Производитель портальных фрезерных станков, использующий шариковый винт длиной 1,2 м и диаметром 40 мм при скорости 2500 об/мин, позвонил после шести недель работы в две смены. Люфт по оси X увеличился с 0,008 мм до 0,035 мм, а корпус подшипника на упорном конце работал примерно на 8 градусов выше рамы машины. Ничего не сломалось. Сталь расширяется примерно на 0,0115 мм на метр на градус Цельсия, так что за период с холодным утром понедельника до теплого дня пятницы винт вырос примерно на 0,1 мм, а поскольку оба конца были зажаты аксиально расположенными подшипниками, весь этот рост нужно было где-то поглотить.
Урок тот же, что и в большинстве запросов на опорные шарико-винтовые пары: подшипник – это последнее решение, а не первое. Решите, как винт будет расположен в осевом направлении, какая предварительная нагрузка необходима для упорной пары и как свободный конец будет иметь возможность плавать. Затем выберите номера деталей.
Что на самом деле должен делать каждый конец винта
Краткий ответ: один конец фиксирует винт в осевом направлении и несет нагрузку, другой конец поддерживает его радиально и позволяет ему двигаться. Комплект опорных подшипников — это не два одинаковых подшипника, выбранных для удобства, это пара компонентов с разными задачами, и характер отказов тоже различен.
Фиксированные и плавающие концы на типичной оси ШВП с признаками неправильного выбора. | Позиция | Основная обязанность | Типичный выбор подшипника | Что пойдет не так, если не совпадают |
| Фиксированный (упорный) конец | Располагает винт в осевом направлении, несет режущую и ускоряющую силу, устанавливает предварительную нагрузку | Согласованная пара угловых контактов, встречно-параллельная или двухрядный угловой контактный блок | Осевой люфт, увеличивающийся с увеличением нагрузки, горячие корпуса, истирание заплечика вала. |
| Плавающий (опорный) конец | Выдерживает только радиальную нагрузку, допускает тепловое расширение и сжатие. | Радиальный шарикоподшипник, наружное кольцо которого свободно скользит в корпусе. | Изогнутый винт, бринеллированные дорожки, перегрузка упорной пары при нагреве винта |
| Конец двигателя или редуктора | Передаёт крутящий момент, компенсирует перекос муфты | Радиальный подшипник рассчитан только на собственную нагрузку | Силы сцепления воздействуют на опорные подшипники, вибрация на скорости. |
Быстрая проверка работоспособности любой новой конструкции: измерьте расстояние между двумя гнездами подшипников в миллиметрах, разделите на 1000, умножьте на ожидаемое повышение температуры в градусах Цельсия и умножьте на 11,5. Результат (в микронах) представляет собой осевое перемещение, которое должен выдержать плавающий конец. На 2-метровом винте с подъемом на 5 градусов это уже около 115 микрон, что намного больше, чем может проглотить любой предварительный натяг.
Выбор пары с фиксированными концами
Три схемы охватывают большую часть работ по станкам и автоматизации, и выбор обычно сводится к скорости, жесткости и тому, сколько осевого пространства может сэкономить корпус.
- Пара угловых контактов «спина к спине» (DB): самое широкое распределение нагрузки между двумя точками контакта, хорошая устойчивость к изгибающим моментам и стандартный выбор для винтовых концов.
- Пара «лицом к лицу» (DF): допускает немного большее несоосность, но имеет более узкое распределение нагрузки, поэтому она больше прогибается под моментной нагрузкой.
- Тандемная пара (DT): оба подшипника разделяют тягу в одном направлении, используются только тогда, когда тяга сильная и однонаправленная, а вторая пара замыкает контур в другом месте.
