Czy łożyska kulkowe zwykłe wymagają napięcia wstępnego? Kompletny przewodnik

Łożyska kulkowe zwykłe nie wymagają napięcia wstępnego w większości standardowych zastosowań. Są zaprojektowane do pracy z kontrolowanym luzem wewnętrznym, a napięcie wstępne jest miarą warunkową w określonych sytuacjach, takich jak praca z dużą prędkością, bardzo małe obciążenia, rygorystyczne limity hałasu lub wysokie wymagania dotyczące sztywności. W tym artykule wyjaśniono, co właściwie powoduje napięcie wstępne, kiedy łożyska kulkowe zwykłe rzeczywiście go wymagają i jak je stosować bez skracania trwałości łożyska.

Co to jest napięcie wstępne w łożyskach kulkowych?

Napięcie wstępne to utrzymująca się siła osiowa przykładana do łożyska podczas montażu, tak że elementy toczne pozostają w ciągłym kontakcie z bieżniami. Siła usuwa luz osiowy, który występuje wewnątrz łożyska w jego neutralnym, nieobciążonym stanie. W praktyce napięcie wstępne przekształca luz wewnętrzny łożyska w kontrolowany stan ściskający.

Luz wewnętrzny i napięcie wstępne to różne rzeczy. Luz wewnętrzny to luz wbudowany w łożysko fabrycznie, sklasyfikowany jako C0, C2, C3 lub podobny. Obciążenie wstępne to stan obciążenia utworzony w czasie montażu. Kiedy zastosowane wstępne napięcie osiowe jest wystarczająco duże, aby zająć luz wewnętrzny, stan pracy staje się w efekcie luzem ujemnym.

Podstawowym celem napięcia wstępnego jest zapobieganie ślizganiu się elementów tocznych lub chwilowej utracie kontaktu z bieżniami. Gdy kontakt jest ciągły, ruch jest płynniejszy, siły uderzenia zanikają, a zespół łożyska staje się mierzalnie sztywniejszy.

Czy łożyska kulkowe poprzeczne zazwyczaj wymagają napięcia wstępnego?

Nie. Przy standardowych obciążeniach promieniowych i umiarkowanych prędkościach łożyska kulkowe zwykłe są projektowane i produkowane tak, aby mogły pracować bez napięcia wstępnego. Luz wewnętrzny wbudowany w standardowe łożyska kompensuje rozszerzalność cieplną i normalne ugięcie obciążenia. Dlatego większość eksploatowanych łożysk kulkowych zwykłych działa dokładnie tak, jak pochodzą z pudełka.

W łożyskach kulkowych zwykłych zastosowano metodę montażu Conrada, w której kulki są wkładane przez szczelinę pomiędzy pierścieniem wewnętrznym i zewnętrznym, a następnie równomiernie rozmieszczone w koszyku. Konstrukcja ta jest naturalnie przystosowana do pracy z określonym luzem, a nie z wymuszonym kontaktem osiowym. Zastosowanie napięcia wstępnego wypycha łożysko z zaprojektowanego stanu pracy opartego na luzach, co jest uzasadnione tylko wtedy, gdy wymaga tego zastosowanie.

Standardowe serie, takie jak 6000, 6200, 6300, 6800 i 6900, są instalowane bez napięcia wstępnego w silnikach, pompach, sprzęcie gospodarstwa domowego i ogólnym sprzęcie do przenoszenia mocy. Wielu konstruktorów silników montuje standardowe łożyska bezpośrednio na wale i w obudowie bez żadnego układu napięcia wstępnego. Jest to domyślne oczekiwanie w całej branży i ma zastosowanie do łożyska kulkowe zwykłe do silników tak samo jak w przypadku łożysk ogólnego przeznaczenia.

W zastosowaniach, które nie wymagają szczególnej sztywności ani poziomu hałasu, zwykle wystarczające jest standardowe uszczelnione łożysko. A uszczelnione łożysko kulkowe zwykłe serii 6000 z uszczelkami gumowymi, zachowuje luz wewnętrzny podczas montażu i eksploatacji oraz pracuje bez napięcia wstępnego w typowym użytkowaniu silnika i pompy.

Hurtownia łożysk kulkowych poprzecznych ze stali węglowej 6000RS z podwójną gumą uszczelnioną Fac Zhejiang Yingfei Biotechnology Co., Ltd. to fabryka hurtowych łożysk kulkowych poprzecznych 6000RS ze stali węglowej z podwójną gumą i... Zobacz produkt →

Kiedy łożyska kulkowe poprzeczne wymagają napięcia wstępnego?

