Wszystko o żywotności łożysk

Wszystko o żywotności łożysk

Żywotność łożysk jest jednym z kluczowych czynników determinujących trwałość urządzeń mechanicznych. Po określeniu przestrzeni roboczej łożyska, dla danej średnicy otworu wału, można znaleźć łożyska standardowe o różnych średnicach zewnętrznych i szerokościach. Wraz ze wzrostem średnicy zewnętrznej i szerokości łożyska odpowiednio wzrasta nośność dynamiczna, zwiększając w ten sposób trwałość znamionową łożyska. Po określeniu obciążenia i prędkości łożysk pojawia się pytanie: „Ile godzin trwałości znamionowej wymaga dobrze zaprojektowana maszyna?” Czasami jest to podyktowane konkretnymi standardami branżowymi lub polityką firmy w oparciu o branżę i lokalizację klienta. z. W danej branży może być całkowicie akceptowalne, aby użytkownicy końcowi serwisowali sprzęt raz w roku, wymieniając łożyska, uszczelnienia itp. W innej branży łożyska mają żywotność co najmniej dziesięciu lat. Przy określaniu minimalnej oczekiwanej wartości trwałości należy również wziąć pod uwagę częstotliwość użytkowania sprzętu.

AUbearing - wiodący producent łożysk

AUbearing produkuje ponad 8,000 typów łożysk stosowanych w różnych gałęziach przemysłu w Stanach Zjednoczonych i na całym świecie. Łożyska klasy przemysłowej produkowane przez firmę Aubearing zapewniają nie tylko długą żywotność zgodnie z normami dotyczącymi zmęczenia tocznego, ale konstrukcję łożyska należy również uwzględnić w zależności od zastosowania, aby zapobiec wstrząsom, przeciążeniom i okazjonalnym wyskokom z dużą prędkością. W tym celu zoptymalizowano konstrukcję każdego łożyska.

Aubearing

Nośność dynamiczna łożyska – C

Zakładając, że znamionowe obciążenie dynamiczne jest czystym obciążeniem promieniowym o stałym kierunku i stałej wielkości (w przypadku łożysk promieniowych) lub centralnym obciążeniem osiowym (w przypadku łożysk wzdłużnych), można w tym przypadku uzyskać podstawową trwałość znamionową wynoszącą 1 milion obrotów. Wartość tego ważnego parametru łożyska C jest pokazana w każdej tabeli łożysk, z wyjątkiem łożysk haków dźwigowych. Podstawowa nośność dynamiczna wskazuje zdolność łożyska do wytrzymywania zmęczenia tocznego i jest określana jako podstawowa nośność dynamiczna promieniowa (< ai=3>Cr) dla łożysk promieniowych i podstawowa dynamiczna nośność osiowa (Ca) dla łożysk wzdłużnych. Wartości te zostały zdefiniowane przez stowarzyszenia takie jak Amerykańskie Stowarzyszenie Producentów Łożysk (ABMA) i Międzynarodowa Organizacja Normalizacyjna (ISO) w celu obliczenia obciążeń dynamicznych łożysk. Obciążenie dynamiczne łożyska służy do przewidywania trwałości znamionowej każdego łożyska przy oczekiwanym obciążeniu i prędkości. Ogólnie rzecz biorąc, łożysko może wytrzymać jedynie maksymalne obciążenie robocze równe połowie jego nośności dynamicznej.

