Mitä ovat kulmakosketuskuulalaakerit ja miten ne toimivat, tyypit ja sovellukset?

Kulmakuulalaakerien toimintaperiaate

Toimintaperiaatteen ymmärtäminen kulmakosketuskuulalaakerit alkaa kosketuskulman kanssa, koska tämä geometrinen parametri ohjaa pohjimmiltaan kaikkia muita laakerin suorituskykyominaisuuksia. Tavallisessa syväurakuulalaakerissa pallon ja molempien kulkuradan välinen kosketus on suunnilleen säteittäinen, mikä tarkoittaa, että kuorman siirtolinja kilparadan sisemmän kosketuspisteen, pallon keskipisteen ja ulomman uran kosketuspisteen välillä on lähes kohtisuorassa laakerin akseliin nähden. Kilparadan geometria tällaisessa laakerissa vastustaa tehokkaasti säteittäisiä kuormia, mutta tarjoaa rajoitetun kestävyyden aksiaalisille kuormituksille, koska pallon ja juoksuradan kosketusgeometriassa ei ole suurta projisoitua aluetta aksiaalisuunnassa vastustaakseen aksiaalista voimaa.

Kosketuskulman merkitys

sisään kulmikas kosketuslaakerirakenne , sisempi ja ulompi kulkuradan urat on sijoitettu epäsymmetrisesti laakerin akselia pitkin, mikä luo siirtymän uran sisemmän ja ulomman keskitason välille. Kun pallo istuu näissä offset-urissa, sen sisemmän ja ulomman kilparadan kosketuspisteen yhdistävä viiva on kallistettu kosketuskulmassa suhteessa radiaaliseen tasoon. Tämä kaltevuus tarkoittaa, että laakerin kantavuus jakautuu säteittäiseen ja aksiaaliseen suuntaan kosketuskulman mukaan: kosketuskulman kasvaessa laakerin aksiaalisuunnassa käytettävissä oleva kantavuusosuus kasvaa, kun taas säteittäinen kantavuus pienenee vastaavasti.

Tarkemmin sanottuna laakerille, jonka kosketuskulma on alfa, aksiaalinen kuormituskyky on verrannollinen sin(alpha):aan ja radiaalinen kuormituskyky on verrannollinen cos(alphaan). 15 asteen kosketuskulmassa sin(15°) on 0,259 ja cos(15°) 0,966, mikä osoittaa laakerin, joka on ensisijaisesti optimoitu säteittäisille kuormille, joilla on kohtalainen aksiaalinen kapasiteetti. 40 asteen kosketuskulmassa sin(40°) on 0,643 ja cos(40°) on 0,766, mikä osoittaa olennaisesti suurempaa osuutta kantavuudesta aksiaalisuunnassa. 40 asteen kosketuskulma on vakiovalinta sovelluksissa, joissa aksiaalikuormat ovat ensisijainen suunnittelutekijä, kuten työstökoneiden karat, jotka toimivat suurilla leikkausvoimilla yhteen suuntaan, tai ruuvityyppiset toimilaitteen painelaakerit.

sisäänternal Raceway Displacement Along the Bearing Axis

Poikkeama sisemmän ja ulomman uran keskitason välillä kulmakosketuskuulalaakerissa tarkoittaa, että tuloksena olevan laakerin voiman vaikutuslinja kulkee laakerin läpi laakerin akselin pisteessä, joka on siirtynyt laakerin geometrisesta keskipisteestä. Tätä siirrettyä kuormituspistettä kutsutaan laakerin painekeskukseksi tai teholliseksi kuormituspisteeksi. Yksirivisissä kulmakosketuskuulalaakereissa painekeskus sijaitsee laakerin leveyden ulkopuolella sillä puolella, josta aksiaalikuorma vaikuttaa. Tällä painekeskuksen siirtymällä on merkittäviä seurauksia laakerijärjestelyn suunnitteluun, erityisesti laakeriparikokoonpanoissa, koska järjestelmän kahden laakerin painekeskusten välinen erotus määrää laakerin tehollisen jännevälin ja siten järjestelmän jäykkyyden ja akselille indusoituneet momenttireaktiot.

Yhdistetty säteittäinen ja aksiaalinen kuormankäsittely

Kulmakosketuskuulalaakerit käsittelevät yhdistettyjä kuormia kunkin pallon ja sen kulkuratojen välisen kontaktikuormituslinjan kaltevuuden kautta. Kun laakeriin kohdistetaan yhdistetty säteittäinen ja aksiaalinen kuormitus, tuloksena oleva voima kussakin kuormitetussa kuulassa kiskon kosketuspisteeseen sisältää sekä säteittäisiä että aksiaalisia komponentteja, jotka erottuvat vinon kosketingeometrian kautta. Laakerin kyky käsitellä yhdistettyjä kuormia mitataan vastaavalla dynaamisella kuormalla, joka on laskettu yksiakselinen kuorma, joka tuottaa saman laakerin väsymisiän kuin todellinen yhdistetty kuormitus. Vastaava dynaaminen kuorma P lasketaan seuraavasti: P = X × Fr Y × Fa, jossa Fr on säteittäinen kuorma, Fa on aksiaalinen kuorma ja X ja Y ovat säteittäisiä ja aksiaalisia kuormituskertoimia, jotka riippuvat kosketuskulmasta ja aksiaalisen ja säteittäisen kuormituksen suhteesta. 40 asteen kosketuskulmalla puhtaissa aksiaalisissa kuormitusolosuhteissa Y-kerroin lähestyy arvoa 0,6, mikä tarkoittaa, että aksiaalinen kuormituskapasiteetti on noin 67 prosenttia dynaamisesta peruskuormitusarvosta C, mikä on huomattavasti korkeampi kuin Y-kerroin, joka on noin 1,0 15 asteen kosketuskulmalaakerille.

