Łożyska kulkowe skośne: konstrukcja, kąty obciążenia i przewodnik doboru

Łożyska kulkowe skośne — dokładniej zwane łożyskami kulkowymi skośnymi — stanowią pierwszy wybór, gdy obracający się wał musi wytrzymać jednocześnie siły promieniowe i osiowe. Ich cechą charakterystyczną jest zaprojektowany kąt zwilżania kulek i bieżni, zwykle 15°, 25°, 30° lub 40°, który umożliwia łożysku przenoszenie obciążenia wzdłuż osi wału, a nie tylko w poprzek. W przypadku wrzecion szybkoobrotowych, wałów przekładni, pomp i wszelkich wirników przenoszących łączne obciążenie ten typ łożyska zapewnia nośność osiową i sztywność, której standardowe łożysko kulkowe zwykłe po prostu nie może dorównać.

Co to są łożyska kulkowe skośne?

Łożyska kulkowe skośne to precyzyjne łożyska toczne zaprojektowane do przenoszenia połączonych obciążeń promieniowych i osiowych poprzez określony kąt zwilżania pomiędzy kulkami a bieżniami.

Producenci szlifują bieżnie pierścienia wewnętrznego i zewnętrznego tak, aby jedno ramię znajdowało się wyżej od drugiego, tak aby kulki stykały się z pierścieniami wzdłuż linii pochyłej, a nie przez płaszczyznę promieniową. To nachylenie — zwykle 15°, 25°, 30° lub 40° — przekształca część nośności promieniowej łożyska w nośność osiową.

• Kąt zwilżania 15°: najwyższa prędkość obrotowa, umiarkowana nośność osiowa, typowa dla wrzecion obrabiarek.
• Kąt zwilżania 25°: zrównoważona prędkość i ciąg, powszechny wybór ogólnego przeznaczenia.
• Kąt zwilżania 30°: większa nośność osiowa, często stosowana w pompach i sprężarkach.
• Kąt zwilżania 40°: maksymalna nośność osiowa, dostosowana do wałów o dużej wytrzymałości przy umiarkowanej prędkości.

Łożyska skośne serii 7 firmy Kangtian Bearing Te łożyska skośne wykorzystują nachylone bieżnie do przenoszenia obciążeń osiowych w jednym kierunku, co wymaga konfiguracji parowych lub dwurzędowych. Dostawca oferuje produkcję wielkoseryjną i certyfikaty ISO, dzięki czemu ma znaczenie przy porównywaniu rozwiązań obciążających osiowo. Zobacz produkt →

Ponieważ pojedynczy rząd może wytrzymać obciążenie osiowe tylko w jednym kierunku, nacisk przemienny wymaga dopasowanej pary lub konstrukcji dwurzędowej. Jest to zasadnicza różnica w montażu w porównaniu z łożyskiem poprzecznym, które w jednym kompaktowym zespole przenosi lekki nacisk w obu kierunkach.

Łożyska kulkowe poprzeczne a łożyska skośne

Łożyska kulkowe zwykłe i łożyska kulkowe skośne różnią się zasadniczo pod względem radzenia sobie z obciążeniami osiowymi i ta różnica decyduje o tym, jakiego typu potrzebujesz w danym zastosowaniu.

Łożysko zwykłe jest proste, ciche i ekonomiczne. Może przenosić umiarkowane obciążenie osiowe — w przybliżeniu do połowy niewykorzystanej nośności promieniowej — ze względu na głębokość rowków bieżni. Jednak w miarę wzrostu siły osiowej kulki dociskają boki do występu rowka, przeciążają elipsę styku i generują ciepło, zużycie i hałas. Łożysko skośne pozwala tego uniknąć, kierując obciążenie wzdłuż zaprojektowanej, nachylonej ścieżki. Poniższa tabela porównuje oba typy łożysk o tym samym rozmiarze otworu i tej samej serii.

Praktyczna zasada jest prosta: jeśli większość obciążenia ma charakter promieniowy, a obciążenie osiowe jest małe, sporadyczne lub przerywane, należy pozostać przy łożysku kulkowym zwykłym. Jeśli obciążenie osiowe jest ciągłe, duże lub połączone z dużą prędkością i wymaganą sztywnością, właściwym rozwiązaniem będzie łożysko skośne.