Obciążenie dynamiczne i statyczne łożyska

Pojemność statyczna - Co

Nośność statyczna łożyska Co to maksymalne obciążenie, jakie można bezpiecznie zastosować do nieobracającego się łożyska, nie powodując przy tym uszkodzeń w późniejszej pracy łożyska. Opiera się na obliczonym naprężeniu kontaktowym w środku najbardziej obciążonego elementu tocznego stykającego się z pierścieniem wewnętrznym. Poziomy naprężeń dla trzech typów łożysk wynoszą:

– Łożyska kulkowe wahliwe mają ciśnienie 4600 MPa (667,000 XNUMX psi)
– 4200 MPa (609,000 XNUMX psi) dla wszystkich pozostałych łożysk kulkowych
– Wszystkie łożyska wałeczkowe mają wytrzymałość 4000 MPa (580,000 XNUMX psi)

Obliczanie trwałości znamionowej łożyska

Podstawowa trwałość znamionowa L10 odnosi się do warunków użytkowania wysokiej jakości łożysk produkcyjnych o trwałości użytkowej wynoszącej 90% niezawodności w normalnym użytkowaniu. Wnętrze łożyska wykonane jest ze stali łożyskowej określonej przez JIS lub według standardowej konstrukcji wykonanej z równoważnych materiałów. Zależność pomiędzy podstawową nośnością dynamiczną a obciążeniem dynamicznym. Równoważne obciążenie i podstawowa trwałość znamionowa łożyska można wyrazić równaniem (5-1). Ten wzór na obliczenie trwałości nie ma zastosowania do łożysk C0, na które wpływają takie czynniki, jak odkształcenie plastyczne bieżni i powierzchni styku elementów tocznych, w wyniku warunków skrajnie wysokiego obciążenia (kiedy P przekracza podstawowe obciążenie statyczne) (patrz podstawowe obciążenie statyczne znamionowa i statyczne obciążenie zastępcze) lub 0.5°C) lub odwrotnie, w przypadku warunków obciążenia łożyska, na które wpływają takie czynniki, jak powierzchnie styku bieżni i ślizganie się elementów tocznych z powodu wyjątkowo niskiego poślizgu. Jest to czas, przez który zestaw pozornie identycznych łożysk przejdzie lub przekroczy, zanim pojawi się odpryski zmęczeniowe. Podstawowy wzór na obliczenie trwałości znamionowej łożyska L10 to (1-1):

Żywotność łożyska 1
2

Aby obliczyć podstawową trwałość znamionową łożyska, stosuje się równanie (1-2) dla pracy ze stałą prędkością; gdy łożysko jest stosowane w taborze kolejowym lub samochodach, w przeliczeniu na drogę przebycia (km) stosuje się równanie (1-3).

Dlatego dynamiczne obciążenie zastępcze wynosi P, a prędkość obrotowa wynosi n; następnie możesz zapoznać się z tabelą specyfikacji łożysk, aby wybrać rozmiar łożyska najbardziej odpowiedni do konkretnego celu. C potrafi obliczyć podstawowy wzór na nośność dynamiczną (1-4); zalecana żywotność łożyska różni się w zależności od maszyny korzystającej z łożyska, jak pokazano w Tabeli 1-5 Zalecana trwałość eksploatacyjna łożyska (odniesienie) .

3 1

Odnosić się do
Współczynnik trwałości użytkowej (fh) i współczynnik prędkości obrotowej nf oblicza się według równania (1-2) w następujący sposób:

4

Tylko w celach informacyjnych, wartości fn, fh i L10h można łatwo uzyskać, korzystając w uproszczony sposób z nomogramu załączonego do niniejszego katalogu.

5

[Odniesienie] Prędkość (n) i jej współczynnik (f< ai=4>n), współczynnik trwałości (fh) i podstawowa trwałość znamionowa (L10h)

Połączone obciążenia promieniowe i wzdłużne

Wszystkie łożyska kulkowe i wałeczkowe wytrzymują duże obciążenia wzdłużne osiowe. W przypadku wystąpienia połączonych obciążeń promieniowych i osiowych należy obliczyć „równoważne obciążenie łożyska” P użyte we wzorze na trwałość znamionową. Obliczenia te mogą być nieco skomplikowane, ponieważ zależą od względnych wielkości wzajemnych obciążeń promieniowych i wzdłużnych oraz kąta działania utworzonego przez łożysko. Zbyt trudne byłoby wykazanie obliczenia P dla wszystkich pokazanych typów łożysk. W przypadku łożysk stożkowych stosuje się współczynnik ciągu „K”. W przypadku jakichkolwiek obliczeń trwałości znamionowej wymagających kombinacji obciążeń promieniowych i wzdłużnych, prosimy o kontakt z firmą Aubearing.