Kulmakuulalaakerien tyypit

Kulmakosketuskuulalaakerit valmistetaan useissa rakennekokoonpanoissa, joista jokainen on optimoitu erilaisille kuormitussuunnan, tilarajoitusten ja asennusvaatimusten yhdistelmille. Kunkin tyypin ominaisuuksien ymmärtäminen on välttämätöntä oikean laakerin valinnassa tiettyyn sovellukseen.

Yksiriviset kulmikkaat kuulalaakerit

The yksirivinen kulmakosketuskuulalaakeri on perusrakenne ja laajimmin käytetty kokoonpano kulmakosketinlaakeriperheessä. Se koostuu yhdestä rivistä palloja, jotka kulkevat siirretyissä sisä- ja ulkourissa, ja häkki säilyttää pallon välin ja ominaisen kosketuskulman, joka määrittää sen kantavuusjakauman. Yksirivisten kulmakosketuskuulalaakerien tärkeimmät ominaisuudet ovat:

• Suuri nopeus: Yksirivisen rakenteen pieni massa ja hyvin määritelty kosketingeometria yhdistettynä tarkkoihin valmistustoleransseihin mahdollistavat käytön erittäin suurilla pyörimisnopeuksilla. Yksirivisen kulmakosketuskuulalaakerin nopeusrajoitus ilmaistaan ​​reiän halkaisijan tulona millimetreinä ja nopeuden rpm (DN-arvo), ja arvot ovat jopa 3 miljoonaa DN saavutettavissa tarkkuusöljyvoideltuissa malleissa.
• Yksisuuntainen aksiaalinen kuormituskyky: Yksirivinen kulmakosketuskuulalaakeri voi kantaa aksiaalista kuormitusta vain yhteen suuntaan: suuntaan, joka kuormittaa kuulat ulomman kulkuradan (tai sisemmän keilaradan, laakerin suunnasta riippuen) ylempää olaketta vasten. Jos sovellus vaatii aksiaalista kuormitusta molempiin suuntiin, on käytettävä kahta yksirivisistä laakereita pareittain tai valita vaihtoehtoinen laakerityyppi.
• Tarkkuus ja jäykkyys: Yksirivisiä kulmakosketuskuulalaakereita valmistetaan tarkkuusluokissa (ABEC 5, 7 ja 9 tai ISO P5, P4 ja P2), jotka tarjoavat tarkkuuskarasovelluksia varten vaaditun mittatarkkuuden ja käyntitarkkuuden. Kun ne on esikuormitettu oikein pareittain, ne tarjoavat poikkeuksellisen jäykkyyden ja paikannustarkkuuden.

Koska yksirivinen kulmakosketuskuulalaakeri voi tukea aksiaalista kuormitusta vain yhteen suuntaan, se on yhdistettävä toisen laakerin kanssa käytännössä kaikissa käytännön sovelluksissa. Käytössä on kolme standardia pariliitosjärjestelyä:

• Takaisin taakse -järjestely (DB): Molemmat laakerit on asennettu korkeat olkapäät poispäin toisistaan (selkä vastakkain). Tämä järjestely johtaa laajaan teholliseen jänneväliin painekeskittymien välillä, mikä tarjoaa korkean kallistusmomentin kestävyyden ja tekee järjestelystä sopivan sovelluksiin, joissa ulkonevat kuormat aiheuttavat merkittäviä taivutusmomentteja akselille.
• Kasvotusten järjestely (DF): Molemmat laakerit on asennettu korkeat olkapäät vastakkain (kasvotusten). Tämä järjestely johtaa kapeaan teholliseen jänneväliin ja sietää paremmin akselivirheitä kuin DB-järjestely, joten se sopii akseleille, jotka voivat taipua kuormituksen alaisena tai joissa asennustarkkuus on rajallinen.
• Tandem-järjestely (DT): Molemmat laakerit on asennettu samaan suuntaan, joten niiden aksiaaliset kuormituskapasiteetit summautuvat yhteen suuntaan. Tätä järjestelyä käytetään, kun yksittäinen laakeri ei riitä kantamaan vaadittua aksiaalista kuormaa yhteen suuntaan, ja toinen laakeri lisätään rinnakkain aksiaalisen kuormituksen kaksinkertaistamiseksi. Tandem-järjestely ei voi kantaa aksiaalista kuormitusta vastakkaiseen suuntaan, ja se on yhdistettävä toiseen laakeriin, jotta saadaan aikaan aksiaalinen rajoitus molempiin suuntiin.

Kaksiriviset kulmikkaat kuulalaakerit

The kaksirivinen kulmakosketuskuulalaakeri sisältää kaksi riviä kuulaa yhdessä laakerivaipassa, mikä yhdistää tehokkaasti kaksi yksirivisistä laakereita selkänojassa tai vastakkain samassa ulkorenkaassa ja reiässä. Tämä rakenne tarjoaa merkittäviä etuja sovelluksissa, joissa tilarajoitukset estävät kahden erillisen yksirivisen laakerin käytön tai joissa yhden laakeriyksikön yksinkertaisuus on toivottavaa asennuksen helpottamiseksi ja kokoonpanon monimutkaisuuden vähentämiseksi. Kaksirivinen kulmakosketuskuulalaakeri tukee luonnostaan ​​aksiaalisia kuormia molempiin suuntiin, koska sen kaksi riviä on suunnattu vastakkaisilla kosketuskulmilla. Tilatehokkuuden kannalta kaksirivinen kulmakosketuskuulalaakeri säästää tyypillisesti 30–40 prosenttia aksiaalitilasta, joka tarvitaan kahdelle erilliselle yksiriviselle laakerille, joiden teho on sama, joten se on suositeltava valinta kompakteissa kararakenteissa ja instrumenttien laakereissa, joissa kuoren mitat ovat kriittisiä.

