Raspored ležajeva kugličnog vijčanog navoja: fiksni, plutajući i fiksno-fiksni

Theraspored ležajeva nosača kugličnog vijkaodređuje kako se vijak nalazi, kako se aksijalni potisak prenosi na strukturu mašine i kako osovina reaguje na rotaciju, otklon, vibracije i termičko širenje. Čak ni kuglični vijak visoke preciznosti ne može pružiti očekivane performanse pozicioniranja ako su njegovi potporni ležajevi pogrešno odabrani ili instalirani.

Najčešćiaranžmani kugličnih ležajevasu fiksni – fiksni, fiksni – plutajući i fiksni – slobodni. Svaka konfiguracija pruža različitu ravnotežu aksijalne krutosti, dozvoljene brzine, otpornosti na izvijanje, termičkog ponašanja, poteškoća u instalaciji i cijene.

Šta radi ležajni ležaj koji podržava kuglični vijak?

Aranžman ležaja sa kugličnim vijkom locira i podupire rotirajuću vijčanu osovinu. Njegove glavne funkcije uključuju:

• Postavljanje vijka aksijalno i radijalno
• Prenos aksijalnog potiska na strukturu mašine
• Održavanje stabilnog centra rotacije
• Ograničavanje neželjenog aksijalnog pomaka
• Povećanje aksijalne krutosti sistema za dovod
• Kontrolisanje otklona osovine i vibracija
• Prilagođavanje ili kontrola termičke ekspanzije

Noseći ležajevi obično ne nose glavno radijalno opterećenje ili moment prevrtanja stola mašine. Ova opterećenja bi općenito trebala biti podržana linearnim vodilicama, dok kuglični vijak osigurava aksijalnu silu potrebnu za pomicanje tereta.

Zašto je oslonac ležaja važan za kuglični vijak

Isti principi potpore primjenjuju se i na valjane i na brušene kuglične vijke. Međutim, izbor i instalacija ležaja postaju kritičniji kada se koristi precizni brušeni kuglični vijak, jer zazor ležaja, otpuštanje na kraju vratila, deformacija kućišta i neusklađenost mogu smanjiti prednost čvršće preciznosti provodnika.

Performanse pozicioniranja kompletne ose kugličnog vijka ovisi o nekoliko povezanih faktora:

• Preciznost vođenja kugličnog vijka
• Predopterećenje kuglične matice ili aksijalni zazor
• Krutost nosivih ležajeva i predopterećenje
• Preciznost obrade na kraju vratila
• Tačnost ležišta i kućišta
• Poravnanje između vijka, matice i linearnih vodilica
• Toplotno širenje tokom rada
• Metoda povratne informacije i kontrole

Kuglični vijak visoke preciznosti ne može kompenzirati preveliki zazor ležaja ili lošu instalaciju.

Ležajevi s fiksnim krajem u sistemu kugličnih vijaka

Fiksni kraj uspostavlja aksijalni položaj kugličnog vijka. Obično koristi par ugaonih kontaktnih ležajeva koji mogu nositi aksijalna opterećenja u oba smjera. Namenski dizajnirani ležajevi nosača kugličnih vijaka mogu se takođe odabrati prema zahtjevima opterećenja, brzine, krutosti i vijeka trajanja.

Predopterećenje ležaja pomaže u smanjenju unutrašnjeg zazora i povećanju aksijalne krutosti. Međutim, prekomjerno prednaprezanje može povećati trenje, okretni moment, stvaranje topline i habanje ležaja. Predopterećenje stoga treba da odgovara stvarnim operativnim zahtjevima, a ne da se jednostavno poveća što je više moguće.

Uobičajene jedinice za podršku na fiksnoj strani uključuju tipove BK, FK i EK. Odgovarajuća jedinica ovisi o promjeru vijka, dimenzijama obrađenog kraja vratila, smjeru montaže i potrebnoj krutosti.

Ležajevi s plivajućim krajem u sistemu kugličnih vijaka

Aplutajući ležajne znači nužno da je kraj zavrtnja ostavljen nepodržan. U većini fiksno-plutajućih sistema, plivajući kraj sadrži radijalni ležaj koji održava rotacijsko poravnanje zavrtnja, istovremeno omogućavajući aksijalno kretanje.

Ova aksijalna sloboda omogućava zavrtnju da se širi ili skuplja kako se njegova temperatura mijenja bez stvaranja dodatne unutrašnje sile koja se može pojaviti kada su oba kraja kruto ograničena.

BF, FF i EF su uobičajene jedinice za podršku na plutajućoj strani koje se koriste sa BK, FK i EK jedinicama fiksne strane. Na primjer, BK/BF je često korištena kombinacija za standardne sklopove kugličnih vijaka.

Plutajući kraj ne bi trebao biti instaliran na način da nenamjerno stegne vijak aksijalno. U suprotnom, sistem se može ponašati kao pogrešno sastavljen fiksno-fiksni aranžman i razviti preveliko opterećenje kako temperatura vijka raste.

