Ce este un rulment de contact unghiular și cum funcționează?

Ce este un rulment de contact unghiular

Un rulment de contact unghiular este un tip de rulment cu bile sau cu role proiectat cu canale de rulare poziționate la un unghi decalat față de axa rulmentului, permițându-i acestuia să susțină sarcini combinate radiale și axiale (de împingere) simultan mai degrabă decât să manipuleze un singur tip de sarcină ca un rulment standard cu caneluri adânci. Acest decalaj, numit unghi de contact, variază de obicei între 15° și 40° și determină cât de multă sarcină axială poate suporta rulmentul în raport cu sarcina radială.

Rulmenți cu bile cu contact unghiular folosesc în mod special bile ca element de rulare și sunt cea mai comună formă a acestui tip de rulment, utilizat pe scară largă în arborele mașinilor-unelte, pompe și cutii de viteze în care arborii suferă forțe de tracțiune de la angrenarea angrenajului sau presiunea fluidului alături de sarcinile radiale normale. Un rulment cu a Unghi de contact de 40° poate suporta aproximativ de două ori sarcina axială a unuia cu un unghi de 15° la aceeași dimensiune a rulmentului, motiv pentru care selectarea unghiului de contact corect este prima decizie în orice aplicație.

Cum funcționează rulmenții cu bile cu contact unghiular

În interiorul unui rulment standard, canalele interioare și exterioare sunt aliniate astfel încât contactul dintre bilă și calea de rulare să aibă loc direct peste planul radial. Într-un rulment cu contact unghiular, căile de rulare sunt șlefuite asimetric, astfel încât linia care leagă punctele de contact de pe pistele interioare și exterioare formează un unghi în raport cu planul radial al rulmentului.

De ce unghiul permite capacitatea de tracțiune

Deoarece traseul de sarcină trece în diagonală prin bilă, mai degrabă decât drept peste ea, o parte din orice sarcină radială este convertită într-o componentă de forță axială și, invers, rulmentul poate rezista sarcinilor axiale împingând arborele într-o direcție. Acesta este motivul pentru care rulmenții cu contact unghiular sunt aproape întotdeauna montați în perechi sau seturi, deoarece un singur rulment rezistă doar la tracțiune într-o direcție axială.

Limitare unidirecțională de împingere

Un singur rulment de contact unghiular poate suporta doar sarcina axială împingând arborele spre partea în care unghiul de contact „se deschide”. Împingerea inversă nu va fi susținută, motiv pentru care acești rulmenți sunt de obicei împerecheați spate la spate sau față în față în ansamblurile reale.

Clasele de unghi de contact și capacitatea lor de încărcare

Producătorii produc rulmenți cu bile cu contact unghiular în câteva clase de unghi de contact standardizate, fiecare potrivită pentru un echilibru diferit de viteză și capacitate de încărcare axială.

Ca regulă generală, unghiurile de contact mai mici suportă viteze mai mari deoarece mai puțină forță de contact a mingii este direcționată axial, reducând generarea de căldură, în timp ce unghiurile de contact mai mari schimbă o anumită capacitate de viteză pentru un suport mai mare al sarcinii de tracțiune.

Configurații de rulmenți și aranjamente de montare

Deoarece un singur rulment de contact unghiular gestionează doar tracțiunea unidirecțională, producătorii le furnizează în seturi pre-potrivite, pentru a se potrivi împreună cu jocul intern corect. Configurația aleasă afectează rigiditatea, toleranța de dezaliniere și direcțiile de sarcină suportate.

Aranjamentele spate în spate (DB) sunt în general preferate pentru axele mașinilor-unelte, deoarece distanța efectivă mai mare dintre cei doi rulmenți oferă rezistență semnificativ mai mare la înclinarea arborelui sub sarcini de moment în comparație cu o configurație față în față.

Rulmenți cu contact unghiular vs alte tipuri de rulmenți

Inginerii compară adesea rulmenții cu bile cu contact unghiular cu rulmenții cu bile adânci și rulmenții cu role conice atunci când un arbore trebuie să suporte atât sarcini radiale, cât și axiale.

Rulmenții cu bile cu contact unghiular se află într-un mediu practic: tolerează viteze cu aproximativ 20-30% mai mare decât rulmenții cu role conice de dimensiuni comparabile datorită frecării de rulare mai mici, gestionând totuși o sarcină de tracțiune semnificativă pe care rulmenții cu caneluri adânci nu le pot gestiona în mod fiabil.

Aplicații comune ale rulmenților cu bile cu contact unghiular

Combinația dintre capacitatea radială și de tracțiune cu performanța bună la viteză mare face din rulmenții cu contact unghiular alegerea standard în mai multe industrii.

