Axiálna tuhosť guľôčkového ložiska s hlbokou drážkou: Praktická príručka pre inžinierov

Vreteno začne zanechávať slabú stopu pri 8 000 ot./min. Guľôčkové ložisko spĺňa svoju publikovanú nosnosť, no hriadeľ sa axiálne vychyľuje oveľa viac, než umožňuje návrhový rozpočet. Toto je známa scéna v presných strojoch: kontrolovalo sa číslo zaťaženia, ale číslo tuhosti nebolo nikdy špecifikované. Axiálna tuhosť určuje, ako veľmi sa hriadeľ pohybuje, keď naň pôsobí axiálna sila, a v zariadeniach, ako sú malé motory, roboty a meracie zariadenia, na tomto pohybe záleží rovnako ako na životnosti ložiska. Tento článok vysvetľuje, čo znamená axiálna tuhosť, ktoré konštrukčné premenné ju riadia a ako zabezpečiť, aby sa vybraté ložisko správalo tak pevne, ako to aplikácia vyžaduje.

Čo znamená axiálna tuhosť v guľôčkovom ložisku s hlbokou drážkou

Axiálna tuhosť je pomer pôsobiaceho axiálneho zaťaženia k výslednej axiálnej deformácii, vyjadrený v newtonoch na milimeter. Pre guľkové ložisko s hlbokou drážkou tento pomer nie je konštantný. Priehyb medzi guľôčkami a obežnými dráhami sleduje Hertzovo kontaktné správanie: so zvyšujúcim sa zaťažením sa zväčšuje kontaktná plocha, priehyb sa úmerne zmenšuje a ložisko sa zdá byť tuhšie. Inými slovami, tuhosť stúpa so zaťažením.

Aby sme to uviedli, malé guľôčkové ložisko veľkosti 608 môže vykazovať axiálnu tuhosť v rozsahu 30 až 80 N/µm v závislosti od vôle a úrovne zaťaženia. Väčšie ložisko, ako je 6205, môže dosiahnuť niekoľko stoviek N/µm za rovnakých podmienok. Tieto čísla nie sú fixné ratingy; sú to snímky jedného konkrétneho bodu zaťaženia na nelineárnej krivke.

Guľôčkové ložisko s hlbokou drážkou je symetrické v axiálnom smere, čo znamená, že môže prenášať axiálne zaťaženie v oboch smeroch. Táto symetria má však dôsledok, ktorý dizajnéri často prehliadajú. Ložisko je konštruované s vnútornou radiálnou vôľou, takže guľôčky sa nedotýkajú dvoch obežných osadení súčasne. Pod malou axiálnou silou sa hriadeľ pohybuje takmer voľne cez vôľu, kým guľôčky nedosadnú na jedno rameno. Axiálna tuhosť v tejto oblasti je prakticky nulová a až po spotrebovaní tejto vôle začne ložisko odolávať zaťaženiu svojou skutočnou kontaktnou tuhosťou.

Prečo je axiálna tuhosť dôležitejšia ako nosnosť

Nosnosť odpovedá na jednu otázku: aké veľké zaťaženie môže ložisko vydržať? Axiálna tuhosť odpovedá na inú otázku: ako presne bude ložisko držať hriadeľ? Pri mnohých produktoch je druhou otázkou to, čo určuje kvalitu. Malý motor, ktorý umožňuje pohyb rotora, vytvára vibrácie a hluk. Robotický kĺb s nadmernou axiálnou vôľou stráca opakovateľnosť polohovania. Presné vreteno, ktoré sa pod reznou silou vychyľuje, vytvára chvenie a zlú kvalitu povrchu.

Zoberme si motor, ktorého rotor je umiestnený pomocou dvoch guľkových ložísk. Ak axiálna vôľa na ramene obežnej dráhy ponechá 15 µm voľného pohybu, rotor sa posúva tam a späť pri každom otočení magnetickej sily. Výsledný axiálny pohyb sa priamo premieta do počuteľného hluku a opakovaných mikronárazov medzi guľôčkami a ramenom obežnej dráhy. Predpäté ložisko alebo ložisko so zníženou vôľou eliminuje toto správanie pri zdroji.

