Шпиндельные подшипники
- Подходят для очень высокой скорости вращения
- Высочайшая точность
- Попарная установка
Шпиндельные подшипники — это специальная форма однорядных радиальных шарикоподшипников. Наряду с радиальными усилиями, они способны воспринимать осевые и комбинированные усилия и благодаря очень строгим допускам подходят для выполнения сложнейших задач в части точности направления и ведения, жесткости, повышения частоты вращения и минимизации трения. Шпиндельные подшипники не являются разборными и не подходят для компенсации угловой погрешности. Главным образом они используются для опоры главных шпинделей в металлообрабатывающих станках.
Габаритные размеры и допуски
Шпиндельные подшипники KRW стандартно поставляются согласно DIN 620-2 (допуски для подшипников качения) и ISO 492 (радиальные подшипники: размеры и допуски) с классом P4S, т. е. с ужесточенными размерными допусками P4, а также допусками по форме и биению P2. Все другие — отклоняющиеся от этого или специальные — классы допуска следует указывать при заказе.
Изображение различных схем установки шпиндельных подшипников: «O», «X» или параллельно
Конструктивное исполнение подшипников
Шпиндельные подшипники являются неразъемными и неразборными подшипниками. Помимо высоких радиальных усилий, они способны воспринимать как односторонние осевые усилия, так и двусторонние осевые усилия, а также радиальные усилия (в сочетании со вторым зеркальным шпиндельным подшипником).
В зависимости от формы линий контакта в комбинированных комплектах подшипников различают схему установки «O», «X» или параллельно. Подшипники со схемой «X» менее подходят для восприятия моментов, в то время как подшипники со схемой «O» отличаются высокой жесткостью при минимальном зазоре отклонения. При параллельной схеме установки линии контакта двух подшипников идут в одном направлении, благодаря чему подшипники могут воспринимать только односторонние осевые усилия. При этом осевая нагрузка воспринимается обоими подшипниками пары, что повышает осевую несущую способность.
Шпиндельный подшипник в базовом конструктивном исполнении; α - угол контакта
Предельная допускаемая осевая нагрузка шпиндельного подшипника возрастает по мере увеличения угла контакта. Размер угла контакта указывается дополнительной маркировкой C (15°), D (20°) и E (25°).
Компания KRW изготавливает как отдельные шпиндельные подшипники в универсальном конструктивном исполнении, которые подходят для установки по любой схеме, а также подогнанные друг к другу комплекты подшипников с определенным предварительным натягом.
Предварительный натяг
По предварительному натягу шпиндельные подшипники подразделяются на различные классы. Они не регламентированы стандартами. Классы предварительного натяга подшипников KRW определяются дополнительной маркировкой. Предварительный натяг выбирается таким образом, чтобы он сохранялся в ненагруженном ответном подшипнике в достаточном объеме при воздействии максимальных осевых усилий. Следите за подъемными усилиями. По этому вопросу вы можете проконсультироваться у инженеров инженерно-технологической службы KRW.
Сепаратор
Шпиндельные подшипники KRW стандартно оснащаются сепаратором из текстолита, центрируемым по наружному борту (дополнительная маркировка: TPA). Другие варианты конструктивного исполнения сепаратора доступны по запросу или выбираются в зависимости от области применения и снабжаются соответствующей дополнительной маркировкой на подшипнике.
Специальная дополнительная маркировка
| C | Модифицированная внутренняя конструкция, угол контакта 15° |
| D | Модифицированная внутренняя конструкция, угол контакта 20° |
| E | Модифицированная внутренняя конструкция, угол контакта 25° |
| TPA | Массивный сепаратор оконного типа из текстолита, центрируемый по борту наружного кольца |
| U | Универсальные подшипники; за дополнительной маркировкой следует буква, обозначающая степень предварительного натяга подшипника. Различают следующие варианты: L - легкий предварительный натяг M - средний предварительный натяг H - сильный предварительный натяг |
| DU | Комплект подшипников, состоящий из двух универсальных подшипников; за дополнительной маркировкой следует символ, обозначающий степень предварительного натяга подшипника. Различают следующие варианты: L - легкий предварительный натяг M - средний предварительный натяг H - сильный предварительный натяг |
| TU | Комплект подшипников, состоящий из трех универсальных подшипников; за дополнительной маркировкой следует символ, обозначающий степень предварительного натяга подшипника. Различают следующие варианты: L - легкий предварительный натяг M - средний предварительный натяг H - сильный предварительный натяг |
| QU | Комплект подшипников, состоящий из четырех универсальных подшипников; за дополнительной маркировкой следует символ, обозначающий степень предварительного натяга подшипника. Различают следующие варианты: L - легкий предварительный натяг M - средний предварительный натяг H - сильный предварительный натяг |
| PU | Комплект подшипников, состоящий из пяти универсальных подшипников; за дополнительной маркировкой следует символ, обозначающий степень предварительного натяга подшипника. Различают следующие варианты: L - легкий предварительный натяг M - средний предварительный натяг H - сильный предварительный натяг |
Компенсация угловой погрешности
Шпиндельные подшипники не подходят для компенсации смещений. Смещения ведут к ненадлежащему движению шариков, вызывая дополнительные напряжения в подшипнике, сокращающие срок его службы.
