Axiální tuhost kuličkového ložiska s hlubokou drážkou: Praktický průvodce pro inženýry

Vřeteno začne zanechávat slabou stopu při 8 000 ot./min. Kuličkové ložisko splňuje publikovanou jmenovitou únosnost, přesto se hřídel axiálně vychyluje mnohem více, než umožňuje návrhový rozpočet. Toto je známá scéna v přesných strojích: číslo zatížení bylo zkontrolováno, ale číslo tuhosti nebylo nikdy specifikováno. Axiální tuhost určuje, jak moc se hřídel pohybuje, když na něj působí axiální síla, a u zařízení, jako jsou malé motory, roboty a měřicí zařízení, na tomto pohybu záleží stejně jako na životnosti ložiska. Tento článek vysvětluje, co znamená axiální tuhost, které konstrukční proměnné ji řídí a jak zajistit, aby se vybrané ložisko chovalo tak pevně, jak to aplikace vyžaduje.

Co znamená axiální tuhost u kuličkového ložiska s hlubokou drážkou

Axiální tuhost je poměr působícího axiálního zatížení k výsledné axiální deformaci, vyjádřený v newtonech na milimetr. U kuličkového ložiska s hlubokou drážkou není tento poměr konstantní. Výchylka mezi kuličkami a oběžnými dráhami následuje Hertzovo kontaktní chování: jak se zvyšuje zatížení, roste kontaktní plocha, výchylka se úměrně zmenšuje a ložisko se zdá tužší. Jinými slovy, tuhost stoupá se zatížením.

Abychom uvedli číslo, malé kuličkové ložisko o velikosti 608 může vykazovat axiální tuhost v rozsahu 30 až 80 N/µm v závislosti na své vůli a úrovni zatížení. Větší ložisko, jako je 6205, může za stejných podmínek dosáhnout několika stovek N/µm. Tato čísla nejsou fixní hodnocení; jsou to snímky jednoho konkrétního zatěžovacího bodu na nelineární křivce.

Kuličkové ložisko s hlubokou drážkou je symetrické v axiálním směru, což znamená, že může přenášet axiální zatížení v obou směrech. Tato symetrie má však důsledek, který konstruktéři často přehlížejí. Ložisko je vyrobeno s vnitřní radiální vůlí, takže kuličky se nedotýkají současně dvou osazení oběžné dráhy. Při malé axiální síle se hřídel pohybuje téměř volně vůlí, dokud kuličky nedosednou na jedno rameno. Axiální tuhost v této oblasti je fakticky nulová a teprve poté, co je tato vůle spotřebována, začne ložisko odolávat zatížení svou skutečnou kontaktní tuhostí.

Proč je axiální tuhost důležitější než únosnost

Nosnost odpovídá na jednu otázku: jak velké zatížení může ložisko vydržet? Axiální tuhost odpovídá na jinou otázku: jak přesně bude ložisko držet hřídel? U mnoha produktů je druhou otázkou to, co určuje kvalitu. Malý motor, který umožňuje pohyb rotoru, vytváří vibrace a hluk. Robotický kloub s nadměrnou axiální vůlí ztrácí opakovatelnost polohování. Přesné vřeteno, které se pod řeznou silou vychyluje, vytváří chvění a špatnou kvalitu povrchu.

Uvažujme motor, jehož rotor je umístěn dvěma kuličkovými ložisky. Pokud axiální vůle na osazení oběžné dráhy ponechá 15 µm volného pohybu, rotor se posouvá tam a zpět při každém obrácení magnetické síly. Výsledný axiální pohyb se přímo promítá do slyšitelného hluku a opakovaných mikronárazů mezi kuličkami a ramenem oběžné dráhy. Předepjaté ložisko nebo ložisko se sníženou vůlí eliminuje toto chování u zdroje.

Žádná z těchto poruch nevyžaduje, aby se ložisko nacházelo někde blízko svého limitu zatížení. Ložisko prostě není dostatečně tuhé pro konstrukční smyčku stroje. Proto by se s údaji o tuhosti mělo zacházet jako s prvotřídní specifikací, nikoli s dodatečným nápadem v datovém listu. Když je sestava navržena tak, aby udržela axiální pohyb v rozmezí dvou mikronů, ložisko, které se při stejné síle vychýlí o deset mikronů, činí každou další přesnou součást v systému zbytečnou.

Klíčové faktory, které řídí axiální tuhost

Níže uvedená tabulka uvádí parametry, které nejvíce přímo ovlivňují axiální tuhost kuličkového ložiska. Na kompromisech záleží stejně jako na samotném zlepšení tuhosti.

Problém s vůlí a jak pomáhá předpětí

Nejčastějším důvodem špatné axiální tuhosti v praxi je nedostatečný průměr kuličky; je to povolení. Standardní kuličková ložiska jsou klasifikována do skupin s vůlí, jako je C2 (menší než normální), CN (normální) a C3 (větší než normální). Větší vůle zjednodušuje montáž a toleruje tepelnou roztažnost, ale také rozšiřuje zónu axiálního posuvu. Pro aplikace kritické z hlediska tuhosti je často nejjednodušším způsobem snížení axiální vůle bez změny geometrie ložiska C2 nebo dokonce vlastní zmenšená vůle.

Pokud aplikace nemůže přijmout žádný axiální volný chod, dalším krokem je předpětí. Pružina, která axiálně tlačí na vnější kroužek, plynule usazuje kuličky proti oběžné dráze, takže ložisko vždy působí na tužší části své průhybové křivky. Pevné předpětí dosáhne stejného výsledku upevněním obou ložiskových kroužků tak, aby byly kuličky vždy v kontaktu. Oba přístupy snižují axiální vůli téměř na nulu, ale přidávají tření a generují teplo, takže hodnoty předpětí je třeba pečlivě vypočítat pro očekávanou provozní rychlost a teplotní rozsah.

