www.servisautomatizace.cz automatizace, outsourcing a servis výkonové elektroniky


Technické informace týkající se vřetenových kuličkových ložisek

Vřetenová kuličková ložiska jsou radiálně axiální kuličková ložiska, u nichž je z konstrukčního hlediska kladen zvláštní důraz na vynikající vodící vlastnosti a mezní počty otáček.

Nejprve několik důležitých vlastností vřetenových kuličkových ložisek:
1. Stykový úhel
2. Materiály
3. Přesnost
4. Předpětí a uspořádání ložisek
5. Přesnost okolních konstrukčních dílů
6. Volba lícování
7. Mazání n


1. Stykový úhel0

Úhel styku je určen přímkou mezi body dotyku kulička / oběžná dráha a radiální rovinou.
Vnější zatížení je přenášeno ve směru těchto přímek od jednoho kroužku ložiska k druhému.
Stykový úhel je dán konstrukčně a mění se v provozu v závislosti na počtu otáček, na vnějších silách a teplotním rozdílu mezi vnitřním a vnějším kroužkem.

Se zvětšujícím se stykovým úhlem se
snižuje mez počtu otáček
snižuje radiální tuhost
zvyšuje axiální tuhost

GMN standardně nabízí stykový úhel 15° a 25°. Jiné stykové úhly dodáváme na požádání.



2. Materiály

Kroužky:
Standardně jsou kuličková ložiska GMN vyráběna z vakuově odplyněné chromové oceli 100Cr6, která je tepelně stabilizována do 150 °C.
Pro provozní teploty mezi 150 °C a 300 °C může být na požadavek zákazníka provedena další tepelná stabilizace. Ložiska pro teploty do 500 °C jsou zhotovována ze žáruvzdorné rychlořezné oceli.

Kuličky:
Standardní materiál pro kuličky je rovněž vakuově odplyněná chromová ocel 100Cr6, pro zvýšení mezních otáček a životnosti je možno všechna ložiska dodávat z keramického materiálu Si3N4.

Další speciální materiály je možno obdržet na dotaz.



3. Přesnost

Přesnost kuličkového ložiska určuje nejen jeho vodící vlastnosti, ale má navíc vliv na životnost. To platí obzvláště u použití v oblasti mezních otáček.

Tolerance rozměrové a tvarové přesnosti a přesnosti chodu vysoce přesných kuličkových ložisek GMN jsou stanoveny v mezinárodních (ISO 492) a národních normách (DIN 620). Vysoce přesná kuličková ložiska GMN jsou zhotovována ve třídách přesnosti class 4 a class 2 (P4 - P2) a ABEC7 - ABEC9. Pro speciální případy uložení, např. turbomolekulární čerpadla, gyroskopy a pro měřící techniku a optiku, vyrábí GMN ložiska v interních třídách tolerance HG (vysoce přesné) a UP (ultrapřesné). Třídy tolerance obsahují vedle jmenovaných požadavků dodatečná výběrová kritéria. Všechna vysoce přesná kuličková ložiska GMN jsou vyráběna též dle amerických standardů AFBMA. Souvislost různých norem je vysvětlena níže.


ISO

DIN

AFBMA
class 4 P4 ABEC7
class 2 P2 ABEC9


4. Předpětí a uspořádání ložisek
V zásadě rozlišujeme dva druhy předpětí:

Předpětí pomocí pružiny
Charakteristiky:
necitlivé vůči různým druhům tepelné roztažnosti mezi hřídelí a pouzdrem
vhodné pro velmi vysoké otáčky



Na obrázku je znázorněno vřeteno, u něhož má ložisko 1 pevné uložení (není možný axiální posuv), ložisko 2 je uloženo v pouzdru tak, že je možný axiální posuv. Síla pružiny působí na vnější kroužek ložiska 2 a způsobuje konstantní předpětí pro obě ložiska, které je téměř nezávislé na počtu otáček a teplotních vlivech. Je nutno dbát na zajištění snadného posuvu vnějšího kroužku. Ložiska s tímto předpětím lze při olejovém mazání provozovat až do mezního počtu otáček platících pro jednotlivá ložiska.

Pružiny vyrovnávající vůli ložiska je nutno uspořádat tak, že působí ve směru vnějších axiálních zatížení.

