Ръководство за натоварвания на лагери

Ръководство за натоварвания на лагери

Натоварването на лагера е тясно свързано с експлоатационния живот и работните характеристики на лагера. Разбирането на натоварването на лагерите е от решаващо значение, когато проектирате нови приложения, адаптирате съществуващи и особено когато анализирате причините за повреда и повреда на лагера. Ако е избран лагер с недостатъчна товароносимост, това може да доведе до преждевременно износване, прегряване и катастрофални последици.

Какво е носещо натоварване?

Просто казано, натоварването на лагера е количеството сила или натиск, упражнени върху лагера. Натоварването на лагера се определя като силата, предавана от един лагерен пръстен на друг през някои или всички търкалящи елементи. Приложените натоварвания обикновено се прехвърлят към вала, след това към вътрешния пръстен на лагера и накрая към външния пръстен на лагера. Големината и посоката на натоварването на лагера зависи от различни фактори, включително тегло на машината, работна скорост, ускорение, забавяне, удар, вибрации, температура и смазване. Неправилното подравняване, монтаж или поддръжка също могат да повлияят на натоварването на лагерите. Носещите натоварвания поддържат много различни комбинации, но повечето видове приложени натоварвания могат да бъдат сведени до следните четири основни типа:

  • Радиално натоварване

  • Натоварване на ос

  • Предварително заредено

  • Центробежен товар

носещо натоварване

Тази статия ще обсъди тези четири вида приложени натоварвания, как те влияят на живота на лагера и избора на лагер, който може най-добре да поддържа подходящото приложено натоварване.

Носещо радиално натоварване

Радиалното натоварване на лагера е силата, действаща върху външния пръстен на лагера, перпендикулярен на оста на вала. Типични примери за радиални натоварвания върху лагерите са теглото на хоризонтални валове, зъбни колела, макари или режещи инструменти. При работа валовият възел избутва радиално вътрешния пръстен на лагера и предава натоварването към външния пръстен на лагера през търкалящите се тела. Радиалните натоварвания обикновено не предават силите към търкалящите се тела по еднакъв и еднакъв начин. Ето защо, когато погледнете товар, виждате разпределение на силата, оформено като камбановидна крива. Търкалящият елемент, който е пряко подложен на приложеното натоварване, е този, който издържа на най-големи сили. След това всеки следващ търкалящ елемент пренася все по-малки и по-малки товари в една посока в друга. За да се изчисли капацитетът на радиално натоварване на лагера, е необходимо да се определи теглото, което се поддържа, и силите, действащи върху него. За да разпределите натоварването между лагерите, уверете се, че изчислените натоварвания са в рамките на максималната товароносимост на лагера, избран съгласно спецификациите на производителя. Ако приложението налага радиални натоварвания върху лагерите, добър вариант биха били радиалните сачмени лагери или лагерите с ъглов контакт.

Радиално натоварване на лагера

Носещо аксиално натоварване

Аксиалното натоварване на лагера е сила, успоредна на оста на вала, действаща върху вътрешния или външния пръстен на лагера, понякога наричана натоварване на натиск. Обикновено ще намерите аксиални натоварвания директно подравнени с вала, точно като свредло. Аксиалните натоварвания са причинени от натиск или напрежение и могат да бъдат еднопосочни или двупосочни. Друг път аксиалните натоварвания могат да бъдат реакционни натоварвания, които са изместени спрямо оста на вала, както в случая на конусни зъбни колела. Аксиалните натоварвания предават силите към търкалящите се тела по еднакъв и равномерен начин, което води до балансирано разпределение на натоварването. Обикновено ще видите, че силата върху всяка топка е равномерно разпределена. Тъй като топката контактува с каналите под ъгъл, резултантната сила ще се излъчва навън и в съответствие с оста на лагера. Ако вашето приложение налага аксиални натоварвания върху лагера, ъглов контактен лагер с по-висок контактен ъгъл (приблизително 25°) би бил добър вариант. Въпреки това, при изместени аксиални натоварвания, моментните сили се упражняват върху вътрешния пръстен, което води до неравномерно разпределение на натоварването върху търкалящите елементи на лагера. За да изчислите капацитета на аксиално натоварване, вземете предвид размера на лагера, материала и геометрията, както и посоката и големината на натоварването. Производителите оценяват лагерите въз основа на стандартизирани формули и тестове. Приложенията с високи аксиални натоварвания включват помпи, автомобилни трансмисии и компресори.

