Veiledning om lagerbelastninger

Veiledning om lagerbelastninger

Lagerbelastning er nært knyttet til levetiden og arbeidsytelsen til lageret. Å forstå lagerbelastninger er avgjørende når du designer nye applikasjoner, tilpasser eksisterende, og spesielt når du analyserer årsakene til lagerfeil og feil. Hvis et lager velges med utilstrekkelig lastekapasitet, kan det føre til for tidlig slitasje, overoppheting og katastrofale konsekvenser.

Hva er bærende belastning?

Enkelt sagt er lagerbelastning mengden kraft eller trykk som utøves på lageret. Lagerbelastning er definert som kraften som overføres fra en lagerring til en annen gjennom noen eller alle rulleelementene. Påførte belastninger overføres vanligvis til akselen, deretter til den indre ringen av lageret, og til slutt til den ytre ringen av lageret. Størrelsen og retningen til lagerbelastninger avhenger av en rekke faktorer, inkludert maskinvekt, driftshastighet, akselerasjon, retardasjon, sjokk, vibrasjon, temperatur og smøring. Feil justering, installasjon eller vedlikehold kan også påvirke lagerbelastninger. Bærelaster støtter mange forskjellige kombinasjoner, men de fleste typer påførte laster kan kokes ned til følgende fire hovedtyper:

  • Radiell belastning

  • Akselast

  • forhåndslastet

  • Sentrifugalbelastning

bærende belastning

Denne artikkelen vil diskutere disse fire typene påførte belastninger, hvordan det påvirker lagerets levetid, og velge hvilket lager som best kan støtte den aktuelle påførte belastningen.

Lager radiell belastning

Lagerets radielle belastning er kraften som virker på lagerets ytre ring vinkelrett på akselens akse. Typiske eksempler på radiell belastning på lagre er vekten av horisontale akselenheter, tannhjul, trinser eller skjæreverktøy. Under arbeid skyver akselenheten radialt den indre ringen til lageret og overfører belastningen til den ytre ringen av lageret gjennom rulleelementene. Radielle laster overfører vanligvis ikke krefter til rulleelementene på en lik og jevn måte. Det er derfor når du ser på en last, ser du en kraftfordeling formet som en klokkekurve. Det rullende elementet som er direkte utsatt for den påførte belastningen er det som tåler de største kreftene. Hvert påfølgende rulleelement overfører så mindre og mindre laster i en retning til den andre. For å beregne den radielle belastningskapasiteten til et lager, er det nødvendig å bestemme vekten som støttes og kreftene som virker på den. For å fordele belastningen mellom lagrene, sørg for at de beregnede belastningene er innenfor den maksimale belastningskapasiteten til lagret valgt i henhold til produsentens spesifikasjoner. Hvis applikasjonen påfører lagrene radielle belastninger, vil radialkulelager eller vinkelkontaktlager være et godt alternativ.

Lager radiell belastning

Lager aksial belastning

Aksialbelastning av lager er en kraft parallelt med aksen til akselen, som virker på den indre eller ytre ringen av lageret, noen ganger kalt en trykkbelastning. Vanligvis vil du finne aksiale laster direkte på linje med akselen, akkurat som en borkrone. Aksiale belastninger er forårsaket av skyvekraft eller spenning og kan være ensrettet eller toveis. Andre ganger kan aksiallaster være reaksjonslaster som er forskjøvet fra akselaksen, som ved vinkelgir. Aksiale laster overfører krefter til rulleelementene på en lik og jevn måte, noe som resulterer i en balansert lastfordeling. Vanligvis vil du se at kraften på hver ball blir jevnt fordelt. Fordi kulen kontakter løpebanen i en vinkel, vil den resulterende kraften stråle utover og på linje med lageraksen. Hvis din applikasjon påfører lageret aksiale belastninger, vil et vinkelkontaktlager med høyere kontaktvinkel (ca. 25°) være et godt alternativ. Ved forskjøvede aksiale belastninger utøves imidlertid momentkrefter på den indre ringen, noe som resulterer i ujevn lastfordeling på lagerets rullende elementer. For å beregne aksial lastkapasitet, vurder lagerstørrelse, materiale og geometri, samt lastretning og størrelse. Produsenter vurderer lagre basert på standardiserte formler og tester. Bruksområder med høy aksial belastning inkluderer pumper, biltransmisjoner og kompressorer.

