Wytyczne dotyczące obciążeń łożysk

Wytyczne dotyczące obciążeń łożysk

Obciążenie łożyska jest ściśle powiązane z żywotnością i wydajnością roboczą łożyska. Zrozumienie obciążeń łożysk ma kluczowe znaczenie podczas projektowania nowych zastosowań, dostosowywania istniejących, a zwłaszcza podczas analizowania przyczyn uszkodzeń i awarii łożysk. Jeśli wybrane zostanie łożysko o niewystarczającej nośności, może to prowadzić do przedwczesnego zużycia, przegrzania i katastrofalnych konsekwencji.

Co to jest obciążenie łożyska?

Mówiąc najprościej, obciążenie łożyska to wielkość siły lub nacisku wywieranego na łożysko. Obciążenie łożyska definiuje się jako siłę przenoszoną z jednego pierścienia łożyska na drugi przez niektóre lub wszystkie elementy toczne. Przyłożone obciążenia są zwykle przenoszone na wał, następnie na pierścień wewnętrzny łożyska, a na końcu na pierścień zewnętrzny łożyska. Wielkość i kierunek obciążeń łożysk zależą od różnych czynników, w tym masy maszyny, prędkości roboczej, przyspieszenia i opóźnienia, wstrząsów, wibracji, temperatury i smarowanie. Niewłaściwe ustawienie, montaż lub konserwacja mogą również wpływać na obciążenie łożysk. Obciążenia łożysk obsługują wiele różnych kombinacji, ale większość rodzajów stosowanych obciążeń można sprowadzić do następujących czterech głównych typów:

  • Obciążenie promieniowe

  • Obciążenie osi

  • Fabrycznie załadowane

  • Obciążenie odśrodkowe

obciążenie łożyska

W tym artykule omówione zostaną te cztery typy przyłożonych obciążeń, ich wpływ na trwałość łożyska oraz wybór łożyska, które najlepiej wytrzyma odpowiednie przyłożone obciążenie.

Obciążenie promieniowe łożyska

Obciążenie promieniowe łożyska to siła działająca na pierścień zewnętrzny łożyska, prostopadle do osi wału. Typowymi przykładami obciążeń promieniowych na łożyskach jest ciężar poziomych zespołów wałów, kół zębatych, kół pasowych lub narzędzi skrawających. Podczas pracy zespół wału popycha promieniowo pierścień wewnętrzny łożyska i przenosi obciążenie na pierścień zewnętrzny łożyska poprzez elementy toczne. Obciążenia promieniowe z reguły nie przenoszą sił na elementy toczne w jednakowy i równomierny sposób. Dlatego patrząc na obciążenie, widzisz rozkład sił w kształcie krzywej dzwonowej. Element toczny bezpośrednio poddawany przyłożonemu obciążeniu to ten, który wytrzymuje największe siły. Każdy kolejny element toczny przenosi następnie coraz mniejsze obciążenia w jednym kierunku na drugi. Aby obliczyć nośność promieniową łożyska, należy określić obciążany ciężar i działające na niego siły. Aby rozłożyć obciążenie pomiędzy łożyskami, należy upewnić się, że obliczone obciążenia mieszczą się w zakresie maksymalnej nośności łożyska wybranego zgodnie ze specyfikacjami producenta. Jeżeli zastosowanie powoduje obciążenia promieniowe na łożyska, dobrym rozwiązaniem będą promieniowe łożyska kulkowe lub łożyska skośne.