Radiální versus axiální tuhost v praxi

Kuličková ložiska s hlubokými drážkami jsou někdy popisována jako radiálně dominantní a popis je spravedlivý. Radiální zatížení je přenášeno po přímé linii přes kuličky a obě oběžné dráhy, zatímco axiální zatížení se musí přenášet přes osazení oběžné dráhy a vyvolávat rostoucí kontaktní úhel. Kvůli této geometrii je radiální tuhost kuličkového ložiska obvykle vyšší než jeho axiální tuhost při stejném zatížení. Rozdíl není vadou; je to důsledek konstrukce ložiska.

U hřídele, která musí být umístěna přesně v obou směrech, je často praktickým řešením dvojice ložisek nebo ložisko s integrovanou přírubou. Přírubové varianty registrují ložisko axiálně k čelu skříně a zjednodušují montáž v malých elektromotorech a převodovkách. The průvodce výběrem přírubového ložiska vysvětluje, jak poloha příruby a uložení pouzdra ovlivňují umístění axiálního hřídele. U motorů s omezeným prostorem se používá stíněné přírubové ložisko, jako je např Přírubové ložisko F696ZZ poskytuje jak axiální podporu, tak jednoduché umístění pouzdra bez dalšího pojistného kroužku.

Velkoobchodní stíněné přírubové ložisko F696ZZ zajišťuje hladký chod pro malé motory Ningbo Zhenhai Hualei Bearing Co., Ltd. je čínský velkoobchod F696ZZ stíněné přírubové ložisko zajišťuje hladký chod pro dodavatele malých motorů... Zobrazit produkt →

Jak ověřit axiální tuhost před nákupem

Výchozím bodem jsou teoretické výpočty tuhosti, ale skutečná křivka zatížení-průhyb závisí na vyráběné vůli, profilu oběžné dráhy a zaoblení koule. Test síly a průhybu je jednoduchý: umístěte ložisko na pevnou podpěru, aplikujte axiální zatížení v krocích pomocí kalibrovaného lisu a změřte posunutí hřídele pomocí snímače posunutí. Vynesením zatížení proti průhybu se získá křivka, jejíž sklon při provozním zatížení je tečnou tuhostí ložiska.

Pokud se jedná o miniaturní ložiska, musí být také zmenšena zkušební sestava. Výchylka při několika newtonech axiálního zatížení může být jen několik mikrometrů, takže rozlišení měření je náročnější než u velkého průmyslového ložiska. To je místo, kde dodavatel ložisek s vlastní schopností měření dělá rozdíl, když kvalifikujete nové Kompaktní miniaturní ložisko 688ZZ pro přesnou montáž.

Velkoobchodní kuličkové ložisko 688ZZ s hlubokou drážkou se vyznačuje kompaktním designem ideální pro Lig Ningbo Zhenhai Hualei Bearing Co., Ltd. je čínský velkoobchod 688ZZ kuličkové ložisko s hlubokou drážkou se vyznačuje kompaktním designem ideální pro lehké... Zobrazit produkt →

Všimněte si, že statická zátěžová zkouška průhybu měří statickou tuhost. V běžícím stroji ložisko také reaguje na dynamické efekty: chování olejového filmu mezi kuličkami a oběžnými dráhami, odstředivé síly na kuličky při vysoké rychlosti a tepelnou roztažnost kroužků. Pro většinu aplikací pod 60 procent jmenovité rychlosti ložiska je statická tuhost spolehlivým základem pro srovnání. Měkčení související s otáčkami nabývá na významu hlavně u vysokorychlostních vřeten, kde je vyžadováno přímé dynamické testování.

Praktické kroky pro výběr tuhých uložení

Proces výběru by měl začít rozpočtem osového průhybu, nikoli výpočtem zatížení. Rozhodněte, jak velký pohyb hřídele může aplikace tolerovat při maximální axiální síle. Poté porovnejte možnosti ložisek podle jejich předpokládaného chování při zatížení a průhybu při dané specifické síle, spíše než podle jediného čísla tuhosti převzatého z katalogu. Tuhost nemá univerzální hodnocení; je funkcí zatížení, vůle a předpětí.

U malých motorů, robotiky a lékařských přístrojů záleží na směru zatížení stejně jako na jeho velikosti. Nerezové miniaturní ložisko jako např Ložisko z nerezové oceli SMR148-2RS nabízí odolnost proti korozi a hladký chod v prostředí, kde je motor vystaven vlhkosti nebo čisticím prostředkům. Tam, kde je prostor extrémně omezený, kompaktní konstrukce udržuje pouzdro ložiska malé a přitom stále poskytuje předvídatelné axiální chování díky pečlivému výběru vůle.

Velkoobchodní miniaturní ložisko SMR148-2RS je ideální pro malé motory, roboty a Mec Ningbo Zhenhai Hualei Bearing Co., Ltd. je Čína velkoobchodní miniaturní ložisko SMR148-2RS je ideální pro malé motory, roboty a mechanické M... Zobrazit produkt →

Ložiska vybraná pro tuhost by měla být také ověřena ve skutečném uložení pouzdra a hřídele. Přesahující uložení mění po montáži vnitřní vůli a ložisko, které se na zkušební stolici jeví jako tuhé, může po zatlačení do pouzdra změknout. Do hodnocení tuhosti zahrňte stav montáže spíše než zacházet s ložiskem jako s izolovanou součástí. Chcete-li se blíže podívat na to, jak malá ložiska podporují přesné systémy, podívejte se na náš přehled jak miniaturní ložiska pohánějí přesné strojírenství a vysokorychlostní stroje .