Jaki jest moment obrotowy łożyska obrotowego? Przewodnik po tarciu, wzorach i wyborze

Kiedy górna konstrukcja żurawia waha się podczas pierwszego ruchu w zimny poranek, problemem rzadko jest sam silnik. Znacznie częściej nikt nie dobierał napędu pod kątem momentu obrotowego ukrytego w samym łożysku. Moment obrotowy łożyska obrotowego nie jest stałą wartością wydrukowaną obok znamionowych obciążeń w arkuszu danych. Jest to opór, jaki łożysko stawia przed obrotem: tarcie powodowane przez elementy toczne przenoszące obciążenie, wargi uszczelniające poruszające się po pierścieniu oraz zęby przekładni, w której zamontowane jest przekładnia integralna. Krótka odpowiedź jest następująca: moment obrotowy łożyska obrotowego to zmienne obciążenie cierne, zwykle 1,5 do 2 razy większe w momencie zerwania niż podczas pracy ustalonej i należy do środka wymiaru napędu, a nie na marginesach.

Trzy różne „momenty obrotowe” są mylone w zastosowaniach związanych z obrotem

Zanim cokolwiek obliczysz, oddziel trzy wielkości, które inżynierowie potocznie nazywają „momentem obrotowym”, ponieważ wartość jednej z nich prawie nic nie mówi o pozostałych.

• Moment tarcia łożyska — opór wytwarzany wewnątrz samego łożyska przez elementy toczne, uszczelnienia i koła zębate. To właśnie zwykle oznacza ten termin.
• Wymagany moment napędowy — wszystko, co musi zapewniać silnik lub zębnik: tarcie łożyska plus bezwładność podczas przyspieszania oraz opory robocze, takie jak obciążenie wiatrem lub reakcja kopania.
• Moment trzymania lub hamowania — statyczny moment obrotowy, jaki przemiennik może wytrzymać bez uszkodzeń. To jest specyfikacja napędu, a nie łożyska.

W arkuszu danych łożyska obrotowego rzadko podana jest pojedyncza liczba momentu tarcia, a pominięcie to jest celowe. Tarcie zależy od faktycznie zastosowanego obciążenia osiowego, promieniowego i momentu przechylającego, zamówionej klasy luzu lub napięcia wstępnego, lepkości smaru i temperatury. Dwa identyczne pierścienie mogą różnić się trzykrotnie zmierzoną rezystancją w zależności od obciążenia, dlatego traktowanie go jako stałej jest początkiem większości błędów przy wyborze.

Trzy składniki momentu tarcia łożyska obrotowego

Producenci modelują całkowity moment tarcia jako sumę trzech części: M = Mf Pani Mg. Każdy zachowuje się inaczej w służbie, dlatego podział ma znaczenie.

Moment tarcia przenoszący obciążenie (Mf)

Opór toczenia powstaje tam, gdzie kulki lub rolki stykają się z bieżniami pod wpływem przyłożonego obciążenia osiowego, obciążenia promieniowego i momentu przechylającego. Rośnie wraz z obciążeniem, stromo, a więc pod obciążeniem dużymi momentami, które mocno dociskają jedną stronę bieżni. Konstrukcje kulkowe wykazują kontakt punktowy i ogólnie niższy opór; konstrukcje rolek przenoszą większe obciążenie w zależności od rozmiaru kosztem większego tarcia przy pełnym obciążeniu.

Moment tarcia uszczelki (Ms)

Wargi uszczelniające ślizgające się po powierzchni pierścienia wytwarzają opór prawie niezależny od obciążenia. W przypadku małych lub lekko obciążonych łożysk większość całkowitego tarcia stanowią uszczelki, a każda dodatkowa warga zwiększa je. Dwa łożyska z identycznymi powłokami, ale różnymi układami uszczelnień, mogą zatem wymagać zauważalnie różnych napędów.

Tarcie siatki przekładni (Mg)

Pierścienie zębate zwiększają tarcie na styku zębnika i pierścienia, na które wpływa klasa jakości przekładni, moduł, smarowanie i wyrównanie zazębienia. W zespołach z przekładnią zewnętrzną niewspółosiowość zębnika objawia się zarówno podwyższonym momentem obrotowym, jak i miejscowym zużyciem zębów.