Neljän pisteen kosketuskulmakosketinkuulalaakerit

Neljän pisteen kosketuskulmakosketuskuulalaakerit Käytä ainutlaatuista kilparadan suunnittelua, jossa jokainen pallo koskettaa sekä sisä- että ulompaa rataa kahdessa pisteessä samanaikaisesti, jolloin syntyy neljä kosketuspistettä palloa kohden (kaksi sisempään ja kaksi ulompaan kilparadalle). Tämä muotoilu saavutetaan käyttämällä goottilaista kaarevaa rataprofiilia, jonka kaarevuussäde on hieman pienempi kuin pallon säde, mikä luo kaksi erillistä kosketuspistettä kullekin kilparadan pinnalle tavallisen pyöreän kaaren uran yhden keskikoskettimen sijaan. Neljän pisteen kosketusrakenteen ansiosta yksirivinen laakeri voi kuljettaa aksiaalisia kuormia molempiin suuntiin samanaikaisesti, mitä tavalliset yksiriviset kulmakosketuskuulalaakerit eivät pysty saavuttamaan, säilyttäen samalla erittäin kompaktin aksiaaliverhon. Nelipisteen kosketuslaakerin aksiaalinen kuormituskyky aksiaalileveysyksikköä kohti on huomattavasti suurempi kuin tavallisen yksirivisen kulmakosketuskuulalaakerin, jolla on sama reikä ja ulkohalkaisija, joten tämä malli on suositeltava valinta kääntörenkaisiin, kääntöpöydän laakereihin ja muihin sovelluksiin, joissa suuria aksiaalikuormia molempiin suuntiin on otettava huomioon ohuessa poikkileikkauksessa. Neljän pisteen koskettimen rakenteen rajoitus on, että samanaikainen kahden pisteen kosketus kummassakin radassa tuottaa suurempia sisäisiä jännityksiä kussakin kosketuspisteessä ja tuottaa enemmän lämpöä suurilla pyörimisnopeuksilla, mikä rajoittaa maksiminopeusluokitusta verrattuna tavallisiin yksirivisiin malleihin.

Kulmakuulalaakerit tuotesarjat: 7000, 7200 ja 7300

Kulmakuulalaakereiden mittasarjamerkintäjärjestelmä noudattaa ISO-laakerin merkintäkehystä, jossa laakerin numeron ensimmäinen numero ilmaisee mittasarjan (reiän halkaisijan ja ulkohalkaisijan välinen suhde) ja kosketuskulma on määritelty erikseen. Kolme päästandardisarjaa kulmakosketuskuulalaakereille yleisissä teollisissa ja tarkkuussovelluksissa ovat 7000-, 7200- ja 7300-sarjat, jotka edustavat kevyitä, keskikokoisia ja raskaita sarjoja.

7000-sarjan kulmakuulalaakerit ovat erittäin tarkkoja, nopeita yksirivisiä laakereita, jotka on suunniteltu pienellä kosketuskulmalla, tyypillisesti noin 15 astetta, joten ne sopivat ihanteellisesti sovelluksiin, joissa nopeus ja tarkkuus ovat kriittisempiä kuin kantavuus. Niiden optimoitu sisägeometria vähentää kitkaa ja lämmöntuotantoa, mikä mahdollistaa vakaan suorituskyvyn erittäin suurilla pyörimisnopeuksilla säilyttäen samalla erinomaisen jäykkyyden ja mittavakauden. Tarkan valmistuksen ja laadukkaiden materiaalien ansiosta nämä laakerit toimivat alhaisella tärinällä ja melulla, mikä tekee niistä erityisen sopivia CNC-työstökoneiden karoihin, tarkkuusmoottoreihin, lääketieteellisiin instrumentteihin ja nopeisiin automaatiojärjestelmiin, joissa sujuva toiminta ja tarkkuus ovat tärkeitä.

7200-sarjan kulmakosketuskuulalaakerit on suunniteltu suuremmalla kosketuskulmalla, tyypillisesti välillä 20-30 astetta, mikä tarjoaa tasapainoisen suorituskyvyn aksiaalisen ja radiaalisen kuormituskapasiteetin välillä. Tämän rakenteen ansiosta laakerit voivat tukea merkittäviä aksiaalikuormia molempiin suuntiin, samalla kun ne säilyttävät vakauden suurissa nopeuksissa. Vahvan jäykkyyden, hallitun lämpölaajenemisen ja tarkkojen toleranssitasojen ansiosta 7200-sarja toimii luotettavasti vaativissa ympäristöissä, jotka vaativat sekä tarkkuutta että kestävyyttä. Näitä laakereita käytetään laajalti erittäin tarkoissa työstökoneiden karaissa, teollisuusmoottoreissa, automatisoiduissa tuotantolinjoissa ja robottijärjestelmissä, joissa vaaditaan yhdistettyjä kuormia ja tasaista suorituskykyä.

7300-sarjan kulmakosketinkuulalaakerit Ne on suunniteltu raskaisiin sovelluksiin, ja niissä on suuri, noin 30 asteen kosketuskulma, jonka ansiosta ne kestävät huomattavia aksiaalikuormia ja toimivat luotettavasti suuressa kuormituksessa. Niiden vankka rakenne yhdistettynä korkealaatuiseen teräkseen ja edistyneisiin valmistusprosesseihin takaa erinomaisen jäykkyyden, väsymiskestävyyden ja pitkän käyttöiän ankarissakin käyttöympäristöissä. Nämä laakerit säilyttävät vakaan suorituskyvyn korkeissa nopeuksissa ja lämpötiloissa, joten ne sopivat ihanteellisesti suuriin työstökonejärjestelmiin, raskaan teollisuuden laitteisiin, ilmailusovelluksiin ja tarkkuuskoneisiin, jotka vaativat sekä suurta kantavuutta että pitkäaikaista toiminnan vakautta.

