Guia sobre càrregues de suport

Guia sobre càrregues de suport

La càrrega del coixinet està estretament relacionada amb la vida útil i el rendiment de treball del coixinet. Entendre les càrregues dels coixinets és fonamental a l'hora de dissenyar noves aplicacions, adaptar les existents i, sobretot, a l'hora d'analitzar les causes de la fallada i la fallada dels coixinets. Si es selecciona un coixinet amb una capacitat de càrrega insuficient, pot provocar un desgast prematur, sobreescalfament i conseqüències catastròfiques.

Què és la càrrega del coixinet?

En poques paraules, la càrrega del coixinet és la quantitat de força o pressió exercida sobre el coixinet. La càrrega del coixinet es defineix com la força transmesa d'un anell de coixinet a un altre a través d'alguns o tots els elements rodants. Les càrregues aplicades es transfereixen normalment a l'eix, després a l'anell interior del coixinet i, finalment, a l'anell exterior del coixinet. La magnitud i la direcció de les càrregues dels coixinets depenen de diversos factors, com ara el pes de la màquina, la velocitat de funcionament, l'acceleració, la desacceleració, el xoc, la vibració, la temperatura i la lubricació. L'alineació, la instal·lació o el manteniment incorrectes també poden afectar les càrregues dels coixinets. Les càrregues dels coixinets admeten moltes combinacions diferents, però la majoria dels tipus de càrregues aplicades es poden reduir als quatre tipus principals següents:

  • Càrrega radial

  • Càrrega de l'eix

  • Precarregat

  • Càrrega centrífuga

càrrega del coixinet

Aquest article tractarà aquests quatre tipus de càrregues aplicades, com afecta la vida del coixinet i es seleccionarà quin coixinet pot suportar millor la càrrega aplicada adequada.

Porta càrrega radial

La càrrega radial del coixinet és la força que actua sobre l'anell exterior del coixinet perpendicular a l'eix de l'eix. Exemples típics de càrregues radials als coixinets són el pes dels conjunts d'eix horitzontal, engranatges, politges o eines de tall. Quan es treballa, el conjunt de l'eix empeny radialment l'anell interior del coixinet i transmet la càrrega a l'anell exterior del coixinet a través dels elements rodants. En general, les càrregues radials no transmeten forces als elements rodants de manera igual i uniforme. És per això que quan mireu una càrrega, observeu una distribució de forces en forma de corba de campana. L'element rodant que està sotmès directament a la càrrega aplicada és el que suporta les forces més grans. A continuació, cada element rodant successiu transfereix càrregues cada cop més petites en una direcció a l'altra. Per calcular la capacitat de càrrega radial d'un coixinet, cal determinar el pes que suporta i les forces que hi actuen. Per distribuir la càrrega entre coixinets, assegureu-vos que les càrregues calculades estiguin dins de la capacitat de càrrega màxima del coixinet seleccionat segons les especificacions del fabricant. Si l'aplicació imposa càrregues radials als coixinets, els coixinets de boles radials o els coixinets de contacte angular serien una bona opció.

Coixinet de càrrega radial

Coixinet de càrrega axial

La càrrega axial del coixinet és una força paral·lela a l'eix de l'eix, que actua sobre l'anell interior o exterior del coixinet, de vegades anomenada càrrega d'empenta. Normalment trobareu càrregues axials directament alineades amb l'eix, igual que una broca. Les càrregues axials són causades per l'empenta o la tensió i poden ser unidireccionals o bidireccionals. Altres vegades, les càrregues axials poden ser càrregues de reacció que es desplacen de l'eix de l'eix, com en el cas dels engranatges cònics. Les càrregues axials transfereixen les forces als elements rodants d'una manera igual i uniforme, donant lloc a una distribució equilibrada de la càrrega. Normalment veuràs que la força de cada bola es distribueix uniformement. Com que la bola entra en contacte amb la pista de rodadura en un angle, la força resultant irradiarà cap a fora i en línia amb l'eix del coixinet. Si la vostra aplicació imposa càrregues axials al coixinet, un coixinet de contacte angular amb un angle de contacte més elevat (aproximadament 25 °) seria una bona opció. No obstant això, amb càrregues axials compensades, les forces de moment s'exerceixen sobre l'anell interior, donant lloc a una distribució desigual de la càrrega en els elements rodants del coixinet. Per calcular la capacitat de càrrega axial, tingueu en compte la mida del coixinet, el material i la geometria, així com la direcció i la magnitud de la càrrega. Els fabricants valoren els coixinets en funció de fórmules i proves estandarditzades. Les aplicacions amb càrregues axials elevades inclouen bombes, transmissions d'automòbils i compressors.

