyelik az ezekben a fogaskerekekben keletkező tengelyirányú tolóerőt a hálózás során
• Robotkaros csuklók és forgóasztalok – a páros csapágyak biztosítják a szükséges merevséget, hogy ellenálljanak a billenő nyomatékoknak a csuklónál

Előtöltés és precíziós osztály kiválasztása

Két további specifikáció határozza meg a szögérintkezős csapágy teljesítményét a beszerelés után: előterhelési szint és precíziós osztály.

Előtöltés

Kis, szabályozott belső terhelés (előfeszítés) alkalmazása a csapágypár felszerelésekor megszünteti a belső játékot és javítja a forgási pontosságot. A könnyű előfeszítést a nagy sebességű orsóalkalmazásokhoz alkalmazzák, míg a nagy előfeszítést ott alkalmazzák, ahol a maximális merevség fontosabb, mint a végsebesség, például köszörűgépek orsóinál.

Precíziós osztály

A csapágyakat ISO vagy ABEC szabványok szerint osztályozzák ABEC 7 vagy ABEC 9 (ISO P4/P2) osztályok a nagy pontosságú orsómunkákhoz vannak fenntartva, míg a szabvány ABEC 1 (ISO P0) csapágyak elegendőek az általános ipari sebességváltókhoz és szivattyúkhoz, ahol nincs szükség extrém forgási pontosságra.

Bevált telepítési és karbantartási gyakorlatok

Mivel az egymáshoz illesztett csapágykészletek párban vannak köszörülve, a beszerelés közbeni helytelen kezelés az idő előtti meghibásodás egyik leggyakoribb oka.

1. Soha ne keverje össze a különböző összeillesztett készletekből származó csapágyakat, mivel a belső hézag kifejezetten ehhez a párhoz van köszörülve
2. A beszerelés előtt ellenőrizze a helyes tájolási jelöléseket (gyakran egy nyíl vagy betű a külső gyűrűn), mivel a csapágyak megfordítása egy háttal egymás melletti készletben nem szándékos szemtől-szembe való elrendezéssé változtatja.
3. Egy hüvely vagy prés segítségével egyenletesen alkalmazza a rögzítőerőt a belső gyűrű felületén, soha ne érintse meg közvetlenül a golyókat vagy a ketrecet
4. Ellenőrizze, hogy a tengely és a ház tűrése megfelel-e a csapágygyártó illesztési ajánlásainak, mivel a túlméretezett házfurat csökkentheti a tervezett előfeszítést
5. Kenje újra a gyártó által meghatározott időközönként; a nagy sebességű orsós csapágyak gyakran igényelnek olaj-levegő vagy zsíros rendszert az időszakos kézi zsírozás helyett

A csapágygyártók helyszíni adatai következetesen azt mutatják a nem megfelelő előfeszítési beállítás a korai orsócsapágy meghibásodások nagy részét okozza , sokkal inkább, mint az anyaghibák vagy a normál kopás, ezért a nyomatékszabályozott beépítési eljárások ugyanolyan fontosak, mint maga a csapágyválasztás.

Hogyan válasszuk ki a megfelelő szögletes érintkezőcsapágyat

A megfelelő csapágy kiválasztása az érintkezési szög, a konfiguráció és a pontosság osztályának az alkalmazás tényleges terhelési és sebességprofiljához való illeszkedésétől függ.

• Számítsa ki az axiális és a radiális terhelés várható arányát; a 0,5 feletti arányok általában 30-40°-os érintkezési szöget igényelnek 15° helyett
• Válassza a háttal (DB) rögzítést, ha a pillanatnyi terhelés ellenállása és a merevség számít a legfontosabbnak, és a szemtől szembe (DF) rögzítést, ha tengelyeltérés várható
• A precíziós osztályt igazítsa az alkalmazás pontossági követelményeihez ahelyett, hogy alapértelmezetten a legmagasabb elérhető osztályt állítaná be, mivel a szükségtelenül szigorú precizitás jelentős költségekkel jár anélkül, hogy funkcionális előnyökkel járna az általános ipari felhasználásban
• Győződjön meg róla, hogy a csapágy névleges fordulatszáma (gyakran dn értékben kifejezve, furatátmérő szorozva RPM) kényelmesen meghaladja az alkalmazás működési sebességét
• Dolgozzon olyan beszállítóval, aki megfelelő összeállítású dokumentációt és egyértelmű tájolási jelöléseket biztosít, mivel a jelöletlen vagy nem megfelelő csapágyakat nehéz helyesen beszerelni a terepen

Ha ezeket a kiválasztásokat a tervezési szakaszban elvégezzük, elkerülhető az a sokkal költségesebb probléma, hogy az idő előtti csapágyhibát diagnosztizáljuk, miután a gép már üzemben van.