sarja	Dimensionaalinen sarja	Tyypillinen kosketuskulma	Nopeuskyky	Kuorman ominaisuus	Ensisijaiset sovellukset
7000 sarja	Lisävalo (00)	15 astetta	Erittäin korkea (jopa 3 miljoonaa DN)	Korkea radiaalinen, kohtalainen aksiaalinen	CNC-karat, tarkkuusmoottorit, lääketieteelliset instrumentit
7200-sarja	Valo (02)	20-30 astetta	Korkea (jopa 2 miljoonaa DN)	Tasapainoinen yhdistetty kuormitus	Työstökoneiden karat, teollisuusmoottorit, robotiikka
7300-sarja	Keskikokoinen (03)	30 astetta	Keskitaso (jopa 1,5 miljoonaa DN)	Suuri aksiaalinen kuormituskyky	Raskaat työstökoneet, ilmailu, teollisuuslaitteet

Kulmakuulalaakerien tekniset tiedot

Kulmakosketuskuulalaakerit valmistetaan tarkasti valvottujen teknisten vaatimusten mukaisesti, jotka säätelevät niiden mittatarkkuutta, ajotarkkuutta, pinnan viimeistelyä ja materiaaliominaisuuksia. Näiden eritelmien ymmärtäminen on välttämätöntä valittaessa laakereita, jotka täyttävät vaativien sovellusten tarkkuus- ja suorituskykyvaatimukset.

Tarkkuusluokat: ABEC- ja ISO-standardit

Tarkkuussovelluksiin tarkoitetut kulmakosketuskuulalaakerit valmistetaan ABEC:n (Annular Bearing Engineers Committee) Pohjois-Amerikassa ja ISO:n (International Organisation for Standardization) maailmanlaajuisesti määrittelemiin tarkkuustoleranssiluokkiin. Tarkkuusluokka määrittelee toleranssit reiän halkaisijalle, ulkohalkaisijalle, leveydelle, sisä- ja ulkorenkaiden säteittäiselle ulostulolle sekä laakeripintojen aksiaaliselle liikkeelle. Vakiotarkkuusluokat nousevassa tarkkuusjärjestyksessä ovat:

• ABEC 1 (ISO Normaali tai P0): Vakiotarkkuus yleisiin teollisiin sovelluksiin, riittää useimpiin moottoreihin, pumppuihin ja yleisiin koneisiin, joissa paikannustarkkuus ei ole kriittinen vaatimus.
• ABEC 3 (ISO P6): Parannettu tarkkuusluokka tiukemmilla mittatarkkuuden ja ajotarkkuuden toleransseilla. Käytetään sovelluksissa, jotka vaativat parempaa kuin standardimitan hallintaa ja pienennettyä säteittäistä juoksua.
• ABEC 5 (ISO P5): Tarkkuusluokka työstökoneiden karaille, tarkkuusmoottoreille ja muille sovelluksille, joissa pyörimistarkkuus ja mittojen toistettavuus ovat kriittisiä. ABEC 5 -laakereiden säteittäiset päästötoleranssit ovat luokkaa 5 mikrometriä sisärenkaassa.
• ABEC 7 (ISO P4): Korkea tarkkuusluokka vaativiin työstökoneiden karasovelluksiin ja tarkkuusinstrumentteihin. Säteittäiset juoksutustoleranssit pienennetään noin 2,5 mikrometriin ja reiän ja ulkohalkaisijan toleransseja kiristetään vastaavasti. ABEC 7 ja ABEC 9 kulmakosketuskuulalaakerit ovat vakiospesifikaatio korkean tarkkuuden hiomakoneen ja koordinaattimittauskoneen karoissa, joissa vaaditaan alle mikronin paikannustarkkuutta.
• ABEC 9 (ISO P2): Ultratarkkuusluokka vaativimpiin gyroskooppeihin, tarkkuusinstrumentteihin ja ultranopeisiin karasovelluksiin, 1 mikrometrin luokkaa olevilla säteittäisiskun toleransseilla.

Häkin materiaalit: teräs, messinki ja polyamidi

Kulmakosketuskuulalaakerissa oleva häkki ylläpitää pallojen kehän välistä etäisyyttä, ohjaa palloja pyörimisen aikana ja jakaa voiteluaineen laakerin sisällä. Häkin materiaalivalinnalla on merkittävä vaikutus laakerin nopeuskykyyn, käyttölämpötila-alueeseen ja yhteensopivuuteen eri voitelujärjestelmien kanssa:

• Puristettu teräshäkki: Yleisin korimateriaali vakio- ja keskitarkkoihin kulmakosketuskuulalaakereihin. Teräshäkit ovat vahvoja, mittapysyviä ja yhteensopivia sekä rasva- että öljyvoitelun kanssa laajalla lämpötila-alueella noin -40 celsiusasteesta 150 celsiusasteeseen. Niiden suurempi massa verrattuna polyamidihäkkeihin rajoittaa niiden käyttöä nopeimmissa sovelluksissa.
• Messinki (koneistettu) häkki: Koneistettuja messinkihäkkejä käytetään tarkkuustason kulmakosketuskuulalaakereissa työstökoneiden karoissa ja korkeissa lämpötiloissa. Messinki on mitoiltaan vakaa, sillä on hyvä lämmönjohtavuus ja se on yhteensopiva öljyvoitelun kanssa jopa 200 celsiusasteen lämpötiloissa. Messinkihäkkien massa on suurempi kuin polyamidi, mutta pienempi kuin vastaavan poikkileikkauksen omaavien teräshäkkien massa.
• Polyamidi (muovattu) häkki: sisäänjection molded polyamide (nylon) cages are the preferred choice for very high speed applications because their low density (approximately one seventh that of steel) significantly reduces centrifugal loading on the cage and the ball to cage contact forces at high rotational speeds. Polyamide cages are compatible with grease lubrication and non aggressive oil lubrication up to approximately 120 degrees Celsius, limiting their use in high temperature applications.