Pevné předpětí
Charakteristiky:
vyšší tuhost při radiálním zatížení
nižší mez pro počet otáček ve srovnání s předpětím pomocí pružiny
velikost předpětí se mění změnou délky v důsledku rozdílu teplot mezi hřídelí a pouzdrem.
v axiálním směru výrazně vyšší tuhost než při předpětí pomocí pružiny




U vřetena na obrázku jsou obě ložiska spárována a namontována v axiálním směru pevně. Ložiska tohoto uspořádání mají definované axiální předpětí. Mezikroužky na nákresu musí být při prvním usazení zabroušeny na stejnou délku. Firma GMN dodává ložiskové páry s požadovaným předpětím.

Je nutno zohlednit změnu předpětí ložiska v provozním stavu.

Uspořádání ložisek:
Uspořádání ložisek popsaná níže mohou být (v závislosti na množství) cíleně vyráběna a dodávána nebo sestavována z univerzálně párovaných ložisek.

Uspořádání "O" (DB)


Uspořádání "X" (DF)


Tandemové uspořádání (DT)



Ložiskové páry často nepostačují, při velkých zatíženích nebo zvýšených požadavcích na tuhost je možno sestavit následující sady (uspořádání) ze tří nebo více ložisek. Tato uspořádání mohou být buď sestavena z univerzálně sladěných ložisek nebo mohou být při dostatečně velikosti objednávky cíleně vyrobena.

TDB


TDF


TDT



QDB


QDF


QDT



Při použití jednotlivých ložisek s předpětím pomocí pružiny je nutno dodržet minimální předpětí pomocí pružiny, které zajišťuje nerušený pohyb (kutálení) kuliček v oběžných dráhách a zamezuje nepřípustnému prokluzu kuliček. Naše technické poradenství pro použití Vám může vypočítat minimální předpětí pomocí pružiny, nutné pro Váš případ použití.



5. Přesnost okolních konstrukčních dílů

Přesnost běhu a nízká provozní teplota uložení závisí na kvalitě opracování sedla ložiska a na správné volbě lícování. Směrné hodnoty pro tvarové a polohové tolerance.



6. Volba lícování

Vedle přesnosti okolních dílů mají velký vliv na provozní teplotu a přesnost běhu ložiska též lícování a je nutno je tedy sladit s materiálem, geometrií a okolními podmínkami.

Při volbě lícování pro Vaše použití se můžete obrátit na naše technické Poradenství týkající se použití.





7. Mazání

Správná volba maziva a druh mazání je pro funkci uložení stejně rozhodující jako volba ložiska a konstrukce okolních dílů.

Tukové mazání
Nasazení tuků doporučujeme tehdy...
je-li požadován bezúdržbový provoz po dlouhou dobu nasazení,
je-li uvolňující se teplo odváděno okolím téměř rovnoměrně,
the heat generated is almost uniformly dissipated by the environment,
jsou-li u málo zatížených a rychle se otáčejících ložisek požadovány malé ztráty vzniklé třením.

Fáze zaběhnutí při tukovém mazání
Pro dosažení optimálního účinku mazání a doby životnosti tuku doporučujeme při nasazení ložisek pro vysoké otáčky naplánovat fázi zaběhnutí. Tuk tak bude lépe rozdělen a u ložiska se tak dosáhne nízké provozní teploty.

Výrobci tuků nabízejí mnoho mazacích tuků, které jsou vhodné pro vysoké počty otáček. Faktor tuku n · dm je vodítkem pro výběr mazacího tuku při zohlednění velikosti ložiska a provozního počtu otáček.


D: vnější průměr ložiska [ mm]
d: průměr otvoru ložiska [mm]
n: provozní počet otáček ložiska [1/min]

Olejové mazání
Olejové mazání je nutno použít...
nedovolují-li již vysoké otáčky použití tuků,
má-li mazivo sloužit současně pro odvod tepla z ložiska.

Nejčastěji používané druhy mazání:
Mazání olejovou mlhou - mlhování:
Olej rozprašovaný do proudu vzduchu přebírá funkci mazání, proud vzduchu zajišťuje chlazení uložení a přetlak zamezuje vniknutí nečistot.
Mazání olej - vzduch (minimální mazání):
Olej ve formě kapek je dopravován k ložisku pomocí stlačeného vzduchu. Velikost kapek a časový rozestup mezi dvěma kapkami jsou regulovány.
Mazání vstřikováním oleje (chlazení a mazání):
Ložiskem jsou vstřikováním vedena značná množství oleje, teplo vzniklé tření v ložisku je odváděno. Chlazení oleje se dosáhne např. pomocí výměníku tepla olej – vzduch.