Mitä ovat kulmakosketuskuulalaakerit? Täydellinen opas

Mitä ovat kulmakosketuslaakerit?

Kulmakosketuslaakerit ovat kuulalaakereita, joiden sisä- ja ulkokehä on siirretty toisiinsa nähden, joten kuulat koskettavat kutakin rataa pitkin linjaa, joka on asetettu kulmaan laakerin radiaaliseen tasoon nähden. Tämä kulma, jota kutsutaan kosketuskulmaksi, antaa yhden laakerin kuljettaa radiaalista kuormaa ja aksiaalista (työntövoimaa) kuormaa yhteen suuntaan samanaikaisesti, mitä tavallinen syväurakuulalaakeri ei pysty tekemään tehokkaasti. Angular Contact Ball Bearings (ACBB) on rakennettu siten, että ulkorenkaassa on yksi nostettu olkapää ja yksi laskettu olake, mikä luo epäsymmetrian, joka tarvitaan työntövoiman siirtämiseen pallon ja kilpailun välisen kosketuspisteen kautta.

Laakeriteollisuudessa käytetyt vakiokosketuskulmat ovat 15°, 25° ja 40° , jossa 30° esiintyy myös joidenkin valmistajien alueilla. Nyrkkisääntö on yksinkertainen: suurempi kosketuskulma kantaa enemmän aksiaalista kuormaa, mutta sietää vähemmän nopeutta; pienempi kosketuskulma pyörii nopeammin, mutta sillä on vähemmän työntövoimaa. Koska yksirivinen kulmakosketinlaakeri kestää työntövoimaa vain yhdestä suunnasta, useimmat sovellukset asentavat kaksi laakeria yhteensovitettuna parina käsittelemään akselin molemmilta puolilta tulevaa kuormaa.

Kuinka kulmakosketuskuulalaakerit toimivat

Syvän urakuulalaakerin sisällä kulkuradan urat ovat symmetrisiä ja pallo on keskitetty niiden väliin – kosketuskulma on olennaisesti nolla, joten laakeri kestää pääasiassa säteittäistä kuormitusta. Kulmakosketuslaakerissa ulompi rengasura on siirretty aksiaalisesti suhteessa sisempään rengasuraan. Kun pallo on kahden siirtyneen uran välissä, sen kaksi kosketuspistettä yhdistävä viiva ei ole enää kohtisuorassa akseliin nähden - se on vinossa. Tämä kallistus on kosketuskulma (α) , ja se muuttaa osan säteittäisestä työntöstä kuormitustieksi, joka pystyy vastustamaan aksiaalista työntövoimaa.

Vapaat, staattiset ja dynaamiset kosketuskulmat

Laakeriluettelot ilmoittavat "vapaan" tai nimellisen kosketuskulman (15°, 25°, 40°) mitattuna laakerin ollessa kuormittamaton ja asentamaton. Kun laakeri on puristettu akselille, altistettu lämpölaajenemiselle ja asetettu käyttökuormituksen ja pyörimisen aiheuttaman keskipakovoiman alaisena, todellinen – tai tehollinen – kosketuskulma siirtyy kyseisestä nimellisarvosta. Jos kosketuskulma kasvaa liikaa, pallo voi nousta kilparadan olakkeen ohi ja aiheuttaa ennenaikaisen vian; jos se putoaa liian alas, pallot voivat takertua kilparadalle tai menettää esijännityksen, mikä johtaa epäsäännölliseen pallon liikkeeseen ja ennenaikaiseen kulumiseen. Tästä syystä laakeriinsinöörit laskevat sekä staattiset että dynaamiset kosketuskulman siirtymät ennen sovitus- ja esijännitysmäärityksen viimeistelyä sen sijaan, että luottaisivat pelkkään luettelokulmaan.