Obciążenie promieniowe łożyska

Obciążenie osiowe łożyska

Obciążenie osiowe łożyska to siła równoległa do osi wału, działająca na pierścień wewnętrzny lub zewnętrzny łożyska, czasami nazywana obciążeniem wzdłużnym. Zazwyczaj obciążenia osiowe są bezpośrednio wyrównane z wałem, podobnie jak w przypadku wiertła. Obciążenia osiowe są powodowane przez nacisk lub rozciąganie i mogą być jednokierunkowe lub dwukierunkowe. W innych przypadkach obciążenia osiowe mogą być obciążeniami reakcyjnymi, które są przesunięte w stosunku do osi wału, jak w przypadku przekładni stożkowych. Obciążenia osiowe przenoszą siły na elementy toczne w równy i równomierny sposób, co skutkuje zrównoważonym rozkładem obciążenia. Zwykle widać, że siła działająca na każdą kulkę jest równomiernie rozłożona. Ponieważ kulka styka się z bieżnią pod kątem, wypadkowa siła będzie promieniować na zewnątrz i zgodnie z osią łożyska. Jeśli Twoje zastosowanie powoduje obciążenie osiowe łożyska, dobrym rozwiązaniem byłoby łożysko skośne o większym kącie działania (około 25°). Jednakże przy przesuniętych obciążeniach osiowych na pierścień wewnętrzny wywierane są siły momentowe, co powoduje nierównomierny rozkład obciążenia na elementach tocznych łożyska. Aby obliczyć nośność osiową, należy wziąć pod uwagę rozmiar, materiał i geometrię łożyska, a także kierunek i wielkość obciążenia. Producenci oceniają łożyska na podstawie standardowych wzorów i testów. Zastosowania, w których występują duże obciążenia osiowe, obejmują pompy, przekładnie samochodowe i sprężarki.

Obciążenie osiowe łożyska

Wstępne obciążenie łożyska

Napięcie wstępne łożyska to specjalny rodzaj obciążenia osiowego (lub obciążenia wzdłużnego) łożyska. Napięcie wstępne łożyska to z góry określone obciążenie przyłożone do łożyska i powinno być oddzielone od przyłożonego obciążenia. Dodanie napięcia wstępnego łożyska zapewnia optymalną synergię pomiędzy elementami tocznymi i bieżniami łożysk. Rola siły napięcia wstępnego łożyska:

  • Zapobiegaj nadmiernemu poślizgowi

  • Zwiększ sztywność, zmniejsz wibracje i tarcie ślizgowe

  • Wysoka dokładność działania – nawet przy zmieniających się warunkach obciążenia

  • Zwiększ nośność

Ogólnie rzecz biorąc, jeśli projektujesz aplikację charakteryzującą się dużą prędkością, rozważ zastosowanie lekkiego napięcia wstępnego w łożyskach skośnych. Aubearing poleca nasze łożyska skośne SM lub łożyska skośne KH. Z drugiej strony, jeśli projektujesz aplikację wymagającą ścisłej sztywności i dokładności, możesz rozważyć zastosowanie średniego lub dużego napięcia wstępnego do łożyska skośnego. Aubearing poleca naszą serię łożysk skośnych S.

Obciążenie odśrodkowe łożyska

Obciążenia odśrodkowe łożysk wynikają z prędkości obrotowej (RPM) danego zastosowania, szczególnie w zastosowaniach wymagających dużych prędkości, takich jak turbiny i wirówki. Zastosowania wymagające dużych prędkości powodują silne obciążenia odśrodkowe, które są jednym z czynników wpływających na zdolność aplikacji do osiągnięcia maksymalnej prędkości. Gdy elementy toczne pierścienia wewnętrznego obracają się, chcą poruszać się stycznie po prostej drodze, ale pierścień zewnętrzny musi zmuszać je do podążania za łukiem łożyska. Ta interakcja powoduje odśrodkowe obciążenia promieniowe. Siła odśrodkowa to siła, którą obiekt poruszający się po zakrzywionej ścieżce odczuwa na zewnątrz, od środka obrotu. Podczas obrotu łożyska wzajemne oddziaływanie elementów tocznych i pierścienia zewnętrznego powoduje powstawanie odśrodkowych obciążeń promieniowych o następującym działaniu:

  • Pierścień wewnętrzny obraca elementy toczne

  • Element toczny, który podąża za ruchem, chce nadal poruszać się prosto po torze stycznym do łuku obrotu

  • Pierścień zewnętrzny musi zmuszać elementy toczne do dalszego ruchu po łuku łożyska

Obciążenie odśrodkowe jest bardzo ważne przy wyborze odpowiednich łożysk, ponieważ wpływa na trwałość łożyska. Jeśli aplikacja wymaga dużej prędkości, rozważ zastosowanie łożyska skośnego z mniejszymi kulkami, takiego jak seria KH firmy Aubearing. Inną opcją jest przejście z kulek stalowych łożyskowych na kulki ceramiczne. Mniejsze i/lub lżejsze kulki zmniejszają masę wirującą, a tym samym przyłożone obciążenie odśrodkowe.

