Parowanie łożysk kątowych: wybór układu DB, DF lub DT i drogi naprężenia wstępnego przed RFQ

Wyeliminuj układy, które nie przeniosą kierunku Państwa obciążenia osiowego

Zacznijcie od kierunku siły osiowej, ponieważ eliminuje on warianty, zanim zacznie się jakakolwiek dyskusja o sztywności. Jednorzędowe łożysko kątowe ma bieżnie przesunięte wzdłuż osi, i właśnie to przesunięcie pozwala mu przenosić obciążenie osiowe tylko w jednym kierunku⁹.

Jeśli aplikacja odwraca kierunek — wrzeciennik obrabiający w obu kierunkach, wał, który musi być pozycjonowany osiowo w obie strony — pojedyncze łożysko nie wykona tej pracy. Układ musi być parą⁹.

Tandem (DT) też nie odpowiada na obciążenie zmienne. W DT oba łożyska dzielą obciążenie w tym samym kierunku, co zwiększa udźwig osiowy jednokierunkowy, ale nie dodaje zdolności w kierunku przeciwnym⁸⁹.

Tam, gdzie stosuje się parę tandemową, przeciwny nacisk i tak musi przejąć inny element na wale³. Pierwszy podział jest więc prosty: obciążenie osiowe dwukierunkowe wskazuje na DB lub DF, a DT jest zarezerwowany dla zadań ciężkich tylko w jednym kierunku.

DB czy DF: sztywność na moment kontra tolerancja niewspółosiowości

Zarówno DB, jak i DF przenoszą obciążenie osiowe dwukierunkowe, więc wybór między nimi dotyczy momentu i współosiowości, a nie udźwigu osiowego. W układzie O (DB) wierzchołki kąta styku skierowane są na zewnątrz, co daje parze dużą rozpiętość efektywną.

To ona zapewnia wysoką sztywność na moment i odporność na przewracanie¹². DF odwraca geometrię, skracając rozpiętość efektywną i obniżając zdolność momentową.

Ale krótsza rozpiętość lepiej toleruje kątową niewspółosiowość między wałem a korpusem⁸¹². Praktyka montażu dodaje drugi warunek.

Tam, gdzie potrzebny jest wcisk między pierścieniem wewnętrznym a wałem i możliwy jest błąd montażu, układ X upraszcza składanie¹³. Tam, gdzie wymagana jest wysoka sztywność pod naprężeniem wstępnym, zalecanym układem jest O¹³.

Dlatego DB opisywany jest jako najpowszechniejszy i najbardziej uniwersalny układ dla wrzecion obrabiarek¹². Czego z tych źródeł nie uzyskacie, to liczby.

Żadne źródło nie podaje progu sztywności ani obciążenia momentowego, który wskazywałby, gdzie DB przestaje wystarczać, a DF staje się konieczny⁸¹²¹³. Traktujcie wybór jako jakościowy i przedstawcie dostawcy moment oraz zapas na niewspółosiowość.

Fabrycznie dobrany zestaw duplex czy para niedobrana ze szlifowanymi dystansami

Naprężenie wstępne w zestawie sparowanym najczęściej osiąga się, zamawiając dobrany parę duplex¹². W fabrycznie dobranym zestawie naprężenie wstępne lub promieniowo-osiowy luz wewnętrzny jest już zdefiniowany przez dołączone pierścienie dystansowe.

Praca regulacyjna jest więc wykonana, zanim łożyska do Państwa dotrą⁴. Parowanie łożysk niedobranych przenosi tę pracę do własnego zakładu.

Wymaga wstępnego zmierzenia istotnych wymiarów osiowych łożysk i, o ile dotyczy, korpusu; decyzji o docelowym luce osiowym. A dla układu O (DB) także wykonania pierścienia dystansowego wewnętrznego oprócz zewnętrznego, doszlifowanego z dokładnością, jakiej wymagają warunki pracy⁴.

Jeśli naprężona para ma być sztywno podparta w układzie O przez korpus, trzeba też określić szerokość korpusu, by wyliczyć efektywną długość dystansu⁴. Szerokość dystansu nie jest obojętnym szczegółem po zmontowaniu pary.

Jeśli dystans wału jest węższy niż dystans korpusu, naprężenie wstępne rośnie w układzie O (DB) i maleje w układzie X (DF)²². Tą asymetrią posługują się Państwo, by dostroić naprężenie wstępne w parze niedobranej.

I dlatego dobrany zestaw, w którym dostawca już ustalił geometrię, usuwa zmienną z Państwa linii montażowej.

Wybór klasy naprężenia wstępnego albo konkretnej wartości siły

Naprężenie wstępne podaje się jako klasę albo jako konkretną siłę, zależnie od systemu specyfikacji, którego obowiązuje Państwa rysunek. Droga ISO używa GA, GB i GC dla naprężenia lekkiego, średniego i ciężkiego; droga amerykańska używa przyrostków powiązanych z podaną siłą w niutonach³.

Samo naprężenie wstępne usuwa luz wewnętrzny, podnosi sztywność i zapobiega ślizganiu kulek, więc wskazana klasa definiuje zachowanie pary¹⁸. Czego tabela nie daje, to wartość dla Państwa wymiaru łożyska.

Siła stojąca za klasą GA, GB czy GC oraz wywołane przez nią przemieszczenie osiowe lub zmiana kąta styku nie są opublikowane w tych źródłach³¹⁸. Podajcie klasę albo konkretną siłę, a następnie poproście producenta o wartość dla danego wymiaru i wynikowe przemieszczenie.