Kosketuskulmavaihtoehdot: 15°, 25° ja 40° verrattuna

Oikean kosketuskulman valinta on merkittävin yksittäinen päätös kulmakosketuslaakerin määrittämisessä, koska se korjaa nopeuden ja työntövoiman välisen kompromissin sovelluksen koko käyttöiän ajan. Viidentoista asteen laakerit maksimoivat nopeuskyvyn pienemmällä aksiaalikuormituskapasiteetilla ja ovat paras valinta nopeille karille, joiden nopeus on yli 15 000 rpm ja aksiaalikuorma pysyy kohtuullisena. 25 asteen laakerit ovat yleiskäyttöinen, eniten varastossa oleva valinta, joka tasapainottaa nopeuden ja aksiaalikapasiteetin suurimmassa osassa tarkkuusvaihteistoja, robottiniveliä ja keskinopeita karoja. Neljänkymmenen asteen laakerit maksimoivat aksiaalisen kuormituskapasiteetin, mutta niissä on huomattava nopeusrajoitus.

Käytännöllinen tapa muistaa se: kun säteittäinen kuorma hallitsee kuormitusta, 25° laakeri on oletuksena; kun aksiaalinen (työntövoima) kuormitus hallitsee, siirry 40°:een; Kun akselin on pyörittävä nopeasti ja aksiaalikuorma on pieni, laske 15°. Valmistajat koodaavat kulman myös osanumeroon - esim. NSK käyttää päätettä "A5" merkitsemään 25° , ja monet merkit lisäävät "B":n perusosanumeroon osoittamaan 40° normaalin 30°:n sijaan, joten varmista aina kulmakoodi tietyn valmistajan luetteloa vasten sen sijaan, että otaksuisit yleisen päätejärjestelmän.

Kulmakosketuslaakerit vs. syväurakuulalaakerit

Kulmakosketus- ja syväuralaakereilla on usein sama reikä, ulkohalkaisija ja leveys, minkä vuoksi ne näyttävät keskenään vaihdettavissa olevilta piirustuksissa – mutta toisen vaihtaminen toiseen todellisessa kuormituksessa voi lyhentää L10-laakerien käyttöikää 60–80 % tai pahimmassa tapauksessa aiheuttaa tukoksia muutaman tunnin sisällä käynnistyksestä. Ero johtuu täysin kosketuskulmasta ja sen vaatimasta olkapäägeometriasta.

6206 syväurakuulalaakeri (30 mm:n reikä) kantaa noin 19,5 kN:n dynaamista säteittäistä kuormitusta, kun taas vastaava 7206 kulmakosketuslaakeri 25°:ssa kantaa noin 17,8 kN radiaalisesti eli noin 9 % vähemmän. Kohta, jossa kulmakosketinlaakeri vetää ratkaisevasti eteenpäin, on työntöpuolella: sama 7206 25°:ssa kestää jatkuvan aksiaalisen kuorman noin 8,5 kN asti, kun taas vastaava syväuralaakeri on tyypillisesti rajoitettu vain 30–40 prosenttiin sen dynaamisesta säteittäisestä nimellisarvosta aksiaalisuunnassa ja vain alhaisella tai kohtalaisella nopeudella. Kaikissa sovelluksissa, joissa on merkityksellinen työntövoima – kierukkahammaspyöräverkot, kuularuuvit, kulmaleikkausvoimat – syvä uralaakeri yksinkertaisesti loppuu aksiaalisesta kapasiteetista kauan ennen kuin kulmakosketuslaakeri.

Visuaalinen tunnistus

Syväuralaakerissa on kaksi yhtä suurta olkapää pallon uran kummallakin puolella, kun taas kulmakosketuslaakerissa on yksi korkea olake ja yksi matala olake – korkea puoli on kantava pinta ja sen on oltava työntövoiman lähdettä päin asennuksen aikana. Osanumerointi on toinen lahja: kulmakosketuskuulalaakereissa on tyypillisesti 7xxx-sarjan merkinnät, kun taas urakuulalaakereissa käytetään 6xxx-sarjanumeroita.