Dodatkowo: hercowskie ciśnienie kontaktowe

Jak stwierdzono powyżej, wszystkie omówione przez nas obciążenia wynikają z sił kontaktowych przenoszonych z jednego pierścienia łożyska na drugi poprzez elementy toczne. Ale nie wspomnieliśmy, że ta siła kontaktowa wytwarza nacisk w miejscu, w którym elementy toczne dociskają się do bieżni; nazywa się to ciśnieniem kontaktowym Hertza lub naprężeniem Hertza. Hertzowski nacisk kontaktowy jest ważnym czynnikiem odniesienia przy określaniu wielkości i rodzaju obciążenia, jakie łożysko może wytrzymać. Zdolność łożyska do wytrzymywania obciążenia zależy od tego, jak blisko hertzańskiego nacisku kontaktowego znajduje się granica naprężenia łożyska. Im bliżej wartości granicznej naprężenia jest łożysko, tym krótszy jest czas potrzebny łożysku do poddania się odkształceniu plastycznemu.

Na przykład dla stali AISI 52100 Łożyska kulkoweogólnie przyjęta granica naprężenia wynosi 4,200 MPa. Aubearing uważa, że ​​hercowski nacisk kontaktowy kulek stalowych jest wyższy niż 1,500 MPa, a kulek ceramicznych większy niż 1,800 MPa, co jest wystarczające, aby zbliżyć się do granicy naprężenia i tym samym mieć znaczący wpływ na całkowitą żywotność aplikacji. Jeśli aplikacja charakteryzuje się wysokim naprężeniem hercowym, mogą być wymagane zmiany w aplikacji w celu zmniejszenia naprężenia. Niektóre rozwiązania mogą polegać na zmianie rozmiarów łożysk, zastosowaniu kulek ceramicznych lub dodaniu łożysk do systemu, aby pomóc w rozłożeniu obciążenia.

Łożyska kulkowe AISI 52100

Oblicz obciążenia łożysk

Nośność łożyska można obliczyć za pomocą różnych wzorów i programów, w tym także producenta łożyska. Spis treści, kalkulatory online i analiza elementów skończonych (FEA) symulacje. Najczęściej stosowane wzory na obciążenie promieniowe i osiowe to:

Nośność promieniowa = (C/P)^(1/3) x Fr
Nośność osiowa = (C0/P)^(1/2) x Fa

We wzorze C jest podstawową nośnością dynamiczną, P jest równoważnym obciążeniem dynamicznym łożyska, C0 jest podstawową nośnością statyczną, Fr jest obciążeniem promieniowym, a Fa jest obciążeniem osiowym. Aby uzyskać dokładne wyniki przy obliczaniu nośności łożyska, należy zasięgnąć porady eksperta lub skorzystać z oprogramowania dostarczonego przez producenta łożyska.

Wybór łożysk o wystarczającej nośności odśrodkowej ma kluczowe znaczenie w zastosowaniach wymagających dużych prędkości, aby zapobiec przedwczesnym awariom. Obciążenia odśrodkowe mogą powodować deformację łożysk, wibracje i zmęczenie. Do obliczenia nośności odśrodkowej należy skorzystać ze wzorów i programów dostarczonych przez producenta. Spis treści, kalkulatory online i symulacje MES. Najbardziej powszechnym wzorem jest: obciążalność odśrodkowa = (C0/P) x V^2 x 10^-9. gdzie C0 to podstawowa nośność statyczna, P to równoważne obciążenie dynamiczne łożyska, a V to prędkość łożyska w obr./min.

Znamionowe obciążenie łożyska

Nośność łożyska zawsze wyrażamy w Kgf (siła w kilogramach). Jest to siła wywierana przez kilogram masy na powierzchnię Ziemi. W innych miejscach możesz zobaczyć siły wyrażone w Newtonach. Newton definiuje się jako siłę, która przyspiesza kilogram masy z prędkością jednego metra na sekundę (lub 1 m/s²). Ponieważ grawitacja na powierzchni Ziemi wynosi 9.80665 m/s², 1 Kgf = 9.80665 Newtona, ale dla uproszczenia załóżmy, że 1 Kgf = 10 Newtonów.