Ponieważ te komponenty różnią się skalą w zależności od rozmiaru i obciążenia, wybór konstrukcji wpływa na budżet momentu obrotowego. W sprzęcie o lekkim i średnim obciążeniu, takim jak trackery słoneczne, małe pozycjonery i maszyny spożywcze, a jednorzędowe łożysko kulkowe obrotowe utrzymuje tarcie toczne i uszczelnienie na tyle niskie, że kompaktowe napędy o małej mocy pozostają opłacalne.

Jednorzędowe łożysko kulkowe wahliwe do lekkich obrotów Dzięki jednemu rzędowi kulek ze stali hartowanej łożysko to utrzymuje niskie tarcie toczne i uszczelnienie, dzięki czemu kompaktowe napędy w trackerach słonecznych, małych pozycjonerach i maszynach spożywczych pozostają opłacalne. Bieżnie poddane obróbce cieplnej, opcje uszczelnienia i łatwy montaż zapewniają długą i stabilną pracę. Zobacz produkt →

Jak obliczyć moment obrotowy łożyska obrotowego

Poważne projekty wykorzystują liczby z obu stron.

Z dostępnej mocy

Praktyczny wzór po stronie napędu to M = P / ω, gdzie P to moc dostarczana na pierścieniu, a ω to prędkość kątowa w radianach na sekundę. Platforma obracająca się z prędkością 1 obr./min obraca się z prędkością ω = 2π/60 ≈ 0,105 rad/s. Jeżeli przy tej prędkości do pierścienia dociera moc 1,5 kW, dostępny moment obrotowy wynosi około 1500 / 0,105 ≈ 14 300 N·m, czyli około 14 kNm. Wykonaj arytmetykę w odwrotnej kolejności, aby sprawdzić, czy proponowany silnik i skrzynia biegów rzeczywiście mogą zapewnić wymagania aplikacji przy rzeczywistych prędkościach obrotowych.

Od tarcia

Oszacowanie pierwszego przejścia mnoży równoważne obciążenie stykowe przez promień bieżni i łączny współczynnik tarcia: M ≈ µ × F × d/2. Robocze wartości µ pomiędzy około 0,005 a 0,015 obejmują styk toczny i uszczelnienia, przy czym dolna granica dotyczy konstrukcji kulek z lekkim napięciem wstępnym w ciepłych i dobrze nasmarowanych warunkach, a górna granica dotyczy zespołów mocno obciążonych lub pracujących na zimno. Wzory producenta przekształcają to w wielomiany, które osobno ważą wyrazy osiowe, promieniowe i momentowe, dlatego należy ich używać do ostatecznej kontroli, a nie do szacunków.

Dodanie reszty cła

Całkowite zapotrzebowanie wynosi M_napęd = M_tarcie M_inercja M_praca. W systemach automatyki i śledzenia z szybką indeksacją dominuje moment bezwładnościowy; W koparkach i dźwigach dominuje opór roboczy. Tam, gdzie przekładnia obrotowa z przekładnią ślimakową zastępuje otwarty zębnik, zamknięte przełożenie przekształca niewielki moment obrotowy silnika w duży wyjściowy moment obrotowy, jakiego potrzebuje pierścień, i jak przełożenie skrzyni biegów kształtuje moment obrotowy i prędkość wyjściową zasługuje na własny etap weryfikacji przed zablokowaniem rozmiaru silnika.

Moment rozruchowy w porównaniu z momentem roboczym

Zmierzony moment zrywający na łożysku wahliwym jest zwykle 1,5 do 2 razy większy od wartości pracy ustalonej, a szczelina zwiększa się w niskich temperaturach. Powodują to trzy efekty: tarcie statyczne pod obciążeniem jest większe niż tarcie ruchome, smar sztywnieje, aż elementy toczne przebiją się przez grubszy film przez kilka pierwszych obrotów, a wargi uszczelniające zaciskają się mocniej, zanim się rozgrzeją i dopasują. W przypadku wyboru napędu oznacza to, że ustawienia silnika, skrzyni biegów i zaworu nadmiarowego muszą uwzględniać wartość szczytową, a nie średnią roboczą – kontrola, która ma największe znaczenie w przypadku sprzętu uruchamianego pod pełnym obciążeniem, takiego jak górne konstrukcje koparek i nośniki kadzi.