Coixinet de càrrega axial

Precàrrega del coixinet

La precàrrega del coixinet és un tipus especial de càrrega axial del coixinet (o càrrega d'empenta). La precàrrega del coixinet és la càrrega predeterminada aplicada al coixinet i s'ha de separar de la càrrega aplicada. L'addició de la precàrrega del coixinet crea una sinergia òptima entre els elements rodants i les pistes del coixinet. El paper de la força de precàrrega del coixinet:

  • Evitar lliscaments excessius

  • Augmenta la rigidesa, redueix la vibració i la fricció de lliscament

  • Alta precisió de funcionament, fins i tot amb condicions de càrrega canviants

  • Augmentar la capacitat de càrrega

En general, si esteu dissenyant una aplicació d'alta velocitat, considereu utilitzar una precàrrega lleugera en coixinets de contacte angular. Aubearing recomana els nostres coixinets de contacte angular SM o els coixinets de contacte angular KH. D'altra banda, si esteu dissenyant una aplicació que requereix una rigidesa i precisió estrictes, és possible que vulgueu considerar l'aplicació de precàrregues mitjanes o pesades al coixinet de contacte angular. Aubearing recomana la nostra sèrie de coixinets de contacte angular S.

Porta càrrega centrífuga

Les càrregues centrífugues dels coixinets sorgeixen de la velocitat de rotació (RPM) de l'aplicació, especialment aplicacions d'alta velocitat com ara turbines i centrífugues. Les aplicacions d'alta velocitat creen fortes càrregues centrífugues, que són un dels factors que afecten la capacitat de l'aplicació per assolir la seva velocitat màxima. Quan els elements rodants de l'anell interior giren, volen moure's tangencialment per un camí recte, però l'anell exterior els ha d'obligar a seguir l'arc del coixinet. Aquesta interacció crea càrregues radials centrífugues. La força centrífuga és la força que sent un objecte que es mou al llarg d'una trajectòria corba cap a fora del centre de rotació. Durant la rotació del coixinet, la interacció entre els elements rodants i l'anell exterior genera càrregues radials centrífugues, de la següent manera:

  • L'anell interior fa girar els elements rodants

  • Un element rodant que segueix el moviment vol continuar movent-se recte per una trajectòria tangent a l'arc de gir

  • L'anell exterior ha de forçar els elements rodants a continuar movent-se al llarg de l'arc del coixinet

La càrrega centrífuga és molt important per seleccionar els coixinets adequats, ja que afecta la vida útil del coixinet. Si l'aplicació requereix alta velocitat, considereu l'ús d'un coixinet de contacte angular amb boles més petites, com la sèrie KH d'Aubearing. Una altra opció és canviar de boles d'acer de rodament a boles de ceràmica. Les boles més petites i/o lleugeres redueixen la massa giratòria i, per tant, la càrrega centrífuga aplicada.

Extra: pressió de contacte hertziana

Com s'ha dit anteriorment, totes les càrregues que hem comentat sorgeixen de forces de contacte que es transmeten d'un anell de coixinet a un altre a través dels elements rodants. Però el que no hem esmentat és que aquesta força de contacte crea pressió on els elements rodants empenyen contra la pista; això s'anomena pressió de contacte hertziana o estrès hertzià. La pressió de contacte hertziana és un factor de referència important per determinar la quantitat i el tipus de càrrega que pot suportar un coixinet. La capacitat d'un coixinet per suportar una càrrega depèn de la proximitat de la pressió de contacte hertziana al límit de tensió del coixinet. Com més a prop estigui el coixinet del seu límit de tensió, més curt serà el temps necessari perquè el coixinet sofreixi una deformació plàstica.

Per exemple, per a acer AISI 52100 rodaments de boles, the generally accepted stress limit is 4,200 MPa. Aubearing believes that the Hertzian contact pressure of steel balls is higher than 1,500 MPa and that of ceramic balls is higher than 1,800 MPa, which is enough to approach the stress limit and thus have a significant impact on the overall life of the application. If the application has high hertz stress, changes to the application may be required to reduce the stress. Some solutions could be changing bearing sizes, using ceramic balls, or adding bearings to the system to help distribute the load.

Coixinets de boles AISI 52100

Calcular les càrregues dels coixinets

La capacitat de càrrega del coixinet es pot calcular mitjançant una varietat de fórmules i programes de programari, inclosos els del fabricant del coixinet. Taula de continguts, calculadores en línia i anàlisi d'elements finits (FEA) simulacions. Les fórmules de càrrega radial i axial més utilitzades són:

Capacitat de càrrega radial = (C/P)^(1/3) x Fr
Capacitat de càrrega axial = (C0/P)^(1/2) x Fa

A la fórmula, C és la capacitat de càrrega dinàmica bàsica, P és la càrrega dinàmica equivalent del coixinet, C0 és la capacitat de càrrega estàtica bàsica, Fr és la càrrega radial i Fa és la càrrega axial. Per obtenir resultats precisos en calcular la capacitat de càrrega del coixinet, demaneu assessorament a un expert o utilitzeu un programa de programari proporcionat pel fabricant del coixinet.