Носещо аксиално натоварване

Предварително натоварване на лагера

Предварителното натоварване на лагера е специален тип аксиално натоварване на лагер (или натоварване на натиск). Предварителното натоварване на лагера е предварително определеното натоварване, приложено към лагера, и трябва да бъде отделено от приложеното натоварване. Добавянето на предварително натоварване на лагера създава оптимална синергия между търкалящи се тела и лагерни колела. Ролята на силата на предварително натоварване на лагера:

  • Предотвратете прекомерното подхлъзване

  • Увеличете твърдостта, намалете вибрациите и триенето при плъзгане

  • Висока точност на работа – дори при променящи се условия на натоварване

  • Увеличете капацитета на натоварване

Като цяло, ако проектирате високоскоростно приложение, обмислете използването на леко предварително натоварване на ъглови контактни лагери. Aubearing препоръчва нашите ъглови контактни лагери SM или ъглови контактни лагери KH. От друга страна, ако проектирате приложение, което изисква стриктна твърдост и точност, тогава може да помислите за прилагане на средно или голямо предварително натоварване към ъгловия контактен лагер. Aubearing препоръчва нашата серия S ъглови контактни лагери.

Поемане на центробежно натоварване

Носещите центробежни натоварвания възникват от скоростта на въртене (RPM) на приложението, особено високоскоростни приложения като турбини и центрофуги. Високоскоростните приложения създават силни центробежни натоварвания, които са един от факторите, които влияят върху способността на приложението да достигне максималната си скорост. Докато търкалящите елементи на вътрешния пръстен се въртят, те искат да се движат тангенциално по права траектория, но външният пръстен трябва да ги принуди да следват дъгата на лагера. Това взаимодействие създава центробежни радиални натоварвания. Центробежната сила е силата, която обект, движещ се по извита траектория, усеща навън, далеч от центъра на въртене. По време на въртене на лагера взаимодействието между търкалящите елементи и външния пръстен генерира центробежни радиални натоварвания, както следва:

  • Вътрешният пръстен върти търкалящите се елементи

  • Търкалящият елемент, който следва движението, иска да продължи да се движи направо по траектория, допирателна към дъгата на въртене

  • Външният пръстен трябва да принуди търкалящите се тела да продължат да се движат по дъгата на лагера

Центробежното натоварване е много важно при избора на подходящи лагери, тъй като влияе върху живота на лагерите. Ако приложението изисква висока скорост, обмислете използването на ъглови контактни лагери с по-малки сачми, като серията KH на Aubearing. Друг вариант е да преминете от носещи стоманени топки към керамични топки. По-малки и/или по-леки топки намаляват въртящата се маса и по този начин прилаганото центробежно натоварване.

Допълнително: херцово контактно налягане

Както беше посочено по-горе, всички натоварвания, които обсъдихме, възникват от контактни сили, които се предават от един лагерен пръстен на друг чрез търкалящите се елементи. Но това, което не споменахме, е, че тази контактна сила създава натиск там, където търкалящите елементи се притискат към пистата; това се нарича херцово контактно налягане или херцово напрежение. Контактното налягане на Hertzian е важен референтен фактор при определяне на количеството и вида на натоварването, което един лагер може да издържи. Способността на лагера да издържи натоварване зависи от това колко близо е херцовото контактно налягане до границата на напрежението на лагера. Колкото по-близо е лагерът до своята граница на напрежение, толкова по-кратко е времето, необходимо на лагера да претърпи пластична деформация.

Например за стомана AISI 52100 лагери, общоприетата граница на напрежение е 4,200 MPa. Aubearing вярва, че херцианското контактно налягане на стоманените топки е по-високо от 1,500 MPa, а това на керамичните топки е по-високо от 1,800 MPa, което е достатъчно, за да се доближи до границата на напрежението и по този начин да окаже значително влияние върху цялостния живот на приложението. Ако приложението има висок херцов стрес, може да са необходими промени в приложението, за да се намали напрежението. Някои решения могат да бъдат промяна на размерите на лагерите, използване на керамични топки или добавяне на лагери към системата, за да се разпредели натоварването.

