Die wichtigste Entscheidung bei der Konstruktion eines Schrägkugellagers ist nicht die individuelle Lagergröße; es ist die Anordnung. Ganz gleich, ob Sie eine Werkzeugmaschinenspindel umbauen, ein Getriebe spezifizieren oder eine Pumpe entwerfen: Die Art und Weise, wie Sie die Lager anordnen, steuert die Steifigkeit, das thermische Verhalten, die axiale Belastbarkeit und sogar die Betriebstemperatur. Die Standardregel ist einfach: Entscheiden Sie sich für die Anordnung, bevor Sie die Lagerlebensdauer berechnen.
Schrägkugellager erzeugen eine Axialkraft, wenn sie eine radiale Last tragen. Dies ist eine direkte Folge des in die Laufbahnen eingebauten Kontaktwinkels. Daher funktioniert ein einzelnes Lager nie alleine, wenn die Welle in beide Richtungen eingeschränkt werden muss. Sie benötigen eine paarweise Anordnung, am häufigsten Back-to-Back (DB), Persönlich (DF) oder Tandem (DT), oder eine zweireihige/vorinstallierte Kombination, die sich wie ein einzelnes Paket verhält. In diesem Artikel wird erklärt, was die einzelnen Anordnungen bewirken, warum sich die Ergebnisse durch das Vorladen ändern und was Sie bei der Bestellung angeben müssen.
Bei einem Schrägkugellager bildet die Linie, die die Kontaktpunkte der inneren und äußeren Laufbahn verbindet, einen Winkel zur Radialebene. Übliche Kontaktwinkel sind 15, 25 und 40 Grad. Bei einer Radiallast drückt der Kugelsatz den Innenring seitlich in eine axiale Richtung. Das bedeutet, dass ein einreihiges Lager Axiallasten nur in eine Richtung übertragen kann. Wenn die Welle axialen Belastungen von beiden Seiten ausgesetzt ist oder eine präzise axiale Positionierung erforderlich ist, müssen Sie ein Gegenlager vorsehen. Das ist der Hauptgrund für die Verwendung einer Vereinbarung.
Der Kontaktwinkel bestimmt mehr als nur die Lastrichtung. Ein größerer Winkel sorgt für eine höhere axiale Belastbarkeit, ermöglicht jedoch eine geringere Geschwindigkeitsfähigkeit. Ein kleinerer Winkel sorgt für eine bessere Hochgeschwindigkeitsleistung und eine geringere axiale Steifigkeit. Ihre Wahl der Vereinbarung muss auf diesen Kompromiss abgestimmt sein. Wenn Sie die zugrunde liegende Mechanik verstehen möchten, lesen Sie den Artikel über wie der Kontaktwinkel mit der axialen Belastbarkeit zusammenhängt deckt es in praktischer Hinsicht ab.
Ein einreihiges Schrägkugellager ist das Basismodul für jedes Paar. Wenn Sie individuelle Anordnungen erstellen, ist dies der am einfachsten zu erwerbende Teil, Sie müssen jedoch die Richtung des Kontaktwinkels genau angeben. Diese Richtung wird durch die Lagerausrichtung auf der Welle und im Gehäuse angezeigt; Durch Umdrehen des Lagers ändert sich der axiale Lastpfad.
Einreihiges Schrägkugellager für individuelle Paarung Dieses einreihige Lager ist die Grundeinheit für den Aufbau von Schrägkontaktpaaren. Sein Kontaktwinkeldesign bewältigt radiale und einseitig gerichtete Axiallasten, und die präzise Ausrichtung auf der Welle bestimmt den axialen Lastpfad, was ihn für kundenspezifische Anordnungen unerlässlich macht. Produkt anzeigen → Sobald Sie akzeptieren, dass Schräglager paarweise arbeiten müssen, besteht der nächste Schritt darin, die geometrische Beziehung auszuwählen. Die Hersteller verwenden Zwei-Buchstaben-Codes, die in das Lager oder den Außenring-Distanzring eingeprägt sind: DB, DF und DT.
Bei einer Rücken-an-Rücken-Anordnung divergieren die Kontaktlinien von der Mitte des Lagerpaares weg. Der wirksame Lastpunkt zwischen den beiden Reihen ist breit, sodass das Paar eine hohe Kippsteifigkeit aufweist. Aus diesem Grund ist DB die Standardwahl für Werkzeugmaschinenspindeln, hochpräzise Wellen und alle Anwendungen, bei denen einer Momentbelastung standgehalten werden muss. Eine Warnung: Die DB-Konfiguration reagiert empfindlich auf Temperaturunterschiede zwischen Innen- und Außenring. Wenn der Innenring heißer wird als der Außenring, nimmt die Vorspannung tendenziell zu.
Bei einer gegenüberliegenden Anordnung laufen die Berührungslinien zur Wellenmitte hin zusammen. Der effektive Lastpunkt ist schmaler, daher ist die Kippsteifigkeit geringer als bei DB. Das DF-Set verzeiht Wellenfehlausrichtung und Wärmeausdehnung besser und bietet eine stabile, kompakte Anordnung für kurze Wellen. Sie werden es in Getriebeabschnitten, Förderschnecken und Fällen sehen, in denen der Abstand zwischen den Lagerpositionen gering ist.