Łożyska walcowe promieniowe z przeciwległymi obrzeżami na pierścieniu wewnętrznym i zewnętrznym mają ograniczoną zdolność wytrzymywania obciążeń wzdłużnych na całej długości rolek. Dopuszczalne obciążenia wzdłużne to obciążenia wykorzystujące końcówki rolek i kołnierze do celów przerywanego ciągu i pozycjonowania. Ponieważ wszelkie obciążenia wzdłużne będą prostopadłe do obciążeń promieniowych i stosowane będą różne powierzchnie styku łożyska, obciążenia wzdłużne wzdłuż długości rolek nie są czynnikiem w obliczeniach trwałości łożyska.

Połączone obciążenia promieniowe i wzdłużne

Różne obciążenia i prędkości

W wielu zastosowaniach łożyska nie działają przy stałym obciążeniu lub prędkości, a wybór łożyska o określonej trwałości znamionowej (w godzinach) w oparciu o najgorsze warunki pracy może nie być ekonomiczny. Zwykle cykl pracy można zdefiniować dla różnych warunków pracy (obciążenie i prędkość) oraz procentu czasu w każdym stanie pracy. Podobne sytuacje występują również w niektórych maszynach wytwarzających ruch posuwisto-zwrotny. Co więcej, te dwa przykłady można połączyć dla kilku oczekiwanych warunków pracy z ruchem posuwisto-zwrotnym i różnymi obciążeniami szczytowymi i prędkościami. Obliczenie trwałości znamionowej dla zmian obciążenia i prędkości wymaga najpierw obliczenia trwałości znamionowej L10 dla każdego warunku pracy w cyklu pracy. Następnie użyj poniższego wzoru, aby połączyć indywidualną trwałość L10 z trwałością znamionową w całym cyklu pracy.

6

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Ut elit tellus, luctus, gdzie indziej niesklasyfikowany, matus, pulvinar dapibus leo.

  • T1, T2, T = procent czasu w różnych warunkach, wyrażony jako n po przecinku

  • T1 + T2 + … T< /span> = 1n

  • Lp1, Lp2, L = Trwałość w godzinach przy stałym obciążeniu i cyklu prędkości pn

Obciążenie oscylacyjne

Łożysko nie obraca się całkowicie podczas pracy, ale ma amplitudę oscylacji. Do obliczenia dolnego zastępczego obciążenia promieniowego łożyska możemy użyć następującego wzoru:

Pe = Pox (β/90)1/e

  • Pe = równoważne dynamiczne obciążenie promieniowe

  • Po = rzeczywiste oscylacyjne obciążenie promieniowe

  • β = kąt obrotu w stopniach

  • e = 10/3 (łożysko wałeczkowe) 3.0 (łożysko kulkowe)

Oddzielne obciążenia promieniowe i wzdłużne

W niektórych zastosowaniach łożyska poddawane są bardzo dużym obciążeniom promieniowym i wzdłużnym. W przypadku zastosowań podlegających obydwóm typom obciążeń lepszą konstrukcją jest zapewnienie oddzielnych łożysk dla obciążeń promieniowych lub wzdłużnych. W takim przypadku projektant maszyny musi zadbać o to, aby łożyska promieniowe przenosiły tylko obciążenia promieniowe, a łożyska wzdłużne tylko obciążenia wzdłużne. Dobrym sposobem na osiągnięcie tego jest zastosowanie łożyska walcowego z bieżnią prostą w położeniu „promieniowym”, ponieważ łożysko to nie jest w stanie wytrzymać żadnych sił wzdłużnych. Para łożysk skośnych lub łożysk stożkowych o dużym kącie to zazwyczaj dobry wybór do przenoszenia obciążeń wzdłużnych, ale muszą one być chronione przed wszelkimi obciążeniami promieniowymi. Jednym ze sposobów osiągnięcia tego jest bardzo luźne dopasowanie pierścienia zewnętrznego do oprawy: zazwyczaj 0.5 mm/0.020 cala. do 1.0 mm/0.040 cala.