Опорные шарико-винтовые подшипники обычно изготавливаются с углом контакта 60 градусов, поскольку приоритетом является осевая жесткость, а не радиальная способность. Универсально подобранные пары поставляются с уже притертым определенным преднатягом, поэтому пару следует монтировать как комплект и никогда не смешивать с другой парой из другой коробки. Если в конструкции требуется один компактный узел вместо двух отдельных колец, двухрядный радиально-упорный подшипник выполняет ту же функцию фиксации в одном гнезде корпуса и принимает на себя комбинированную радиальную и осевую нагрузку; наш
Двухрядные радиально-упорные шарикоподшипники серий 52 и 53 Компактная альтернатива с одним корпусом для комбинированного радиального и осевого расположения, с опциями уплотнения и смазки для станков, ветроэнергетических установок, ступиц и насосов. Посмотреть продукт → на странице перечислены размеры серий 52 и 53, используемые в этой роли. Компромисс заключается в том, что предварительная нагрузка фиксируется при изготовлении, поэтому впоследствии осевую жесткость невозможно настроить.
Предварительная нагрузка: где начинается большинство проблем с опорными подшипниками
Предварительная нагрузка устраняет внутренний зазор и делает положение винта повторяемым, но это узкое окно. В качестве рабочей отправной точки следует использовать легкую предварительную нагрузку, составляющую около 1–2 процентов от номинальной динамической нагрузки пары, а среднюю предварительную нагрузку — около 3 процентов; все, что сверх этого, обычно повышает рабочую температуру быстрее, чем жесткость. Практический тест прост: после 30-минутной обкатки температура корпуса должна стабилизироваться, а не продолжать расти, а осевой люфт, измеренный с помощью циферблатного индикатора на конце винта, должен показывать ноль с повторяемым возвратом в положение.
Доминируют две ошибки. Во-первых, использование контргайки для добавления предварительной нагрузки, которая должна была быть притерта к паре, приводит к разрушению внутренних колец и образованию подшипника, который становится жестким в холодном состоянии и заклинивает в горячем. Во-вторых, приложение большой предварительной нагрузки к винту, у которого нет плавающего конца, что превращает термический рост в осевую нагрузку в несколько сотен ньютонов. Обоснование диапазонов допусков и значений крутящего момента более подробно изложено в нашей заметке по выбор преднатяга для подшипников серий 52 и 53 , и та же логика применима к совмещенным парам угловых контактов.
Плавающий конец заслуживает настоящего внимания
Плавающий конец часто рассматривается как второстепенная мысль, и именно отсюда происходят тихие неудачи. Он должен выдерживать радиальную нагрузку винта плюс вес гайки и каретки, удерживать винт концентрично упорному концу и при этом скользить в осевом направлении, не задевая посадочное место. Обычным ответом является радиальный шарикоподшипник с фиксирующей посадкой на валу и скользящей посадкой в корпусе, при этом наружное кольцо может свободно перемещаться примерно на 0,3–0,5 мм в каждую сторону и ничто не зажимает его в отверстии.
Две детали имеют большее значение, чем страница каталога. Отверстие корпуса должно быть круглым и достаточно гладким, чтобы наружное кольцо скользило, а не наклонялось, а подшипник не должен быть с предварительным натягом, поскольку любое осевое ограничение на этом конце разрушает всю конструкцию. Стандартный
Радиальные шарикоподшипники серий 42 и 43 Для посадочных мест без предварительного натяга в эту категорию входят радиальные шарикоподшипники серий 42 и 43 со стандартными размерами и вариантами зазоров для теплых корпусов. Посмотреть продукт → размеры охватывают большинство опорных посадочных мест, и зазор C3 часто является разумным выбором, когда корпус нагревается быстрее, чем вал.
Когда в мастерской пыльно или сыро
Корпуса машин не являются чистыми помещениями. Чугунная пыль, туман охлаждающей жидкости и промывочная вода попадают в опорный корпус, а открытый подшипник, выдержавший испытание на испытательном стенде, может выйти из строя в течение сезона в цехе. Герметичные и экранированные варианты одного и того же семейства подшипников решают большую часть этой проблемы без изменения корпуса корпуса, а контактное уплотнение 2RS является лучшим выбором, чем экран ZZ везде, где присутствует охлаждающая жидкость, поскольку экран только отклоняет мусор, а не изолирует его. Наш
Двухрядные радиально-упорные подшипники серий 32 и 33 Герметичные или экранированные двухрядные агрегаты для загрязненных опорных корпусов, сочетающие радиальную и осевую нагрузку с углом контакта 30 градусов и компактным расположением. Посмотреть продукт → диапазон используется там, где компактный локационный блок должен также выдерживать грязные условия, а Серии 30 и 38 с затворами 2RS или ZZ. обеспечивают ту же функцию осевой фиксации при меньшей ширине для плотных корпусов.