Bei einer Tandemanordnung zeigen beide Lager in die gleiche Richtung. Die Kontaktlinien sind parallel, sodass das Paar eine starke axiale Last teilt, die in eine Richtung wirkt. Tandempaare haben eine extrem hohe axiale Belastbarkeit in einer Richtung, stabilisieren die Welle jedoch nicht in die entgegengesetzte Richtung. Um eine bidirektionale Steuerung zu erhalten, müssen Sie zwei Tandemsätze Rücken an Rücken oder von Angesicht zu Angesicht koppeln. Eine gängige Praxis besteht darin, zwei Lager auf der einen Seite und ein Lager auf der anderen Seite hintereinander zu verwenden und so eine TBT- oder TFT-Anordnung zu bilden.
| Anordnung | Linienmuster laden | Axiale Belastungsrichtung | Kippsteifigkeit | Typische Verwendung |
|---|---|---|---|---|
| DB (back-to-back) | Divergierend | Beide Richtungen | Hoch | Maschinenspindeln, Präzisionswellen |
| DF (persönlich) | Konvergieren | Beide Richtungen | Niedriger | Kurze Wellen, Getriebe |
| DT (Tandem) | Parallel | Eine Richtung | Nicht eigenständig | Schwere einseitig gerichtete Axiallasten |
Nicht jede Konstruktion benötigt ein separates Paar einreihiger Lager. Zwei vormontierte Optionen können Ihre Unterbringung vereinfachen und den Lagerbestand reduzieren.
Zweireihige Schrägkugellager sind im Wesentlichen zwei einreihige Schrägkugellager, die in einer Einheit integriert sind. Die interne Anordnung entspricht normalerweise der DB-Paarung, die eine einfache Möglichkeit bietet, bidirektionale axiale Unterstützung in einem kompakten Gehäuse zu erhalten. Serien wie die Familien 30 und 38 sind beliebt für Landmaschinen, Untersetzungsgetriebe, Pumpen und allgemeine Industrieanwendungen. Der Hauptnachteil besteht darin, dass Sie die Vorspannung nicht unabhängig anpassen können; Sie müssen die vom Hersteller festgelegte Vorspannung verwenden. Wenn Ihr Design eine individuelle Vorspannung oder eine sehr hohe Geschwindigkeit erfordert, ist eine paarweise Anordnung in einer Reihe flexibler.
Zweireihiges Schrägkugellager der Serie 30 und 38 Diese zweireihigen Lager integrieren zwei einreihige Einheiten in einer DB-ähnlichen Konfiguration und bieten bidirektionale axiale Unterstützung in einem kompakten Gehäuse. Sie eignen sich für Untersetzungsgetriebe und Pumpen, allerdings ist die Vorspannung vom Hersteller festgelegt und nicht einstellbar. Produkt anzeigen → Ein Vierpunkt-Kontaktkugellager ist eine kompakte Möglichkeit, radiale und axiale Lasten aus beiden Richtungen in einer einzigen Einheit aufzunehmen. Die Innen- und Außenringe haben Laufbahnen, deren Kontaktpunkte sich abwechseln; Die Kugeln berühren den Innenring an zwei Punkten und den Außenring an zwei Punkten. Dies eignet sich gut für schubdominierte Anwendungen wie Kranhaken, Drehtische und Automobilpumpen, bei denen der Platz knapp ist und die Axialkräfte größer sind als die Kipplasten. Vierpunktlager sind in der Regel kein Ersatz für ein DB-Paar, wenn eine hohe radiale Steifigkeit im Vordergrund steht. Überprüfen Sie daher den Lastbereich sorgfältig.
Vierpunkt-Kontaktkugellager für kompakte Schubanwendungen Dieses Lager nimmt radiale und axiale Belastungen aus beiden Richtungen in einer einzigen Einheit über abwechselnde Kontaktpunkte auf. Es ist kompakt und ideal für schubbetonte Anwendungen wie Kranhaken und Drehtische, wird jedoch nicht empfohlen, wenn eine hohe radiale Steifigkeit im Vordergrund steht. Produkt anzeigen → Bei CNC-Spindeln und schwerer Bearbeitung bietet ein einfaches DB-Paar möglicherweise nicht genügend axiale Steifigkeit. Um die Steifigkeit zu erhöhen, wird ein einzelnes Lager auf einer Seite durch zwei hintereinander montierte Lager ersetzt. Das beschreiben Codes wie TBT und TFT.
Bei einer TBT-Anordnung sind zwei Tandemlager Rücken an Rücken mit einem Lager montiert. Das Tandempaar wirkt einer Axialrichtung mit doppelter Kapazität entgegen, während das Einzellager die entgegengesetzte Richtung bietet. Das Ergebnis ist eine höhere axiale Steifigkeit in einer Richtung ohne Einbußen bei der Stabilität in der anderen. Wenn beide Axialrichtungen eine hohe Steifigkeit erfordern, können Sie vier Lager verwenden: zwei Paare in Tandemanordnung, Rücken an Rücken oder gegenüberliegend angeordnet. Codes wie QBC, QTC und QBT repräsentieren diese vierzeiligen Kombinationen. Sie kommen häufig in der Luft- und Raumfahrt, bei Werkzeugmaschinen und bei hochpräzisen Rotationsanwendungen zum Einsatz.
