Mikä on kulmakosketuslaakeri ja miten se toimii?

Mikä on kulmakosketuslaakeri

Kulmakosketuslaakeri on kuula- tai rullalaakeri, joka on suunniteltu siten, että laakerin akseliin nähden on sijoitettu poikkeamaan kulkuradat, jolloin se voi tukea yhdistetty säteittäinen ja aksiaalinen (työntövoima) samanaikaisesti sen sijaan, että käsittelet vain yhden tyyppistä kuormaa, kuten tavallinen syväuralaakeri. Tämä siirtymä, jota kutsutaan kosketuskulmaksi, vaihtelee tyypillisesti välillä 15° - 40° ja määrittää, kuinka paljon aksiaalista kuormaa laakeri voi kantaa suhteessa säteittäiseen kuormaan.

Kulmakosketuskuulalaakerit Ne käyttävät erityisesti palloja vierintäelementtinä ja ovat tämän laakerityypin yleisin muoto, jota käytetään laajalti työstökoneiden karaissa, pumpuissa ja vaihteistoissa, joissa akseleihin kohdistuu työntövoimaa hammaspyörien yhteenliittämisestä tai nesteen paineesta normaaleiden säteittäisten kuormien rinnalla. Laakeri, jossa on a 40° kosketuskulma kestää suunnilleen kaksinkertaisen aksiaalikuorman kuin 15° kulmassa samassa laakerikoossa, minkä vuoksi oikean kosketuskulman valinta on ensimmäinen päätös kaikissa sovelluksissa.

Kuinka kulmakosketuskuulalaakerit toimivat

Tavallisen syväuralaakerin sisällä sisempi ja ulompi rata on kohdistettu siten, että kosketus pallon ja kulkuradan välillä tapahtuu suoraan säteittäisen tason poikki. Kulmakosketuslaakerissa kulkuradat on maadoitettu epäsymmetrisesti siten, että kosketuspisteitä yhdistävä viiva sisä- ja ulkokehässä muodostaa kulman laakerin radiaaliseen tasoon nähden.

Miksi kulma mahdollistaa työntövoiman?

Koska kuormitusreitti kulkee diagonaalisesti pallon läpi eikä suoraan sen poikki, osa mistä tahansa säteittäisestä kuormasta muunnetaan aksiaalivoimakomponentiksi, ja päinvastoin laakeri voi vastustaa aksiaalisia kuormia, jotka työntävät akselia yhteen suuntaan. Tästä syystä kulmakosketuslaakerit asennetaan lähes aina pareittain tai sarjoina, koska yksittäinen laakeri kestää työntövoimaa vain yhdessä aksiaalisessa suunnassa.

Yksisuuntainen työntövoiman rajoitus

Yksi kulmakosketuslaakeri voi kantaa vain aksiaalista kuormaa työntämällä akselia sitä puolta kohti, jossa kosketuskulma "avautuu". Käänteistä työntövoimaa ei tueta, mikä on keskeinen syy, että nämä laakerit yhdistetään tyypillisesti peräkkäin tai vastakkain todellisissa kokoonpanoissa.

Kosketuskulmaluokat ja niiden kantavuus

Valmistajat valmistavat kulmikkaita kosketuskuulalaakereita muutamassa standardoidussa kosketuskulmaluokissa, joista jokainen sopii eri nopeuden ja aksiaalisen kuormituksen tasapainoon.

Yleissääntönä on, pienemmät kosketuskulmat tukevat suurempia nopeuksia koska vähemmän pallon kosketusvoimasta suunnataan aksiaalisesti, mikä vähentää lämmön muodostumista, kun taas suuremmat kosketuskulmat lisäävät nopeutta ja lisäävät työntövoiman tukea.

Laakerikokoonpanot ja asennusjärjestelyt

Koska yksi kulmakosketinlaakeri käsittelee vain yksisuuntaista työntövoimaa, valmistajat toimittavat ne valmiiksi sovitettuina sarjoina, jotka sopivat yhteen oikean sisäisen välyksen kanssa. Valittu konfiguraatio vaikuttaa jäykkyyteen, kohdistusvirhetoleranssiin ja tuetuihin kuormitussuuntiin.

Back-to-back (DB) -järjestelyt ovat yleensä edullisia työstökoneiden karoissa, koska leveämpi tehollinen keskietäisyys kahden laakerin välillä tarjoaa huomattavasti parempi vastustuskyky akselin kallistusta vastaan hetkellisen kuormituksen alaisena verrattuna kasvokkain tapahtuvaan asennukseen.

Kulmakosketuslaakerit vs. muut laakerityypit

Insinöörit vertaavat usein kulmakosketuskuulalaakereita syväurakuulalaakereihin ja kartiorullalaakereihin, kun akselin on kestettävä sekä radiaalisia että aksiaalisia kuormia.

Kulmikkaat kosketuskuulalaakerit ovat käytännöllisessä välimaastossa: ne kestävät nopeuksia noin 20-30 % korkeampi kuin vastaavan kokoiset kartiorullalaakerit pienemmän vierintäkitkan vuoksi, mutta silti hallitsevat mielekästä työntövoimaa, jota syväuralaakerit eivät pysty käsittelemään luotettavasti.

Kulmakuulalaakerien yleiset sovellukset

Radiaalisen ja työntövoiman yhdistelmä hyvän nopean suorituskyvyn kanssa tekee kulmakosketuslaakereista vakiovalinnan useilla teollisuudenaloilla.