Lager aksial belastning

Lagerforspenning

Lagerforspenning er en spesiell type lageraksial belastning (eller trykkbelastning). Lagerforspenning er den forhåndsbestemte lasten som påføres lageret og bør skilles fra den påførte lasten. Å legge til lagerforspenning skaper optimal synergi mellom rullende elementer og lagerløp. Rollen til lagerforspenningskraft:

  • Forhindre overdreven glidning

  • Øk stivheten, reduser vibrasjoner og glidefriksjon

  • Høy driftsnøyaktighet – selv ved skiftende belastningsforhold

  • Øk lastekapasiteten

Generelt, hvis du designer en høyhastighetsapplikasjon, bør du vurdere å bruke lett forhåndsbelastning på vinkelkontaktlager. Aubearing anbefaler våre SM vinkelkontaktlager eller KH vinkelkontaktlager. På den annen side, hvis du designer en applikasjon som krever streng stivhet og nøyaktighet, kan det være lurt å vurdere å bruke middels eller tung forspenning på vinkelkontaktlageret. Aubearing anbefaler vår serie S vinkelkontaktlager.

Lager sentrifugallast

Sentrifugalbelastninger oppstår fra rotasjonshastigheten (RPM) til applikasjonen, spesielt høyhastighetsapplikasjoner som turbiner og sentrifuger. Høyhastighetsapplikasjoner skaper sterke sentrifugalbelastninger, som er en av faktorene som påvirker applikasjonens evne til å nå maksimal hastighet. Når de indre ringens rulleelementer roterer, ønsker de å bevege seg tangentielt langs en rett bane, men den ytre ringen må tvinge dem til å følge buen til lageret. Denne interaksjonen skaper sentrifugale radielle belastninger. Sentrifugalkraft er kraften som et objekt som beveger seg langs en buet bane føler utover bort fra rotasjonssenteret. Under lagerrotasjon genererer samspillet mellom rulleelementene og den ytre ringen sentrifugale radielle belastninger, som følger:

  • Den indre ringen roterer rulleelementene

  • Et rullende element som følger bevegelse ønsker å fortsette å bevege seg rett langs en bane som tangerer rotasjonsbuen

  • Den ytre ringen må tvinge rulleelementene til å fortsette å bevege seg langs lagerbuen

Sentrifugalbelastning er svært viktig for å velge passende lagre, da det påvirker lagerets levetid. Hvis applikasjonen krever høy hastighet, bør du vurdere å bruke et vinkelkontaktlager med mindre kuler, for eksempel Aubearings KH-serie. Et annet alternativ er å bytte fra lagerstålkuler til keramiske kuler. Mindre og/eller lettere kuler reduserer den roterende massen og dermed den påførte sentrifugalbelastningen.

Ekstra: Hertzian Kontakttrykk

Som nevnt ovenfor, oppstår alle belastningene vi diskuterte fra kontaktkrefter som overføres fra en lagerring til en annen gjennom rulleelementene. Men det vi ikke nevnte er at denne kontaktkraften skaper trykk der de rullende elementene presser mot løpebanen; dette kalles hertzisk kontakttrykk eller hertzisk stress. Hertzian kontakttrykk er en viktig referansefaktor for å bestemme mengden og typen belastning et lager tåler. Et lagers evne til å tåle en belastning avhenger av hvor nært det hertziske kontakttrykket er lagerspenningsgrensen. Jo nærmere lageret er spenningsgrensen, jo kortere tid tar det for lageret å gjennomgå plastisk deformasjon.

For eksempel for stål AISI 52100 kulelager, er den generelt aksepterte spenningsgrensen 4,200 MPa. Aubearing mener at det hertziske kontakttrykket for stålkuler er høyere enn 1,500 MPa og det for keramiske kuler er høyere enn 1,800 MPa, noe som er nok til å nærme seg spenningsgrensen og dermed ha en betydelig innvirkning på applikasjonens totale levetid. Hvis applikasjonen har høy hertz-belastning, kan det være nødvendig å endre applikasjonen for å redusere belastningen. Noen løsninger kan være å endre lagerstørrelser, bruke keramiske kuler eller legge til lagre til systemet for å fordele belastningen.