Сачмени лагери AISI 52100

Изчислете натоварването на лагера

Товароносимостта на лагера може да се изчисли с помощта на различни формули и софтуерни програми, включително тези на производителя на лагера. Съдържание, онлайн калкулатори и анализ на крайните елементи (FEA) симулации. Най-често използваните формули за радиално и аксиално натоварване са:

Радиална товароносимост = (C/P)^(1/3) x Fr
Капацитет на аксиално натоварване = (C0/P)^(1/2) x Fa

Във формулата C е номиналното динамично натоварване, P е еквивалентното динамично натоварване на лагера, C0 е основното статично натоварване, Fr е радиалното натоварване и Fa е аксиалното натоварване. За да получите точни резултати при изчисляване на товароносимостта на лагера, потърсете експертен съвет или използвайте софтуерна програма, предоставена от производителя на лагера.

Изборът на лагери с достатъчен капацитет на центробежен товар е от решаващо значение за високоскоростни приложения, за да се предотврати преждевременна повреда. Центробежните натоварвания могат да причинят деформация на лагера, вибрации и умора. За да изчислите капацитета на центробежен товар, използвайте формули и софтуерни програми като тези, предоставени от производителя. Съдържание, онлайн калкулатори и FEA симулации. Най-често срещаната формула е: центробежна товароносимост = (C0/P) x V^2 x 10^-9. където C0 е номиналното основно статично натоварване, P е еквивалентното динамично натоварване на лагера и V е скоростта на лагера в rpm.

Номинално натоварване на лагера

Ние винаги изразяваме номиналното натоварване на лагера в Kgf (килограмова сила). Това е силата, упражнявана от килограм маса върху повърхността на Земята. На други места може да видите сили, изразени в нютони. Нютон се определя като силата, която ускорява килограм маса с един метър в секунда (или 1 m/s²). Тъй като гравитацията на повърхността на Земята е 9.80665 m/s², 1 Kgf = 9.80665 нютона, но за простота, нека кажем, че 1 Kgf = 10 нютона.

Номинално динамично радиално натоварване

Официалната дефиниция на динамично радиално натоварване е: „постоянно статично радиално натоварване, при което 90% от набор от идентични лагери от хромирана стомана (само вътрешният пръстен се върти) могат да издържат един милион оборота, преди да покажат признаци на умора“. Един милион оборота в минута наистина звучи като голямо число, но нека проверим отново. Ако работят при около 10,000 100 оборота в минута (rpm) с приложено максимално динамично натоварване, лагерите ще издържат само час и половина (приблизително 6 минути). Тези числа се използват за изчисляване на номиналния живот, но лагерите не трябва да се подлагат на подобни натоварвания при нормални приложения, освен ако не очаквате да издържат много дълго. Ако се изисква дълъг живот, най-добре е действителното натоварване да се ограничи до между 12% и 440% от номиналното динамично натоварване на лагера. Може да издържи на по-големи натоварвания, но животът ще бъде съкратен. AISI440C/KSXNUMX лагери от неръждаема стомана ще поддържа приблизително 80% – 85% от натоварването на лагера от хромирана стомана. Товароносимостта на аксиалния лагер се основава на постоянно аксиално натоварване за един милион оборота. Екипът от експерти на Aubearing може да помогне за предоставянето на данни за оценка на живота за различни лагери.

напречен ролков лагер

Номинално статично радиално натоварване

Статичното радиално натоварване е чистото радиално натоварване (или аксиално натоварване за аксиални лагери), което причинява пълна постоянна деформация на сачмата или пистата. Статични натоварвания, близки до това число, могат да бъдат поносими за някои приложения, но не и когато се изисква гладкост или точност. Статичното натоварване на лагерите от неръждаема стомана е приблизително 75% до 80% от натоварването на лагерите от хромирана стомана. Товароносимостта на лагерите може да бъде ограничена от смазката. Някои смазочни материали са подходящи само за леки натоварвания, докато други са предназначени за приложения с високи натоварвания. Лагерите с пълен комплект имат по-високи стойности на натоварване. Капацитетът на аксиално натоварване на радиалните сачмени лагери може да се увеличи чрез определяне на свободна радиална хлабина.

Номинално аксиално натоварване

Типовете лагери за тежък режим на работа като серията 6200 или 6300 могат да се справят с аксиални натоварвания до 50% от номиналното статично радиално натоварване. Поради своите плитки канали, сачмените лагери с дълбоки канали с тънко сечение могат да издържат само аксиални натоварвания между 10% и 30% от номиналното статично радиално натоварване на лагера. Имайте предвид, че тези числа се основават на чисто аксиални натоварвания. Допълнителни радиални натоварвания или моменти (натоварвания от несъосност) ще окажат влияние върху капацитета на аксиално натоварване. Превишаването на общите препоръчителни граници за комбинирани натоварвания ще повлияе неблагоприятно на живота на лагера. Пълните сачмени лагери имат канали за пълнене, обработени на вътрешния и външния пръстен. Този жлеб пречи на въртенето на топката при аксиални натоварвания, така че не се препоръчва използването на пълнокомплектни лагери при аксиални натоварвания.

