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2018/7/15

NSK 角接觸(斜角)滾珠軸承選用範例

之前有介紹過滾動軸承的種類,可以參考:滾動軸承的型式

負載作用與精度要求方向對選用軸承型式非常的重要,
可以參考下表圖示:
滾動軸承的特性表-1,
圖片來源:NSK型錄,以下未註明圖片來源同

滾動軸承的特性表-2
如果今天有一個水平轉動軸,設計上要求在水平方向(上下偏擺)要有一定的精度,
一般我們會選擇深槽滾珠軸承,支撐水平方向的負載;
軸承安裝型式:深槽滾珠軸承,可以承受適當範圍內的軸向負載,

但是深槽滾珠軸承從結構上來看,在軸向上能夠承受的力量很有限:
深槽滾珠軸承,可以承受軸向負載,但是並不好
在軸向的力量會造成軸在軸向產生移位,
造成在軸向上的精度並不好。

所以軸承除了承載水平負載跟軸向負載時,
角接觸滾珠 (Angular Contact Ball Bearing) 會是主要的型式,
在台灣習慣上是稱為"斜角滾珠軸承":
角接觸滾珠軸承,可以承受徑向與軸向負載
自動調心軸承相對在徑向跟軸向負載的承受力都不好
也有少數例子若徑向負載小可使用四點接觸軸承,
至於自動調心軸承就很不適合用在需要能夠抵夠軸向負載的狀況。

使用角接觸軸承時,變化很多,其中要特別注意軸負載方向,
如果軸向負載只有單邊,可以使用單列角接觸軸承抵抗軸負載方向,
如下圖示:
注意軸向負載方向與斜角滾珠軸承的角接觸方向

如果是雙向的軸向負載就必須選擇雙列角接觸滾珠軸承,
雙列的角接觸滾珠軸承還有角度方向排列的組合:
DB:背對背組合的雙列斜角滾珠軸承,最常使用
DF:面對面組合的雙列斜角滾珠軸承
DT:相同方向的雙列斜角準珠軸承

如果負載主要是很大的軸向推力,就必要使用到止推軸承 (Thrust bearing):
止推軸承可以承受很大的軸向負載,但是在徑向負載幾乎完全不行
但是因為止推軸承在徑向負載跟力矩的承受能力很差,很少會單獨使用,所以在精密設備上會組合成以下型式:


以下針對一個需要軸向精度的水平轉動軸用角接觸軸承選用作說明。

需求:水平低速轉動軸支撐,
會承受相對徑向軸承很小的軸向負載,
但是對徑向與軸向的精度要求都很高。

負載型態:
水平軸:軸自重造成大的徑向負載,
軸向精度要求:需要能夠抵抗軸向雙向的負載,但是不需要支撐很大的軸向負載。

所以若使用一般的深槽滾珠軸承,在軸向方向的精度可能會不夠,
從NSK的選型表格中來看多列斜角滾柱軸承是不錯的選擇,球型滾柱軸也不錯:
斜角滾柱軸承負載型態,圖片來源:NSK型錄
但是這兩種軸承不常用也少,代表價格高且交期久,
所以雖然從負載型態來看很適合,但是買起來卻麻煩。

所以還是選擇比較容易買的角接觸滾珠軸承:

既然是精度要求高,那就要從NSK的 "Precision Bearing" 型錄去找,
角接觸軸承型號選擇
圖片來源:NSK
如果速度範圍在低速度,可以先不看NSKROBUST系列,只需要看 Standard Series

1. Bearing type:7 是NSK 斜角滾珠軸承標準系列。

2. & 3.  Dimension series & Bore Number:這兩個號碼代表了軸承的大小尺寸。

4. Contact Angle:C是15度、A5是25度、A是30度。
斜角滾珠角度的影響

5~7、10、15. 是NSKROBUST系列專用選項,可以先略過。

8. Material:指得是鋼珠的材質,如果沒有任何標示,使用的是鋼珠 (一般是用 SUJ2),如果標 SN24用的是陶磁鋼珠。

9. Cage:滾珠的保持器材質,保持器的作用可以固定鋼珠間距,防止鋼珠發生碰撞磨損與產生噪音,標準系列的斜角裩珠軸承有3種材質可以選:TYN( Polyamide,尼龍,轉速極限 120萬),T (Phenolic,酚醛樹脂,轉速極限280萬),MY (Brass,黃銅,轉速極限80萬)。

11. Seal:內外環之間是否安裝密封環,如果未標示為開放式,標示V1V為兩側加裝非接觸式橡膠密封環。

12. Arrangement:軸承排列方式,SU (單一),DB/DF/DT (雙列),DBD/DFD/DTD(三列),DBB/DFF/DTT/DBT/DFT (四列)。

13. Preload:預負載,通常是使用不同直徑鋼珠套入內外環之間,目的消除內外環與鋼珠之間的間隙:
EL,Extra Light Preload,極輕預載,轉動阻力最小,但是在比較大負載的情況下會產生間隙;
其他有 L (Light Preload)/M (Medium Preload)/H (Heavy Preload)。
另外因應極大負載造成的變形,可以選擇CP (Special preload,增加兩個並列軸承內環之間的間隙)或CA (Special Clearance,增加兩個並列軸承外環之間的間隙)。
斜角滾珠軸承預載的影響

14. Accuracy:精度,製造上的內外環尺寸精度,有 P2/P4/P5 三種對應到 ISO Class 2/4/5 標準精度等級,跟P3/P4Y特殊精度等級。

16. Grease brand:使用的潤滑劑,滾動軸承一般有MTS (-40~130度,動態黏度 22 cs)、MTE (-20~130度,動態黏度 23 cs);可不可以加其他潤滑油,如 FM1 (-40~160度,動態黏度 85 cs)就不知道。

17. Grease quantity:潤滑填充量,X (15% 的軸承內空間),K (20% 的軸承內空間),L (30% 的軸承內空間)。

所以跟NSK訂斜角滾珠軸承完整的型號可以表示如下:

7016C-SN24-MY-V1V-DB-L-P2-MTE-X
7016表示是用內環內徑(軸徑) d=80,外環 D=125,
C:斜角15度,
SN24:使用陶磁鋼珠,
V1V兩側密封,
DB,背對背雙列,
L:輕預載,
P2:精度等級2,
MTE:使用MTE潤滑油,
X:填充量15%。

參考資料:
NSK型錄:
1. Rolling Bearings
2. Super Precision Bearings

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