Узнайте, почему поворотным подшипникам большего размера обычно требуются более низкие обороты, как режим работы влияет на износ и что следует проверить перед выбором или увеличением скорости.
Проектировщик оборудования может посмотреть на большой поворотный подшипник, вращающийся со скоростью 5 об/мин, и подумать: он едва движется. В каком-то смысле это так. Но точка на большом круге за каждый оборот проходит гораздо большее расстояние, чем точка на маленьком круге. Одна только частота вращения не расскажет всей истории.
При сопоставимой конструкции и условиях эксплуатации увеличение диаметра окружности центров тел качения обычно означает снижение допустимой частоты вращения при одинаковом ограничении окружной скорости. Вот почему скорость, которая подходит для одного поворотного подшипника, не может быть просто перенесена на замену большего размера.
В этом руководстве объясняется эта взаимосвязь, что может пойти не так при превышении утвержденной скорости, а также информация, необходимая для выбора долговечного подшипника.
Почему многие поворотные подшипники предназначены для медленного движения
Поворотному подшипнику часто приходится поддерживать тяжелую конструкцию, воспринимать осевые и радиальные силы и противостоять опрокидывающему моменту — и все это в одном компактном узле. На экскаваторе, кране или позиционирующей платформе работа обычно заключается в перемещении и удержании груза. Непрерывное высокоскоростное вращение не обязательно является частью этой работы.
Silverthin описывает свои опорно-поворотные устройства как обычно используемые для медленного, колебательного или прерывистого движения и направляет расчеты ограничения скорости своей команде инженеров. Это полезная отправная точка для обычных применений, а не универсальная частота вращения для каждого поворотного подшипника. [1]
Специальные конструкции могут работать быстрее. Важный вопрос заключается в том, рассчитаны ли конкретный подшипник, система смазки и установка на необходимое движение. Высокая номинальная нагрузка сама по себе не обеспечивает высокую скорость.
Те же обороты, разное пройденное расстояние
Представьте себе, что вы идете по двум круговым дорожкам. Один маленький; другой в десять раз больше в диаметре. Чтобы пройти оба круга одновременно, вы должны двигаться по большей трассе в десять раз быстрее.
Та же геометрия помогает объяснить скорость подшипника. Рассмотрим два подшипника с делительные диаметры тел качения 200 мм и 2000 мм. При 5 об/мин опорные окружные скорости составляют примерно 0,052 м/с и 0,524 м/с. У более крупного из них скорость в десять раз превышает эталонную, хотя оба совершают пять оборотов в минуту.
Требуется только одно уравнение:
Используйте диаметр окружности центров тел качения в метрах, чтобы получить скорость в метрах в секунду.
Здесь об/мин означает относительную скорость вращения между кольцами подшипника. Результатом является геометрическая привязка на делительной окружности тела качения. Это нет фактическая скорость мяча, вращающегося вокруг подшипника, скорость вращения мяча или скорость скольжения внутри контакта. Для этого требуется более подробная кинематика подшипников.
Какой диаметр следует использовать?
Клиенты обычно знают внешний диаметр подшипника. Для этого расчета более подходящим параметром является диаметр окружности через центры тел качения, часто обозначаемый на чертеже как делительный диаметр тела качения.
Не путайте его с делительным диаметром зубчатого венца. Кроме того, не заменяйте автоматически средние значения наружного и внутреннего диаметров: в некоторых конструкциях это может быть приблизительным, но не подтвержденным размером дорожки качения. Многорядные конструкции могут потребовать рассмотрения более одного ряда.
Внешний диаметр остается полезным первым описанием размера. При технической проверке следует использовать соответствующую внутреннюю геометрию, предоставленную производителем.
Почему допустимая частота вращения обычно падает с увеличением диаметра
Если сопоставимое семейство подшипников ограничено одной и той же окружной скоростью, удвоение делительного диаметра уменьшает соответствующую частоту вращения вдвое. Увеличение диаметра в десять раз уменьшает его до одной десятой.
Эта связь объясняет тенденцию. Он не обеспечивает само ограничение скорости.
В каталоге Schaeffler 404 указаны максимальные окружные скорости при консистентной смазке, а также указаны серии подшипников и кратковременные условия эксплуатации. Его обзор также определяет значения по стандартному зазору. Каталог 390 компании Kaydon дает рекомендации по окружной скорости на делительной окружности, привязанные к конкретной серии и прерывистому режиму работы. Это примеры того, как производители определяют рабочий диапазон; они не являются рейтингами для неуказанного подшипника MERYDOM. [2, 3]
Таким образом, два подшипника с одинаковым наружным диаметром могут иметь разные разрешенные скорости. Их тела качения, внутреннее устройство, зазор или предварительный натяг, уплотнения, смазка и режим работы могут различаться. Специально разработанный большой подшипник может также превышать частоту вращения меньшего подшипника, предназначенного для другой работы.