Ефект от носенето на натоварване върху живота

Изборът на правилните лагери с подходящ капацитет на натоварване е от решаващо значение за ефективната работа и издръжливостта на машините. Твърде малкият капацитет може да доведе до преждевременна повреда, прекъсване, ремонти и рискове за безопасността, докато твърде голямото натоварване може да доведе до прегряване, износване и повишена консумация на енергия. Неправилният капацитет на натоварване може да доведе до катастрофални повреди, опасности за безопасността и скъпоструващи престои. Консултирайте се с експерт или производител на лагери, за да осигурите подходящ капацитет за вашето приложение.
Основният живот на умора, известен като L10, се изчислява като броя обороти, при които 90% от всички лагери в определена група достигат или надвишават изчисленото време до повреда (вероятност за повреда: 10%). Потърсете динамичния капацитет на лагера в каталог, преценете радиалното натоварване и скоростта на въртене и можете да изчислите своя собствена Живот на лагер L10. Изчислението на живота на L10 показва живота на лагера при вашите работни условия с 90% точност.

Следователно натоварванията обикновено се получават чрез умножаване на теоретичните стойности с различни фактори във времето. Включени са много математика, но можете да намерите информацията на уебсайта на Aubearing.

Изберете правилния лагер

Когато избирате лагери, вземете предвид изискванията за приложение, вида на натоварването, скоростта, околната среда и температурата. Сачмените лагери са подходящи за ниски до средни натоварвания, докато ролковите са подходящи за по-високи натоварвания. Плъзгащите лагери са подходящи за машини с ниска скорост и високо натоварване. Поддържайте лагерите с редовна проверка, почистване и смазване, за да осигурите оптимална работа и експлоатационен живот. Има редица неща, които производителите могат да направят, за да гарантират, че техните лагери имат дълъг и успешен експлоатационен живот. Първата стъпка е да се ограничат радиалните натоварвания до между 6% и 12% от номиналното динамично натоварване на лагера. Въпреки че лагерите могат да издържат на по-високи натоварвания, животът им е съкратен.

Следващата стъпка е да изберете правилния материал. Опитът на Aubearing като специалист в миниатюрни лагери с тънък профил, устойчиви на корозия и керамични лагери Изборът на правилния тип лагер също може да има значение. Въпреки че всички радиални сачмени лагери имат известен капацитет на натоварване, ако са налице по-големи натоварвания на натиск, обикновено е по-добре да се използват тежки лагери с дълбоки канали, тъй като тези лагери могат да издържат на аксиални натоварвания до 50% от статичното радиално натоварване. Товароносимост.

Въпреки че тънкостенните лагери (където разликата между вътрешния и външния диаметър на лагера е малка) са чудесни за компактност и спестяване на тегло. Тъй като каналите са плитки, те могат да поддържат само аксиални натоварвания между 10% и 30% от номиналното статично радиално натоварване на лагера. Допълнителните радиални натоварвания или моментни натоварвания допълнително ще намалят възможностите за натоварване на тягата. Прекомерните натоварвания на тягата върху тънкостенните лагери могат да доведат до опасно приближаване на сачмите до горната част на пистата. Избирайки правилния тип лагер и отчитайки ключовите фактори, които контролират радиалните и осовите натоварвания, инженерите могат да гарантират, че продължават да правят иновации, като същевременно осигуряват най-високи нива на точност, гладкост и живот на лагера.

лагери с тънък профил

Заключение

За да изберете правилния лагер за дадено приложение, е изключително важно да разберете натоварването на лагера. Радиалните, аксиалните и центробежните натоварвания определят подходящата товароносимост. Aubearing предлага широка гама от лагери, подходящи за различни условия и приложения, както и висококачествени продукти и експертни съвети. Aubearing произвежда предимно сачмени лагери и ролкови лагери за употреба в различни индустрии в Съединените щати и по света.

Нашите индустриални лагери трябва не само да осигуряват дълъг експлоатационен живот според стандартите за умора при търкаляне, но също така трябва да бъдат структурно държани заедно, за да предпазват от удар, претоварване и случайни отклонения при висока скорост. За тази цел дизайнът на всеки лагер е оптимизиран, включително нашите лагери с голям отвор.