Aranjamente de rulmenți cu șurub cu bile: fixe, flotante și fixe-fixe

Thearanjament lagăre suport șurub cu biledetermină modul în care este amplasat șurubul, cum este transferată forța axială către structura mașinii și modul în care arborele răspunde la rotație, deformare, vibrație și dilatare termică. Chiar și un șurub cu bile de înaltă precizie nu poate oferi performanța de poziționare așteptată dacă rulmenții săi de susținere sunt selectați sau instalați incorect.

Cel mai comunaranjamente de rulmenți cu șuruburi cu bilesunt fix-fix, fix-floating și fix-free. Fiecare configurație oferă un echilibru diferit de rigiditate axială, viteză admisă, rezistență la flambaj, comportament termic, dificultate de instalare și cost.

Ce face un aranjament de rulment de susținere a șuruburilor cu bile?

Un aranjament de rulment de suport pentru șurub cu bile localizează și susține arborele șurubului rotativ. Principalele sale funcții includ:

• Localizarea șurubului axial și radial
• Transferarea forței axiale către structura mașinii
• Menținerea unui centru de rotație stabil
• Limitarea deplasării axiale nedorite
• Creșterea rigidității axiale a sistemului de alimentare
• Controlul deflexiunii și vibrațiilor arborelui
• Acomodarea sau controlul expansiunii termice

Rulmenții suport nu suportă în mod normal sarcina radială principală sau momentul de răsturnare a mesei mașinii. Aceste sarcini ar trebui, în general, să fie susținute de căile de ghidare liniare, în timp ce șurubul cu bile asigură forța axială necesară pentru deplasarea sarcinii.

De ce contează suportul pentru rulmenți pe un șurub cu bile de pământ

Aceleași principii de susținere se aplică atât șuruburilor cu bile laminate, cât și șuruburilor cu bile. Cu toate acestea, selectarea și instalarea rulmentului devin mai critice atunci când se folosește un șurub cu bile de precizie, deoarece jocul rulmentului, deformarea la capătul arborelui, deformarea carcasei și alinierea greșită pot reduce beneficiul preciziei mai strânse a cablului șurubului.

Performanța de poziționare a unei axe complete a șurubului cu bile depinde de mai mulți factori corelați:

• Precizia plumbului șurubului cu bile
• Preîncărcare piuliță cu bilă sau joc axial
• Rigiditatea lagărului de susținere și preîncărcare
• Precizia prelucrarii la capătul arborelui
• Precizia scaunului rulmentului și carcasei
• Alinierea între șurub, piuliță și ghidaje liniare
• Expansiunea termică în timpul funcționării
• Metoda de feedback și control

Un șurub cu bile de împământare de înaltă precizie nu poate compensa jocul excesiv al rulmentului sau o aliniere proastă a instalării.

Rulmenți cu capăt fix într-un sistem cu șurub cu bile

Capătul fix stabilește poziția axială a șurubului cu bile. În mod obișnuit, utilizează o pereche de rulmenți cu contact unghiular, capabili să suporte sarcini axiale în ambele direcții. Rulmenții de susținere a șuruburilor cu bile proiectați special pot fi, de asemenea, selectați în funcție de cerințele de sarcină, viteză, rigiditate și durată de viață.

Presarcina rulmentului ajută la reducerea jocului intern și la creșterea rigidității axiale. Cu toate acestea, preîncărcarea excesivă poate crește frecarea, cuplul de rulare, generarea de căldură și uzura rulmenților. Prin urmare, preîncărcarea ar trebui să se potrivească cu cerințele reale de funcționare, mai degrabă decât să fie pur și simplu făcută cât mai mare posibil.

Unitățile obișnuite de suport pentru laterale fixe includ tipurile BK, FK și EK. Unitatea corespunzătoare depinde de diametrul șurubului, de dimensiunile capătului arborelui prelucrat, de direcția de montare și de rigiditatea necesară.

Rulmenți cu capăt flotant într-un sistem cu șurub cu bile

Oaranjament de rulment plutitornu înseamnă neapărat că capătul șurubului este lăsat nesprijinit. În majoritatea sistemelor fixe-plutitoare, capătul plutitor conține un lagăr radial care menține alinierea de rotație a șurubului, permițând în același timp mișcarea axială.

Această libertate axială permite șurubului să se extindă sau să se contracte pe măsură ce temperatura acestuia se schimbă, fără a genera forța internă suplimentară care poate apărea atunci când ambele capete sunt constrânse rigid.

BF, FF și EF sunt unități de susținere obișnuite pentru laterale plutitoare utilizate cu unitățile cu părți fixe BK, FK și EK. De exemplu, BK/BF este o combinație folosită frecvent pentru ansamblurile standard de șuruburi cu bile.

Capătul plutitor nu trebuie instalat într-un mod care să strângă neintenționat șurubul axial. În caz contrar, sistemul se poate comporta ca un aranjament fix-fix asamblat incorect și poate dezvolta o sarcină excesivă pe măsură ce temperatura șurubului crește.