Współczynniki regulacji trwałości łożyska

Współczynniki regulacji trwałości łożysk pozwalają producentom OEM lepiej przewidzieć rzeczywistą żywotność i niezawodność łożysk wybranych i zamontowanych w swoim sprzęcie. Skorygowaną trwałość znamionową L10 oblicza się przy użyciu następującego wzoru:

Lna = a1 x a2 x a3 x L10

  • Lna = skorygowana trwałość znamionowa

  • a1 = współczynnik dostosowania trwałości niezawodności

  • a2 = współczynnik dostosowania trwałości dla specjalnych właściwości łożyska (np. materiału)

  • a3 = Współczynnik dostosowania trwałości dla warunków pracy, smarowania, czystości itp.

Współczynniki dostosowania trwałości a1, a2 i a3 mogą teoretycznie być większe lub mniejsze niż 1.0, w zależności od ich oceny.

Regulacja trwałości niezawodności - a1

Producenci sprzętu muszą poprawić niezawodność wybranych łożysk, aby przewidzieć dłuższe czasy eksploatacji. Przedstawiony poniżej współczynnik a1 służy do zwiększenia wartości niezawodności. Jeżeli wartość L10 obliczona przy użyciu współczynnika a1 jest niedopuszczalnie niska, należy wybrać łożysko o większej nośności dynamicznej. (Cytowanie za JISB 1518:2013)

Niezawodność, %Lnmα1
90L10m1
95L5m0.64
96L4m0.55
97L3m0.47
98L2m0.37
99L1m0.25
99.2L0.8m0.22
99.4L0.6m0.19
99.6L0.4m0.16
99.8L0.2m0.12
99.9L0.1m0.093
99.92L0.08m0.087
99.94L0.06m0.080
99.95L0.05m0.077

Współczynnik dostosowania trwałości dla specjalnych charakterystyk łożysk - a2

Szczególnie w ostatnich latach wprowadzono wiele ulepszeń w konstrukcji i produkcji łożysk, które zostały potwierdzone w testach trwałości, co doprowadziło do skrócenia czasów L10. Niektóre z tych ulepszeń to:

  • Popraw wykończenie powierzchni

  • Ulepszone materiały i obróbka cieplna

  • Rolki i bieżnie

Współczynnik korygujący trwałość: αISO

a) Podejście systematyczne

Różne skutki dla trwałości łożysk są współzależne. Systematyczną metodę obliczania skorygowanej trwałości oceniono jako praktyczną metodę wyznaczania współczynnika korygującego trwałość αISO (patrz rysunek 5-1). Współczynnik korygujący trwałość αISO oblicza się według następującego wzoru. Istnieją diagramy dla każdego typu łożyska (łożyska kulkowe promieniowe, łożyska wałeczkowe promieniowe, łożyska kulkowe wzdłużne i łożyska wałeczkowe wzdłużne). (Każdy rysunek (rysunki 5-2 do 5-5) jest cytowany z JIS B 1518≤50. ISOα
Należy pamiętać, że w rzeczywistym użyciu jest to współczynnik modyfikacji cyklu życia: 2013.)