Fiksni-fiksni raspored ležajeva kugličnih vijaka

Kod fiksno-fiksiranog ležaja sa kugličnim vijkom, oba kraja vijka obezbeđuju aksijalno ograničenje. Kada je vijak pravilno zategnut između dvije grupe ležaja, ova konfiguracija pruža visoku aksijalnu krutost i veću otpornost na otklon osovine.

Jače ograničavanje kraja takođe može povećati potencijal kritične brzine zavrtnja. Fiksno-fiksirani oslonac se stoga često razmatra za dugačke vijke, osovine velike brzine, precizne alatne mašine i aplikacije koje zahtijevaju visoku dinamičku krutost.

Prednosti fiksno-fiksne podrške

• Visoka aksijalna krutost
• Veća otpornost na izvijanje pod kompresijom
• Veći potencijal kritične brzine
• Bolja kontrola dugih ili jako opterećenih vijaka
• Pogodno za visokodinamične i precizne osovine za uvlačenje

Razmatranja o instalaciji

Dvije grupe ležajeva moraju biti precizno poravnate. Greške u instalaciji mogu uzrokovati nenormalan moment, vibracije, toplinu, prekomjerno unutrašnje opterećenje i prijevremeno trošenje ležajeva.

Toplotna ekspanzija se također mora uzeti u obzir. Budući da su oba kraja ograničena, povećanje temperature vijka može stvoriti dodatnu aksijalnu silu. Precizne mašine mogu koristiti izračunato zatezanje zavrtnja, kontrolu temperature, kompenzaciju položaja ili drugu projektovanu metodu za upravljanje ovim efektom.

Nekontrolirani zazor ležaja ne bi se trebao koristiti kao zamjena za pravilan termički dizajn jer može smanjiti aksijalnu krutost i tačnost preokreta.

Fiksni-plutajući ležajevi sa kugličnim vijkom

U afiksni i plutajući ležajevi, fiksni kraj kontrolira aksijalni položaj vijka i nosi aksijalni potisak. Plutajući kraj podupire vijak radijalno dok dozvoljava aksijalno pomicanje uzrokovano toplinskim širenjem.

Ova konfiguracija se također naziva fiksno-oslonjenim rasporedom jer je plutajući kraj još uvijek radijalno oslonjen. Izrazi "plutajući kraj" i "podržani kraj" stoga često opisuju istu funkciju u konvencionalnom sklopu sa kugličnim vijkom.

Fiksno-plutajući raspored pruža praktičnu ravnotežu krutosti, brzine, toplinske slobode, tolerancije ugradnje i cijene. Široko se koristi u CNC opremi, industrijskoj automatizaciji, linearnim modulima, sistemima za rukovanje i drugim mašinskim osovinama.

Prednosti fiksno-plutajućeg nosača

• Bolji oslonac osovine nego fiksni-slobodni raspored
• Kontrolirano aksijalno pozicioniranje na fiksnom kraju
• Omogućava aksijalno termičko pomicanje na plivajućem kraju
• Niža osjetljivost instalacije od fiksno-fiksnog nosača
• Pogodno za mnoge standardne strojne sjekire

Njegova aksijalna krutost i potencijal kritične brzine općenito su niži od onih kod ispravno dizajniranog fiksno-fiksnog rasporeda. Međutim, pogodan je za mnoge sisteme kugličnih vijaka srednje dužine i srednje brzine.

Fiksni-slobodni raspored ležajeva kugličnih vijaka

U fiksno-slobodnom rasporedu, samo jedan kraj vijka je oslonjen i aksijalno postavljen. Drugi kraj ostaje nepodržan.

Ovaj raspored je mehanički jednostavan i omogućava da se vijak slobodno širi. Međutim, pruža najmanju otpornost na savijanje i vibracije među tri konfiguracije. Njegova kritična brzina i sposobnost kompresijskog opterećenja su također ograničeni.

Nosač bez fiksiranja se općenito koristi za kratke zavrtnje, mehanizme male brzine, mala opterećenja i aplikacije gdje je kompaktna konstrukcija važnija od maksimalne krutosti.

Fiksno-slobodni aranžman ne treba miješati sa fiksno-plutajućim aranžmanom. Plutajući kraj fiksno-plutajućeg sistema obično ima radijalni nosač ležaja, dok slobodni kraj fiksno-slobodnog sistema nema.

Kako raspored ležajeva utiče na kritičnu brzinu

Rotirajući kuglični vijak može početi da vibrira kada se njegova radna brzina približi kritičnoj brzini. Na kritičnu brzinu utiču prečnik korena vijka, dužina bez oslonca, raspored krajnjeg ležaja, tačnost instalacije i brzina rotacije.

Kao generalno poređenje:

• Fiksno-fiksirano pruža najjače ograničenje kraja i najveći potencijal kritične brzine.
• Fiksno-plutajući pruža umjereno ograničenje i pogodan je za mnoge konvencionalne strojne sjekire.
• Fiksno-slobodno pruža najmanje ograničenja i obično je ograničeno na kraće i sporije zavrtnje.

Radna brzina treba da ostane bezbedno ispod izračunate kritične brzine. Ograničenja cirkulacije kuglica, brzina ležaja, podmazivanje, stvaranje topline i DN vrijednost kugličnog vijka također se moraju uzeti u obzir. Kritična brzina nije jedino ograničenje radne brzine.