Aranjamentul rulmenți cu șurub cu bile fix-fix

Într-un aranjament de rulmenți cu șurub cu bile fix-fix, ambele capete ale șurubului asigură o constrângere axială. Când șurubul este tensionat corect între cele două grupuri de rulmenți, această configurație oferă o rigiditate axială ridicată și o rezistență mai mare la deformarea arborelui.

Reținerea de capăt mai puternică poate crește, de asemenea, potențialul de viteză critică al șurubului. Prin urmare, suportul fix-fix este considerat frecvent pentru șuruburi lungi, axe de mare viteză, mașini-unelte de precizie și aplicații care necesită rigiditate dinamică ridicată.

Avantajele suportului fix-fix

• Rigiditate axială ridicată
• Rezistență mai mare la flambaj la compresiune
• Potențial de viteză critică mai mare
• Control mai bun al șuruburilor lungi sau puternic încărcate
• Potrivit pentru axe de avans de înaltă dinamică și precizie

Considerații de instalare

Cele două grupuri de rulmenți trebuie să fie aliniate cu precizie. Erorile de instalare pot produce cuplu anormal, vibrații, căldură, sarcină internă excesivă și uzură prematură a rulmentului.

Trebuie luată în considerare și expansiunea termică. Deoarece ambele capete sunt constrânse, o creștere a temperaturii șurubului poate crea forță axială suplimentară. Mașinile de precizie pot utiliza pretensionarea șuruburilor calculate, controlul temperaturii, compensarea poziției sau o altă metodă proiectată pentru a gestiona acest efect.

Jocul necontrolat al rulmentului nu trebuie utilizat ca un substitut pentru proiectarea termică adecvată, deoarece poate reduce rigiditatea axială și precizia inversării.

Aranjament fix-plutitor cu rulment cu bile

Într-oaranjament fix și flotant, capătul fix controlează poziția axială a șurubului și poartă împingerea axială. Capătul plutitor susține șurubul radial, permițând în același timp mișcarea axială cauzată de dilatarea termică.

Această configurație este denumită și aranjament fix-sprijin, deoarece capătul plutitor este încă susținut radial. Prin urmare, termenii „capăt plutitor” și „capăt susținut” descriu adesea aceeași funcție într-un ansamblu șurub cu bile convențional.

Aranjamentul fix-plutitor oferă un echilibru practic între rigiditate, capacitate de viteză, libertate termică, toleranță la instalare și cost. Este utilizat pe scară largă în echipamente CNC, automatizări industriale, module liniare, sisteme de manipulare și alte axe ale mașinii.

Avantajele suportului fix-plutitor

• Suport de arbore mai bun decât un aranjament fix-free
• Poziționare axială controlată la capătul fix
• Permite mișcarea termică axială la capătul plutitor
• Sensibilitate de instalare mai mică decât suportul fix-fix
• Potrivit pentru multe axe standard ale mașinii

Rigiditatea sa axială și potențialul de viteză critică sunt în general mai mici decât cele ale unui aranjament fix-fix proiectat corect. Cu toate acestea, este potrivit pentru multe sisteme cu șuruburi cu bile de lungime medie și viteză moderată.

Aranjament lagăr cu șurub cu bile fără fix

Într-un aranjament fix-liber, doar un capăt al șurubului este susținut și situat axial. Celălalt capăt rămâne nesuportat.

Acest aranjament este simplu din punct de vedere mecanic și permite șurubului să se extindă liber. Cu toate acestea, oferă cea mai scăzută rezistență la îndoire și vibrații dintre cele trei configurații. Viteza sa critică și capacitatea de încărcare de compresie sunt, de asemenea, limitate.

Suportul fără fix este utilizat în general pentru șuruburi scurte, mecanisme de viteză redusă, sarcini ușoare și aplicații în care construcția compactă este mai importantă decât rigiditatea maximă.

Un aranjament fix-liber nu trebuie confundat cu un aranjament fix-plutitor. Capătul plutitor al unui sistem fix-plutitor are în mod normal un suport radial, în timp ce capătul liber al unui sistem fix-liber nu are.

Cum afectează aranjamentul rulmenților viteza critică

Un șurub cu bile rotativ poate începe să vibreze atunci când viteza sa de funcționare se apropie de viteza sa critică. Viteza critică este influențată de diametrul rădăcinii șurubului, lungimea nesusținută, aranjarea lagărelor de capăt, precizia instalării și viteza de rotație.

Ca o comparație generală:

• Fix-fix oferă cea mai puternică reținere la capăt și cel mai mare potențial de viteză critică.
• Fix-plutitor asigură o reținere moderată și este potrivit pentru multe axe convenționale ale mașinii.
• Fixed-free oferă cea mai mică reținere și, în mod normal, este limitat la șuruburi mai scurte și mai lente.

Viteza de lucru ar trebui să rămână în siguranță sub viteza critică calculată. Limitele de circulație a bilei, viteza rulmentului, lubrifierea, generarea de căldură și valoarea DN-ului șurubului cu bile trebuie de asemenea luate în considerare. Viteza critică nu este singura limită a vitezei de operare.