La selecció de coixinets amb una capacitat de càrrega centrífuga suficient és fonamental per a aplicacions d'alta velocitat per evitar fallades prematures. Les càrregues centrífugues poden provocar deformacions, vibracions i fatiga dels coixinets. Per calcular la capacitat de càrrega centrífuga, utilitzeu fórmules i programes de programari com els proporcionats pel fabricant. Índex de continguts, calculadores en línia i simulacions FEA. La fórmula més comuna és: capacitat de càrrega centrífuga = (C0/P) x V^2 x 10^-9. on C0 és la capacitat de càrrega estàtica bàsica, P és la càrrega dinàmica del coixinet equivalent i V és la velocitat del coixinet en rpm.

Càrrega nominal del coixinet

Sempre expressem la capacitat de càrrega d'un coixinet en Kgf (quilogram de força). Aquesta és la força que exerceix un quilogram de massa sobre la superfície de la Terra. En altres llocs, podeu veure forces expressades en Newtons. Newton es defineix com la força que accelera un quilogram de massa a un metre per segon (o 1 m/s²). Com que la gravetat a la superfície de la Terra és de 9.80665 m/s², 1 Kgf = 9.80665 Newtons, però per simplificar-ho, diguem que 1 Kgf = 10 Newtons.

Càrrega radial dinàmica nominal

La definició oficial d'una capacitat de càrrega radial dinàmica és: "una càrrega radial estàtica constant a la qual el 90% d'un conjunt de coixinets idèntics d'acer al crom (amb només l'anell interior girant) pot suportar un milió de revolucions abans de mostrar signes de fatiga". Un milió de rpm sona com un gran nombre, però tornem a comprovar-ho. Si es fessin funcionar a unes 10,000 revolucions per minut (rpm) amb la càrrega dinàmica màxima aplicada, els coixinets només durarien una hora i mitja (uns 100 minuts). Aquests números s'utilitzen per calcular la vida útil, però els coixinets no s'han de sotmetre a aquestes càrregues en aplicacions normals tret que no espereu que durin molt de temps. Si es requereix una llarga vida útil, el millor és limitar la càrrega real entre el 6% i el 12% de la capacitat de càrrega dinàmica del coixinet. Pot suportar càrregues més pesades, però la vida útil s'escurçarà. AISI440C/KS440 coixinets d'acer inoxidable suportarà aproximadament el 80% - 85% de la càrrega del coixinet d'acer al crom. La capacitat de càrrega d'un coixinet d'empenta es basa en una càrrega axial constant durant un milió de revolucions. L'equip d'experts d'Aubearing pot ajudar a proporcionar dades de valoració de vida útil per a una varietat de coixinets diferents.

coixinet de rodets transversal

Càrrega radial estàtica nominal

La càrrega radial estàtica és la càrrega radial pura (o càrrega axial per als coixinets d'empenta) que provoca una deformació permanent completa de la bola o de la pista. Les càrregues estàtiques properes a aquest nombre poden ser suportables per a algunes aplicacions, però no quan es requereixi suavitat o precisió. La capacitat de càrrega estàtica dels coixinets d'acer inoxidable és aproximadament del 75% al ​​80% de la capacitat de càrrega dels coixinets d'acer al crom. La capacitat de càrrega dels coixinets pot estar limitada pel lubricant. Alguns lubricants només són adequats per a càrregues lleugeres, mentre que altres estan dissenyats per a aplicacions de càrrega elevada. Els coixinets de complement complet tenen capacitats de càrrega més altes. La capacitat de càrrega axial dels coixinets de boles radials es pot augmentar especificant el joc radial solt.

Càrrega axial nominal

Els tipus de coixinets resistents, com ara la sèrie 6200 o 6300, poden suportar càrregues axials fins al 50% de la càrrega radial estàtica nominal. A causa de les seves pistes de rodadura poc profundes, els coixinets de boles profunds de secció prima només poden suportar càrregues axials entre el 10% i el 30% de la càrrega radial estàtica nominal del coixinet. Tingueu en compte que aquests números es basen en càrregues purament axials. Les càrregues o moments radials addicionals (càrregues de desalineació) tindran un impacte en la capacitat de càrrega axial. Superar els límits totals recomanats per a càrregues combinades afectarà negativament la vida útil del coixinet. Els coixinets de boles de complement complet tenen ranures d'ompliment mecanitzades als anells interior i exterior. Aquesta ranura interfereix amb la rotació de la bola sota càrregues axials, per la qual cosa no es recomana l'ús de coixinets de complement complet sota càrregues axials.

