Как предварительно натянуть подшипник: пошаговые методы и распространенные ошибки, которых следует избегать

Предварительная нагрузка подшипника — одна из тех регулировок, которая выглядит простой, пока сборка не станет горячей. Короткий ответ: предварительная нагрузка подшипника означает намеренное удаление внутреннего зазора путем применения контролируемой осевой нагрузки, чтобы тела качения оставались в контакте с дорожками качения. Если все сделано правильно, шпиндель становится жестче, тише и точнее. Если все сделано плохо, это приведет к нагреву, шуму и преждевременному выходу из строя. Если вы когда-нибудь задавались вопросом, почему один шпиндель работает тихо при 20 000 об/мин, в то время как такой же шпиндель ноет, то разница часто заключается в предварительной нагрузке. В этом руководстве рассказывается о двух основных методах предварительной загрузки, о том, как выбрать правильный уровень и где технические специалисты чаще всего проигрывают битву.

Зачем нужна предварительная нагрузка подшипника?

Представьте себе фрезерный шпиндель, который должен устойчиво удерживать фрезу, пока нагрузка меняется с каждым стружком. Если подшипник имеет внутренний зазор, вал может сместиться на несколько микрометров в осевом направлении, инструмент будет вибрировать, а качество поверхности ухудшится. Предварительная нагрузка закрывает этот зазор и обеспечивает постоянный упругий контакт тел качения. Практические причины предварительной нагрузки подшипника заключаются в повышении жесткости, снижении шума, поддержании точного положения вала, предотвращении проскальзывания шариков при небольших нагрузках и компенсации износа посадки или теплового расширения. Шпиндели станков, измерительные приборы и медицинское оборудование зависят от предварительной нагрузки для обеспечения повторяемости точности.

Предварительная нагрузка — это не то же самое, что затягивание гайки до тех пор, пока она не станет тугой. Целью является определенная внутренняя нагрузка, а не максимальный крутящий момент. Говоря инженерным языком, вы создаете сжатие между внутренним и внешним кольцами посредством тел качения.

Предварительная нагрузка положения и предварительная нагрузка постоянного давления

Большинство систем предварительной нагрузки делятся на два семейства: предварительная нагрузка в положении и предварительная нагрузка при постоянном давлении. Для фиксации подшипников на заданном расстоянии друг от друга используются прокладки, прокладки или стопорные гайки. Сила предварительной нагрузки фиксируется размером проставки относительно ширины подшипника; после установки система не может двигаться. Для предварительной нагрузки постоянного давления используется пружина, например волновая или винтовая пружина, для сжатия колец подшипника вместе. Пружина сохраняет приложенное усилие примерно постоянным, даже если подшипник и вал растут с увеличением температуры.

Оба метода распространены в радиально-упорных шарикоподшипниках, поскольку линия контакта между шариком и дорожкой качения превращает осевой предварительный натяг в предсказуемую радиальную жесткость. Дополнительную информацию об этом типе подшипников см. в нашей статье. радиально-упорная направляющая шарикоподшипника . Предварительная нагрузка по положению обеспечивает высокую жесткость, но может привести к перегрузке подшипника при нагреве вала. Предварительная нагрузка при постоянном давлении более щадящая в высокоскоростных приложениях, поскольку сила не увеличивается с повышением температуры. При заказе радиально-упорных подшипников для комплектов с предварительным натягом допуски по ширине и параллельность имеют большее значение, чем номинальный размер отверстия. Комплект подобранных пар, поставляемый на заводе, упрощает сборку и обеспечивает равномерное распределение нагрузки.

Радиально-упорные шарикоподшипники серии 7000 для высокоскоростных применений Эти прецизионные подшипники с углом контакта 15 градусов подходят для высокоскоростного и малошумного оборудования. Они хорошо сочетаются с небольшой предварительной нагрузкой, о которой говорилось выше, обеспечивая жесткость и низкое трение шпинделей. Посмотреть продукт →

Сравнение двух методов

Как определить правильную предварительную нагрузку

Выбор правильного предварительного натяга больше зависит от применения, чем от крутящего момента. Небольшой предварительной нагрузки обычно достаточно для чувствительного к шуму оборудования, работающего на высокой скорости, например небольших электродвигателей. Тяжелая предварительная нагрузка предназначена для применений, где жесткость имеет большее значение, чем нагрев, например, для шпинделей станков. Практический подход состоит в том, чтобы начать с рекомендаций производителя подшипника для данной конструкции, а затем проверить с помощью момента срыва или осевого отклонения. В паре угловых контактов небольшое изменение крутящего момента контргайки может значительно изменить внутреннюю нагрузку, поэтому всегда используйте динамометрический ключ и записывайте окончательное значение. Если уже установлена ​​правильная серия подшипников, измеренное сопротивление должно быть плавным в течение как минимум двух полных оборотов.