Voitelumenetelmät: Rasva vs öljyjärjestelmät

Kulmakuulalaakerin voitelujärjestelmällä on suuri vaikutus sen käyttölämpötilaan, nopeusrajoitukseen ja käyttöikään. Käytännössä käytetään kahta ensisijaista voitelumenetelmää:

• Rasvan voitelu: Rasvavoideltu kulmakosketuskuulalaakerit ovat yksinkertaisempia tukijärjestelmävaatimuksissaan, koska ne eivät tarvitse ulkoista öljynsyöttöä, pumppua tai kierrätysjärjestelmää. Käytetään tarkkuusluokan nopeaa rasvaa, jonka perusöljyn viskositeetti on alhainen (15-50 cSt 40 celsiusasteessa) ja sopivaa sakeuttamisainetta (tyypillisesti litiumkompleksia tai polyureaa). Rasvavoitelu soveltuu nopeusparametreille (DN-arvoille) aina noin 1,5 miljoonaan kulmakosketuskuulalaakereille, joiden jälkeen rasvan lämmöntuotanto ylittää sen kykynsä hajottaa lämpöä ja rasva hajoaa nopeasti. Rasvavoideltu laakerit on esitäytetty tehtaalla, eivätkä ne vaadi käyttäjän huoltoa normaalin käyttöiän aikana tyypillisissä sovelluksissa. Niiden käyttöikä on tyypillisesti useita tuhansia tunteja ennen kuin uudelleenrasvaus vaaditaan.
• Öljyvoitelu (kiertoöljy ja ilmaöljysumu): Erittäin suurissa nopeuksissa, kuten hiomakaroissa ja tarkkuustyöstökeskuksissa, jotka toimivat rasvan nopeusrajan yläpuolella, vaaditaan öljyvoitelu. Käytetään kahta öljyvoitelumenetelmää: öljysumuvoitelu, jossa hieno öljypisaroiden sumu kulkeutuu laakeriin ilmavirran avulla; ja öljyilmavoitelu (kutsutaan myös minimimäärävoiteluksi), jossa paineilmankuljettaja toimittaa tarkasti mitatut pienet öljymäärät määrätyin aikavälein laakeriin. Ilmaöljyvoitelujärjestelmät voivat ylläpitää 2–3 miljoonan DN-arvoja kulmakosketuskuulalaakereissa, mikä on yli kaksinkertainen rasvan voitelurajaan verrattuna, tarjoamalla jatkuvan tuoreen öljyn syötön, joka poistaa lämmön laakerin kosketusvyöhykkeiltä ja estää voiteluainekalvon lämpöhajoamisen.

Kulmakuulalaakereiden sovellukset

Suuren nopeuden, tarkkuuden ja yhdistetyn kantokyvyn yhdistelmä tekee kulmikkaasta kosketuskuulalaakerista vakiovaihtoehdon monenlaisiin vaativiin pyöriviin koneisiin. Seuraavissa osissa kuvataan tärkeimmät sovellusalueet ja kunkin esittämät laakerointivaatimukset.

Työstökoneiden karat

Työstökarat ovat teknisesti vaativin ja kaupallisesti tärkein tarkkuuskulmakosketuskuulalaakereiden sovellusala. Karan on samanaikaisesti saavutettava erittäin korkea pyörimistarkkuus (tarkkuustyökappaleiden tuottamiseksi), toimittava suurilla pyörimisnopeuksilla (optimaalisen leikkausnopeuden saavuttamiseksi nykyaikaisilla kovametalli- ja keraamisilla leikkaustyökaluilla), kestettävä koneistuksen aikana syntyviä yhdistettyjä säteittäisiä ja aksiaalisia leikkausvoimia, säilytettävä mittojen vakaus laajalla käyttölämpötila-alueella ja saavutettava kymmenien tuhansien käyttötuntien käyttöikä. Kulmakuulalaakerit täyttävät kaikki nämä vaatimukset, kun ne on määritetty oikein, ja niitä käytetään käytännössä kaikentyyppisissä työstökoneiden karaissa: jyrsinnässä, sorvauksessa, hionnassa, porauksessa ja porauksessa.

sisään a typical machining center spindle, two or three angular contact ball bearings in a DB or tandem face arrangement at the front, with a single floating bearing at the rear, provide the high rigidity and high speed support required. Front bearings are preloaded to maximize stiffness; the rear bearing floats axially to accommodate thermal expansion.

Pumput ja kompressorit

Keskipakopumput ja -kompressorit käyttävät kulmakosketuskuulalaakereita tukemaan juoksupyörän akseleita roottorin epätasapainosta, nesteen reaktiovoimista ja siipipyörän paine-eroista johtuvia yhdistettyjä radiaali- ja aksiaalikuormia vastaan. Syövyttäviä nesteitä käsittelevissä pumpuissa piinitridipalloilla varustetut keraamiset hybridikulmakosketuskuulalaakerit tarjoavat korroosionkestävyyden, joka vaaditaan luotettavaan käyttöön aggressiivisissa nesteympäristöissä.

Autojen järjestelmät

Kulmakosketuskuulalaakerit palvelevat kriittisiä toimintoja useissa autoteollisuuden alajärjestelmissä. Autojen pyörän napayksiköissä (erityisesti etupyörän navoissa) kaksiriviset kulmakosketuskuulalaakerit tukevat ajoneuvon painosta aiheutuvia yhdistettyjä radiaalikuormia ja kaarrevoimien aksiaalikuormia, jotka voivat olla useita kertoja ajoneuvon staattiseen painoon kuormitetulla pyörällä. Autojen vaihtovirtageneraattorin ja sähköisen ohjaustehostimen moottorin laakerit käyttävät tarkkoja kulmikkaita kosketuskuulalaakereita saavuttaakseen yhdistelmän alhaisesta melutasosta, pitkästä käyttöiästä ja kyvystä vastustaa kierrehammasvoimien ja hihnan jännityskuormien aiheuttamia aksiaalikuormituksia.