AISI 52100 kulelager

Beregn lagerbelastninger

Bærelastkapasitet kan beregnes ved hjelp av en rekke formler og programvareprogrammer, inkludert lagerprodusenten. Innholdsfortegnelse, online kalkulatorer og endelige elementanalyse (FEA) simuleringer. De mest brukte formlene for radiell og aksial belastning er:

Radiell belastningskapasitet = (C/P)^(1/3) x Fr
Aksiallastkapasitet = (C0/P)^(1/2) x Fa

I formelen er C den grunnleggende dynamiske belastningen, P er den ekvivalente dynamiske belastningen til lageret, C0 er den grunnleggende statiske belastningen, Fr er den radielle belastningen, og Fa er den aksiale belastningen. For å oppnå nøyaktige resultater ved beregning av lagerbelastningskapasitet, søk ekspertråd eller bruk et programvareprogram fra lagerprodusenten.

Å velge lagre med tilstrekkelig sentrifugallastkapasitet er kritisk for høyhastighetsapplikasjoner for å forhindre for tidlig svikt. Sentrifugalbelastninger kan forårsake lagerdeformasjon, vibrasjoner og tretthet. For å beregne sentrifugallastkapasitet, bruk formler og programvare som de som leveres av produsenten. Innholdsfortegnelse, online kalkulatorer og FEA-simuleringer. Den vanligste formelen er: sentrifugallastkapasitet = (C0/P) x V^2 x 10^-9. hvor C0 er den grunnleggende statiske belastningen, P er den ekvivalente dynamiske lagerbelastningen, og V er lagerhastigheten i rpm.

Nominell lagerbelastning

Vi uttrykker alltid belastningen til et lager i Kgf (kilogram kraft). Dette er kraften som utøves av en kilo masse på jordens overflate. Andre steder kan du se krefter uttrykt i Newton. Newton er definert som kraften som akselererer et kilogram masse med én meter per sekund (eller 1 m/s²). Siden tyngdekraften på jordens overflate er 9.80665 m/s², 1 Kgf = 9.80665 Newton, men for enkelhets skyld, la oss si 1 Kgf = 10 Newton.

Nominell dynamisk radiell belastning

Den offisielle definisjonen av en dynamisk radiell belastning er: "en konstant statisk radiell belastning der 90 % av et sett med identiske kromstållager (med bare den indre ringen som roterer) kan tåle en million omdreininger før de viser tegn på tretthet". En million rpm høres ut som et stort tall, men la oss sjekke igjen. Hvis de ble drevet med rundt 10,000 100 omdreininger per minutt (rpm) med maksimal dynamisk belastning påført, ville lagrene bare vare i en og en halv time (omtrent 6 minutter). Disse tallene brukes til å beregne levetid, men lagre bør ikke utsettes for i nærheten av slike belastninger i normale applikasjoner med mindre du ikke forventer at de skal vare veldig lenge. Hvis det kreves lang levetid, er det best å begrense den faktiske belastningen til mellom 12 % og 440 % av lagerets dynamiske belastning. Tåler tyngre belastning, men levetiden blir forkortet. AISI440C/KSXNUMX rustfritt stål lagre vil støtte omtrent 80 % – 85 % av kromstållagerbelastningen. Belastningen til et aksiallager er basert på en konstant aksial belastning for en million omdreininger. Aubearings team av eksperter kan hjelpe med å gi data om levetid for en rekke forskjellige lagre.

crossbody rullelager

Nominell statisk radiell belastning

Den statiske radielle lasten er den rene radielle lasten (eller aksiallasten for trykklager) som forårsaker fullstendig permanent deformasjon av kulen eller løpebanen. Statiske belastninger nær dette tallet kan være utholdelig for enkelte applikasjoner, men ikke der det kreves jevnhet eller nøyaktighet. Den statiske belastningen til lagre i rustfritt stål er omtrent 75 % til 80 % av belastningsgraden til lagre av kromstål. Lastekapasiteten til lagrene kan være begrenset av smøremidlet. Noen smøremidler er kun egnet for lett belastning, mens andre er konstruert for bruk med høy belastning. Komplette lager har høyere belastningsklasser. Den aksiale belastningskapasiteten til radielle kulelagre kan økes ved å spesifisere løs radiell klaring.

Nominell aksial belastning

Kraftige lagertyper som 6200- eller 6300-serien kan håndtere aksialbelastninger på opptil 50 % av den nominelle statiske radielle belastningen. På grunn av deres grunne løpebaner, tåler tynnseksjons dype sporkulelagre kun aksialbelastninger mellom 10 % og 30 % av lagerets nominelle statiske radielle belastning. Merk at disse tallene er basert på rene aksiale laster. Ytterligere radielle laster eller momenter (feilinnrettingslaster) vil ha innvirkning på den aksiale lastkapasiteten. Overskridelse av de totale anbefalte grensene for kombinerte belastninger vil påvirke lagerets levetid negativt. Fullkomplement kulelager har fyllingsspor maskinert på de indre og ytre ringene. Dette sporet forstyrrer kulens rotasjon under aksial belastning, så bruk av komplette lager under aksial belastning anbefales ikke.