Znamionowe dynamiczne obciążenie promieniowe

Oficjalna definicja dynamicznego obciążenia promieniowego to: „stałe statyczne obciążenie promieniowe, przy którym 90% zestawu identycznych łożysk ze stali chromowej (z obracającym się tylko pierścieniem wewnętrznym) może wytrzymać milion obrotów, zanim zacznie wykazywać oznaki zmęczenia”. Milion obr/min wydaje się dużą liczbą, ale sprawdźmy jeszcze raz. W przypadku pracy z prędkością około 10,000 100 obrotów na minutę (obr/min) przy przyłożonym maksymalnym obciążeniu dynamicznym łożyska wytrzymują tylko półtorej godziny (około 6 minut). Liczby te służą do obliczenia trwałości znamionowej, ale łożyska nie powinny być poddawane obciążeniom zbliżonym do takich obciążeń w normalnych zastosowaniach, chyba że nie oczekuje się, że będą trwać bardzo długo. Jeśli wymagana jest długa żywotność, najlepiej ograniczyć rzeczywiste obciążenie do od 12% do 440% znamionowego obciążenia dynamicznego łożyska. Wytrzymuje większe obciążenia, ale żywotność zostanie skrócona. AISI440C/KSXNUMX łożyska ze stali nierdzewnej wytrzyma około 80% – 85% obciążenia łożyska ze stali chromowej. Nośność łożyska wzdłużnego opiera się na stałym obciążeniu osiowym przez milion obrotów. Zespół ekspertów Aubearing może pomóc w dostarczeniu danych dotyczących trwałości różnych łożysk.

łożysko wałeczkowe poprzeczne

Znamionowe statyczne obciążenie promieniowe

Statyczne obciążenie promieniowe to czyste obciążenie promieniowe (lub obciążenie osiowe w przypadku łożysk wzdłużnych), które powoduje całkowite i trwałe odkształcenie kuli lub bieżni. Obciążenia statyczne bliskie tej wartości mogą być dopuszczalne w niektórych zastosowaniach, ale nie tam, gdzie wymagana jest płynność lub dokładność. Nośność statyczna łożysk ze stali nierdzewnej wynosi około 75% do 80% nośności łożysk ze stali chromowej. Nośność łożysk może być ograniczona przez smar. Niektóre smary nadają się tylko do lekkich obciążeń, podczas gdy inne są przeznaczone do zastosowań z dużymi obciążeniami. Łożyska z pełną liczbą uzupełnień mają wyższą nośność. Nośność osiową łożysk kulkowych poprzecznych można zwiększyć, określając luźny luz promieniowy.

Znamionowe obciążenie osiowe

Typy łożysk do dużych obciążeń, takie jak seria 6200 lub 6300, wytrzymują obciążenia osiowe do 50% znamionowego statycznego obciążenia promieniowego. Ze względu na płytkie bieżnie łożyska kulkowe zwykłe o cienkim przekroju wytrzymują obciążenia osiowe jedynie w zakresie od 10% do 30% znamionowego statycznego obciążenia promieniowego łożyska. Należy pamiętać, że liczby te opierają się na obciążeniach czysto osiowych. Dodatkowe obciążenia promieniowe lub momenty (obciążenia wynikające z niewspółosiowości) będą miały wpływ na nośność osiową. Przekroczenie całkowitych zalecanych limitów dla połączonych obciążeń będzie miało niekorzystny wpływ na trwałość łożyska. Łożyska kulkowe z pełną liczbą elementów mają rowki wypełniające wykonane na pierścieniach wewnętrznym i zewnętrznym. Ten rowek zakłóca obrót kuli pod obciążeniem osiowym, dlatego nie zaleca się stosowania łożysk z pełną liczbą kompletów pod obciążeniem osiowym.

Wpływ obciążenia łożyska na żywotność

Wybór właściwych łożysk o odpowiedniej nośności ma kluczowe znaczenie dla wydajnego działania i trwałości maszyn. Zbyt mała pojemność może prowadzić do przedwczesnych awarii, przestojów, napraw i zagrożeń dla bezpieczeństwa, natomiast zbyt duże obciążenie może prowadzić do przegrzania, zużycia i zwiększonego zużycia energii. Nieprawidłowa nośność może prowadzić do katastrofalnych awarii, zagrożeń bezpieczeństwa i kosztownych przestojów. Skonsultuj się ze specjalistą lub producentem łożysk, aby zapewnić odpowiednią nośność dla swojego zastosowania.
Podstawową trwałość zmęczeniową, znaną jako L10, oblicza się jako liczbę obrotów, przy której 90% wszystkich łożysk w danej grupie osiąga lub przekracza obliczony czas do uszkodzenia (prawdopodobieństwo uszkodzenia: 10%). Sprawdź nośność dynamiczną łożyska w katalogu, oszacuj obciążenie promieniowe i prędkość obrotową, a będziesz mógł obliczyć własną Żywotność łożyska L10. Obliczenie trwałości L10 wskazuje trwałość łożyska w warunkach pracy z dokładnością do 90%.