Napięcie wstępne staje się istotne, gdy warunki pracy wypychają łożysko kulkowe zwykłe poza zakres, dla którego zaprojektowano jego standardowy luz. Poniższe sytuacje to te, które pojawiają się najczęściej w praktyce.

Praca z dużą prędkością

Kiedy wartość dn (średnica otworu w milimetrach pomnożona przez prędkość wału w obr/min) zbliża się do zakresu dużych prędkości, siły odśrodkowe mogą unieść elementy toczne z bieżni zewnętrznej i spowodować poślizg. Osiowe napięcie wstępne utrzymuje kulki w ciągłym kontakcie z obiema bieżniami, zapobiegając poślizgowi i generowanemu przez nie ciepłu. Do obsługi silników dużych prędkości, łożyska do silników wysokoobrotowych są zbudowane z zachowaniem ściślejszej kontroli geometrycznej, ale metoda instalacji musi nadal odpowiadać prędkości. W tym zakresie lekkie osiowe napięcie wstępne jest powszechną i akceptowaną praktyką inżynierską.

Lekkie obciążenie promieniowe przy dużej prędkości

Gdy obciążenie promieniowe jest bardzo małe, zwykle poniżej około 1 do 2 procent znamionowego obciążenia dynamicznego łożyska, elementy toczne mogą nie toczyć się niezawodnie i zamiast tego ślizgać się po bieżniach. Poślizg powoduje zużycie i podwyższoną temperaturę. Lekkie napięcie wstępne tworzy stabilną siłę styku pomiędzy kulkami i bieżniami. Oto dlaczego miniaturowe łożyska kulkowe zwykłe stosowane w małych przyrządach i lekkich silnikach są często wstępnie napinane sprężynami, gdy pracują z dużą prędkością.

Hurtownia miniaturowych łożysk kulkowych zwykłych MR104ZZ, producenci - Zh Zhejiang Yingfei Biotechnology Co., Ltd. to fabryka i producenci miniaturowych łożysk kulkowych poprzecznych MR104ZZ w Chinach, szczegóły... Zobacz produkt →

Obciążenia zmienne lub udarowe

Kiedy kierunek lub wielkość obciążenia zmienia się często, luz łożyska powoduje krótką utratę styku, po której następuje uderzenie, gdy obciążenie powraca. Napięcie wstępne usuwa ten luz, dzięki czemu elementy toczne pozostają w kontakcie podczas odwrócenia obciążenia, redukując hałas uderzeniowy i zmęczenie mechaniczne.

Surowe limity hałasu i wibracji

Napięcie wstępne pochłania luz wewnętrzny i ogranicza niekontrolowany ruch kulek, co obniża hałas emitowany przez łożysko. W zastosowaniach, w których występują wąskie granice hałasu lub wibracji, lekko obciążone łożysko pracuje ciszej niż to samo łożysko pracujące luzem. Aby zapewnić niezmiennie cichą pracę, łożyska poprzeczne o niskim poziomie hałasu dodaj dodatkowy poziom kontroli tolerancji produkcyjnej oprócz obciążenia wstępnego wymaganego przez aplikację.

Wysoka sztywność lub dokładność pozycjonowania

Napięcie wstępne ściska sprężystą strefę ugięcia łożyska, dzięki czemu położenie wału zmienia się mniej pod wpływem zmieniających się obciążeń. Wrzeciona obrabiarek, stopnie pozycjonowania i sprzęt pomiarowy opierają się na tym efekcie, aby utrzymać stabilną pozycję wału.

Jeśli nadal nie masz pewności, przejrzyj poniższą listę kontrolną:

• Czy prędkość robocza jest wysoka pod względem wartości dn? Jeśli tak, zaplanuj osiowe napięcie wstępne.
• Czy obciążenie promieniowe jest mniejsze niż około 1 do 2 procent obciążenia dynamicznego? Jeśli tak, zalecane jest lekkie obciążenie wstępne.
• Czy obciążenie często zmienia kierunek lub obejmuje wstrząsy? Jeśli tak, napięcie wstępne ustabilizuje łożysko.
• Czy dopuszczalne wartości hałasu i wibracji są rygorystyczne? Jeśli tak, połącz napięcie wstępne z łożyskiem o niskim poziomie hałasu.
• Czy obciążenie jest stałe, umiarkowane i przeważnie promieniowe? Jeśli tak, zainstaluj bez wstępnego ładowania.