Effekt av bærebelastning på livet

Å velge riktige lagre med tilstrekkelig lastekapasitet er avgjørende for effektiv drift og holdbarhet til maskineri. For liten kapasitet kan føre til for tidlig svikt, nedetid, reparasjoner og sikkerhetsrisiko, mens for stor belastning kan føre til overoppheting, slitasje og økt energiforbruk. Feil lastekapasitet kan føre til katastrofale feil, sikkerhetsfarer og kostbar nedetid. Rådfør deg med en ekspert eller lagerprodusent for å sikre riktig kapasitet for applikasjonen din.
Den grunnleggende utmattingslevetiden, kjent som L10, beregnes som antall omdreininger der 90 % av alle lagre i en spesifikk gruppe når eller overskrider den beregnede tiden til feil (sannsynlighet for feil: 10%). Slå opp lagerets dynamiske kapasitet i en katalog, estimer radiell belastning og rotasjonshastighet, og du kan beregne din egen L10 lagerlevetid. L10-levetidsberegningen indikerer lagerlevetiden under dine driftsforhold med 90 % nøyaktighet.

Derfor oppnås belastninger vanligvis ved å multiplisere teoretiske verdier med ulike faktorer over tid. Det er mye matematikk involvert, men du kan finne informasjonen på Aubearing-nettstedet.

Velg riktig lager

Når du velger lagre, ta hensyn til brukskrav, belastningstype, hastighet, miljø og temperatur. Kulelager er egnet for lav til middels belastning, mens rullelagre er egnet for høyere belastning. Glidelager er egnet for maskiner med lav hastighet og høy belastning. Vedlikehold lagrene med regelmessig inspeksjon, rengjøring og smøring for å sikre optimal ytelse og levetid. Det er en rekke ting produsenter kan gjøre for å sikre at lagrene deres har en lang og vellykket levetid. Det første trinnet er å begrense radielle belastninger til mellom 6 % og 12 % av lagerets dynamiske belastning. Selv om lagrene tåler høyere belastninger, er levetiden kortere.

Det neste trinnet er å velge riktig materiale. Aubearings erfaring som spesialist på tynnseksjons-, korrosjonsbestandige, miniatyr- og keramiske lagre. Valg av riktig lagertype kan også utgjøre en forskjell. Selv om alle radielle kulelagre har en viss trykklastkapasitet, er det vanligvis bedre å bruke kraftige lagre med dype løpebaner hvis det er større trykkbelastninger, da disse lagrene tåler aksialbelastninger opp til 50 % av den statiske radielle belastningen. Lastvurdering.

Selv om tynnveggede lagre (der forskjellen mellom lagerets indre og ytre diameter er liten) er gode for kompakthet og vektbesparelser. Fordi løpebanene er grunne, kan de bare støtte aksialbelastninger mellom 10 % og 30 % av lagerets nominelle statiske radielle belastning. Ytterligere radielle belastninger eller momentbelastninger vil ytterligere redusere skyvebelastningsevnen. Overdreven trykkbelastning på tynnveggede lagre kan føre til at kulene kommer farlig nær toppen av løpebanen. Ved å velge riktig lagertype og vurdere nøkkelfaktorene som kontrollerer radial- og skyvebelastninger, kan ingeniører sikre at de fortsetter å innovere samtidig som de leverer de høyeste nivåene av nøyaktighet, jevnhet og lagerlevetid.

tynnseksjonslagere

konklusjonen

For å velge riktig lager for en applikasjon, er det avgjørende å forstå lagerbelastninger. Radial-, aksial- og sentrifugallaster bestemmer passende lastkapasitet. Aubearing tilbyr et bredt utvalg av lagre egnet for ulike forhold og bruksområder, samt høykvalitetsprodukter og ekspertråd. Aubearing produserer primært kulelager og rullelager for bruk i ulike bransjer i USA og rundt om i verden.

Våre industrilagre må ikke bare gi lang levetid i henhold til standarder for rulletretthet, men de må også holdes strukturelt sammen for å beskytte mot støt, overbelastning og sporadiske høyhastighetsutflukter. For dette formål er utformingen av hvert lager optimalisert, inkludert våre lagre med store boringer.