Dlatego ładunki uzyskuje się zwykle poprzez pomnożenie wartości teoretycznych przez różne współczynniki w czasie. Wiąże się to z dużą ilością matematyki, ale informacje można znaleźć na stronie internetowej Aubearing.

Wybierz odpowiednie łożysko

Wybierając łożyska, należy wziąć pod uwagę wymagania aplikacji, rodzaj obciążenia, prędkość, środowisko i temperaturę. Łożyska kulkowe nadają się do obciążeń od niskich do średnich, natomiast łożyska wałeczkowe nadają się do większych obciążeń. Łożyska ślizgowe nadają się do maszyn o niskiej prędkości i dużym obciążeniu. Konserwuj łożyska poprzez regularne kontrole, czyszczenie i smarowanie, aby zapewnić optymalną wydajność i żywotność. Producenci mogą zrobić wiele rzeczy, aby zapewnić długą i pomyślną żywotność łożysk. Pierwszym krokiem jest ograniczenie obciążeń promieniowych do od 6% do 12% znamionowej nośności dynamicznej łożyska. Chociaż łożyska wytrzymują większe obciążenia, ich żywotność jest krótsza.

Kolejnym krokiem jest wybór odpowiedniego materiału. Doświadczenie Aubearing jako specjalisty w dziedzinie cienkościennych, odpornych na korozję, miniaturowych łożysk i łożysk ceramicznych Wybór odpowiedniego typu łożyska również może mieć znaczenie. Chociaż wszystkie łożyska kulkowe poprzeczne mają pewną nośność wzdłużną, jeśli występują większe obciążenia wzdłużne, zwykle lepiej jest stosować łożyska o dużej wytrzymałości z głębokimi bieżniami, ponieważ łożyska te mogą wytrzymać obciążenia osiowe do 50% statycznego obciążenia promieniowego. Ładuje wykres.

Chociaż łożyska cienkościenne (gdzie różnica między średnicą wewnętrzną i zewnętrzną łożyska jest niewielka) doskonale nadają się do zwartości i zmniejszenia masy. Ponieważ bieżnie są płytkie, mogą przenosić obciążenia osiowe jedynie w zakresie od 10% do 30% znamionowego statycznego obciążenia promieniowego łożyska. Dodatkowe obciążenia promieniowe lub obciążenia momentowe jeszcze bardziej zmniejszą obciążalność wzdłużną. Nadmierne obciążenia wzdłużne w łożyskach cienkościennych mogą spowodować, że kulki niebezpiecznie zbliżą się do górnej części bieżni. Wybierając odpowiedni typ łożyska i biorąc pod uwagę kluczowe czynniki kontrolujące obciążenia promieniowe i wzdłużne, inżynierowie mogą zapewnić ciągłe wprowadzanie innowacji, zapewniając jednocześnie najwyższy poziom dokładności, płynności i trwałości łożyska.

łożyska cienkościenne

Wnioski

Aby wybrać właściwe łożysko do danego zastosowania, niezwykle istotne jest zrozumienie obciążeń łożyska. Obciążenia promieniowe, osiowe i odśrodkowe określają odpowiednią nośność. Aubearing oferuje szeroką gamę łożysk odpowiednich do różnych warunków i zastosowań, a także produkty wysokiej jakości i fachowe doradztwo. Aubearing produkuje przede wszystkim łożyska kulkowe i wałeczkowe do stosowania w różnych gałęziach przemysłu w Stanach Zjednoczonych i na całym świecie.

Nasze łożyska klasy przemysłowej muszą nie tylko zapewniać długą żywotność zgodnie z normami dotyczącymi zmęczenia tocznego, ale muszą także być strukturalnie utrzymywane razem, aby chronić przed wstrząsami, przeciążeniami i okazjonalnymi wypadkami z dużą prędkością. W tym celu zoptymalizowano konstrukcję każdego łożyska, łącznie z naszymi łożyskami o dużej średnicy.