Žiadna z týchto porúch nevyžaduje, aby sa ložisko nachádzalo niekde blízko limitu zaťaženia. Ložisko jednoducho nie je dostatočne tuhé pre konštrukčnú slučku stroja. To je dôvod, prečo by sa s údajmi o tuhosti malo zaobchádzať ako s prvotriednou špecifikáciou, nie s dodatočným nápadom. Keď je zostava navrhnutá tak, aby udržala axiálny pohyb v rozmedzí dvoch mikrónov, ložisko, ktoré sa vychýli o desať mikrónov pri rovnakej sile, robí každý ďalší presný komponent v systéme zbytočným.

Kľúčové faktory, ktoré riadia axiálnu tuhosť

V tabuľke nižšie sú uvedené parametre, ktoré priamo ovplyvňujú axiálnu tuhosť guľkového ložiska. Na kompromisoch záleží rovnako ako na samotnom zlepšení tuhosti.

Problém s vôľou a ako pomáha predpätie

Najčastejším dôvodom slabej axiálnej tuhosti v praxi je nedostatočný priemer gule; je to povolenie. Štandardné guľkové ložiská sú rozdelené do skupín s vôľou, ako sú C2 (menšie ako normálne), CN (normálne) a C3 (väčšie ako normálne). Väčšia vôľa zjednodušuje montáž a toleruje tepelnú rozťažnosť, no zároveň rozširuje zónu axiálneho posunu. Pre aplikácie kritické z hľadiska tuhosti je C2 alebo dokonca prispôsobená vôľa často najjednoduchším spôsobom, ako znížiť axiálnu vôľu bez zmeny geometrie ložiska.

Ak aplikácia nemôže akceptovať žiadny axiálny voľný pohyb, ďalším krokom je predpätie. Pružina, ktorá axiálne tlačí na vonkajší krúžok, nepretržite dosadá guľôčky na obežnú dráhu, takže ložisko vždy pôsobí na tuhšiu časť svojej krivky vychýlenia. Pevné predpätie dosiahne rovnaký výsledok upevnením oboch ložiskových krúžkov tak, aby boli guľôčky vždy v kontakte. Obidva prístupy znižujú axiálnu vôľu takmer na nulu, ale zvyšujú trenie a vytvárajú teplo, takže hodnoty predpätia sa musia vypočítať opatrne pre očakávanú prevádzkovú rýchlosť a teplotný rozsah.

Radiálna verzus axiálna tuhosť v praxi

Guľôčkové ložiská s hlbokými drážkami sa niekedy označujú ako radiálne dominantné a popis je spravodlivý. Radiálne zaťaženie sa prenáša pozdĺž priamej línie cez guľôčky a obe obežné dráhy, zatiaľ čo axiálne zaťaženie sa musí preniesť cez ramená obežnej dráhy a vyvolať rastúci kontaktný uhol. Kvôli tejto geometrii je radiálna tuhosť guľkového ložiska zvyčajne vyššia ako jeho axiálna tuhosť pri rovnakom zaťažení. Rozdiel nie je vadou; je to dôsledok konštrukcie ložiska.

Pre hriadeľ, ktorý musí byť umiestnený presne v oboch smeroch, je často praktickým riešením dvojica ložísk alebo ložisko s integrovanou prírubou. Prírubové varianty registrujú ložisko axiálne k čelu skrine a zjednodušujú montáž v malých elektromotoroch a prevodovkách. The sprievodca výberom prírubového ložiska vysvetľuje, ako poloha príruby a uloženie puzdra ovplyvňujú umiestnenie axiálneho hriadeľa. V motoroch s obmedzeným priestorom sa používa tienené prírubové ložisko, ako napr Prírubové ložisko F696ZZ poskytuje axiálnu podporu aj jednoduché umiestnenie puzdra bez dodatočného poistného krúžku.

Veľkoobchodné tienené prírubové ložisko F696ZZ zaisťuje hladký chod pre malé motory Ningbo Zhenhai Hualei Bearing Co., Ltd. je veľkoobchod v Číne F696ZZ tienené prírubové ložisko zaisťuje hladký chod pre dodávateľa malých motorov... Zobraziť produkt →

Ako overiť axiálnu tuhosť pred nákupom

Teoretické výpočty tuhosti sú východiskovým bodom, ale skutočná krivka zaťaženie-deformácia závisí od vyrobenej vôle, profilu obežnej dráhy a guľatosti. Test sily a deformácie je jednoduchý: umiestnite ložisko na pevnú podperu, aplikujte axiálne zaťaženie v prírastkoch pomocou kalibrovaného lisu a zmerajte posunutie hriadeľa pomocou snímača posunutia. Vynesenie zaťaženia proti priehybu dáva krivku, ktorej sklon pri prevádzkovom zaťažení je tangenciálna tuhosť ložiska.