Используйте диаметр, чтобы понять тенденцию. Используйте утвержденные данные применения конкретного подшипника для установки рабочей скорости.
Что может произойти, если подшипник вращается слишком быстро?
Превышение разрешенной скорости может сократить срок службы, а при неблагоприятных условиях привести к быстрой поломке. Не существует единой последовательности отказов, которая возникает в каждом подшипнике. Три вопроса заслуживают особого внимания.
1. Чем больше сила трения, тем больше тепла.
Трение препятствует вращению. Если бы момент трения остался неизменным, удвоение скорости вращения удвоило бы скорость, с которой энергия трения превращается в тепло. В реальном подшипнике крутящий момент также меняется в зависимости от условий эксплуатации.
Модель трения SKF разделяет влияние качения, скольжения, уплотнения и сопротивления смазке и описывает влияние условий смазки. Это помогает объяснить, почему скорость нельзя оценить независимо от системы смазки. [4]
Практический вопрос заключается в том, может ли подшипник выделять выделяемое тепло во время фактического рабочего цикла. Короткое движение, сопровождаемое длительным отдыхом и непрерывным вращением, может привести к совершенно разным температурным историям.
2. Смазка может больше не соответствовать условиям эксплуатации.
Смазка должна достигать контактов и обеспечивать достаточное разделение между поверхностями. При повышении рабочей температуры вязкость масла обычно падает. Сохраняется ли достаточная пленка, зависит от нагрузки, скорости, свойств смазочного материала и подачи смазочного материала; Увеличение скорости не означает автоматически, что пленка становится тоньше.
Неподходящее сочетание может привести к недостаточной защите контактных поверхностей. Простое добавление большего количества смазки не является надежной коррекцией: для конкретного применения необходимо установить правильную смазку, ее количество, распределение и интервал замены. Наш гид по смазка поворотных подшипников и интервалы смазки объясняет техническую сторону этого решения.
3. Внутреннее движение и разделение необходимо контролировать.
Тела качения не движутся в идеально однородном поле нагрузки. Распределение нагрузки, условия контакта и конструкция прокладок или сепаратора влияют на внутреннее движение. При высоких скоростях при анализе конструкции необходимо учитывать поведение скольжения и сепаратора, а также номинальную нагрузку.
Исследование, проведенное Эсканчиано и его коллегами в 2024 году, показывает, что изменение предварительной нагрузки и жесткость опоры имеют значение при прогнозировании момента трения в шарико-поворотных подшипниках. Это подтверждает важный момент выбора: значение имеет собранная система, а не только номинальные размеры. Исследование не устанавливает универсальный порог превышения скорости. [5]
Подробнее о внутреннем разделении см. Проставки и сепараторы в поворотных подшипниках.
Возможные последствия включают ускоренный износ, повреждение поверхности и повреждение сепараторов или уплотнений. Изменения температуры, ненормальный шум или повышенный рабочий крутящий момент требуют расследования, но ни одно из них само по себе не указывает на превышение скорости. Загрязнение, деформация крепления, неправильная смазка и чрезмерная нагрузка могут вызывать аналогичные симптомы.
Пять об/мин в течение нескольких секунд — это не пять об/мин в течение всего дня.
Рассмотрим проигрыватель, который вращается в течение десяти секунд, а затем остается неподвижным в течение нескольких минут. Теперь рассмотрим аналогичную машину, которая постоянно работает с одной и той же частотой вращения. Второй подшипник в течение рабочего дня совершает больше оборотов и имеет меньше возможностей для охлаждения между движениями.
Поэтому полезная спецификация включает в себя как как быстро движется подшипник и как долго он продолжает двигаться. Записывайте нормальную скорость, максимальную скорость, время на максимальной скорости, старты и остановки, ускорение, реверс и общее количество часов работы.
Колебания нуждаются в собственном описании. Подшипник, неоднократно качающийся на небольшой угол, не может быть полностью описан средней частотой вращения. Укажите угловой ход, частоту и профиль движения. Исследование Ванделя и его коллег по качающимся подшипникам с консистентной смазкой показывает, как вытеснение и пополнение смазки влияют на голодание. Поэтому медленное движение автоматически не облегчает смазку. [6]
Что должен проверить инженер перед утверждением скорости?