Co powoduje zwiększenie lub zmniejszenie momentu obrotowego łożyska obrotowego

• Klasa luzu lub napięcia wstępnego: wstępnie naprężone pierścienie są sztywniejsze i bardziej odporne na obrót; kupują dokładność kosztem momentu obrotowego.
• Wielkość obciążenia i moment przechylający: cięższe, niecentryczne obciążenia zwiększają nacisk i tarcie na bieżni.
• Temperatura i smar: smar niskotemperaturowy lub o dużej lepkości zwiększa zarówno moment rozruchowy, jak i roboczy.
• Projekt uszczelki: dodatkowe wargi i mocniejszy kontakt zwiększają stały opór.
• Dokładność montażu: niepłaska powierzchnia montażowa lub nierówne dokręcenie śrub powoduje zniekształcenie pierścieni i nierównomierne obciążenie bieżni.
• Wyrównanie siatki przekładni: źle ustawiony zębnik zwiększa tarcie przekładni i przyspiesza zużycie.

Znak obciążenia ma znaczenie tak samo, jak rozmiar ładunku. Cykle pracy, które zmieniają się lub odwracają, utrzymują strefę styku w ruchu wokół bieżni, więc opór zmienia się w trakcie cyklu; warto to sprawdzić jak jednorzędowe konstrukcje kul radzą sobie ze zmiennymi obciążeniami przed sfinalizowaniem profilu obowiązków.

Na drugim końcu skali – dźwigi portowe, maszyny do drążenia tuneli, duże koparki – jako cenę wydajności akceptowane jest wyższe tarcie, które występuje wtedy, gdy Trzyrzędowe łożysko toczne obrotowe serii 13 zasługuje na swoje miejsce: oddzielne bieżnie niezależnie przenoszą obciążenia osiowe, promieniowe i momentowe, dzięki czemu żaden pojedynczy rząd nie jest zagrożony.

Trzyrzędowe łożyska toczne obrotowe serii 13 do dużych obciążeń Oddzielne bieżnie niezależnie przenoszą obciążenia osiowe, promieniowe i momentowe, dzięki czemu to łożysko serii 13 nadaje się do dźwigów portowych, maszyn drążących tunele i dużych koparek, gdzie wydajność przewyższa dodatkowe tarcie. Konstrukcja ze stali stopowej i uproszczona konserwacja wymagająca cykli pracy. Zobacz produkt →

Co należy potwierdzić u dostawcy przed złożeniem zamówienia

1. Dane momentu tarcia przy obciążeniach — wartości początkowe i robocze, a nie jedna wartość mieszana.
2. Warunki badania — obciążenie, prędkość i temperatura, w jakich zmierzono te wartości.
3. Klasa luzu lub napięcia wstępnego – i jaki ma to wpływ na oczekiwaną rezystancję.
4. Specyfikacja uszczelek i smaru — liczba warg, rodzaj smaru i poziom napełnienia oraz zachowanie w zimnym klimacie.
5. Jakość przekładni i luz — w przypadku pierścieni zębatych, ponieważ jakość siatki wpływa bezpośrednio na Mg.
6. Kryteria akceptacji — zmierzona granica momentu obrotowego w teście wirowania przed wysyłką.

Kiedy tarcie plus moment roboczy przekracza możliwości ekonomiczne układu zębnika i reduktora, wielu nabywców decyduje się na zespoły zintegrowane; a poziomy napęd obrotowy pakuje łożysko, zamkniętą przekładnię i obudowę montażową w jeden dopasowany zespół, dzięki czemu łańcuch reakcyjny jest projektowany jako system, a nie montowany z części.

Poziomy napęd obrotu z funkcją samoblokowania Ta zintegrowana jednostka łączy łożysko, zamkniętą przekładnię i obudowę montażową w jeden dopasowany zespół, dzięki czemu łańcuch reakcyjny został zaprojektowany jako system. Samoblokujący utrzymuje pozycję pod obciążeniem bez zasilania, przydatny, gdy tarcie i moment roboczy przekraczają układy sworzniowo-redukcyjne. Zobacz produkt →

Moment obrotowy łożyska obrotowego najlepiej traktować jako właściwość systemową, a nie stałą katalogową. Jest to suma obciążenia, uszczelnienia i tarcia przekładni; gwałtownie rośnie przy uruchomieniu; i porusza się z napięciem wstępnym, temperaturą, smarowaniem i jakością montażu. Udostępnij producentowi łożysk swoje rzeczywiste przypadki obciążeń — osiowe, promieniowe, momentu, prędkości i zakresu temperatur — i poproś o dane dotyczące momentu rozruchowego i roboczego w odniesieniu do tych obciążeń. Ten pojedynczy krok zapobiega najdroższej awarii w zastosowaniach związanych z obrotem: maszyna obraca się, ale nigdy tak łatwo, jak obiecano na rysunku.