Efecte de la càrrega del coixinet sobre la vida útil

La selecció dels coixinets adequats amb una capacitat de càrrega adequada és fonamental per al funcionament eficient i la durabilitat de la maquinària. Una capacitat massa escassa pot provocar fallades prematures, temps d'inactivitat, reparacions i riscos de seguretat, mentre que una càrrega excessiva pot provocar un sobreescalfament, desgast i un augment del consum d'energia. La capacitat de càrrega incorrecta pot provocar fallades catastròfiques, perills de seguretat i temps d'inactivitat costosos. Consulteu un expert o fabricant de coixinets per garantir la capacitat adequada per a la vostra aplicació.
La vida a fatiga bàsica, coneguda com L10, es calcula com el nombre de revolucions en què el 90% de tots els coixinets d'un grup específic assoleixen o superen el temps calculat fins a la fallada (probabilitat de fallada: 10%). Busqueu la capacitat dinàmica del coixinet en un catàleg, estimeu la càrrega radial i la velocitat de rotació i podeu calcular la vostra Vida útil del coixinet L10. El càlcul de vida útil L10 indica la vida útil del coixinet en les vostres condicions de funcionament amb un 90% de precisió.

Per tant, les càrregues solen obtenir-se multiplicant els valors teòrics per diversos factors al llarg del temps. Hi ha moltes matemàtiques, però podeu trobar la informació al lloc web d'Aubearing.

Trieu el coixinet adequat

Quan escolliu els coixinets, tingueu en compte els requisits de l'aplicació, el tipus de càrrega, la velocitat, l'entorn i la temperatura. Els coixinets de boles són adequats per a càrregues baixes i mitjanes, mentre que els coixinets de rodets són adequats per a càrregues més altes. Els coixinets lliscants són adequats per a maquinària de baixa velocitat i alta càrrega. Manteniu els coixinets amb inspeccions, neteja i lubricació periòdiques per garantir un rendiment i una vida útil òptims. Hi ha una sèrie de coses que els fabricants poden fer per garantir que els seus coixinets tinguin una vida útil llarga i exitosa. El primer pas és limitar les càrregues radials entre el 6% i el 12% de la capacitat de càrrega dinàmica del coixinet. Tot i que els coixinets poden suportar càrregues més altes, la seva vida útil s'escurça.

El següent pas és triar el material adequat. L'experiència d'Aubearing com a especialista en coixinets de secció fina, resistents a la corrosió, en miniatura i coixinets ceràmics L'elecció del tipus de coixinet adequat també pot marcar la diferència. Tot i que tots els coixinets de boles radials tenen una certa capacitat de càrrega d'empenta, si hi ha càrregues d'empenta més grans, normalment és millor utilitzar coixinets resistents amb pistes profundes, ja que aquests coixinets poden suportar càrregues axials fins al 50% de la càrrega radial estàtica. Valoració de càrrega.

Tot i que els coixinets de parets primes (on la diferència entre els diàmetres interior i exterior del coixinet és petita) són excel·lents per a la compacitat i l'estalvi de pes. Com que els canals són poc profunds, només poden suportar càrregues axials entre el 10% i el 30% de la càrrega radial estàtica nominal del coixinet. Les càrregues radials addicionals o càrregues de moment reduiran encara més les capacitats de càrrega d'empenta. Les càrregues d'empenta excessives als coixinets de parets primes poden fer que les boles s'apropin perillosament a la part superior de la pista. En seleccionar el tipus de coixinet adequat i tenint en compte els factors clau que controlen les càrregues radials i d'empenta, els enginyers poden assegurar-se que segueixen innovant alhora que ofereixen els nivells més alts de precisió, suavitat i vida útil del coixinet.

coixinets de secció prima

Conclusió

Per seleccionar el coixinet correcte per a una aplicació, és fonamental entendre les càrregues del coixinet. Les càrregues radials, axials i centrífugues determinen la capacitat de càrrega adequada. Aubearing ofereix una àmplia gamma de coixinets adequats per a diferents condicions i aplicacions, així com productes d'alta qualitat i assessorament expert. Aubearing fabrica principalment coixinets de boles i de rodets per al seu ús en diverses indústries als Estats Units i a tot el món.

Els nostres coixinets de grau industrial no només han de proporcionar una llarga vida útil segons els estàndards de fatiga de rodament, sinó que també s'han de mantenir units estructuralment per protegir-se dels cops, la sobrecàrrega i les excursions ocasionals d'alta velocitat. Amb aquesta finalitat, s'optimitza el disseny de tots els coixinets, inclosos els nostres coixinets de gran forat.