Полезное эмпирическое правило: меньший предварительный натяг обеспечивает скорость, больший предварительный натяг обеспечивает жесткость. Во многих распространенных сериях разница между легкой и средней предварительной нагрузкой составляет всего несколько микрометров помех. Если паспорт производителя недоступен, используйте пружинную шкалу и измерьте момент трения, медленно вращая наружное кольцо; это дает воспроизводимую базовую линию. Повышение рабочей температуры в первый час – окончательный вердикт. Если температура корпуса превышает температуру окружающей среды более чем на 20°C и продолжает подниматься, уменьшите предварительную нагрузку, прежде чем появятся дальнейшие повреждения.

Радиально-упорные шарикоподшипники серии 7200 для тяжелых нагрузок Благодаря большему углу контакта эта серия выдерживает значительные осевые нагрузки и обладает высокой жесткостью. Идеально подходит, когда в приоритете более высокая предварительная нагрузка и жесткость, как указано в сопутствующих рекомендациях. Посмотреть продукт →

Пошаговая процедура предварительной загрузки

Как только целевая предварительная нагрузка станет известна, работайте над сборкой в фиксированном порядке. Та же самая последовательность применима к большинству шпинделей, двигателей и коробок передач.

1. Очистите вал и корпус, затем удалите заусенцы со всех контактных поверхностей и углов заплечиков. Грязь под внутренним или внешним кольцом искажает измерение преднатяга и может поцарапать посадочные поверхности.
2. Проверьте коды подшипников. Для согласованных пар расположение DB, DF или DT должно быть установлено точно так, как указано; перестановка пары изменяет направление угла контакта и поведение предварительного натяга.
3. Установите пару подшипников и все прокладки или прокладки на вал. Держите кольца на одной линии с точками контакта дорожек качения; неправильно расположенная проставка приводит к неравномерной нагрузке на шары.
4. Затягивайте контргайку или зажимную гайку постепенно, поэтапно. Проворачивайте подшипник после каждого этапа. Сопротивление должно увеличиваться плавно, не цепляться и не застревать в одном угловом положении.
5. Измерьте полученную предварительную нагрузку. Это можно сделать, проверив осевое смещение с помощью циферблатного индикатора или измерив момент срыва подшипника при определенной осевой нагрузке.
6. После окончательной затяжки проверните вал вручную. Он должен вращаться плавно с небольшим равномерным сопротивлением. Затем запустите сборку на низкой скорости и наблюдайте за повышением температуры.

Не пропускайте проверку ротации после каждого этапа. Проставки могут деформироваться, если они не квадратные, и это обычно проявляется в виде узкого места, которое появляется при одном и том же угле вала при каждом обороте. Если предварительная нагрузка выходит за пределы ожидаемого диапазона, остановитесь и устраните причину, не затягивайте гайку сильнее.

Распространенные ошибки и практические советы

Большинство проблем на местах возникают из-за нескольких повторяющихся ошибок. Чаще всего встречается чрезмерная затяжка: техник рассматривает предварительную нагрузку как обычную силу зажима, и в результате шпиндель быстро нагревается. Тепло расширяет внутреннее кольцо и вал, что еще больше увеличивает преднатяг, создавая тепловой разгон. Другая ошибка – игнорирование теплового роста вала; расширение на несколько микрометров значительно увеличивает нагрузку на предварительно нагруженную пару.

Смазка тоже меняет картину. Избыток смазки при запуске увеличивает момент трогания, а неправильная смазка может скрыть правильные показания предварительной нагрузки до тех пор, пока машина не заработает. Никогда не используйте повторно подшипник, который работал с ложным бринеллированием: если на дорожках качения появятся вмятины, никакая регулировка предварительного натяга не восстановит его гладкость. Первым признаком проблемы обычно является постоянное повышение температуры, поэтому измерение температуры подшипника во время первоначальной обкатки стоит небольших усилий.

Предварительная нагрузка подшипника — это не просто величина контргайки; это системное решение, которое учитывает тип подшипника, расстояние между подшипниками, жесткость пружины, рабочую температуру и смазку. Надежный путь — выбрать подшипники, рассчитанные на предварительную нагрузку, установить их в правильном положении и проверить результат с помощью проверок сопротивления, крутящего момента и температуры. Самая лучшая в мире процедура настройки не может компенсировать непостоянную геометрию дорожек качения, поэтому правильным выбором будет поставщик с заводским контролем и проверкой качества. Наши радиально-упорные шарикоподшипники изготавливаются с постоянной шириной, необходимой для предсказуемого предварительного натяга. Покупайте у того, кто может объяснить историю толерантности и стоит за производственным процессом.