Jak zastosować napięcie wstępne osiowe w łożyskach kulkowych poprzecznych

Po potwierdzeniu, że wstępne ładowanie jest konieczne, kolejnym pytaniem jest, jak je zastosować. Powszechnie stosowane są trzy metody.

Wstępne obciążenie sprężyny

Najbardziej wybaczającą metodą jest wstępne napięcie sprężyny. Podkładka Belleville'a lub sprężyna śrubowa przykładają kontrolowaną siłę osiową do pierścienia zewnętrznego lub wewnętrznego. Ponieważ sprężyna utrzymuje stosunkowo stałą siłę nawet wtedy, gdy rozszerzalność cieplna zmienia odległość pomiędzy gniazdami łożysk, najbezpieczniejszym wyborem w przypadku łożysk kulkowych zwykłych jest napięcie wstępne sprężyny. Jest to również standardowe rozwiązanie w konfiguracjach z pojedynczym łożyskiem, gdzie jedno łożysko przenosi obciążenie, a sprężyna po prostu utrzymuje styk elementów tocznych.

Układ podwójnego łożyska

Druga metoda wykorzystuje dwa łożyska kulkowe zwykłe montowane naprzeciwko siebie lub tyłem do siebie. Napięcie wstępne ustala się na podstawie różnicy szerokości pomiędzy przekładką pierścienia wewnętrznego i przekładką pierścienia zewnętrznego. Obrobione maszynowo elementy dystansowe określają, jaką siłę osiową wywierają na siebie oba łożyska. Taka konfiguracja zapewnia sztywniejszy system, ale wymaga dokładnej obróbki elementów dystansowych i starannego montażu.

Regulacja nakrętki zabezpieczającej lub pokrywy końcowej

Trzecia metoda polega na sztywnym pozycjonowaniu osiowym za pomocą nakrętki zabezpieczającej lub pokrywy końcowej. Łożysko jest zaciśnięte osiowo, aż do pochłonięcia luzu wewnętrznego. Ta metoda jest prosta, ale najmniej wybaczająca, ponieważ trudno jest zmierzyć siłę zacisku, a rozszerzalność cieplna może szybko przekształcić prawidłowe napięcie wstępne w nadmierne.

W przybliżeniu można przyjąć, że osiowe napięcie wstępne łożyska kulkowego zwykłego zwykle mieści się w zakresie od około 0,5 do 2 procent osiowego obciążenia dynamicznego łożyska. Dokładna wartość zależy od rozmiaru łożyska, prędkości roboczej i sztywności wymaganej w danym zastosowaniu, dlatego należy traktować tę wartość jako punkt wyjścia, a nie ostateczną specyfikację. Producent łożyska powinien potwierdzić zalecane napięcie wstępne dla konkretnego zastosowania.

Zagrożenia związane z nadmiernym obciążeniem wstępnym — i jak ich unikać

Zastosowanie zbyt dużego napięcia wstępnego jest częstszym problemem w terenie niż zastosowanie zbyt małego. Gdy siła napięcia wstępnego jest zbyt duża, tarcie pomiędzy elementami tocznymi a bieżniami gwałtownie wzrasta, a pierwszą widoczną oznaką jest wzrost temperatury pracy. Temperatura obudowy utrzymująca się stale powyżej około 30°C powyżej temperatury otoczenia jest ostrzeżeniem, że należy sprawdzić napięcie wstępne, klasę luzu lub smarowanie.

Podwyższona temperatura prowadzi do drugiego problemu: przyspieszonej degradacji smaru. Kiedy smar lub olej traci swoją wytrzymałość filmu, następuje kontakt metalu z metalem i zużycie szybko przyspiesza. Jednocześnie efektywne obciążenie łożyska jest wyższe niż obciążenie zewnętrzne, ponieważ napięcie wstępne zwiększa stan naprężenia wewnętrznego, co skraca obliczoną trwałość zmęczeniową.

Nienormalny hałas to kolejny przydatny sygnał. Prawidłowo naprężone łożysko pracuje ciszej niż luźne, ale nadmierne napięcie wstępne powoduje wyższe wycie lub szorstki dźwięk, gdy elementy toczne odkształcają bieżnie. Jeżeli hałas wzrasta po zastosowaniu napięcia wstępnego, należy najpierw zmniejszyć siłę napięcia wstępnego przed zmianą innych parametrów. Więcej informacji na temat czynników powodujących hałaśliwe łożyska można znaleźć w artykule kontrolowanie hałasu i wibracji w łożyskach kulkowych zwykłych .