Jedes zusätzliche Lager erhöht die axiale Gesamtsteifigkeit, erhöht aber auch die Kosten, die Wärmeentwicklung und die Montagekomplexität. Für die meisten Anwendungen reicht ein passendes DB-Paar oder ein zweireihiges Lager aus.
Unter Vorspannung versteht man die axiale Belastung, die auf das Lagerpaar ausgeübt wird, bevor die Maschine startet. Es beseitigt das interne Spiel, vergrößert die Lastzone und hält die Wälzkörper in ständigem Kontakt mit den Laufbahnen. Ohne Vorspannung kann ein Schräglager rutschen, Geräusche erzeugen und die Positionierungsgenauigkeit verlieren.
Es gibt zwei Vorspannungsfamilien: starr und federnd.
Eine starre Vorspannung, auch Positionsvorspannung genannt, wird in das Lagerpaar eingebaut, indem die Innen- oder Außenringflächen auf den richtigen Breitenunterschied geschliffen werden. Wenn Sie die Befestigungsmutter oder den verschraubten Enddeckel festziehen, werden die Ringe zusammengedrückt und die Vorspannung fixiert. Dies ergibt die höchstmögliche Steifigkeit für eine bestimmte Lagergruppe. Zusammengepasste Lager erreichen dies durch Schleifen der Flächen; Wenn ein Paar aus Standardlagern besteht, kann der Konstrukteur innere und äußere Abstandshalter unterschiedlicher Breite einsetzen, um die gleiche Vorspannung zu erzeugen. Das Risiko besteht darin, dass Temperaturänderungen, insbesondere ein Delta zwischen Innen- und Außenring, die Vorspannung verändern. Bei einem DB-Paar, das mit hoher Geschwindigkeit läuft, kann die thermische Ausdehnung die Vorspannung erhöhen und einen Wärmestau verursachen.
Die Federvorspannung, manchmal auch Vorspannung mit konstantem Druck genannt, nutzt einen Satz Federn hinter dem Außenring, um eine feste Axialkraft auszuüben. Es wird in Hochgeschwindigkeitsspindeln oder leicht belasteten Wellen eingesetzt, bei denen der Konstrukteur Schutz vor Wärmeausdehnung wünscht. Die Feder behält über einen Temperaturbereich und bei geringem Verschleiß eine vorhersehbare Axialkraft bei, die Steifigkeit der Baugruppe ist jedoch geringer als bei einem starr vorgespannten Paar.
Berücksichtigen Sie bei der Auswahl einer Vorspannungsstufe die Betriebsgeschwindigkeit. Eine hohe Vorspannung erhöht die Steifigkeit, erhöht jedoch das Reibungsmoment und die Betriebstemperatur; Eine leichte Vorspannung eignet sich besser für hohe Geschwindigkeiten und geringe Hitze, bietet jedoch weniger Halt bei hohen Schnittlasten. Wenn Sie sich nicht sicher sind, beginnen Sie mit einem mittleren Vorspannungsgrad und überprüfen Sie dies durch einen Temperaturanstieg während eines Probelaufs.
Die Art und Weise, wie Sie eine Lagerspezifikation schreiben, bestimmt, ob Sie eine brauchbare Einheit oder eine Schachtel mit gut aussehenden, aber inkompatiblen Teilen erhalten. Eine Maßreihe allein reicht nie aus.
Auch aus Beschaffungssicht lohnt es sich zu bestätigen, dass die Fabrik über einen kontrollierten Schleifprozess verfügt und Messdaten aufzeichnet. Lager, die aus einer Produktionslinie mit automatisierter Inspektion und standardisierter Sortierung stammen, halten mit größerer Wahrscheinlichkeit eine konstante Vorspannung. Bei vielen Industriemaschinen wird auf der festen Seite ein Paar Schräglager verwendet, auf der freien Seite dagegen Rillenkugellager um eine axiale Verschiebung zu ermöglichen. Stellen Sie sicher, dass der Systementwickler diesen Wärmeausdehnungspfad berücksichtigt hat.
Bei der Wahl einer Schräglageranordnung geht es nicht darum, sich Codes zu merken. Dabei geht es um die Steuerung der Steifigkeit, des axialen Lastpfads, des thermischen Wachstums und der Geschwindigkeit. Beginnen Sie mit der Anordnung, fügen Sie die richtige Vorspannung hinzu und behandeln Sie zusammenpassende Paare als untrennbare Einheiten. Wenn Sie dies tun, funktioniert das Lager wie vorgesehen. Wenn Sie die Anordnungsentscheidung überspringen, kann keine noch so hohe Lagerpräzision das System vor vorzeitiger Erwärmung, Vibration oder vorzeitigem Ausfall bewahren.
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