Stützlager für Kugelumlaufspindeln: Anwendungen, Auswahlkriterien und praktische Anleitungen

Ein Portalfräsenbauer, der eine 1,2 m lange 40-mm-Kugelumlaufspindel mit 2.500 U/min betreibt, rief nach sechs Wochen Zweischichtproduktion an. Das Spiel auf der X-Achse war von 0,008 mm auf 0,035 mm gestiegen, und das Lagergehäuse am Druckende befand sich etwa 8 Grad Celsius über dem Maschinenrahmen. Es war nichts kaputt gegangen. Stahl dehnt sich etwa 0,0115 mm pro Meter pro Grad Celsius aus, so dass diese Schraube zwischen einem kalten Montagmorgen und einem warmen Freitagnachmittag um etwa 0,1 mm wuchs, und da beide Enden mit axial angeordneten Lagern festgeklemmt waren, musste das gesamte Wachstum irgendwo aufgefangen werden.

Die Lektion ist die gleiche, die bei den meisten Anfragen zu Kugelumlauflagern zu finden ist: Das Lager ist die letzte Entscheidung, nicht die erste. Entscheiden Sie, wie die Schraube axial positioniert wird, wie viel Vorspannung das Druckpaar benötigt und wie das freie Ende schwimmen kann. Then choose part numbers.

What Each End of the Screw Actually Has to Do

Die kurze Antwort: Ein Ende fixiert die Schraube axial und trägt den Schub, das andere Ende stützt sie radial und lässt sie sich bewegen. Bei einem Stützlagersatz handelt es sich nicht um zwei identische Lager, die der Einfachheit halber ausgewählt wurden, sondern um ein Komponentenpaar mit unterschiedlichen Aufgaben, und auch die Ausfallmuster sind unterschiedlich.

Eine schnelle Plausibilitätsprüfung für jedes neue Design: Messen Sie den Abstand zwischen den beiden Lagersitzen in Millimetern, teilen Sie ihn durch 1000, multiplizieren Sie ihn mit dem erwarteten Temperaturanstieg in Grad C und multiplizieren Sie ihn mit 11,5. Das Ergebnis in Mikrometern ist der axiale Weg, den das schwimmende Ende aufnehmen kann. Bei einer 2-m-Schraube mit 5-Grad-Steigung sind das bereits etwa 115 Mikrometer, was weit mehr ist, als jede Vorspannung schlucken kann.

Choosing the Fixed-End Pair

Drei Anordnungen decken die meisten Werkzeugmaschinen- und Automatisierungsarbeiten ab, und die Wahl hängt in der Regel von Geschwindigkeit, Steifigkeit und dem axialen Platzangebot des Gehäuses ab.

• Back-to-Back (DB)-Schrägkontaktpaar: die größte Lastverteilung zwischen den beiden Kontaktpunkten, gute Widerstandsfähigkeit gegenüber Biegemomenten und die Standardwahl für Schraubendruckenden.
• Face-to-Face (DF)-Paar: toleriert etwas mehr Fehlausrichtung, hat aber eine geringere Lastverteilung, sodass es sich bei Momentlast stärker biegt.
• Tandem-Paar (DT): Beide Lager teilen sich den Schub in eine Richtung und werden nur verwendet, wenn der Schub stark und in eine Richtung ist und ein zweites Paar den Kreis an anderer Stelle schließt.

Stützlager für Kugelumlaufspindeln werden üblicherweise mit einem Kontaktwinkel von 60 Grad gebaut, da die axiale Steifigkeit Vorrang vor der radialen Kapazität hat. Universell passende Paare werden mit einer definierten Vorspannung geliefert, die bereits eingeschliffen ist. Daher muss das Paar als Satz montiert werden und darf niemals mit einem anderen Paar aus einer anderen Box gemischt werden. Wenn die Konstruktion eine einzige kompakte Einheit anstelle von zwei separaten Ringen erfordert, übernimmt ein zweireihiges Schräglager die gleiche Positionierungsaufgabe in einem Gehäusesitz und nimmt die kombinierte Radial- und Axiallast auf; unser

Zweireihige Schrägkugellager der Serien 52 und 53 Eine kompakte Alternative mit einem Gehäuse für die kombinierte radiale und axiale Positionierung mit Dichtungs- und Schmieroptionen für Werkzeugmaschinen-, Windkraft-, Naben- und Pumpenanwendungen. Produkt anzeigen →

Auf dieser Seite sind die Größen der Serien 52 und 53 aufgeführt, die in dieser Rolle verwendet werden. Der Nachteil besteht darin, dass die Vorspannung bei der Herstellung festgelegt wird und die axiale Steifigkeit daher nicht nachträglich angepasst werden kann.

