选择和应用凸轮从动件轴承

凸轮从动轴承主要用于三种类型的应用:跟随凸轮表面、支撑线性运动组件或在线性运动过程中横向定位组件。

其中,凸轮从动件应用范围从简单的二维凸轮到具有多个从动件的复杂三维分度凸轮。

直线运动支撑应用包括平台支撑辊和模具转移辊。用凸轮从动轴承支撑直线运动部件可减少滑动摩擦和履带磨损。通过减少磨损,它还有助于保持精确的机器运动。此外,凸轮从动轴承可在横向和垂直方向上引导线性运动部件。

基本类型

凸轮从动件类型包括标准螺柱、重型螺柱和轭架。两种螺柱类型都以悬臂式安装在支撑壳体上。重型螺柱版本用于重载、冲击载荷或需要最小挠度的应用。除了螺柱直径和端板设计外,标准和重型螺柱版本基本相同。

轭式安装在带有跨接式或轭式支撑装置的销钉上。由于轭式从动件安装将载荷更均匀地分布在轴承上,因此轭式从动件的极限或额定工作载荷通常等于重型螺柱从动件的极限或额定工作载荷。

大多数凸轮从动件都包含滚针轴承。这些轴承通常只承受径向载荷,而不处理推力或轴向载荷。其他从动件使用圆柱形或圆锥滚子轴承,或滚珠轴承。圆柱型包含双列圆柱滚子轴承,可承受更高的负载和速度以及较轻的推力负载。

带有滚珠轴承或圆锥滚子轴承的装置可承受径向和推力负载。此类装置通常使用双列滚珠轴承用于外径小于 3 英寸的滚子,对于外径小于 3 英寸的双列圆锥滚子轴承。和更大。它们通常具有密封件和大型润滑剂储罐,可在肮脏的环境中运行。

这些轴承类型(主要是滚珠和圆锥滚子)具有各种滚子配置,因此它们可以在不同类型的轨道上行驶或执行不同的功能。圆柱形外径型在类似于滚针轴承从动件的平坦轨道或凸轮上运行。法兰外径提供轴向位置。V形外径在特殊的“V”形轨道、方棒或圆棒,甚至角铁轨道上运行。U型槽外径装置通常作为线材矫直机轴承运行。

可选功能

如果标准凸轮从动件轴承不能满足您的需求,有几种选项可以帮助您适应特殊应用。

  • 海豹。该密封件可防止污染物进入并防止润滑剂进入,从而延长轴承寿命。有些类型由填充钼的尼龙制成,以减少滚子与端板或法兰之间的摩擦。这种类型的密封件安装在端板或法兰外径上,并与滚子一起提供紧密运行的迷宫式密封效果。通过将旋转滚子沉孔面与端板或法兰分开,密封件消除了滑动的金属与金属的接触。由此产生的较低工作温度降低了润滑要求,并允许更高的运行速度。通常,润滑频率可以降低到传统凸轮从动件的三分之一左右。
  • 加冕OD。外辊外径上的可选冠部可补偿凸轮从动件与履带或凸轮之间的少量错位。这有助于防止滚子的转角载荷,并减少轴承上的推力载荷。冠状外径还减少了涉及圆周运动的应用(例如转盘支架)中的推力负载。
  • 六角孔。螺柱型轴承通常配有一个螺丝刀槽,可让您在拧紧安装螺母时握住螺柱。轴承的滚子端或螺柱端有一个可选的六角套筒孔,可容纳一个标准的六角头扳手,该扳手具有更大的保持力。然而,在小型轴承中,轴承滚子端的六角孔可以代替补充润滑孔。
  • 偏心螺柱。通过偏心螺柱轴承,您可以调整轴承相对于其支撑壳体的径向位置,适用于需要负载分配或径向预紧力的应用。当多个凸轮从动轴承支撑负载,并且安装不准确会导致标准轴承平均分担负载时,此选项最有用。偏心调整功能还可以补偿凸轮或履带磨损。
  • 固定。带有滚动体固定器的轴承用于需要更高转速或更长预润滑寿命的应用(参见制造商目录)。与传统滚针轴承相比,此选项可减少内部摩擦并提供更大的润滑脂储罐。然而,由于滚动体较少且较短,因此负载能力小于传统的滚针轴承。
  • 自润滑衬套。自润滑衬套最适合不需要补充润滑的低速应用。在这里,塑料衬套取代了标准轴承中使用的滚针组。衬套式装置的寿命取决于特定应用中可接受的内部磨损量。在可行的情况下,可以使用连续供油来延长衬套的使用寿命。

选择因素

要为凸轮或履带系统选择凸轮从动轴承,请考虑负载大小和类型、速度、偏转、错位和润滑。

负载、速度和寿命要求。负载大小(和方向)会影响轴承尺寸和类型的选择。对于螺柱凸轮从动轴承,螺柱强度和挠度限制决定了负载能力。要计算轴承寿命,特别是对于具有不同负载的系统,请查阅制造商的文献、轴承教科书和计算机程序。