Частота вращения
Решающее значение для фактически достижимой частоты вращение имеет общий энергетический баланс системы подшипника. Она зависит от:
- количества подшипников;
- схемы установки подшипников;
- внешней нагрузки;
- класса предварительного натяга;
- смазки;
- отвода тепла.
Предельная кинематическая частота вращения nG — это практическое механическое предельное значение, которое основывается на механической эксплуатационной прочности подшипника качения в зависимости от монтажных условий и смазки. В отличие от других типов подшипников, предельная частота вращения шпиндельных подшипников различается в зависимости от используемого смазочного материала (nG консист. смазка или nG масло) и не должна превышаться даже в оптимальных условиях эксплуатации без предварительного разрешения компании KRW.
Предельная частота вращения при использовании консистентной смазки действительна только в том случае, если применяется правильное количество высокоскоростной консистентной смазки, соответствующей эксплуатационной специфике.
Частота вращения в подшипниках с разными схемами установки
Если шпиндельные подшипники монтируются попарно с жестким предварительным натягом по схеме «O», «X» или параллельно (см. ССЫЛКУ на рис. 1), приведенная в таблицах подшипников предельная частота отдельного подшипника уменьшается. С этой целью был введен коэффициент понижения fr, который указан в таблице ниже для каждой схемы установки.
L: легкий предварительный натяг, M: средний предварительный натяг, H: высокий предварительный натяг
Допустимые значения рабочей температуры
Допустимая рабочая температура подшипника определяется в зависимости от материала сепаратора, размерной устойчивости деталей подшипника (колец и тел качения), а также смазочного материала. Подшипники KRW стандартно стабилизированы с расчетом на температуру до 200 °C (S1). Однако сепаратор из текстолита ограничивает максимальную рабочую температуру до 100 °C. По запросу компания KRW поставляет подшипники качения для эксплуатации в условиях более высокой рабочей температуры.
Расчет размеров
Расчет размеров шпиндельных подшипников возможен по сроку службы в соответствии с ISO 281, однако на практике это не принято. В связи с тем, что шпиндельные подшипники, как правило, обладают высокой усталостной прочностью, т. е. эксплуатируются в условиях воздействия предельной усталостной нагрузки, закономерности теории усталости материалов здесь не применимы. Расчет размеров выполняется в соответствии с требованиями к опоре в части несущей способности, жесткости и точности.
Статическая несущая способность шпиндельных подшипников рассчитывается по следующей формуле.
| S0* | коэффициент нагрузки для усталостной прочности, динамический коэффициент запаса | [-] |
| C0 | статическая допускаемая нагрузка (из таблицы подшипников) | [кН] |
| P0* | эквивалентная нагрузка на подшипник с усилиями динамической нагрузки рассчитывается по уравнению статической эквивалентной нагрузки | [kN] |
Статическая эквивалентная нагрузка на подшипник P0*:
Шпиндельные подшипники подчиняются следующим закономерностям:
| P0 | статическая эквивалентная нагрузка | [кН] |
| F0,r | статическая радиальная сила | [кН] |
| F0,a | статическая осевая сила | [кН] |
| e | Расчетный коэффициент, см. таблицу | [-] |
| X | Расчетный коэффициент, см. таблицу | [-] |
| Y | Расчетный коэффициент, см. таблицу | [-] |
| Исполнение | e | X | Y |
| Исполнение C | 1,09 | 0,5 | 0,46 |
| Исполнение D | 1,2 | 0,5 | 0,42 |
| Исполнение E | 1,30 | 0,5 | 0,38 |
Если в точке опоры используются несколько подшипников, установленных по схеме «O», «X» или параллельно, внешние нагрузки распределяются между ними. В зачет всегда идет наиболее сильно нагруженный подшипник. В таблице ниже приведены сведения о распределении внешних нагрузок в комбинированных подшипниках.
Для более точного расчета шпиндельных подшипников используется определение герцевского контактного напряжения сжатия между шариками и дорожками качения с помощью вычислительной программы и стандарта ISO/TS 16281. Запрещается превышать максимальное значение контактного напряжения 2000 Н/мм².
Минимальная радиальная нагрузка
Для надежной эксплуатации подшипника качения требуется параметр минимальной нагрузки. При падении нагрузки ниже минимального значения возможно проскальзывание. Минимальная радиальная нагрузка для шпиндельных подшипников ориентировочно составляет 1 % от статической допускаемой нагрузки C0 подшипника. При падении параметра ниже этого значения следует обращаться в инженерно-технологическую службу компании KRW.