Łożysko kulkowe zwykłes for Light Axial Loads Łożyska kulkowe zwykłe tego producenta nadają się do zastosowań, w których obciążenie osiowe jest małe lub przerywane, jak omówiono w porównaniu. Produkcja obejmuje wiele typów uszczelnień i materiałów, co czyni je niezawodnym rozwiązaniem awaryjnym w przypadku scenariuszy z kombinowanym obciążeniem. Zobacz produkt →

Aby zrozumieć, jak daleko można przesunąć łożysko zwykłe, zanim stanie się ono słabym punktem, zapoznaj się z naszą notatką techniczną pt łożyska kulkowe zwykłe pod połączonymi obciążeniami promieniowymi i osiowymi szczegółowo wyjaśnia ograniczenia obciążenia.

Jednorzędowe, dwurzędowe i układy montażowe

Ponieważ jednorzędowe łożysko skośne wytrzymuje obciążenie osiowe tylko w jednym kierunku, układ mocowania nie jest szczegółem – jest to sama konstrukcja.

Układ back-to-back (DB)

Dwa łożyska są zamontowane tak, aby ich linie obciążenia były skierowane od siebie. Tworzy to najszerszy efektywny środek ciężkości obciążenia i najwyższą sztywność momentową, co sprawia, że ​​DB jest preferowanym rozwiązaniem dla wrzecion obrabiarek i precyzyjnych stołów obrotowych.

Układ twarzą w twarz (DF)

Linie obciążenia są skierowane ku sobie. Ten kompaktowy układ toleruje niewielką niewspółosiowość i jest często stosowany w przypadku ograniczonej przestrzeni, chociaż jego sztywność momentowa jest niższa niż DB.

Układ tandemowy (DT)

Obydwa łożyska wytrzymują obciążenie osiowe w tym samym kierunku. Montaż tandemowy stosuje się, gdy ciąg jednokierunkowy jest wyjątkowo duży i dwa łożyska muszą dzielić obciążenie, na przykład w dużych przekładniach walcowych i pompach wysokociśnieniowych.

Wstępnie załaduj

Wstępnie załaduj is the deliberate insertion of internal load to remove clearance and raise stiffness. Light preload suits high-speed running; heavy preload increases rigidity but also raises friction and temperature. The correct preload class should always be chosen with the manufacturer's data, not by trial.

Typowe zastosowania łożysk skośnych

Łożyska skośne napędzają każdą maszynę, która wymaga jednocześnie prędkości, ciągu i sztywności, od precyzyjnych wrzecion po piasty kół pojazdów.

• Wrzeciona obrabiarek, gdzie sztywność i dokładność są krytyczne przy prędkości obrotowej 10 000–40 000 obr./min.
• Wysokoobrotowe silniki elektryczne i wały silników trakcyjnych pojazdów elektrycznych.
• Pompy odśrodkowe i wirniki sprężarek narażone na duży nacisk wirnika.
• Wały przekładni i przekładnie planetarne, często ułożone parami tandemowymi.
• Przeguby robotów przemysłowych i stoły obrotowe wymagające zerowego luzu i dużej sztywności.
• Piasty kół samochodowych, zazwyczaj z dwoma łożyskami skośnymi skierowanymi ku sobie.
• Wirówki, wrzeciona tekstylne i maszyny drukarskie o długich, nieprzerwanych godzinach pracy.

Lista nie jest wyczerpująca. Każdy zespół obrotowy, który musi przenosić określone obciążenie osiowe podczas pracy z dużą prędkością, skorzysta z konstrukcji styku kątowego.

Jak wybrać właściwe łożysko kulkowe skośne

Dobór łożyska to sześcioetapowy proces rozpoczynający się od rzeczywistego spektrum obciążenia, ponieważ każda kolejna decyzja zależy od stosunku siły promieniowej do osiowej.

1. Oblicz równoważne obciążenie dynamiczne. Połącz siły promieniowe i osiowe, korzystając ze współczynników X i Y łożyska, a następnie porównaj wynik z wymaganą trwałością L10 w godzinach pracy.
2. Napraw kąt zwilżania. Wybierz 15° lub 25°, gdy priorytetem jest prędkość; wybierz 30° lub 40°, gdy dominuje ciąg.
3. Zdecyduj się na pojedynczy rząd, podwójny rząd lub dopasowaną parę. Dwukierunkowy nacisk i sztywność wrzeciona zwykle wskazują na dopasowaną parę.
4. Wybierz stopień dokładności. Maszyny ogólne mogą wykorzystywać normalną tolerancję (ABEC-1/P0), podczas gdy wrzeciona i roboty potrzebują klasy P5 lub lepszej do kontrolowanego bicia.
5. Wybierz materiał klatki. Obrobione maszynowo koszyki mosiężne lub fenolowe pracują szybciej; Klatki stalowe i poliamidowe są ekonomiczne w przypadku standardowych zastosowań przemysłowych.
6. Zdefiniuj smarowanie i uszczelnianie. Smar nadaje się do większości zastosowań; Powyżej dopuszczalnej prędkości obrotowej wymagana jest cyrkulacja oleju lub smarowanie olejowo-powietrzne.