7
8

Rysunek 1-1 Rozwiązanie systemowe

9

1-2 Współczynnik korygujący trwałość αISO (łożysko kulkowe promieniowe)

10

1-3 Współczynnik korygujący trwałość αISO (łożysko promieniowe)

11

1-4 Współczynnik korygujący trwałość αISO (łożysko kulkowe wzdłużne)

12

1-5 Współczynnik korygujący trwałość αISO (łożysko wałeczkowe wzdłużne)

b) Limit obciążenia zmęczeniowego: Cu

Przy tej samej jakości, o ile stan obciążenia nie przekracza określonej wartości i w środowisku o dobrych warunkach smarowania, poziomie czystości smarowania i innych warunkach pracy, żywotność łożyska jest teoretycznie nieograniczona. W przypadku łożysk wykonanych z materiałów o ogólnie wysokiej jakości i jakości produkcji granica naprężenia zmęczeniowego zostaje osiągnięta, gdy naprężenie stykowe pomiędzy bieżnią a elementami tocznymi wynosi około 1.5 GPa. Jeśli jakość materiału i jakość produkcji są niższe lub obie, granica naprężenia zmęczeniowego również będzie niższa. Termin „limit obciążenia zmęczeniowego” odnosi się do limitu obciążenia zmęczeniowego. Cu definiuje się jako „obciążenie łożyska, które właśnie osiąga granicę naprężenia zmęczeniowego pod największym obciążeniem „kontaktem z bieżnią” ISO 281:2007. Wpływ na to mają takie czynniki, jak rodzaj, rozmiar i materiał łożyska. Jeśli chodzi o łożyska specjalne, które nie są wymienione w tym katalogu. Aby uzyskać szczegółowe informacje na temat granicznych obciążeń zmęczeniowych innych łożysk, prosimy o kontakt z firmą Aubearing.

c) Współczynnik zanieczyszczenia: ec

Jeżeli cząstki stałe zanieczyszczonego smaru zostaną uwięzione pomiędzy bieżniami i elementami tocznymi, na jednej lub obu bieżniach i elementach tocznych mogą powstać wgniecenia. Te wgłębienia spowodują miejscowy wzrost ciśnienia, skracając w ten sposób żywotność. Skróconą trwałość na skutek zanieczyszczenia smaru można obliczyć na podstawie stopnia zanieczyszczenia, czyli współczynnika zanieczyszczenia ec. W tabeli Dpw pokazana jest średnica koła podziałowego zestawu kulek/wałeczków, wyrażona po prostu jako < /span>: średnica wewnętrzna) Odpowiednie specjalne W celu uzyskania szczegółowych informacji, takich jak warunki smarowania lub szczegółowe badania, prosimy o kontakt z firmą JTEKT. d: średnica zewnętrzna, D)/2. (d=(D+pwD

Poziom zanieczyszczeniaec
Dpw< 100mmDpw≧ 100 mm
Wyjątkowo wysoka czystość: wielkość cząstek jest w przybliżeniu równa grubości filmu oleju smarowego, co można zaobserwować w środowiskach laboratoryjnych.11
Wysoka czystość: Olej został przefiltrowany przez wyjątkowo dokładny filtr, który można znaleźć w standardowych łożyskach smarowanych i uszczelnionych.0.8 ~ 0.60.9 ~ 0.8
Standardowa czystość: Olej został przefiltrowany przez dokładny filtr, który występuje w przypadku standardowych łożysk smarowanych i łożysk osłoniętych.0.6 ~ 0.50.8 ~ 0.6
Minimalne zanieczyszczenie: Smar jest lekko zanieczyszczony.0.5 ~ 0.30.6 ~ 0.4
Normalne zanieczyszczenie: występuje, gdy nie stosuje się uszczelki i stosuje się filtr zgrubny w środowisku, w którym do środka smarnego wnikają cząstki powstałe podczas zużycia i cząsteczki z otoczenia.0.3 ~ 0.10.4 ~ 0.2
Wysokie zanieczyszczenie: występuje, gdy otaczające środowisko jest znacznie zanieczyszczone, a uszczelnienie łożyska jest niewystarczające.0.1 ~ 00.1 ~ 0
Niezwykle duże zanieczyszczenie00

d) Stosunek lepkości: κ

Smar tworzy film olejowy na powierzchni styku rolek, oddzielając bieżnie od elementów tocznych. Stan filmu oleju smarowego wyraża się stosunkiem lepkości κ, który jest rzeczywistą lepkością kinematyczną ν w temperaturze roboczej podzieloną przez referencyjną lepkość kinematyczną. Aby uzyskać szczegółowe informacje na temat smarów, takich jak smary i smary zawierające dodatki odporne na wysokie naciski, należy skontaktować się z firmą JTEKT. Wartości większe niż 4, równe 4 i mniejsze niż 0.1 nie mają zastosowania. κ A przedstawiono w następującym wzorze.