Asennusjärjestelyt: DB, DF ja DT selitetty

Koska yksi kulmakosketuslaakeri kestää vain yhdestä suunnasta tulevaa työntövoimaa, useimmat todelliset asennukset käyttävät kahta (tai useampaa) laakeria, jotka on asennettu yhteensovitettuna, esisäädetynä parina. Laakerit voidaan järjestää siten, että niiden ulkorenkaan etupinnat ovat yhdessä (face-to-face, DF), takapinnat yhdessä (back-to-back, DB) tai niiden pinnat on kohdistettu samaan suuntaan (tandem, DT). Kuormakotelon väärän järjestelyn valitseminen on yksi yleisimmistä ja kalliimmista määrittelyvirheistä.

peräkkäin (DB)

Takaisin vastakkain -järjestelyssä kahden laakerin kosketuskulmalinjat eroavat sisäänpäin muodostaen "O"-muodon, minkä vuoksi DB:tä kutsutaan myös O-järjestelyksi. DB-paritus antaa voimakkaimman vastuksen kallistusmomenteille, joten se on oikea valinta aina, kun säteittäinen kuorma yhdistettynä kallistusmomenttiin hallitsee kuormatilannetta. Tämän leveän tehokkaan kuorman keskipisteen etäisyyden vuoksi DB-parit ovat vakiovalinta karan nokkaille ja pyörän navoille, joiden on kestettävä kaatumisvoimia.

Kasvotusten (DF)

Kasvotusten tapahtuvassa järjestelyssä rako on pikemminkin ulompien kuin sisäisten renkaiden välissä, ja tämän raon sulkeminen asennuksen yhteydessä tuottaa toimivan esijännityksen. DF-pariliitos on oikea kutsu, kun aksiaalinen kuorma voi tulla molemmista suunnista ja kokoonpanon on kompensoitava termisesti akselin laajeneminen, koska kapeampi kuorman keskipisteen etäisyys sietää akselin kasvua sulavammin kuin DB. Kompromissi on pienempi vastustuskyky momenttikuormituksille, joten DF-parit tarvitsevat riittävän aksiaalivälin, jos kohdistusvirheen vastus on tärkeää.

Tandem (DT)

Tandem-järjestelyssä molempien laakereiden kosketuskulmalinjat kulkevat rinnakkain, mikä tuottaa erittäin raskaan työntövoiman, joka ei kanna säteittäistä kuormaa ja hyväksyy työntövoiman vain yhteen suuntaan. DT-pariliitos on valinta, kun yksisuuntainen aksiaalikuorma on ylimitoitettu yhdelle laakerille, koska järjestely ylittää molempien laakereiden aksiaalisen kapasiteetin. Jos työntövoimaa on vastustettava molemmista suunnista tandem-järjestelmässä, tandem-paria vasten on lisättävä kolmas laakeri – DT yksinään ei tarjoa luontaista aksiaalista vakautta ilman tätä ylimääräistä esijännitystä.

Yleisimmät kulmakuulalaakerit

Yksiriviset kulmakosketuslaakerit

Perusrakenne: yksi pallorivi, yksi kohotettu olkapää, joka pystyy kantamaan radiaalista kuormaa ja aksiaalista kuormaa yhteen suuntaan. Käytetään yksinään vain, jos työntövoima on aidosti yksisuuntainen; muuten asennettu DB-, DF- tai DT-pariin.

Kaksiriviset kulmakosketuslaakerit

Moottoreissa, pumpuissa ja kompressoreissa käytetään yleisesti kaksirivisiä kulmakosketuslaakereita, jotka on suunniteltu erittäin jäykkyyteen ja yhdistettyihin radiaali- ja aksiaalikuormiin molempiin suuntiin. Ne toimivat pysyvänä peräkkäisenä parina, joka on rakennettu yhteen laakeriin, ja ne kestävät aksiaalisia kuormia molempiin suuntiin samalla kun ne käsittelevät momenttikuormia, ja niitä käytetään usein kiinteäpää laakereina akselijärjestelmässä.