Jeśli obliczenia obciążenia pokazują, że siła osiowa jest mała i nieczęsta, łożysko poprzeczne serii 6200 często spełnia te wymagania przy niższym koszcie. W takim przypadku prosta konstrukcja z głębokimi rowkami pozostaje praktyczną opcją.

Łożyska kulkowe poprzeczne serii 62 z elastycznymi opcjami Jak zauważono w poprzednim tekście, seria 62 stanowi opłacalny wybór, gdy siła osiowa jest niewielka. Dzięki różnym uszczelkom, luzom i klasom dokładności łożyska te służą różnym gałęziom przemysłu i można je dostosować do wymagań dotyczących obciążenia. Zobacz produkt →

Tabele wymiarów, tolerancje montażowe i wskazówki dotyczące kontroli można znaleźć w naszym dziale biblioteka danych technicznych przed ukończeniem rysunku.

Często zadawane pytania

Czy łożyska kulkowe skośne mogą wytrzymać obciążenia promieniowe?

Tak. Każde łożysko kulkowe skośne przenosi obciążenie promieniowe, a jego nośność promieniowa zależy od kąta działania i kompletności kulek. Łożysko jednorzędowe serii 7000 radzi sobie z dużą składową promieniową, jednocześnie przenosząc część obciążenia osiowego; dlatego zastępuje łożyska zwykłe we wrzecionach o dużej sztywności.

Jaka jest różnica między łożyskiem skośnym a łożyskiem kulkowym zwykłym?

Geometria bieżni. Łożysko zwykłe ma symetryczne rowki i nominalny kąt działania 0°, co zapewnia niewielką zdolność przenoszenia w obu kierunkach. Łożysko skośne ma ukośny kąt działania, który zwiększa nośność osiową w jednym kierunku i poprawia sztywność, kosztem konieczności montażu łączonego w celu uzyskania ciągu dwukierunkowego.

Dlaczego łożyska skośne należy stosować parami?

Ponieważ jeden rząd może odepchnąć tylko w jednym kierunku osiowym. Bez przeciwnego łożyska wał porusza się swobodnie pod wpływem ciągu wstecznego. Montaż dwóch łożysk względem siebie, naprzeciwko siebie lub w tandemie pokrywa ten kierunek, tworzy napięcie wstępne i radykalnie zwiększa sztywność układu wałów.

Jaki kąt zwilżania wybrać do pracy z dużą prędkością?

Kąt 15° lub 20°. Mniejsze kąty generują mniejszą osiową siłę napięcia wstępnego i zmniejszają tarcie obrotowe przy dużej prędkości, utrzymując niższą temperaturę i straty mocy. Jeśli potrzebujesz zarówno dużej prędkości, jak i znacznego ciągu, rozważ parę hybrydową lub układ smarowania olejowo-powietrznego.

Czy łożysko kulkowe zwykłe może zastąpić łożysko skośne?

Często nie. W przypadku lekko obciążonych wałów o małej sile osiowej i umiarkowanej prędkości dobrze sprawdza się łożysko zwykłe. Aby jednak uzyskać większy ciąg, lepszą dokładność wrzeciona, mniejsze ugięcie i stabilną pracę przy dużych prędkościach, rozwiązaniem jest łożysko skośne. Modernizacja bez ponownego obliczenia obciążeń i prędkości zazwyczaj skraca żywotność łożyska.

Łożyska kulkowe skośne rozwiązują kombinację obciążenia promieniowego, obciążenia osiowego, prędkości i sztywności, której żadne inne łożysko toczne nie radzi sobie tak skutecznie w formacie jednorzędowym. Zacznij od rzeczywistego spektrum obciążenia swojej maszyny, świadomie wybierz kąt działania i układ, a także określ prawidłowe napięcie wstępne, gdy liczy się precyzja. Dzięki zastosowaniu tych parametrów łożysko skośne zapewni przewidywalną, długą żywotność nawet w wymagających zastosowaniach.