Wały liniowe: końcówki wałów i opcje montażu wałów liniowych

Mechanizmy mocujące wałów liniowych lub wałów prowadzących w układach mechanicznych wymagają starannego planowania. Różne końcówki wału umożliwiają różne opcje montażu. W tym artykule przedstawiono przegląd dostępnych końcówek wału i odpowiedzi na pytanie, które opcje uchwytów lub wsporników wałów są dostępne i w jakich zastosowaniach są odpowiednie. W tym celu szczegółowo przyjrzymy się rodzajom łożysk stałych i swobodnych do wałów.

Co to jest podpora liniowa?

Mechanizmy mocujące wałów liniowych lub wałów prowadzących pełnią funkcję precyzyjnych mechanizmów ustalających w układach mechanicznych. Typowe opcje montażu wałów liniowych obejmują podkładki końcowe, elementy mocujące lub pierścienie regulacyjne. Wiele opcji montażowych może być również stosowanych do wałów o stałym momencie obrotowym, gdzie zapobiegają one ruchom osiowym, jednocześnie pochłaniając moment obrotowy wywierany na wał i rozpraszając go do obudowy maszyny.

Łożyska stałe i swobodne do wałów

Zazwyczaj do podparcia wałów i osi potrzebne są dwa łożyska. Aby umożliwić rozprężenie, w większości przypadków zaleca się zastosowanie łożyska stało-swobodnego do wałów. Łożysko swobodne działa jako podpora promieniowa i prowadnica osiowa wału, umożliwiając jednocześnie ruch w kierunku osiowym. W przeciwieństwie do łożyska swobodnego, łożysko stałe mocuje wał w kierunku osiowym. Łożysko stałe staje się punktem odniesienia w połączeniu łożyska swobodnego i łożyska stałego.

Dlaczego kombinacja łożysk stałych i swobodnych jest odpowiednia dla wału? Jeśli na przykład wał jest zamontowany z dwoma łożyskami wałeczkowymi, istnieje określony luz właściwy dla tej konstrukcji. Luz ten zmienia się w miarę nagrzewania się wału podczas pracy; wał rozszerza się. Łożysko swobodne kompensuje teraz te różnice odległości, ponieważ umożliwia ruchy osiowe. Prowadzi to do wydłużenia żywotności zamontowanych łożysk tocznych i całego układu.

Różne opcje połączeń wałów liniowych

Dopasowanie zazębiające jest połączeniem utworzonym, gdy elementy, które mają być połączone, są ze sobą dopasowane swymi kształtami. Kształt ten zapobiega ruchom. Na przykład w przypadku wałów stosowane są rowki wału. W połączeniu z pierścieniem ustalającym precyzyjnie ustawiają wał osiowo. Ten typ blokady jest na przykład odpowiedni, aby pozytywnie zapobiegać ruchom liniowym i zapobiegać wycofywaniu się. Precyzyjna regulacja jest jednak trudna. Natomiast blokada cierna generuje siłę nacisku, zwykle za pomocą śrub lub zacisków, która łączy ze sobą odpowiednie komponenty. W przypadku wałów odbywa się to na przykład za pomocą śrub zaciskowych lub tulei zaciskowych, które zapewniają bardzo stabilne połączenie po dokręceniu. Możliwe jest wcześniejsze dostosowanie dokładności. W przypadku odpowiedniego zastosowania, blokada cierna może również zapobiec skręcaniu oprócz mocowania pozycji osiowej.

Blokady cierne są zwykle stosowane jako zacisk obwodowy lub jako zacisk ze śrubą dociskową. Zacisk obwodowy lub połączenie zaciskowe tworzy nacisk na obwodzie wału, który zabezpiecza wał przed skręcaniem i ruchem osiowym. Jest również odpowiedni przy wyższych momentach obrotowych. Są różne koncepcje wdrażania zacisku obwodowego. Obejmuje to na przykład stożkowe elementy zaciskowe lub połączenia zaciskowe z półpanewkami. W przypadku niektórych z nich, takich jak połączenie zaciskowe z półpanewkami, ich asymetryczna struktura może powodować nierównomierne ściskanie powierzchni i stan braku równowagi.

Jeśli wał jest zaciśnięty śrubą ustalającą, jest utrzymywany w odpowiednim położeniu przez tę śrubę ustalającą. Dokręcenie śruby ustalającej uszkadza powierzchnię wału, co może później zakłócić demontaż z powodu małej szczeliny. Można temu na przykład zapobiec przez wiercenie punktowe wału przed montażem. Zacisk ze śrubami ustalającymi powinien być stosowany wyłącznie w zastosowaniach z niskim momentem obrotowym, niskim obciążeniem osiowym i niskimi prędkościami. Umożliwia łatwy i szybki montaż i demontaż w trudno dostępnych miejscach instalacji. W celu zapewnienia bezpiecznego połączenia bez uszkadzania elementów należy przestrzegać wymaganego momentu dokręcania śruby ustalającej.

Końcówki wału do podpierania wałów liniowych

Końcówka wału to nie tylko koniec wału. Konstrukcja końcówek wału znacząco wpływa na opcje montażu wału, precyzję podczas montażu i wyrównania oraz stabilność połączenia wału z łożyskami lub sprzęgłem wału lub obudową maszyny. Końcówka wału może również działać jako interfejs dla dalszych komponentów, a energia mechaniczna jest często dostarczana lub rozpraszana na końcu wału. Są różne standardy dla różnych wersji końcówek wału. Cylindryczne końcówki wału są na przykład znormalizowane zgodnie z normą DIN 748 - Cylindrycznej końcówki wału, wymiary, nominalne momenty dokręcania.