Начните с реального применения, а не с общей диаграммы зависимости диаметра от частоты вращения. Следующая информация делает обзор скорости гораздо более полезным.
| Информация | Что предоставить | Почему это важно |
|---|---|---|
| Подшипник и геометрия | Модель, чертеж, диаметр окружности центров тел качения и внутреннее устройство | Определяет правильную ориентацию скорости и опорный диаметр. |
| Движение и продолжительность | Нормальные и пиковые обороты, продолжительность, ускорение и реверс; угол и частота колебаний | Разделяет непрерывный, прерывистый и колебательный режимы работы. |
| Нагрузки во время движения | Осевая сила, радиальная сила и опрокидывающий момент для каждого рабочего случая | Стационарный вариант нагрузки может отличаться от вращающегося. |
| Смазка и окружающая среда | Спецификация смазочного материала, способ доставки, температурный диапазон и степень загрязнения. | Поддерживает оценку подачи смазки и теплового баланса. |
| Установка и приемка | Опорная конструкция, требования к монтажу, расчетный срок службы и согласованные условия испытаний. | Подключает расчет подшипников к собранной машине. |
Наш руководство по расчету нагрузки помогает организовать силы и моменты. Если вы готовите запрос, Руководство по инженерному пакету запроса предложений предоставляет полезный контрольный список для компаньонов.
Для нового или измененного приложения согласуйте план проверки перед тестированием. В зависимости от конструкции он может включать температурные характеристики, рабочий крутящий момент, проверку смазки и осмотр после типовой эксплуатации. Кратковременное вращение без нагрузки не может подтвердить пригодность для непрерывной работы с нагрузкой.
Общие вопросы
Какова максимальная частота вращения поворотного подшипника?
Для всех поворотных подшипников не существует единого максимума. Узнайте предел для конкретной модели и применения, включая то, относится ли он к непрерывной работе, прерывистому движению или кратковременному пику. Одного диаметра недостаточно.
Могу ли я увеличить скорость, если подшипник несет меньшую нагрузку?
Возможно, но изменение требует рассмотрения. Более легкая нагрузка не удаляет смазку, уплотнение, сепаратор или тепловые ограничения. Не повышайте скорость машины только потому, что номинальная статическая нагрузка кажется большой.
Может ли более мощный двигатель решить проблему?
Более мощный двигатель может обеспечить больший крутящий момент. Он не увеличивает разрешенную скорость подшипника и не улучшает его внутреннюю смазку автоматически. Перед изменением настроек привода проверьте подшипник, зубчатый венец, приводную шестерню и привод как систему.
Доказывает ли ранний износ дорожек качения, что материал подшипника был плохим?
Нет. Износ следует исследовать, используя историю эксплуатации, состояние смазочного материала, монтаж, нагрузки и данные осмотров. Одним из возможных факторов может быть работа за пределами утвержденных обязанностей. По внешнему виду редко можно установить первопричину.
Укажите движение, а не только размер подшипника
Самый полезный урок прост: та же частота вращения становится более высокой опорной окружной скоростью по мере увеличения диаметра окружности центров тел качения. Это объясняет, почему более крупным подшипникам обычно требуются более низкие обороты в пределах сопоставимого семейства конструкций.
Прежде чем выбрать замену или увеличить скорость машины, пришлите в компанию MERYDOM чертеж или модель подшипника, нормальную и максимальную скорость, время на каждой скорости, рабочие нагрузки и сведения о смазке. Для вибрационного оборудования укажите угол и частоту перемещения. Используйте наш страница контактов отправить заявку на рассмотрение.
Четко определенный профиль движения дает инженеру-конструктору то, чего не может обеспечить сам внешний диаметр: условия, в которых подшипник должен действительно выдерживать.
Технические ссылки
- Silverthin — Подшипники поворотного кольца: Скорость. Руководство производителя по расчету типичных движений и скорости для конкретных приложений.
- Schaeffler — Опорно-поворотные устройства, каталог 404. Обзор продукта и условия окружной скорости. Значения каталога действительны для указанных продуктов и условий.
- Kaydon — Подшипники поворотно-поворотного устройства, каталог 390. Рекомендации по окружной скорости на делительной окружности для конкретной серии и рекомендации по эксплуатации.
- SKF — Использование модели трения в качестве инструмента проектирования. Общие механизмы трения и смазки на подшипниках качения; не номинальная скорость поворотного подшипника.
- Эсканчиано и др. (2024) — Методика оценки момента трения шарикоповоротных подшипников с учетом разброса предварительной нагрузки. Трение, 12, 1838–1857. Приводится из-за сообщений о влиянии изменения предварительной нагрузки и жесткости опоры.
- Вандель и др. (2022) — Механизмы голодания и повторной смазки в качающихся подшипниках, смазываемых консистентной смазкой.. Международная Трибология, 165, 107276. Указано для колебательных механизмов смазки, а не для общего ограничения превышения скорости.
Числовой пример в этой статье представляет собой геометрический расчет, а не оценку продукта. Применяйте утвержденные производителем подшипников ограничения и требования ко всей машине.