Ak ide o miniatúrne ložiská, skúšobné nastavenie sa musí tiež zmenšiť. Výchylka pri niekoľkých newtonoch axiálneho zaťaženia môže byť len niekoľko mikrometrov, takže rozlíšenie merania je náročnejšie ako u veľkého priemyselného ložiska. To je miesto, kde dodávateľ ložísk so schopnosťou vlastného merania robí rozdiel, keď kvalifikujete nové Kompaktné miniatúrne ložisko 688ZZ pre presnú montáž.

Veľkoobchodné guľôčkové ložisko 688ZZ s hlbokou drážkou sa vyznačuje kompaktným dizajnom ideálnym pre lig Ningbo Zhenhai Hualei Bearing Co., Ltd. je veľkoobchod v Číne 688ZZ guľôčkové ložisko s hlbokou drážkou sa vyznačuje kompaktným dizajnom ideálnym pre ľahké... Zobraziť produkt →

Všimnite si, že skúška statickej záťaže-deformácia meria statickú tuhosť. V bežiacom stroji ložisko reaguje aj na dynamické efekty: správanie sa olejového filmu medzi guľôčkami a obežnými dráhami, odstredivé sily na guľôčky pri vysokej rýchlosti a tepelnú rozťažnosť krúžkov. Pre väčšinu aplikácií pod 60 percent menovitého počtu otáčok ložiska je statická tuhosť spoľahlivým základom na porovnanie. Zmäkčenie súvisiace s rýchlosťou sa stáva významným hlavne pri vysokorýchlostných vretenách, kde sa vyžaduje priame dynamické testovanie.

Praktické kroky výberu pre tuhé uloženia ložísk

Proces výberu by mal začať rozpočtom osového vychýlenia, nie výpočtom zaťaženia. Rozhodnite, aký veľký pohyb hriadeľa môže aplikácia tolerovať pri maximálnej axiálnej sile. Potom porovnajte možnosti ložísk podľa ich predpokladaného správania sa pri zaťažení a priehybu pri tejto špecifickej sile, a nie podľa jedného čísla tuhosti prevzatého z katalógu. Tuhosť nemá univerzálne hodnotenie; je funkciou zaťaženia, vôle a predpätia.

Pre malé motory, robotiku a lekárske prístroje je smer zaťaženia rovnako dôležitý ako jeho veľkosť. Nerezové miniatúrne ložisko ako napr Ložisko z nehrdzavejúcej ocele SMR148-2RS ponúka odolnosť proti korózii a hladký chod v prostrediach, kde je motor vystavený vlhkosti alebo čistiacim prostriedkom. Tam, kde je priestor extrémne obmedzený, kompaktná konštrukcia udržuje malý obal ložiska a zároveň poskytuje predvídateľné axiálne správanie vďaka starostlivému výberu vôle.

Veľkoobchodné miniatúrne ložisko SMR148-2RS je ideálne pre malé motory, roboty a Mec Ningbo Zhenhai Hualei Bearing Co., Ltd. je veľkoobchod v Číne Miniatúrne ložisko SMR148-2RS je ideálne pre malé motory, roboty a mechanické M... Zobraziť produkt →

Ložiská vybrané pre tuhosť by mali byť overené aj v skutočnom uložení na skrini a hriadeli. Presahujúce uloženia menia vnútornú vôľu po montáži a ložisko, ktoré sa na skúšobnom zariadení javí ako tuhé, môže po zatlačení do puzdra zmäknúť. Do hodnotenia tuhosti zahrňte stav montáže a nepovažujte ložisko za izolovaný komponent. Podrobnejší pohľad na to, ako malé ložiská podporujú presné systémy, nájdete v našom prehľade ako miniatúrne ložiská poháňajú presné strojárstvo a vysokorýchlostné stroje .