Poniższa tabela zawiera częściowy przegląd różnych konfiguracji końcówek wału i ich opcji montażu:

Należy pamiętać, że ilustracja ta jest uproszczona. Możliwe są różne końcówki po lewej i prawej stronie.

Podpory wału do mocowania wałów liniowych

Podpory wału, znane również jako bloki poduszkowe, łączą ze sobą sztywne wały, oś i inne elementy w całym systemie. Działają również jako łożyska poziome lub pionowe dla osi i wałów liniowych. Obciążenia ściskające i rozciągające są przenoszone z osi przez podpory wału do obudowy maszyny lub struktury nośnej urządzenia. W przypadku wałów drążonych zastosowanie mają identyczne opcje mocowania. Wariant z szyną wsporczą jest również opcją dla łożysk otwartych z wycięciem segmentowym odpowiednich do podpartych wałów liniowych. Ta szyna wsporcza zapobiega ugięciu wału poprzez podparcie go na całej długości.

W zależności od wymagań zastosowania można stosować różne podpory wałów. MISUMI oferuje różne kształty podpór wału:

• Kształt litery T: Podpora wału jest ustawiona pionowo. Składa się z podstawy z pionowym otworem na wał i umożliwia stabilne mocowanie.
• Kształt litery L: Kształt prostokątny umożliwiający boczne mocowanie trzonu.
• Kształt bloku: Wytrzymała konstrukcja typu prostopadłościanu zapewnia wysoką stabilność i nośność.
• Okrągły: Kształt cylindryczny dla równomiernego podparcia wału.
• Okrągły z kołnierzem: Okrągła podpora z kołnierzem zapewnia stabilne mocowanie i precyzyjne wyrównanie. Ułatwia przymocowanie do różnych powierzchni.

Poniżej przedstawiono szczegółowo niektóre podpory wałów:

Kołnierze wału

Podpory kołnierzowe zapewniają wysoką stabilność, ponieważ kołnierz jest przymocowany do wału. Kołnierze wału są często montowane w urządzeniach z pionowym skokiem. MISUMI ma opcje konfiguracji tego pakietu za pomocą zacisku szczelinowego i śruby zaciskowej. W przypadku ograniczonej przestrzeni montażowej można użyć niskoprofilowego okrągłego kołnierza wału.

MISUMI oferuje opcję montażu tylnego jako specjalny kształt dla kołnierzy wału. W tym celu w tylnej części kołnierza wału znajduje się pogłębiacz walcowy otworu na śrubę z łbem cylindrycznym służącą do mocowania wału. Ta metoda montażu wymaga wału liniowego z wewnętrznym gwintem na przedniej powierzchni. Ten rodzaj mocowania eliminuje potrzebę dalszego mocowania.

Kołnierze ustalające i pierścienie zaciskowe jako podpory wału

Kołnierze ustalające, zwane również pierścieniami zaciskowymi, nadają się do wałów blokujących i mogą działać jako ogranicznik, a także jako urządzenie pozycjonujące. Mocują one wał w określonym wcześniej położeniu. Kołnierz ustalający można zamontować w dowolnym miejscu na wale, co eliminuje konieczność stosowania kołnierza wału. Elastyczne mocowanie umożliwia również zastosowanie kołnierzy ustalających jako wsporników wału na końcu wału. MISUMI oferuje różnorodne konstrukcje:

• Kołnierz ustalający ze śrubą dociskową
• Pierścień zaciskowy z rozcięciem
• Kołnierz ustalający z rozcięciem i dźwignią zaciskową
• Kołnierz ustalający z rowkiem wpustowym

Dwuczęściowe kołnierze ustalające są podzielone w środku. Za pomocą dwóch śrub części te dokręca się do siebie, aby wytworzyć siłę zacisku na wale. Dwuczęściowa konstrukcja umożliwia łatwy montaż w ciasnych przestrzeniach. Podczas konserwacji pierścień ustalający można łatwo zdjąć bez konieczności zdejmowania wału.

Podczas zaciskania za pomocą kołnierzy ustalających z rozcięciami mogą wystąpić duże siły zaciskowe. Położenie można dowolnie wybierać, ponieważ mocowanie nie wymaga płaskiej powierzchni na wale. Zarówno kołnierze ustalające z rozcięciem, jak i dwuczęściowe rozdzielają siłę zaciskową na całej powierzchni styku, co zapewnia wysoki efekt zacisku bez uszkadzania powierzchni wału.

Podpora wału przy ograniczonej przestrzeni montażowej

Podpory wału są używane nie tylko w dużych maszynach. Wały i podpory wałów mogą być również stosowane w mechanice precyzyjnej, np. w urządzeniach optycznych. W tych przypadkach o ograniczonej przestrzeni MISUMI oferuje szczególnie małe i niskoprofilowe bloki łożyskowe. W tych blokach łożyskowych otwory montażowe znajdują się z boku, co umożliwia ich zamontowanie w ciasnych miejscach. W zależności od średnicy wału uzyskana wysokość wału wynosi zatem ok. 5 mm.