Was ist der Unterschied zwischen der O-Anordnung und X-Anordnung von Schrägkugellagern?

Wälzlager sind entscheidende Komponenten rotierender Anlagen. Die Belastung der Anlage, ob axial oder radial, wird letztlich über die Lager auf die Stütze der Anlage übertragen.

Die Auswahl der Lager wird durch verschiedene Betriebsbedingungen bestimmt, wie z. B. Konstruktion, Belastungen, Lageranordnung, Art der Schmierung usw. Die Auswahl des richtigen Lagers ist zwar wichtig, aber die richtige Montage ist noch wichtiger. Die Einhaltung der korrekten Montageverfahren ist der Schlüssel zur Erreichung der erwarteten Lagerlebensdauer.

Es ist wichtig, die Konfiguration des gepaarten Lagers bei der Auswahl und Montage zu verstehen. Eine falsche Montage und mangelndes Verständnis für Anwendung der Anlage können zu Betriebsproblemen wie Schlupf oder Überhitzung führen.

 Abbildung 1: Kombination von gepaarten Lagern (Tandem, O-Anordnung, X-Anordnung)

Gepaarte Lager sind eine Kombination aus zwei Lagern. Der gleiche Typ von einreihigen Schrägkugellagern und Kegelrollenlagern wird entweder in einer O-Anordnung (divergierende Belastungslinien) oder in X-Anordnung (konvergierende Belastungslinien) installiert und der axialen Vorspannung ausgesetzt. Wenn gepaarte Lager auf einer Welle montiert werden, werden die Innen- oder Außenringe mit Vorspannung festgeklemmt, was größere radiale und axiale Steifigkeit bietet.

1. O-Anordnung:

Diese Konfiguration (bei gepaarten Lagern in der Regel mit dem Suffix DB gekennzeichnet) bietet die größte Stabilität und Steifigkeit. Bei dieser Anordnung berühren die Stirnflächen der Innenringe zur Vorspannung einander. Die Baugruppe kann axiale Belastungen in beide Richtungen sowie Radialbelastungen aufnehmen.

Abbildung 2: O-Anordnung

Warum bietet diese Anordnung höhere Steifigkeit und Stabilität?

Zwischen dem Innen- und dem Außenring befindet sich eine Kombination aus Käfig und Wälzkörpern. Wenn der Innenring gedrückt wird, werden die Wälzkörper in Richtung des Außenrings gedrückt. Die Wälzkörper werden auch durch den Außenring des Lagers eingeschränkt. Daher übt der Außenring eine Reaktionskraft auf die angewendete Belastung aus, die zur Mittellinie der Welle hin gerichtet ist. Je nach Berührungswinkel weichen die Reaktionskräfte der beiden Lager voneinander ab und der Abstand zwischen den beiden entgegengesetzten Kräften beträgt L (siehe Abbildung 2).

Da L größer ist als die Breite des Lagers, weist die O-Anordnung bessere Widerstandsfähigkeit gegen Momentkräfte innerhalb des Lagersystems auf.

Zusammenfassung der Vorteile der O-Konfiguration:

Hohe Steifigkeit

Kann Momentenlast standhalten

Anwendungen der O-Konfiguration in Zentrifugalpumpen:

Kürzere Pumpenwellen, wie einstufige Tragträger-Zentrifugalpumpen, kleine Pumpen mit doppelten Unterstützungen usw.

Höhere Steifigkeitsanforderungen

Bei Hochgeschwindigkeitsanwendungen werden häufig Installationsmethoden mit Vorspannung verwendet.

2. X-Anordnung:

Diese Konfiguration (in der Regel durch das Suffix DF bei gepaarten Lagern gekennzeichnet) kann eine gewisse Schiefstellung tolerieren, kann jedoch Momentenlasten nicht so effektiv aufnehmen wie die O-Anordnung. Wenn Schiefstellung zwischen den Lagerpositionen nicht vermieden werden kann, wird die Verwendung der X-Anordnung empfohlen.

Abbildung 3: X-Anordnung

Bei dieser Anordnung laufen die Belastungslinien im Vergleich zur O-Anordnung nach innen zusammen, wodurch sich die Spannweite L verringert (siehe Abbildung 3). Daher ist die Steifigkeit geringer und die Schiefstellungen höher.

Zusammenfassung der Vorteile der X-Anordnung:

Gleicht eine gewisse Schiefstellung aus, aber die Steifigkeit ist nicht so gut wie bei der O-Anordnung

Anwendungen der X-Anordnung in Zentrifugalpumpen:

Längere Pumpenwellen, wie z. B. bei Überhängende Zentrifugalpumpen

Bei Hochgeschwindigkeitsanwendungen werden häufig Installationsmethoden mit Vorspannung verwendet

3. Lagerluft und Vorspannung:

Die Oberflächen der Lager, die für die Paarung verwendet werden, müssen präzise bearbeitet und geschliffen werden, um bei der Installation Vorspannung zu erzeugen. Die Vorspannung wird durch Zusammendrücken des Spalts zwischen den Stirnflächen der Außen- oder Innenringe erreicht, je nach Art der Anordnung.

In Abbildung 4 verbleibt zwischen den Außenring-Stirnflächen ein gewisser Spalt, der die axiale Lagerluft darstellt, wenn die Innenringe in O-Anordnung geklemmt werden.

Wenn die Außenringe in X-Anordnung geklemmt werden, verbleibt ein ähnlicher Spalt zwischen den Innenring-Stirnflächen, der auch die axiale Lagerluft des Lagersatzes darstellt.

 Abbildung 4: Einbau mit Lagerluft

In Abbildung 5 wird die Kraft durch die Wälzkörper auf den Außenring übertragen, wenn die Innenringe in O-Anordnung geklemmt werden, wodurch Widerstand zwischen dem Außenring und seiner Stirnfläche erzeugt wird, wobei sowohl die Innen- als auch die Außenringe die Wälzkörper zusammendrücken und das Lager in negative Lagerluft verwandelt.

Wenn die Außenringe in X-Anordnung eingespannt sind, wird die Kraft durch die Wälzkörper auf den Innenring übertragen, wodurch Widerstand zwischen dem Innenring und seiner Stirnfläche erzeugt wird, wobei sowohl der Innen- als auch der Außenring die Wälzkörper zusammendrücken und das Lager in negative Lagerluft verwandelt.

Abbildung 5: Vorgespanntes Lager

Je nach Anwendung kann es erforderlich sein, die Lagerkonfiguration vorzuspannen. Zum Beispiel:

Wenn hohe Steifigkeit oder Positionskontrolle erforderlich ist, ist Vorspannung angebracht.

Wenn das Lager während des Betriebs sehr geringer oder keiner externen Belastung ausgesetzt ist, ist die Vorspannung erforderlich, um die Mindestbelastung sicherzustellen.

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