涉及径向和轴向载荷的应用通常需要球轴承或圆锥滚子轴承。要小心冲击载荷,这会损坏外辊,并产生布氏纹(滚道和滚动体的永久变形),进而引起振动。

速度限制是选择轴承类型的一个主要因素。滚针轴承凸轮从动件通常具有最低的速度限制。使用保持架滚针轴承、圆柱形或圆锥滚子轴承可实现更高的速度。滚珠轴承单元由于其低内部摩擦力而能够处理最高速度。请咨询制造商以获取特定应用的速度限制。

错位和偏转。冠状滚子可减少凸轮从动件和凸轮之间因角度错位而引起的应力,但这些滚子需要将履带容量增加约 20% 以适应由此产生的点接触。

悬臂安装的螺柱在负载下偏转。影响挠度的因素包括螺柱支撑壳体中的角半径、支撑壳体和螺柱之间的配合以及螺柱材料。为了减少这种偏转,请使用重型螺柱或轭式安装装置。对于施加偏转和随后的推力载荷超出滚针轴承能力的应用,请使用圆柱形或圆锥滚子轴承或滚珠轴承来适应推力载荷。

润滑。在高速凸轮应用中,油是首选的润滑剂,因为它可以更有效地冷却轴承,并且不会像润滑脂那样迅速变质。油通常通过飞溅法施加到轴承上。

润滑脂适用于低速凸轮和履带应用。大多数螺柱型凸轮从动件都预填充了锂皂或钠钙润滑脂,该油脂通过螺柱两端的润滑孔涂抹。对于轭式轴承,通过安装销涂抹润滑脂。

在轴承工作温度下,油或润滑脂携带的油的粘度应为 100 SSU。速度是影响工作温度的主要因素,但负载也会影响温度。要估计工作温度,请将实际速度和负载与制造商推荐的极限速度和动态负载额定值进行比较。润滑脂的温度限制通常在 225 到 250 F 之间。如需长时间运行,请将温度保持在至少低 50 华氏度。

润滑间隔取决于应用。暴露在极端污染下的轴承,例如冲洗条件,可能需要每天进行润滑。然而,在清洁的环境中,轴承可能会在补充润滑前运行一年或更长时间。一些凸轮从动件不能进行补充润滑,但它们通常具有更有效的密封件和大型油脂储罐。

选择凸轮或轨道硬度

获得适当的凸轮或轨道表面硬度与找到正确的轴承尺寸一样重要。硬度不足的凸轮或轨道会在负载下磨损或塑性变形。

在尺寸精度不关键的情况下,您可以使用柔软的材料来降低成本。例如,低碳钢的加工硬化,伴随着轴承在轨道表面的少量磨损,可以产生令人满意的性能。对于更精确的应用,请使用硬化轨道和凸轮表面,最高可达 60 HRC,以最大限度地减少磨损。

钢制轨道的承载能力(它承受的轴承载荷,而其表面没有塑性变形)取决于轴承尺寸以及轨道的强度和硬度。轴承制造商可提供特定凸轮从动件轴承的履带容量。

凸轮和轨道表面通常难以保持润滑,但是您应该在这些表面上涂上一层油或油脂,以防止过度磨损。

安装

为确保轴承的长寿命,请确保您的凸轮从动件已正确安装。螺柱型轴承要求螺柱直径与支撑壳体中的孔紧密配合。轴承端板必须由支撑轴承座面支撑,并且两个轴承座面都应与轴承座孔成正方形。将螺母拧紧至制造商推荐的扭矩。避免过度拧紧,因为它会拉伸螺柱并缩小其直径,从而导致轴承座孔的松动。

如果您需要将螺柱型凸轮从动件安装在盲孔中(不带螺母和锁紧垫圈),请确保螺柱正确安装在外壳中。使用带有六角孔的凸轮从动件,这样您就可以将螺柱拧紧到足够高,从而获得良好的端板支撑。更好的方法是用销钉将螺柱固定在外壳上,或使用固定螺钉轴承固定在螺柱上。

对于偏心螺柱轴承,偏心衬套必须松散地安装在轴承座孔中,以便进行调整。外壳必须至少为 0.010 英寸。比衬套长度更宽,以便正确端向夹紧轴承。调整后,您可以钻孔外壳、衬套和螺柱进行钉扎。

轭式凸轮从动轴承也需要适当的端板支撑。否则,它们可以脱离内圈。首选的安装方法允许端板完全轴向夹紧。如果严格控制磁轭尺寸,则另一种方法是可以接受的,因此当拧紧螺母时,磁轭有足够的弹簧来夹紧端板面的全面积夹紧。