Nopeat moottorit ja turbiinit

Suurinopeuksiset sähkömoottorit, kaasuturbiinit ja turboahtimet toimivat nopeuksilla, joissa vain erittäin tarkat kulmikkaat kosketuskuulalaakerit ja optimoidut voitelut tarjoavat luotettavaa palvelua. Turboahtimen laakerit toimivat jopa 300 000 rpm:n akselinopeuksilla, korkeilla lämpötiloilla pakokaasupuolelta ja merkittävillä radiaali- ja aksiaalikuormituksen vaihteluilla. Erikoistuneet kulmikkaat kosketuskuulalaakerit piinitridikeraamisilla palloilla ovat tulleet vakioksi nykyaikaisissa turboahdinmalleissa, koska keraamisten pallojen pienempi massa ja suurempi kovuus vähentävät keskipakokuormitusta ja kosketusjännitystä, mikä pidentää käyttöikää merkittävästi verrattuna kaikkiin teräsmalleihin.

Kulmakuulalaakereiden valinta ja huolto

Oikea valinta kulmakosketuskuulalaakerit vaatii järjestelmällistä suunnitteluanalyysiä sovelluksen kuormitusolosuhteista, nopeusvaatimuksista, tilarajoituksista, tarkkuusvaatimuksista ja ympäristöolosuhteista. Virheellinen valinta on yleisin syy ennenaikaiseen laakerinvikaan huollossa, ja seuraava viitekehys kattaa järkevän valintaprosessin olennaiset vaiheet.

Vastaava dynaaminen kuormituslaskenta

Kulmakontaktikuulalaakerin valinnan perustavanlaatuinen lähtökohta on ekvivalentin dynaamisen kuormituksen laskenta, joka muuntaa laakeriin vaikuttavan todellisen säteittäisen ja aksiaalisen kuormituksen yhdeksi ekvivalentiksi radiaalikuormitukseksi, jota voidaan verrata laakerin perusdynaamiseen kuormitukseen. Kaava on P = X × Fr Y × Fa, jossa X on säteittäinen kuormituskerroin ja Y on aksiaalinen kuormituskerroin laakerin valmistajan luettelosta tietylle kosketuskulmalle ja kuormitussuhteelle. Kun ekvivalentti dynaaminen kuormitus P on laskettu, perusnimelliskesto L10 (miljoonaina kierroksina) voidaan määrittää seuraavasti: L10 = (C/P)^3, jossa C on dynaaminen peruskuormitus. Vaaditun käyttöiän tunneissa vaadittu kuormitusarvo voidaan laskea takaisin sen varmistamiseksi, että valittu laakeri tarjoaa riittävän väsymisiän käyttönopeudella ja kuormituksella.

Esikuormitusmenetelmät jäykkyyden varmistamiseksi

Esikuormitus on sisäisen aksiaalivoiman kohdistamista kulmakosketuskuulalaakeripariin sisäisen välyksen poistamiseksi ja puristavan esikuormituksen luomiseksi vierintäelementteihin, mikä lisää laakerijärjestelmän kosketusjäykkyyttä. Esikuormitus on välttämätöntä tarkkuuskaran sovelluksissa maksimoimaan järjestelmän jäykkyyden ja minimoimaan akselin taipuma leikkauskuormituksen alaisena. Käytetään kahta esilatausmenetelmää:

• Asennon esijännitys (jäykkä esijännitys): Esijännitys säädetään ohjaamalla laakeriparin sisä- ja ulkorenkaiden välistä aksiaalista siirtymää tarkkojen välikappaleen pituuksien avulla. Asennon esijännitys tarjoaa erittäin korkean ja hyvin määritellyn jäykkyyden, mutta siihen voi vaikuttaa akselin ja kotelon erilainen lämpölaajeneminen, mikä voi lisätä esijännitystä odottamattomasti korkeissa lämpötiloissa. Asennon esijännitystä käytetään erittäin tarkoissa hiomakaroissa ja muissa sovelluksissa, joissa maksimaalinen jäykkyys on välttämätöntä.
• Jousen esijännitys (vakiovoimainen esijännitys): Kierrejousta tai kiekkojousta käytetään kohdistamaan tasainen aksiaalinen voima laakeripariin ja ylläpitämään määritelty esijännitystaso lämpötilasta tai akselin taipumisesta riippumatta. Jousen esijännitys sietää paremmin mittamuutoksia käytön aikana, ja se on suositeltavampi sovelluksissa, joissa lämpöstabiilisuus ja tasainen esijännitys käyttölämpötila-alueella ovat tärkeämpiä kuin maksimijäykkyys. Työstökoneiden karojen kulmakosketuskuulalaakereiden jousien esijännitystasot ovat tyypillisesti välillä 50–500 newtonia tarkkuuskaran laakereissa 20–80 millimetrin rei'itysalueella, ja ominaisarvo määräytyy sovelluksessa hyväksyttävän jäykkyyden ja lämmöntuotannon välisen kompromissin mukaan.

sisäänstallation Best Practices

Oikea asennus on yhtä tärkeää kuin oikea valinta laakerin odotetun käyttöiän saavuttamiseksi. Tärkeimmät kulmakosketuskuulalaakereiden asennuskäytännöt ovat:

1. Käsittele tarkkuuslaakereita puhtailla, kuivilla työkaluilla ja työskentele puhtaassa ympäristössä. Jopa pienet epäpuhtaudet asennuksen aikana voivat aiheuttaa ennenaikaista kulumista ja väsymistä tarkkuuslaakerien tarkasti viimeisteltyihin ratapintoihin.
2. Älä koskaan käytä voimaa vierintäelementtien läpi asennuksen aikana. Asennusvoimaa on aina kohdistettava puristussovitettavaan laakerirenkaaseen. Akseliin kohdistuvan sovituksen saamiseksi kohdista asennusvoima sisärenkaaseen. Kohdista voimaa ulkorenkaaseen, jotta se sopii koteloon. Voiman kohdistaminen vierintäelementtien läpi aiheuttaa kulkureitille brinellyvaurioita, jotka heikentävät ajotarkkuutta ja lisäävät tärinää.
3. Tarkista parillisten laakerien oikea suunta. Yksiriviset kulmakosketuskuulalaakerit on merkitty tunnistemerkillä ulkorenkaaseen, joka osoittaa kosketuskulman suunnan. Parilliset laakerit on suunnattava oikein (selkä vastakkain, kasvot vastakkain tai tandem ohjeiden mukaan), jotta järjestely toimisi oikein. Väärin suunnatut parit ylikuormitetaan vakavasti järjestelyn toiselta puolelta ja puretaan toiselta puolelta.
4. Käytä induktiolämmitystä, kun asennat suurempia laakereita häiriösovituksella. Laakereille, joiden reiän halkaisija on yli noin 60 millimetriä, induktiokuumennus sisärenkaan laajentamiseksi noin 80–100 celsiusastetta ympäristön lämpötilan yläpuolelle on vakiomenetelmä asennettaessa akselille häiriösovituksella, jotta vältetään mekaanisten vaurioiden riski, joka aiheutuu kylmärenkaiden puristamisesta akseleihin.

Tärinä- ja lämpötilavalvonta

Käytössä olevien kulmakosketuskuulalaakereiden kunnonvalvonta antaa varhaisen varoituksen kehittyvistä vioista ennen kuin ne etenevät vikaan, mikä mahdollistaa suunnitellut huoltovälit hätäpysäytysten sijaan. Käytetään kahta ensisijaista valvontaparametria:

• Tärinävalvonta: Laakeripesään asennetut kiihtyvyysmittarit mittaavat värähtelyspektrejä, jotka muuttuvat ominaisesti laakerivikojen kehittyessä. Kulmakosketuskuulalaakereiden ominaisvikataajuudet (pallon syöttötaajuus ulkorengas, pallon syöttötaajuus sisärengas, pallon pyörimistaajuus ja häkkitaajuus) voidaan laskea laakerin geometriasta ja pyörimisnopeudesta, ja näiden taajuuskomponenttien trendi värähtelyspektrissä mahdollistaa kilparadan pinnan väsymisen, vierintäelementtien vaurion ja häkin kulumisen havaitsemisen varhaisessa vaiheessa.
• Lämpötilan seuranta: Laakereiden kohonnut käyttölämpötila on luotettava osoitus voitelun heikkenemisestä, liiallisesta esikuormituksesta tai kehittyvistä mekaanisista vaurioista. Hyvin voidellun kulmakosketuskuulalaakerin normaali käyttölämpötila työstökoneen karassa on tyypillisesti 10-30 celsiusastetta ympäristön lämpötilan yläpuolella, ja jatkuvan yli 10 celsiusasteen lämpötilan nousun perustason yläpuolelle pitäisi käynnistää syyn tutkiminen ennen kuin laakerin annetaan jatkaa käyttöä.

FAQ Tietoja kulmakosketinkuulalaakereista

Mitä eroa on kulmakosketin- ja syväurakuulalaakereiden välillä?

Perusero kulmakosketuskuulalaakereiden ja syväurakuulalaakereiden välillä on ratageometriassa ja siten kunkin tyypin kantamien kuormien suunnassa ja suuruudessa. Syväurakuulalaakereissa on symmetriset, suhteellisen syvät kulkuradat, joissa pallo koskettaa sisä- ja ulompaa rataa lähes säteittäisesti, mikä antaa hyvän säteittäisen kuormituskyvyn ja kyvyn kuljettaa kohtalaisia ​​kaksisuuntaisia ​​aksiaalikuormia syvän uran itsekeskittyvästä geometriasta. Kulmakuulalaakereissa on epäsymmetriset, matalammat kulkuradat, jotka on siirretty laakerin akselia pitkin kosketuskulman luomiseksi, mikä antaa suuremman aksiaalisen kuormituksen kosketuskulman suunnassa, mutta rajoittaa aksiaalista kuormitusta vastakkaisessa suunnassa. Kulmakosketuskuulalaakerit pystyvät myös tarkempiin laatuluokkiin, ja ne on suunniteltu esikuormitettuihin parillisiin järjestelyihin, joita syväurakuulalaakerit eivät yleensä ole, joten kulmakosketinmallit ovat valinta sovelluksiin, jotka vaativat maksimaalista järjestelmän jäykkyyttä ja asennon tarkkuutta.

Mikä on paras kosketuskulma nopeille sovelluksille?

Sovelluksissa, joissa suurin pyörimisnopeus on ensisijainen vaatimus, pienin käytettävissä oleva kosketuskulma tarjoaa parhaan suorituskyvyn. 15 asteen kosketuskulma, jota käytetään 7000-sarjassa, minimoi pallon gyroskooppiset voimat, jotka vastustavat pallon pyörimistä ja tuottavat lämpöä suurilla nopeuksilla. Pienemmät kosketuskulmat johtavat myös lähemmin säteittäiseen kosketuskuormitussuuntaan, mikä minimoi eron liukumisen pallon ja kilparadan välillä suurilla pyörimisnopeuksilla. Erittäin korkeilla DN-arvoilla jopa perinteinen 15 asteen suunnittelu korvataan erikoismalleilla, joissa on keraamiset pallot ja optimoitu häkin geometria. Jos suurilla nopeuksilla on myös kannettava merkittäviä aksiaalikuormia, 25 asteen kosketuskulma on paras kompromissi aksiaalikapasiteetin ja nopeuden välillä. 40 asteen kosketuskulmia tulee käyttää nopeissa sovelluksissa vain, jos aksiaalikuormituksen vaatimus sitä ehdottomasti vaatii ja siitä johtuva korkeampi käyttölämpötila on hyväksyttävä.