Cum afectează aranjamentul flambajul

Când un șurub cu bile împinge o sarcină, o parte a arborelui șurubului poate fi supusă la compresiune. Un șurub lung și subțire se poate deforma înainte ca ansamblul șurub și piuliță să atingă capacitatea de sarcină dinamică nominală.

Condiția de sprijin are un efect direct asupra rezistenței la flambaj. Suportul fix-fix oferă în general o rezistență mai mare decât suportul fix-plutitor sau fix-liber. Cu toate acestea, calculul real trebuie să utilizeze diametrul rădăcinii șurubului, lungimea nesuportată, direcția sarcinii și starea reală de montare.

Acolo unde structura mașinii o permite, aranjarea șurubului cu bile astfel încât să funcționeze în principal în tensiune și nu în comprimare poate ajuta la reducerea riscului de flambaj.

Cum afectează expansiunea termică selecția

Căldura poate fi generată de rulmenții de susținere, circulația cu bile, etanșările, lubrifiantul, transmisia motorului și mașina din jur. Pe măsură ce temperatura șurubului crește, șurubul devine mai lung.

Într-un aranjament fix-flotant, șurubul se poate extinde spre capătul plutitor. Acest lucru împiedică rulmentul lateral flotant să se opună rigid modificării lungimii. Cu toate acestea, alungirea șurubului poate afecta în continuare precizia de poziționare a axei.

Într-un aranjament fix-fix, tensiunea șurubului aplicată corect poate îmbunătăți rigiditatea și poate ajuta la controlul comportamentului termic. Tensiunea inițială, temperatura de funcționare, sarcina lagărului și expansiunea așteptată trebuie luate în considerare împreună pentru a evita supraîncărcarea șurubului sau a rulmenților.

Sistemele de înaltă precizie pot utiliza una sau mai multe dintre următoarele măsuri:

• Pretensiunea șurubului calculată
• Stabilizarea temperaturii
• Lubrifiere controlată
• Compensarea poziției
• Feedback la scară liniară
• Frecare și preîncărcare inutile reduse

Comparație a aranjamentelor lagărelor șuruburilor cu bile

Alegerea unui aranjament al rulmenților cu șurub cu bile

Aranjamentul corect al rulmentului șurubului cu bile depinde de condițiile complete de funcționare, mai degrabă decât de gradul de precizie a șurubului. Înainte de a selecta metoda de asistență, confirmați:

• Diametrul nominal al șurubului și al rădăcinii
• Lungime totală și neacceptată
• Plumb șurub
• Viteza maxima de rotatie
• Sarcina axială și direcția sarcinii
• Orientarea montajului
• Rigiditate axială necesară
• Schimbare de temperatură așteptată
• Cerințe de poziționare și repetabilitate
• Spatiu de instalare disponibil

Un aranjament fix-fix oferă o rigiditate mai mare și un potențial de viteză critică, dar necesită o aliniere precisă și un control termic adecvat. Un aranjament fix și flotant oferă un echilibru practic de sprijin și libertate termică pentru multe CNC și axe de automatizare. Un aranjament fix-free este mai simplu, dar este în mod normal limitat la șuruburi scurte, de viteză mică și ușor încărcate.

Detalii de instalare care afectează performanța

Chiar și aranjamentul corect al rulmenților poate funcționa prost dacă ansamblul este aliniat greșit. Verificările importante ale instalării includ:

• Concentricitatea capetelor arborelui prelucrate
• Perpendicularitatea suprafetelor de montare lagar-carcasa
• Alinierea între axa șurubului și ghidajele liniare
• Orientarea și preîncărcarea corectă a rulmenților cu capăt fix
• Strângerea corectă a piuliței de blocare a rulmentului
• Libertate axială la capătul plutitor
• Cuplu de rulare uniform pe întreaga cursă
• Lubrifierea corectă înainte de utilizare

Șurubul cu bile ar trebui să se rotească fără probleme după asamblare. Legarea, variația anormală a cuplului, zgomotul repetat sau creșterea rapidă a temperaturii pot indica o aliniere greșită, preîncărcare excesivă a rulmentului, instalarea incorectă a rulmentului sau interferență axială la capătul plutitor.

Opțiuni de șurub cu bile și suport DLY

DLY furnizează șuruburi cu bile laminate și șlefuite împreună cu opțiunile corespunzătoare de prelucrare a capătului arborelui și unități de susținere. Unitățile disponibile cu părți fixe și flotante includ combinații comune BK/BF, FK/FF și EK/EF.

Vezi DLY-uriunități de sprijin cu șuruburi cu bilesau explorați completgama de șuruburi cu bile.

Pentru o revizuire a proiectului, furnizați modelul șurubului, diametrul, plumbul, lungimea, viteza maximă, sarcina axială, gradul de precizie, aranjamentul propus de rulmenți și desenul capătului arborelui. Șurubul cu bile, rulmenții de susținere și prelucrarea finală pot fi apoi evaluate ca un singur ansamblu.

← Înapoi la DLY Blog