德国IBC精密锁紧螺母主要使用在高精度应用领域,特别是在精密机床和其他自动化机械设备上,本文由螺母网(Luomu.com)参照IBC产品文档整理翻译,其内容包含如何确定拧紧力矩以及如何在安装过程中使用它们。在这些示例中,IBC精密锁紧螺母首先用于安装预紧角接触球轴承或圆锥滚子轴承,其次用于调整带锥孔的圆柱滚子轴承的径向间隙。

1、准备

确保安装环境清洁,所有要安装的部件,如轴承、隔环、轴、壳体和精密锁紧螺母,也要无切屑、磨削、毛刺或凹痕。

2、检查相邻部件

为了确保安装后实现过盈配合和达到轴承座要求的垂直度,应检查相邻部件的尺寸稳定性和粗糙度。根据 表1.1,以高精度轴承内径 d 的大小检查隔环的平行对准情况:

表 2.1.1

高精密轴承内径 d 的平行度
内径
d
(mm)
平行度

(μm)
0~1502
150~2504
250~5006

安装前检查轴螺纹和螺母螺纹,以确定是否能将其旋得足够远。

3、安装

主轴轴承和滚珠丝杠的旋转内圈通常在内圈上有过盈配合(压装配合或热套配合)。尽管使用过盈配合,但对于小轴承而言,压力不是很大,因此通常只需在轴表面添加润滑脂、油或安装膏即可,以减少安装过程中的摩擦。为便于装配,并为了避免巨大的装配力(压入力、轴向力)和拧紧力矩,可以交替加热内环或整个轴承。当使用精密锁紧螺母预装轴承组时,尤其建议这样做。安装轴承套圈时,应确保轴承套圈与接触面紧密配合,以避免沉降和错位。

沉降和错位会导致过早故障,因为轴承在没有预紧力的情况下运行。如果在加热状态下将高精度滚动轴承安装到轴肩上,则在轴承冷却后,必须再次将轴承环轴向推靠轴肩,因为轴承在冷却后会径向和轴向收缩(见图2.1.1),有关安装高精度轴承的详细信息,请参阅各轴承厂商提供的使用说明。

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安装带有IBC精密锁紧螺母的轴承分两步进行:

  • 克服装配力(压入力、轴向力),包括预紧力
  • 施加预紧力,并防止松动

3.1、轴承加热后安装

轴承可以通过各种程序加热。由 100Cr6 制成的滚动轴承的线性膨胀系数约为 α=12×10-6/K 。

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对于轴承来说,确保加热温度不超过 80℃ 是绝对必要的。

3.2、精密锁紧螺母的起动力矩 ML

锁紧螺母的起动力矩不应与锁定装置的拧紧力矩相混淆。如果由于负载值经常在大范围内波动,锁紧螺母的起动力矩不足,而不应进一步拧紧锁紧螺母,而应增加锁定装置的拧紧力矩(如果需要)。在确定所需的拧紧力矩时,应记住平头螺钉和内六角螺钉的最大拧紧力矩 MA 是有限的。这尤其适用于MBA和MBC系列精密锁紧螺母

最大起动力矩可通过以下公式确定:

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可以看出,随着锁紧装置的拧紧力矩的增大,起动力矩也随之增大。

4、计算锁紧螺母的拧紧力矩 T

锁紧螺母的拧紧力矩 T 可由安装轴承所需的拧紧力矩 Ta 与预装轴承所需的扭矩 MD 之和确定。

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4.1、计算安装轴承所需的拧紧力矩 Ta

下列所述 d1 为锁紧螺母接触面(凸台端光亮面)数值。

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您可以通过以下公式计算 Fmont ,将轴承环安装到过盈配合的轴上或将其从该位置取回所需的轴向力:

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通过以下公式计算表面压力 POberf(另见图1.2)

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对于实心轴,公式更简单:

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在这两种情况下,有效重叠意味着,如果需要,可考虑“温度上升=重叠减少”,以减少装配力。

内环的平均滚道直径 Di 大致通过以下公式确定:

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4.2、计算所需的最小预紧扭矩 MD

轴承所需的最小预紧扭矩 MD 是轴承额定预紧力 Fv 、螺纹直径和安装布置的函数。在安装状态下,内圈的过盈配合也会产生决定性的影响,从而增加预紧力。

所需的最小预紧扭矩 MD 大致通过以下公式确定:

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除此之外,特定系列的增大系数 Ku 考虑了由轴承环和轴之间的干涉引起的预紧扭矩的增加。 以下表4.2.1至4.2.4包含IBC高精度主轴轴承的增大系数,其接触角 α 为15°和25°。 表4.2.5包含 BS … 系列单列60°滚珠丝杠支撑轴承的增大系数 Ku

表 4.2.1

对于接触角 C=15° 且轻预载(UL)的主轴轴承增大系数 Ku
内径
d
(mm)
Ku

718…
Ku

719…
Ku

70…
Ku

72…/73…
10~45-3.63.23.0
50~9533.02.92.8
100~1402.82.82.82.6
150~1902.72.72.6-
200~5002.52.52.5-

表 4.2.2

对于接触角 E=25° 且轻预载(UL)的主轴轴承增大系数 Ku
内径
d
(mm)
Ku

718…
Ku

719…
Ku

70…
Ku

72…/73…
10~45-4.64.64.4
50~953.44.23.73.3
100~14033.83.13
150~1902.93.43.1-
200~5002.73.12.8-