• Axe de mașini-unelte - Rulmenții cu unghi de contact de 15° în perechi spate în spate susțin forțele de tăiere menținând în același timp precizia de rotație necesară pentru o precizie sub-micron
• Butuci pentru roțile din față auto – rulmenții cu unghi de contact de 40° gestionează sarcinile de tracțiune în viraje alături de greutatea vehiculului
• Pompe și compresoare centrifuge – rulmenții de 25-30° gestionează forța axială generată de diferențele de presiune ale rotorului
• Cutii de viteze cu roți dințate elicoidale sau conice – seturile de contacte unghiulare absorb forța axială inerentă pe care aceste tipuri de angrenaje o generează în timpul angrenării
• Articulațiile brațelor robotizate și mesele rotative - rulmenții perechi oferă rigiditatea necesară pentru a rezista momentelor de înclinare la articulație

Selectarea clasei de preîncărcare și precizie

Două specificații suplimentare determină modul în care un rulment cu contact unghiular funcționează odată instalat: nivelul de preîncărcare și clasa de precizie.

Preîncărcare

Aplicarea unei sarcini interne mici, controlate (preîncărcare) la montarea perechii de rulmenți, înlătură jocul intern și îmbunătățește precizia de rotație. Preîncărcarea ușoară se potrivește aplicațiilor cu ax de mare viteză, în timp ce preîncărcarea grea este utilizată acolo unde rigiditatea maximă contează mai mult decât viteza maximă, cum ar fi în axurile mașinilor de șlefuit.

Clasa de precizie

Rulmenții sunt clasificați conform standardelor ISO sau ABEC, cu ABEC 7 sau ABEC 9 (ISO P4/P2) clase rezervate pentru lucrul cu ax de înaltă precizie, în timp ce rulmenții standard ABEC 1 (ISO P0) sunt suficienți pentru cutii de viteze și pompe industriale generale unde nu este necesară precizia de rotație extremă.

Cele mai bune practici de instalare și întreținere

Deoarece seturile de rulmenți potrivite sunt șlefuite ca o pereche, manipularea incorectă în timpul instalării este una dintre cele mai frecvente cauze ale defecțiunii premature.

1. Nu amestecați niciodată rulmenți din seturi diferite, deoarece jocul interior este șlefuit special pentru acea pereche
2. Confirmați marcajele de orientare corectă (adesea o săgeată sau o literă pe inelul exterior) înainte de instalare, deoarece inversarea unui rulment într-un set spate în spate îl transformă într-un aranjament nedorit față în față
3. Aplicați forța de montare uniform pe suprafața inelului interior folosind un manșon sau o presă, fără să loviți niciodată direct pe bile sau pe cușcă
4. Verificați că toleranțele arborelui și ale carcasei corespund recomandărilor de montare ale producătorului rulmentului, deoarece un orificiu supradimensionat al carcasei poate reduce presarcina prevăzută
5. Re-ungeți la intervale specificate de producător; rulmenții cu ax de mare viteză necesită adesea sisteme ulei-aer sau unsoare pe viață, mai degrabă decât ungere manuală periodică

Datele de teren de la producătorii de rulmenți arată în mod constant acest lucru Setarea necorespunzătoare a preîncărcării reprezintă o mare parte a defecțiunilor timpurii ale rulmentului axului , mai mult decât defectele de material sau uzura normală, motiv pentru care procedurile de instalare controlate de cuplu contează la fel de mult ca și selecția rulmentului în sine.

Cum să alegeți rulmentul de contact unghiular potrivit

Selectarea rulmentului corect se reduce la potrivirea unghiului de contact, configurației și clasei de precizie cu sarcina reală și profilul de viteză al aplicației.

• Calculați raportul așteptat dintre sarcina axială și radială; rapoartele de peste 0,5 necesită, în general, un unghi de contact de 30-40° în loc de 15°
• Alegeți montarea spate în spate (DB) atunci când rezistența la sarcină momentană și rigiditatea contează cel mai mult și față în față (DF) atunci când este de așteptat o dezaliniere a arborelui
• Potriviți clasa de precizie cu cerințele de precizie a aplicației, mai degrabă decât implicit la cea mai înaltă clasă disponibilă, deoarece precizia inutil de strânsă adaugă costuri semnificative fără beneficii funcționale în uz industrial general
• Confirmați că viteza nominală a rulmentului (deseori exprimată ca valoare dn, diametrul alezajului ori RPM) depășește confortabil viteza de funcționare a aplicației
• Lucrați cu un furnizor care furnizează documentație cu set potrivit și marcaje clare de orientare, deoarece rulmenții nemarcați sau nepotriviți sunt dificil de instalat corect pe teren

Obținerea corectă a acestor selecții în faza de proiectare evită problema mult mai costisitoare a diagnosticării defecțiunii premature a rulmentului după ce o mașină este deja în funcțiune.