Należy także pamiętać o ryzyku na poziomie projektu. Łożyska kulkowe zwykłe nie są idealnym wyborem, gdy zastosowanie wymaga częstego, precyzyjnego dwukierunkowego pozycjonowania osiowego. Łożyska kulkowe skośne zostały specjalnie zaprojektowane do przenoszenia osiowego napięcia wstępnego i zapewniania lepszej sztywności osiowej. Jeśli dokładność pozycjonowania jest wymogiem napędowym, przed podjęciem decyzji o zwiększeniu napięcia wstępnego łożyska kulkowego zwykłego należy ponownie rozważyć typ łożyska.

Jak określić wymagania dotyczące napięcia wstępnego przy zamawianiu łożysk

Standardowe łożyska kulkowe zwykłe są dostarczane bez napięcia wstępnego; Napięcie wstępne powstaje w momencie montażu. Proces zamawiania nadal musi odzwierciedlać plan napięcia wstępnego, ponieważ klasa luzu wewnętrznego łożyska ma bezpośredni wpływ na to, jak duże napięcie wstępne można zastosować podczas pracy.

Wybierz klasę luzu wewnętrznego wraz z docelowym napięciem wstępnym. Luz C3 jest powszechny w przypadku pracy w wysokiej temperaturze lub przy dużych prędkościach, ponieważ pozostawia miejsce na rozszerzalność cieplną, a osiowe napięcie wstępne działa wbrew zmniejszonemu efektywnemu luzowi. Do zastosowań precyzyjnych, gdzie dopuszczalny jest minimalny luz wewnętrzny, można określić klasę luzu C2 lub węższą. Należy wyraźnie określić klasę luzu i siłę napięcia wstępnego, przekazując dostawcy swoje wymagania.

Jeżeli zastosowanie wymaga dopasowanych par łożysk o stałym napięciu wstępnym, należy to zaznaczyć w zamówieniu. Łożyska przeznaczone do konfiguracji pary naprężonej muszą być wybrane lub wyprodukowane z dopasowanymi wymiarami; nie ma gwarancji, że standardowa, gotowa para będzie zapewniać takie samo zachowanie przy napięciu wstępnym.

Na szczególną uwagę zasługują konfiguracje niestandardowe. Niestandardowe konstrukcje, takie jak wydłużone pierścienie wewnętrzne, specjalne uszczelnienia lub zmodyfikowane materiały koszyków, mogą wchodzić w interakcje z metodą napięcia wstępnego. Omówienie siły napięcia wstępnego i klasy luzu z producentem na etapie projektowania zapobiega sytuacji, w której dostarczana część nie może osiągnąć zamierzonego napięcia wstępnego. W przypadku wymagań niestandardowych, niestandardowe, niestandardowe rozwiązania łożyskowe można dostosować w celu dopasowania do specyfikacji napięcia wstępnego i luzu dla danego zastosowania.

Niestandardowi niestandardowi łożyska kulkowe Producenci, dostawcy Jako chińscy producenci niestandardowych łożysk kulkowych i dostawcy niestandardowych łożysk OEM/ODM, Zhejiang Yingfei Biotechnology Co., Ltd. su... Zobacz produkt →

Wniosek: wstępne ładowanie jest wymogiem warunkowym, a nie domyślnym

To, czy łożyska kulkowe zwykłe wymagają napięcia wstępnego, zależy całkowicie od warunków pracy. Standardowe obciążenie promieniowe przy umiarkowanej prędkości działa prawidłowo bez napięcia wstępnego; luz wewnętrzny jest częścią konstrukcji łożyska. Wysoka prędkość, bardzo małe obciążenie, zmienny kierunek obciążenia, rygorystyczne limity hałasu i wysokie wymagania dotyczące sztywności uzasadniają dodanie osiowego napięcia wstępnego. W przypadku zastosowania napięcia wstępnego najbezpieczniejszą metodą jest system oparty na sprężynach, a siła napięcia wstępnego powinna być utrzymywana na konserwatywnym poziomie, ponieważ nadmierne napięcie wstępne powoduje nagrzewanie się, hałas i skrócenie trwałości łożyska.

Sprawdź swoje zastosowanie pod kątem warunków wymienionych w Tabeli 1. Jeśli którykolwiek z nich ma zastosowanie, podczas zamawiania łożysk zaplanuj napięcie wstępne wraz z klasą luzu. Jeżeli żaden z nich nie ma zastosowania, zamontuj łożysko dokładnie tak, jak zostało zaprojektowane do pracy – bez napięcia wstępnego.