Kako aranžman utiče na izvijanje

Kada kuglični vijak gura opterećenje, dio osovine vijka može biti podvrgnut kompresiji. Dugačak i vitak vijak se može zakopčati prije nego sklop vijaka i matice dostigne svoj nominalni kapacitet dinamičkog opterećenja.

Stanje potpore ima direktan utjecaj na otpornost na izvijanje. Fiksno-fiksni oslonac općenito pruža veći otpor od fiksnog-plutajućeg ili fiksnog-slobodnog oslonca. Međutim, stvarni proračun mora koristiti promjer korijena vijka, nepodržanu dužinu, smjer opterećenja i stvarno stanje montaže.

Gdje to struktura stroja dopušta, postavljanje kugličnog vijka tako da radi uglavnom na napetost, a ne na kompresiju može pomoći u smanjenju rizika od izvijanja.

Kako toplinska ekspanzija utječe na odabir

Toplinu mogu generirati potporni ležajevi, cirkulacija kuglica, zaptivke, mazivo, prijenos motora i okolna mašina. Kako temperatura vijka raste, vijak postaje duži.

Kod fiksno-plutajućeg ležaja, vijak se može proširiti prema plivajućem kraju. Ovo sprečava da se ležaj sa plutajućom stranom kruto suprotstavi promjeni dužine. Međutim, izduženje vijka i dalje može utjecati na točnost pozicioniranja ose.

U fiksno-fiksnom rasporedu, pravilno primijenjena napetost zavrtnja može poboljšati krutost i pomoći u kontroli termičkog ponašanja. Početna napetost, radna temperatura, opterećenje ležaja i očekivano širenje moraju se uzeti u obzir zajedno kako bi se izbjeglo preopterećenje zavrtnja ili ležajeva.

Sistemi visoke preciznosti mogu koristiti jednu ili više od sljedećih mjera:

• Izračunati prednapon zavrtnja
• Stabilizacija temperature
• Kontrolirano podmazivanje
• Kompenzacija pozicije
• Povratna informacija linearne skale
• Smanjeno nepotrebno trenje i predopterećenje

Poređenje ležajeva kugličnih vijaka

Odabir ležaja kugličnog vijka

Ispravan raspored kugličnih ležajeva zavisi od kompletnih radnih uslova, a ne samo od stepena tačnosti vijka. Prije odabira metode podrške, potvrdite:

• Nazivni i korijenski promjer vijka
• Ukupna i nepodržana dužina
• Screw lead
• Maksimalna brzina rotacije
• Aksijalno opterećenje i smjer opterećenja
• Orijentacija montaže
• Potrebna aksijalna krutost
• Očekivana promjena temperature
• Zahtjevi za pozicioniranje i ponovljivost
• Dostupan prostor za ugradnju

Fiksno-fiksni raspored pruža veću krutost i potencijal kritične brzine, ali zahtijeva precizno poravnanje i odgovarajuću termičku kontrolu. Fiksni i plutajući raspored ležajeva nudi praktičnu ravnotežu podrške i termalne slobode za mnoge CNC i automatske osovine. Fiksno-slobodni raspored je jednostavniji, ali je obično ograničen na kratke, male brzine i lagano opterećene vijke.

Detalji instalacije koji utiču na performanse

Čak i ispravan raspored ležajeva može loše funkcionirati ako sklop nije poravnat. Važne provjere instalacije uključuju:

• Koncentričnost obrađenih krajeva osovine
• Pravokutnost montažnih površina kućišta ležaja
• Poravnanje između ose vijka i linearnih vodilica
• Ispravna orijentacija i prednaprezanje fiksnih ležajeva
• Pravilno zatezanje kontramatice ležaja
• Aksijalna sloboda na plivajućem kraju
• Ujednačeni obrtni moment tokom celog hoda
• Ispravno podmazivanje prije rada

Kuglični vijak bi se trebao glatko okretati nakon montaže. Vezivanje, abnormalna varijacija obrtnog momenta, ponovljena buka ili brz porast temperature mogu ukazivati ​​na neusklađenost, preveliko predopterećenje ležaja, pogrešnu instalaciju ležaja ili aksijalne smetnje na plivajućem kraju.

DLY kuglični vijak i opcije podrške

DLY isporučuje valjane i brušene kuglične vijke zajedno sa odgovarajućom mašinskom obradom na kraju osovine i opcijama potporne jedinice. Dostupne fiksne i plutajuće jedinice uključuju uobičajene kombinacije BK/BF, FK/FF i EK/EF.

Pogledajte DLY'spotporne jedinice sa kugličnim vijkomili istražite kompletnoraspon kugličnih vijaka.

Za pregled projekta, navedite model vijka, prečnik, provod, dužinu, maksimalnu brzinu, aksijalno opterećenje, stepen tačnosti, predloženi raspored ležaja i crtež na kraju vratila. Kuglični vijak, potporni ležajevi i krajnja obrada mogu se tada ocijeniti kao jedan sklop.

← Povratak na DLY blog