Nelipistelaakerit

Nelipistelaakerit tarjoavat kompaktin, erittäin jäykän rakenteen, joka tukee aksiaalisia kuormia molempiin suuntiin rajoitetulla säteittäisellä kuormituskapasiteetilla, ja niitä löytyy yleisesti moottoreista, vaihteistoista ja pumpuista. Säteittäisellä kuormituksella pallot muodostavat neljä kosketuspistettä sisä- ja ulkorenkaiden kanssa - puhtaalla aksiaalikuormalla kosketus vähenee kahteen pisteeseen, kuten tavallinen kulmakosketuslaakeri. Tämä rakenne mahdollistaa yhden laakerin korvaamaan yhteensopivan parin, kun aksiaalinen tila on erittäin tärkeä.

Duplex (sopiva pari) kulmakosketuslaakerit

Kaksisuuntaiset laakerit ovat kaksi tai useampia yksirivisiä kulmakosketuslaakereita, jotka on valmistettu ja sovitettu sarjana määrättyyn välykseen ja esijännitykseen ja asennettu sitten yhteen DB-, DF- tai DT-kokoonpanoon. Koska yhteensopivia pareja on tuotettava samassa valmistuserässä suorituskyvyn yhdenmukaisuuden takaamiseksi, niitä ei saa koskaan sekoittaa eri sarjan laakereihin – vaikka osanumerot näyttäisivätkin samalta.

Pienikokoiset kulmakosketuslaakerit

Pienoiskulmaiset kulmakosketuslaakerit ovat kompakteja, erittäin tarkkoja versioita standardin yksirivisesta rakenteesta, tyypillisesti alle 10 mm:n rei'illä ja jotka on suunniteltu tiukkaa tilaa vaativiin, tarkkuuskriittisiin sovelluksiin, kuten hammaslääketieteellisiin käsikappaleisiin, optisiin instrumentteihin ja pieniin servotoimilaitteisiin.

Esijännitys: Miksi kulmakosketinlaakerit tarvitsevat sitä

Kulmakosketuslaakerit kootaan tyypillisesti esijännityksellä, joka on kohdistettu sisäkehän, pallojen ja ulkokehän väliin, mikä minimoi tai poistaa pallon ja molempien kulkureittien välisen sisäisen välyksen. Ilman esikuormitusta kulmakosketuslaakeri kevyen tai peruutuskuormituksen alaisena voi aiheuttaa pallon luistoa, tärinää ja ennenaikaista kulumista, kun pallot menettävät hetkellisesti jatkuvan kosketuksen kilparadan kanssa.

Esijännitys on tiiviisti sidottu sekä kosketuskulmaan että pariliitosjärjestelyyn, ja sen saaminen oikein on erityisen tärkeää nopeissa ja erittäin tarkoissa sovelluksissa, kuten karoissa ja servomoottoreissa, joissa oikea esijännitys parantaa jäykkyyttä ja vähentää tärinää. Erityinen menetelmä - koneistettu esijännitys tehtaalta, jousiesijännitys tai esijännitys kartioaluslevyillä asennuksen aikana - määritetään yleensä asennusvaiheessa eikä kiinteästi suunnitteluvaiheessa. Esijännityksen liiallinen kiristäminen on yleinen kenttävirhe: liiallinen puristusvoima lisää kitkaa ja lämpöä, mikä voi lyhentää laakerin käyttöikää yhtä paljon kuin ajettaessa liian pienellä esikuormituksella.

Kulmakuulalaakerien tyypilliset sovellukset

Kulmakosketuslaakerit näkyvät aina, kun akseli kokee merkittävää työntövoimaa säteittäisen kuormituksen rinnalla – mikä kattaa laajan osan pyörivistä koneista. Muutamat yleisimmistä sovelluksista havainnollistavat, miksi kosketuskulmalla ja asennusjärjestelyllä on niin suuri merkitys käytännössä:

• Työstökoneiden karat — CNC-työstökoneiden ultratarkoista karoista, jotka pyörivät jopa 30 000 rpm:ssä, joissa 15°:n laakerit tarjoavat prosessin vaatiman nopeuden.
• Autojen pyörän navat — Kaksiriviset kulmakosketuslaakerit ovat nykyaikaisten autojen pyörännapojen vakiovalinta, joka käsittelee helposti nopeissa kaarteissa syntyviä massiivisia aksiaalivoimia.
• Keskipakopumput — juoksupyörä työntää nestettä eteenpäin luoden tasaisen ja vastakkaisen työntövoiman takaisin pitkin akselia, ja 40° kulmassa olevat kosketuslaakerit vaimentavat työntövoiman vaivattomasti.
• Palloruuvit ja lineaariset akselit — Tarkka automaatio vaatii nolla välystä, ja seläkkäin järjestetyt kulmikkaat kosketuslaakerit tarjoavat jäykän aksiaalisen asennon, jota tarvitaan tarkkaan robotin liikkeeseen.
• Polkupyörän kuulokkeet — Useimmat polkupyörät käyttävät kuulokkeissa kulmikkaita kosketuslaakereita, koska niihin vaikuttavat voimat kulkevat sekä säteittäisessä että aksiaalisessa suunnassa.
• Vaihteistot ja turboahtimet — sovitettuja kulmakosketinpareja käytetään laajalti kaikkialla, missä esiintyy kaksisuuntaisia aksiaalikuormia, mukaan lukien vaihteistot, turboahtimet ja robottiliitokset.

Oikean kulmikkaan kosketuslaakerin valinta

Kulmakosketinlaakerin oikea määrittäminen edellyttää kuormitussuunta-, nopeus- ja tarkkuusvaatimusten täyttämistä järjestyksessä – useimmat sovelluspuolen viat saavat alkunsa jommankumman näistä vaiheista ohittamisesta.

1. Tunnista, onko aksiaalinen kuorma yksi- vai kaksisuuntainen. Yksisuuntaiset kuormat voivat joskus käyttää yhtä laakeria; kaksisuuntaiset kuormat edellyttävät aina sovitettua pari- tai kaksirivistä suunnittelua.
2. Vertaa säteittäistä ja aksiaalista kuormitusta. Kun säteittäinen kuorma ylittää aksiaalisen kuorman, 25° kosketuskulma on yleiskäyttöinen valinta; kun aksiaalinen kuorma ylittää säteittäisen kuormituksen, siirry 40°:een työntövoiman parantamiseksi; ja suurissa nopeuksissa kevyen kuorman skenaarioissa 15° on edullinen.
3. Yhdistä kiinnitysratkaisu vallitsevaan kuormitustyyppiin: DB peräkkäin radiaalista kuormitusta varten ja kallistusmomenttia varten (voimakkain kallistuksenestovastus), DF kasvotusten, kun kaksisuuntaisen aksiaalikuorman on myös mukauduttava akselin lämpölaajenemiseen, ja DT-tandem, kun ylisuuri yksisuuntainen aksiaalikuorma tarvitsee useiden renkaiden yhteiskapasiteetin.
4. Tarkista rajoitusnopeus (teoreettinen maksimi ihanteellisissa olosuhteissa), viitenopeus (suositeltu yläraja vakaalle pitkäaikaiselle toiminnalle) ja sovelluksen todellinen käyttönopeus laakerin nimellisarvoja vastaan ​​ennen kosketuskulman viimeistelyä.
5. Suuren tarkkuuden tai nopean karatyöskentelyn tarkkuusluokka on P5 tai suurempi, koska näitä luokkia käytetään yleisesti työstökoneiden pääkaroissa, joissa esijännitystä säädetään käyttöolosuhteiden mukaan erityisellä sovituksella.
6. Vahvista valmistajan kulmakoodikäytäntö (esimerkiksi "A5" tai "B" -liite) tiettyä luetteloa vastaan ​​sen sijaan, että olettaisi, että se vastaa toisen merkin numerointia.

Näiden kuuden vaiheen ottaminen käyttöön – sen sijaan, että käyttäisit oletusarvoisesti tuttua osanumeroa – erottaa laakerin, joka saavuttaa nimelliskäyttöikänsä L10, laakerista, joka rikkoutuu aikaisin kuormakotelossa, jota se ei koskaan soveltunut kantamaan.