Voivatko kulmakosketinkuulalaakerit käsitellä kaksisuuntaisia ​​aksiaalikuormia?

Yksirivinen kulmakosketuskuulalaakeri voi tukea aksiaalista kuormitusta vain yhteen suuntaan: suuntaan, joka kuormittaa palloja kilparadan korkeaa olaketta vasten. Se ei kestä aksiaalista kuormitusta vastakkaiseen suuntaan. Kaksisuuntaisten aksiaalikuormien tukemiseksi suunnittelijan on käytettävä yhtä kolmesta vaihtoehdosta: yhteensovitettua paria yksirivisiä kulmakosketuskuulalaakereita, jotka on järjestetty selkä vastakkain (DB) tai vastakkain (DF), kaksirivistä kulmakosketuskuulalaakeri, joka yhdistää kaksi vastakkaista riviä yhdeksi yksiköksi, tai nelipistekosketin kulmakosketuskuulalaakeri, joka saavuttaa kaksisuuntaisen akseliprofiilin. kuormatuki yhden rivin kokoonpanossa. Jokaisella näistä vaihtoehdoista on erilaiset ominaisuudet jäykkyyden, nopeuskapasiteetin ja tilantarpeen suhteen, ja niiden välillä valinnan tulee perustua sovelluksen erityiseen kuormitukseen, nopeus- ja mittavaatimuksiin.

Kuinka valita oikeat kulmikkaat kuulalaakerit?

Kulmakosketuskuulalaakereiden valinta tiettyyn sovellukseen noudattaa jäsenneltyä prosessia, joka alkaa sovelluksen vaatimusten määrittelystä ja jatkuu useiden päätösten kautta oikean laakerin määrittelyn saavuttamiseksi. Tärkeimmät valintavaiheet ovat seuraavat:

Määritä kuormitusolosuhteet: Määritä säteittäisten kuormien, aksiaalikuormien ja momenttikuormien suuruus ja suunta, mukaan lukien dynaamisen kuormituksen vahvistuminen iskun, tärinän tai epäkeskisen kuormituksen vuoksi, kaikilla käyttöolosuhteilla.

Valitse kosketuskulma: Valitse kosketuskulma aksiaalisen ja säteittäisen kuormituksen suhteen perusteella. Kuormitussuhde Fa/Fr alle 0,35 osoittaa tyypillisesti, että 15-20 asteen kosketuskulma on sopiva; suhteet välillä 0,35 - 0,75 osoittavat 25 - 30 asteen kulmaa; suhteet yli 0,75 osoittavat, että 40 asteen kosketuskulmaa tulisi arvioida sen ylivoimaisen aksiaalisen kuormituskapasiteetin vuoksi.

Valitse järjestely: Päätä, onko yksirivinen parillinen, kaksirivinen vai neljän pisteen kosketin sopiva aksiaalisen kuormituksen suuntavaatimusten ja käytettävissä olevan asennustilan perusteella.

Tarkista nopeuskyky: Laske sovelluksen DN-arvo ja varmista, että valittu laakerisarja ja voitelumenetelmä tukevat vaadittua nopeutta riittävällä marginaalilla.

Tarkista laakerin käyttöikä: Laske perusnimellisikä käyttämällä vastaavaa dynaamista kuormaa ja dynaamista peruskuormitusta valmistajan luettelosta. Jos laskettu käyttöikä ei täytä sovelluksen käyttöikävaatimusta, valitse suurempi laakeri tai sarja, jolla on suurempi kuormitus.

Viite:

Harris T A, Kotzalas M N. Vierintälaakerianalyysi: Laakeritekniikan keskeiset käsitteet. 5. painos Boca Raton: CRC Press; 2006.

Harris T A, Kotzalas M N. Vierintälaakerianalyysi: Laakeriteknologian edistyneet käsitteet. 5. painos Boca Raton: CRC Press; 2006.

sisäänternational Organization for Standardization. ISO 15:2017: Rolling Bearings — Radial Bearings — Boundary Dimensions, General Plan. Geneva: ISO; 2017.

sisäänternational Organization for Standardization. ISO 281:2007: Rolling Bearings — Dynamic Load Ratings and Rating Life. Geneva: ISO; 2007.

sisäänternational Organization for Standardization. ISO 76:2006: Rolling Bearings — Static Load Ratings. Geneva: ISO; 2006.

Jiang B, Zheng L, Wang M. Analyysi kulmakosketuskuulalaakerien suorituskyvystä yhdistetyissä säteittäis- ja aksiaalikuormitusolosuhteissa. Tribology International. 2014;75:112-121.

Jones A B. Yleinen teoria elastisesti pakotetuista kuula- ja radiaalirullalaakereista mielivaltaisissa kuormitus- ja nopeusolosuhteissa. Journal of Basic Engineering. 1960;82(2):309-320.

Lundberg G, Palmgren A. Vierintälaakerien dynaaminen kapasiteetti. Acta Polytechnica: Koneenrakennussarja. 1947; 1(3):7-50.

Palmgren A. Kuula- ja rullalaakeritekniikka. 3. painos Philadelphia: SKF Industries; 1959.

SKF Group. SKF:n vierintälaakeriluettelo. Göteborg: SKF Group; 2018.