表 4.2.3

对于接触角 C=15° 且高预载(UM,UH)的主轴轴承增大系数 Ku
内径
d
(mm)
Ku

718…
Ku

719…
Ku

70…
Ku

72…/73…
10~45-32.83
50~952.92.92.62.5
100~1402.82.72.62.4
150~1902.72.72.5-
200~5002.52.52.4-

表 4.2.4

对于接触角 E=25° 且高预载(UM,UH)的主轴轴承增大系数 Ku
内径
d
(mm)
Ku

718…
Ku

719…
Ku

70…
Ku

72…/73…
10~45-433
50~953.23.72.92.8
100~1402.832.82.6
150~1902.72.92.7-
200~5002.52.62.5-

表 4.2.5

BS…系列单列60°滚珠丝杠支撑轴承的增大系数 Ku
内径
d
(mm)
Ku

BS…
17~302.8
35~752.6
80~1272.4

原则上,你也应该遵守高精度轴承在接触压力方面的最大许用轴向力。该力不得超过滚道区域内约 10MPa 或 10N/mm² 的横向接触压力,否则滚道可能变形,精密锁紧螺母可能因安装力过高而损坏。您还必须遵守适用于您所使用的特定轴承类型的允许拧紧扭矩的任何现有限制。还必须考虑相邻零件的允许接触压力,尤其是铝制外壳。在这种情况下,通过最大允许接触压力确定的轴向力必须大于根据 [4.2] 确定的单轴承或轴承组的预紧力。在计算该值时,必须考虑轴承方向力的有效面积。

为避免沉降的发生,建议先用双倍拧紧力矩 T 拧紧精密锁紧螺母或锁定螺钉,再松开螺母或螺钉,最后按预紧力矩 MD 最小预紧力矩重新拧紧。

4.3、实例:通过主轴轴承预紧力

一个预紧力为 630N 的 7020.E.T.P2H.DBL 轴承组在内径为80mm、干扰为2μm的空心轴上安装了IBC公司的MMR100精密锁紧螺母。首先,根据已知的表面接触压力计算轴承轴向压入力 Fmont

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(对比:实心轴,POberf=0.53N/mm²,压入力639N)

在第二步中,计算锁紧螺母的拧紧力矩 T:

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我们假设应用程序的重叠为8μm,并且您计划通过加热来减少有效重叠。对于具有约8μm过盈配合的主轴轴承7020,增加温度 Δt=30K 足以确保轴承可以轻松滑动,同时还要考虑安装速度。

4.4、实例:通过主轴轴承接触压力

通过考虑钢的最大侧向接触压力,可以确定轴承的允许轴向载荷,从而确定轴承的最大预紧力和允许的拧紧力矩 10N/mm²。对于本文中描述的精密锁紧螺母(MMR100)及其各自的螺距,上述示例的值为119Nm。当干扰程度较大时,需采用本文 [6.4] 的计算方法。

4.5、实例:滚珠丝杠轴承

预加载 BS100M150.P4A.DBM单列60°滚珠丝杠轴承。

过盈配合根据公式 [6.2] 拧紧扭矩:

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5、安装带锥形孔的高精度滚动轴承

IBC高精度圆锥孔圆柱滚子轴承直接滑到轴的圆锥部分。该工艺扩大了高精度圆柱滚子轴承的内圈,减小了轴承游隙δr。由于外圈也安装在壳体中,配合紧密,因此间隙进一步减小。

在圆锥孔高精度圆柱滚子轴承的安装过程中,仔细调整轴承间隙,使轴承以理想的速度、最高的系统精度和最长的寿命达到完美无缺的功能。

一种可锁定的精密锁紧螺母,在用于提供调整过程时所需的轴向力。

轴承内环的正确轴向位置由经过研磨并用于测量的轴套保证,该套环安装在轴承内环和轴承套环之间的轴上。

确定套筒宽度A(图2.1)需要精确测量;各个步骤也必须非常仔细地执行。原则上,需要考虑两种不同的方法:

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1、内环滑到锥体上。在此过程中,应不断测量滚柱上的包络直径和/或滚道直径,直到考虑到外圈的限制和减小轴承间隙的方式,剩余的总轴承间隙符合要求的测量值。然后,必须非常精确地测量内环和轴承套环之间的剩余轴向间隙,用块规来感受一下。 在此过程之后,内环从锥形座上松开;将套筒研磨至测量尺寸并插入。然后轴承装配完成。

2、在多个步骤中执行此过程更为复杂,也更为保守。如上例所示,内环首先单独滑到锥形座上,但安装不太紧密。然后测量轴承内环和轴轴承套环之间的间隙,并制作套筒进行测量。然后在固定在套筒上的安装内环处测量滚筒上的包络直径和/或滚道直径。套筒现在一步一步地磨得更窄,每一步都要重新安装内环

带锥形孔的圆柱滚子轴承在安装过程中,根据轴承的要求,要么有间隙,要么没有间隙,要么有预载。最佳安装间隙或预载值取决于速度。

关于多步骤程序以及设置径向轴承间隙或预紧力所需的设定值的更多详细信息,请参见各轴承厂商的目录说明。

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