Vorspannung: Wo die meisten Probleme mit dem Stützlager beginnen

Durch die Vorspannung wird das interne Spiel entfernt und die Schraubenposition wiederholbar gemacht, es handelt sich jedoch um ein enges Fenster. Als Arbeitsausgangspunkt liegt die leichte Vorspannung bei etwa 1 bis 2 Prozent der dynamischen Tragzahl des Paares und die mittlere Vorspannung bei etwa 3 Prozent. Alles, was darüber hinausgeht, erhöht normalerweise die Betriebstemperatur schneller als die Steifigkeit. Der praktische Test ist einfach: Nach einer 30-minütigen Einlaufzeit sollte sich die Gehäusetemperatur stabilisieren und nicht weiter ansteigen, und das mit einer Messuhr am Schraubenende gemessene Axialspiel sollte Null anzeigen und eine wiederholbare Rückkehr in die Position ermöglichen.

Zwei Fehler dominieren. Zuerst wird eine Sicherungsmutter verwendet, um eine Vorspannung zu erzeugen, die in das Paar eingeschliffen werden sollte, wodurch die Innenringe zerdrückt werden und ein Lager entsteht, das im kalten Zustand steif und im heißen Zustand festsitzt. Zweitens wird eine starke Vorspannung auf eine Schraube ausgeübt, die kein schwimmendes Ende hat, was die thermische Ausdehnung in eine Schublast von mehreren hundert Newton umwandelt. Die Hintergründe zu Toleranzbändern und Drehmomentwerten erfahren Sie in unserem Hinweis zu Auswahl der Vorspannung für Lager der Serien 52 und 53 , und die gleiche Logik gilt für angepasste Winkelkontaktpaare.

The Floating End Deserves a Real Bearing

Das schwebende Ende wird oft als nachträglicher Einfall behandelt, und daher kommt es zu stillen Misserfolgen. Es muss die Radiallast der Schraube sowie das Gewicht der Mutter und des Schlittens tragen, die Schraube konzentrisch zum Druckende halten und dennoch axial gleiten, ohne ihren Sitz zu beschädigen. Die übliche Lösung ist ein Rillenkugellager mit Passsitz auf der Welle und Gleitsitz im Gehäuse, bei dem sich der Außenring etwa 0,3 bis 0,5 mm in jede Richtung bewegen kann und nichts in der Bohrung festklemmt.

Zwei Details sind wichtiger als die Katalogseite. Die Gehäusebohrung muss rund und glatt genug sein, damit der Außenring gleitet und nicht kippt, und das Lager darf nicht vorgespannt sein, da jede axiale Einschränkung an diesem Ende die gesamte Anordnung zunichte macht. Standard

Deep Groove Ball Bearings in 42 and 43 Series Für nicht vorgespannte Fixiersitze umfasst diese Kategorie Rillenkugellager der Serien 42 und 43 mit Standardgrößen und Spieloptionen für warme Gehäuse. Produkt anzeigen →

Die Größen decken die meisten Stützsitze ab und ein Abstand von C3 ist oft eine sinnvolle Wahl, wenn sich das Gehäuse schneller erwärmt als die Welle.

Wenn die Werkstatt staubig oder nass ist

Maschineneinhausungen sind keine Reinräume. Gusseisenstaub, Kühlmittelnebel und Waschwasser gelangen in ein Stützgehäuse, und ein offenes Lager, das den Prüfstand übersteht, kann in der Werkstatt innerhalb einer Saison ausfallen. Abgedichtete und abgeschirmte Varianten der gleichen Lagerfamilien lösen das meiste Problem, ohne die Gehäusehülle zu ändern, und eine 2RS-Kontaktdichtung ist überall dort, wo Kühlmittel vorhanden ist, die bessere Wahl als eine ZZ-Abschirmung, da eine Abschirmung Schmutz nur abwehrt, anstatt sie abzudichten. Unser

Zweireihige Schrägkugellager der Serien 32 und 33 Abgedichtete oder abgeschirmte zweireihige Einheiten für verschmutzte Stützgehäuse, die radiale und axiale Belastbarkeit mit einem Kontaktwinkel von 30 Grad und kompakter Positionierung kombinieren. Produkt anzeigen →

Der Bereich kommt dort zum Einsatz, wo eine kompakte Ortungseinheit auch schmutzigen Bedingungen standhalten muss Serien 30 und 38 mit 2RS- oder ZZ-Verschlüssen bieten die gleiche axiale Fixierungsfunktion in einer geringeren Breite für dichte Gehäuse.