13

Żywotność układu łożyskowego składającego się z dwóch lub łożysk

Większość maszyn wykorzystuje dwa łożyska na jednym wale, a często ma dwa lub wały. Wszystkie łożyska w maszynie są uważane za układ łożysk. Ze względów biznesowych ważne jest, aby producenci rozumieli niezawodność swoich maszyn i trwałość systemów. W tym procesie oceny uwzględnia się ważny czynnik, jakim jest połączenie trwałości L10 wszystkich łożysk w systemie, aby odpowiedzieć na pytanie: „Jak długo maszyna będzie działać z dziewięćdziesięcioprocentową niezawodnością?” „Mówiąc najprościej, niezawodność systemu L10 będzie niższa niż najniższa trwałość znamionowa pojedynczego L10. Wzór obliczeniowy trwałości znamionowej systemu jest następujący:

15
16

[przykład]
Jeżeli wał jest podparty na dwóch łożyskach wałeczkowych o żywotności odpowiednio 50 000 i 30 000 godzin, trwałość znamionową układu łożyskowego podpierającego wał oblicza się w następujący sposób: Wzór (1-11):

17

Równanie to pokazuje, że te łożyska jako system mają krótszą trwałość znamionową niż łożyska o krótszej żywotności. Fakt ten jest ważny przy szacowaniu trwałości eksploatacyjnej łożysk w zastosowaniach, w których stosowane są dwa lub więcej łożysk.

Zalecana żywotność łożysk w różnych zastosowaniach

Ponieważ dłuższa żywotność nie zawsze przyczynia się do ekonomicznej eksploatacji, należy określić najbardziej odpowiednią trwałość eksploatacyjną dla każdego zastosowania i warunków pracy. Dla porównania, w poniższej tabeli opisano empirycznie określoną zalecaną trwałość użytkową w zależności od zastosowania.

Warunki pracyZastosowanieZalecana żywotność (h)
Praca krótka lub przerywanaElektryczne urządzenia gospodarstwa domowego, narzędzia elektryczne, sprzęt rolniczy, sprzęt do podnoszenia ciężkich ładunków4000 ~ 8000
Nie dłuższy czas trwania, ale wymagana stabilna pracaSilniki klimatyzatorów domowych, sprzęt budowlany, przenośniki, windy8000 ~ 12000
Praca przerywana, ale przedłużonaSzyje walców, małe silniki, dźwigi8000 ~ 12000
Silniki stosowane w fabrykach, przekładnie ogólne12000 ~ 20000
Obrabiarki, przesiewacze, kruszarki20000 ~ 30000
Sprężarki, pompy, przekładnie do zastosowań podstawowych40000 ~ 60000
Dzienna praca powyżej 8 godz. lub ciągłej, przedłużonej pracySchody ruchome12000 ~ 20000
Separatory odśrodkowe, klimatyzatory, dmuchawy powietrza, sprzęt do obróbki drewna, czopy osi wagonów pasażerskich20000 ~ 30000
Silniki duże, wyciągi kopalniane, czopy osi lokomotyw, silniki trakcyjne taboru kolejowego40000 ~ 60000
Sprzęt do produkcji papieru100000 ~ 200000
24 godz. działanie (żadna awaria nie jest dozwolona)Obiekty wodociągowe, elektrownie, zrzuty wód kopalnianych100000 ~ 200000