Последовательность монтажа, предотвращающая преждевременный выход из строя
Большинство жалоб на поддержку, поступающих к производителю, связаны с проблемами сборки, а не с производственными проблемами. Ниже приведена последовательность действий, которую мы рекомендуем для согласованной пары на упорном конце.
- Очистите седло вала, отверстие корпуса и поверхности прокладки, затем проверьте биение заплечика с помощью циферблатного индикатора; Всего от 0,002 до 0,005 мм — разумный целевой показатель для прецизионной оси.
- Проверьте параллельность прокладки на поверхностной пластине. Проставка, отклоняющаяся от параллели на 0,01 мм, наклоняет внешнее кольцо и незаметно добавляет несколько сотен ньютонов неравномерной предварительной нагрузки.
- Установите пару в отмеченном порядке, сохраняя совпадающие метки точно так, как указано в поставке; перестановка одного кольца меняет преднатяг и линию нагрузки.
- Перед затяжкой слегка смажьте резьбу контргайки маслом, чтобы приложенный крутящий момент превратился в силу зажима, а не в трение в сухой резьбе, затем затяните в два-три приема до заданного значения.
- Измерьте осевое перемещение циферблатным индикатором относительно конца винта, одновременно нажимая и тянув его вручную, затем повторите то же самое с рычагом при умеренной нагрузке, чтобы убедиться, что показание не увеличивается.
- Обкатку на возрастающей скорости, наблюдая за температурой корпуса; стабильные показания через 30–60 минут являются критерием прохождения, а продолжающееся восхождение — нет.
Что необходимо подтвердить перед первым разрезом
- Только один конец расположен аксиально. Два расположенных конца — это самая распространенная причина преждевременного выхода из строя упорного подшипника.
- Предварительная нагрузка соответствует условиям эксплуатации: легкая для высокой скорости и длительного срока службы, средняя для тяжелой резки и жесткости, никогда не бывает «настолько плотной, насколько это возможно».
- Количество смазки измеряется, а не угадывается. Избыточная смазка небольшого опорного подшипника приводит к растеканию и перегреву так же быстро, как и отсутствие смазки вообще.
- Соосность муфты проверяется после зажатия подшипников, а не до этого.
Краткий контрольный список покупок
Если указан опорный подшипник, запрос требует большего, чем просто диаметр отверстия и наружный диаметр. Покупатели, которые поставляют следующее, с первого раза получают полезную цену:
Информация, которая меняет подшипник, предлагается для положения опоры ШВП. | Товар | Почему это меняет часть |
| Осевое усилие с запасом прочности | Устанавливает, подходит ли согласованная пара или одиночный двухрядный блок. |
| Требуемая осевая жесткость | Определяет класс предварительной нагрузки и угол контакта. |
| Максимальная скорость и рабочий цикл | Тип сепаратора привода, выбор смазки и уплотнения |
| Класс точности и предел биения | Отделяет пару стандартной точности от набора классов P4. |
| Окружающая среда | Открытый, экранированный или герметичный контакт; тип смазки и количество заливки |
| Размеры корпуса | Исключает устройства, которые физически не подходят к сиденью. |
Попросите, чтобы пара была поставлена в виде согласованного комплекта с указанием предварительной нагрузки, указанной на упаковке, и храните этот комплект вместе при поступлении, хранении и сборке. Смешанные пары — самый тихий способ потерять ту жесткость, за которую заплатили.
Опорные подшипники на ШВП – это малая часть машины и большая часть ее повторяемости. Установите правильное расположение, один конец расположен, а другой свободен, дайте упорной паре предварительную нагрузку, с которой она может работать, и держите плавающий конец действительно свободным. Сами подшипники редко являются слабым звеном; решения вокруг них обычно такие.