Kąt styku i granica obrotów, zanim zacieśnijcie układ

Kąt styku to druga połowa rozstrzygnięcia obciążenie–obroty, i ustala się go przy zamówieniu, a nie przy montażu. Stromejszy kąt podnosi udźwig osiowy i sztywność osiową; płylszy przenosi wyższe obroty i większe obciążenie promieniowe⁸⁹¹⁸.

Łożyska wysokiej dokładności i szybkoobrotowe stosują zwykle 15°, a 40° to kąt maksymalizujący zdolność osiową⁸⁹. Obroty ograniczają następnie klatkę i smarowanie.

Gdy łożysko dobierane jest do pracy do 80% jego prędkości granicznej, dział inżynierii producenta powinien przeanalizować aplikację i zarekomendować metodę smarowania oraz klatkę¹⁰. Gdy prędkość robocza znacznie przekracza prędkość graniczną, konieczna jest mocniejsza konstrukcja klatki ze względu na naprężenia odśrodkowe¹⁰.

Jeden dostawca podaje, że łożyska o małym kącie 15° przy smarowaniu olejem mogą przekraczać 30 000 RPM dla niektórych wymiarów. Ale to wartość właściwa dla tego dostawcy i konkretnych wymiarów, a nie granica, którą można odnieść do własnego doboru¹⁸.

Zanim więc zacieśnijcie układ, porównajcie prędkość roboczą z prędkością graniczną wymiaru, który zamierzacie kupić, a decyzję o smarowaniu i klatce przekażcie dostawcy zamiast ją zakładać.

Czy opublikowane współczynniki obciążenia zredukowanego dotyczą Państwa naprężonej pary

Jeśli planujecie samodzielnie obliczyć trwałość L10, wybrany układ zmienia rachunkę. Współczynniki X i Y dynamicznego obciążenia zredukowanego różnią się między układem jednorzędowym lub tandemowym a parą DB lub DF.

Zależą też od kąta styku i od stosunku obciążenia osiowego do promieniowego²⁵. Przy kącie styku 15° i Fa/Fr powyżej e, na przykład, Y wynosi 1,47 dla układu jednorzędowego lub tandemowego, wobec 2,39 dla pary O (DB) lub X (DF)²⁵.

Użycie niewłaściwej kolumny przesuwa obciążenie zredukowane, a więc i obliczoną trwałość. Jest jeszcze jeden warunek do sprawdzenia.

Równania obciążenia zredukowanego dla układów sparowanych obowiązują, gdy luz wewnętrzny i naprężenie wstępne podczas pracy wynoszą zero¹⁵. Para naprężona nie spełnia tego założenia, więc opublikowane współczynniki to punkt wyjścia, a nie ostateczna odpowiedź dla zestawu naprężonego.

Zapytajcie dostawcę, jakiej bazy obciążenia zredukowanego użył dla podawanej trwałości i czy uwzględnia ona określone przez Państwa naprężenie wstępne.

Co uzyskać od dostawcy, zanim RFQ wyjdzie

Opublikowane źródła nazywają wymagania dotyczące naprężenia wstępnego i montażu, ale zatrzymują się przed liczbami, których potrzebujecie do zakupu. Oto pozycje, o które należy pytać zamiast je zakładać.

• ✓Wartość naprężenia wstępnego dla wymiaru dla wskazanej klasy lub konkretnej siły, wraz z wynikowym przemieszczeniem osiowym i zmianą kąta styku
• ✓Klasa tolerancji dokładności proponowana przez dostawcę dla układu i naprężenia wstępnego oraz norma, według której jest deklarowana
• ✓Wymiary czołowe i promienie przejścia oraz dane gwintu nakrętki zabezpieczającej dla wału i korpusu, których zamierzacie użyć
• ✓Czy para jest dostarczana jako fabrycznie dobrany zestaw duplex z predefiniowanymi pierścieniami dystansowymi, czy jako łożyska pakowane pojedynczo, które trzeba sparować i skorzystać z podkładek
• ✓Czy łożyska są universal-matchable, tak by dowolne dwie sztuki ze stocku można było zamontować razem
• ✓Zmiana naprężenia wstępnego od temperatury w Państwa zakresie temperatur pracy — niektórzy dostawcy oferują do tego kalkulator zakresu termicznego
• ✓Trwałość L10 dla Państwa rzeczywistego widma obciążeń i kombinacji układ/naprężenie wstępne, a nie wartość katalogowa

Gdzie źródła są rozbieżne albo pozostawiają wartość otwartą

Kilka wielkości pojawia się w źródłach w więcej niż jednej postaci, a różnice mają znaczenie, gdy piszecie specyfikację.

Czego źródła nie ustalają

• Brak wartości naprężenia wstępnego dla wymiarów oraz wynikowego przemieszczenia osiowego i zmiany kąta styku dla jakiejkolwiek klasy naprężenia wstępnego lub wartości siły.
• Brak klasy tolerancji dokładności (ABEC/ISO P4, P2) powiązanej z konkretnym naprężeniem wstępnym czy układem.
• Brak ilościowego progu sztywności lub obciążenia momentowego do rozstrzygnięcia DB kontra DF.
• Brak kwantyfikacji zmiany naprężenia wstępnego od temperatury i brak tabel prędkości granicznych dla konkretnych układów.
• Brak wymiarów czołowych i promieni przejścia, danych gwintu nakrętki zabezpieczającej oraz informacji o universal-matchability.
• Brak wyników trwałości L10 dla konkretnych kombinacji układu i naprężenia wstępnego czy widm obciążeń.
• Brak danych o koszcie jednostkowym, MOQ czy dostępności par dobranych specyficznych dla łożysk kątowych.
• Naprężanie sprężyną oraz metody podkładek lub nakrętki zabezpieczającej są wymienione w wymaganiu, ale nieopisane merytorycznie w źródłach, więc nie można ich tu porównać z naprężeniem zestawu dobranego.