• Työstökoneiden karat – 15° kosketuskulmalaakerit peräkkäin pareittain tukevat leikkausvoimia säilyttäen samalla alimikronin tarkkuuteen tarvittavan pyörimistarkkuuden
• Autojen etupyörän navat – 40° kosketuskulmalaakerit käsittelevät kaarreajon työntövoimaa ajoneuvon painon mukaan
• Keskipakopumput ja kompressorit – 25-30° laakerit hallitsevat juoksupyörän paine-eron synnyttämää aksiaalista työntövoimaa
• Vaihteistot, joissa on kierre- tai kartiohammaspyörät – kulmikkaat kosketinsarjat vaimentavat näiden hammaspyörien luontaisen aksiaalisen työntövoiman, jota nämä hammaspyörät synnyttävät niveltymisen aikana
• Robottivarsien nivelet ja pyörivät pöydät – parilliset laakerit tarjoavat tarvittavan jäykkyyden kestämään nivelen kallistusmomentteja

Esilataus ja tarkkuusluokan valinta

Kaksi lisäspesifikaatiota määrittävät, kuinka kulmakosketinlaakeri toimii asennuksen jälkeen: esijännitystaso ja tarkkuusluokka.

Esilataus

Pienen, kontrolloidun sisäisen kuormituksen (esijännityksen) käyttäminen laakeriparia asennettaessa poistaa sisäisen välyksen ja parantaa pyörimistarkkuutta. Kevyt esijännitys sopii nopeisiin karasovelluksiin, kun taas raskasta esijännitystä käytetään silloin, kun maksimijäykkyys on tärkeämpää kuin huippunopeus, kuten hiomakoneen karoissa.

Tarkkuusluokka

Laakerit luokitellaan ISO- tai ABEC-standardien mukaan ABEC 7 tai ABEC 9 (ISO P4/P2) luokat on varattu korkean tarkkuuden karatyöhön, kun taas standardinmukaiset ABEC 1 (ISO P0) -laakerit riittävät yleisiin teollisuusvaihteistoihin ja pumppuihin, joissa ei vaadita äärimmäistä pyörimistarkkuutta.

Parhaat asennuksen ja ylläpidon käytännöt

Koska yhteensopivat laakerisarjat on hiottu parina, virheellinen käsittely asennuksen aikana on yksi yleisimmistä ennenaikaisten vikojen syistä.

1. Älä koskaan sekoita eri yhteensopivien sarjojen laakereita, koska sisävälys on maadoitettu erityisesti tätä paria varten
2. Varmista oikeat suuntamerkinnät (usein nuoli tai kirjain ulkorenkaassa) ennen asennusta, sillä laakerin kääntäminen seläkkäin sarjassa muuttaa sen tahattomaksi kasvotusten järjestelyksi.
3. Käytä asennusvoimaa tasaisesti sisärenkaan sisäpinnalle holkin tai puristimen avulla, älä koskaan kosketa suoraan palloihin tai häkkiin
4. Varmista, että akselin ja kotelon toleranssit vastaavat laakerin valmistajan sovitussuosituksia, koska liian suuri kotelon reikä voi vähentää suunniteltua esijännitystä
5. Voitele uudelleen valmistajan määrittämin väliajoin; nopeat karan laakerit vaativat usein öljy-ilma- tai rasva-järjestelmät säännöllisen manuaalisen voitelun sijaan

Laakerivalmistajien kenttätiedot osoittavat tämän johdonmukaisesti virheellinen esijännitysasetus aiheuttaa suuren osan aikaisista karalaakerivioista , enemmän kuin materiaaliviat tai normaali kuluminen, minkä vuoksi vääntömomenttiohjatut asennustavat ovat yhtä tärkeitä kuin itse laakerin valinta.

Kuinka valita oikea kulmakosketuslaakeri

Oikean laakerin valinta edellyttää kosketuskulman, konfiguraation ja tarkkuusluokan sovittamista sovelluksen todelliseen kuormitus- ja nopeusprofiiliin.

• Laske aksiaalisen ja säteittäisen kuormituksen odotettu suhde; yli 0,5:n suhteet vaativat yleensä 30-40° kosketuskulmaa 15°:n sijaan
• Valitse back-to-back (DB) -asennus, kun momenttikuormituksen kestävyys ja jäykkyys ratkaisevat eniten, ja face-to-face (DF), kun on odotettavissa akselivirheitä
• Sovita tarkkuusluokka sovelluksen tarkkuusvaatimuksiin sen sijaan, että asettaisi oletuksena korkeimpaan saatavilla olevaan luokkaan, koska tarpeettoman tiukka tarkkuus lisää merkittäviä kustannuksia ilman toiminnallista hyötyä yleisessä teollisessa käytössä
• Varmista, että laakerin nimellisnopeus (usein ilmaistuna dn-arvona, reiän halkaisija kertaa RPM) ylittää mukavasti sovelluksen käyttönopeuden
• Työskentele toimittajan kanssa, joka tarjoaa yhteensopivat dokumentaatiot ja selkeät suuntamerkinnät, koska merkitsemättömiä tai yhteensopimattomia laakereita on vaikea asentaa oikein kentällä

Kun nämä valinnat tehdään heti suunnitteluvaiheessa, vältytään paljon kalliimmalta ongelmalta, joka liittyy ennenaikaisen laakerin vian diagnosointiin sen jälkeen, kun kone on jo käytössä.