Montagereihenfolge, die einen vorzeitigen Ausfall verhindert

Bei den meisten Support-Lagerbeschwerden, die bei einem Hersteller eingehen, handelt es sich eher um Montageprobleme als um Herstellungsprobleme. Die folgende Reihenfolge empfehlen wir für ein passendes Paar am Schubende.

1. Reinigen Sie den Wellensitz, die Gehäusebohrung und die Distanzflächen und prüfen Sie dann den Schulterschlag mit einer Messuhr. Insgesamt sind 0,002 bis 0,005 mm ein vernünftiger Zielwert für eine Präzisionsachse.
2. Überprüfen Sie die Parallelität der Distanzstücke auf einer Richtplatte. Ein Abstandshalter, der 0,01 mm von der Parallelität abweicht, kippt den Außenring und fügt leise mehrere hundert Newton ungleichmäßige Vorspannung hinzu.
3. Montieren Sie das Paar in der markierten Reihenfolge und achten Sie darauf, dass die übereinstimmenden Markierungen genau wie bei der Lieferung ausgerichtet sind. Das Umdrehen eines Rings ändert die Vorspannung und die Lastlinie.
4. Ölen Sie das Gewinde der Sicherungsmutter vor dem Anziehen leicht ein, damit das aufgebrachte Drehmoment bei trockenen Gewinden in Klemmkraft und nicht in Reibung umgewandelt wird, und ziehen Sie es dann in zwei oder drei Schritten auf den angegebenen Wert an.
5. Messen Sie die axiale Bewegung mit einer Messuhr gegen das Schraubenende, während Sie von Hand drücken und ziehen, und wiederholen Sie den Vorgang dann mit einem Hebel bei mäßiger Belastung, um sicherzustellen, dass der Messwert nicht zunimmt.
6. Mit steigender Geschwindigkeit einfahren und Gehäusetemperatur beobachten; Ein stabiler Messwert nach 30 bis 60 Minuten ist das Bestehenskriterium, ein anhaltender Anstieg jedoch nicht.

Punkte, die vor dem ersten Schnitt bestätigt werden müssen

• Nur ein Ende ist axial angeordnet. Zwei lokalisierte Enden sind die häufigste Ursache für einen vorzeitigen Ausfall des Axiallagers.
• Die Vorspannung passt sich der Aufgabe an: leicht für hohe Geschwindigkeit und lange Lebensdauer, mittel für schwere Schnitte und Steifigkeit, niemals „so fest wie es geht“.
• Die Schmierstoffmenge wird gemessen, nicht geschätzt. Eine Überfettung eines kleinen Stützlagers führt genauso schnell zu Durcheinander und Überhitzung wie überhaupt kein Fett.
• Die Kupplungsausrichtung wird nach dem Spannen der Lager überprüft, nicht vorher.

Eine kurze Checkliste für den Einkauf

Wenn ein Stützlager spezifiziert wird, benötigt die Anfrage mehr als nur Bohrung und Außendurchmesser. Käufer, die Folgendes liefern, erhalten beim ersten Mal ein brauchbares Angebot:

Bitten Sie darum, dass das Paar als passender Satz mit der auf der Verpackung angegebenen Vorspannung geliefert wird, und halten Sie diesen Satz während des Wareneingangs, der Lagerung und der Montage zusammen. Gemischte Paare sind der leiseste Weg, die bezahlte Starrheit zu verlieren.

Stützlager an einer Kugelumlaufspindel sind ein kleiner Teil der Maschine und haben einen großen Anteil an ihrer Wiederholgenauigkeit. Sorgen Sie für die richtige Anordnung, ein Ende positioniert und ein Ende frei, geben Sie dem Druckpaar eine Vorspannung, mit der es auskommen kann, und halten Sie das schwimmende Ende wirklich frei. Die Lager selbst sind selten das schwache Glied; Die Entscheidungen um sie herum sind normalerweise.