Ułożenie łożysk w przekładni: strona mocna czy pływająca i jak obciążenia zębate decydują o typie

Czy ta przekładnia w ogóle potrzebuje strony mocnej i strony pływającej?

Wał na dwóch lub trzech łożyskach potrzebuje jednego łożyska oporowego, które ustala jego położenie osiowe, nawet gdy siła osiowa jest pomijalna¹⁰. Tam, gdzie podpory są daleko od siebie, wał i korpus rozszerzają się w różnym stopniu, i jedno łożysko musi pływać, aby różnicowa rozszerzalność nie tworzyła pasożytniczej siły osiowej¹⁰.

To samo dotyczy sumowania się tolerancji osiowych między dwoma pozycjami łożysk¹⁰. Ruch cieplny jest przejmowany na jeden z dwóch sposobów.

Łożysko pływające pozwala wałowi przesuwać się osiowo, albo wbudowany luz wewnętrzny przejmuje zmianę; większa gra promieniowa odpowiada gorącej pierścieniowi wewnętrznemu, a gra ta zamyka się w miarę rozszerzania wału⁴. Łożyska walcowe NU/N mogą przejąć przemieszczenie wewnątrz samego łożyska²³.

Długi wał przekładni o znacznym rozstawie podpór to przypadek, w którym wymagane jest jedno łożysko mocne i jedno pływające¹⁰. Krótki wał, którego kurczenie się nie wpływa znacząco na pracę, to przypadek, w którym strony nie muszą być rozróżniane.

Wówczas sparowane łożysko kulkowe skośne lub stożkowe przejmuje obciążenie osiowe, z luzem regulowanym nakrętkami lub podkładkami²². To rzeczywista rozbieżność w źródłach, a nie próg, który można odczytać: żadne źródło nie podaje długości wału ani rozstawu, przy którym pływanie staje się konieczne^10,12,22.

Zanim ustalisz układ, zapytaj dostawcę lub konstruktora przekładni o oczekiwaną różnicę temperatur między wałem a korpusem na gniazdach łożysk oraz o sumę tolerancji osiowych między tymi dwoma pozycjami. Żadna z tych liczb nie występuje w tym zbiorze źródeł, a obie decydują, czy pływanie jest potrzebne.

Jaki typ łożyska należy się stronie pływającej

Pozycję pływającą najlepiej obsługuje łożysko walcowe z jedną prostą bieżnią, ponieważ smarowane wałeczki przesuwają się po prostej drodze i przejmują przemieszczenie osiowe wewnątrz łożyska¹⁰. SKF opisuje te same konstrukcje N i NU dla pozycji nieoporowych, gdzie rozszerzalność cieplna wału musi być skompensowana²³.

Jeśli zamiast tego na stronie swobodnej używasz łożyska nieseparowalnego, zwykłą praktyką jest pasowanie luźne między pierścieniem zewnętrznym a korpusem, a w niektórych przypadkach między wałem a pierścieniem wewnętrznym. Dzięki temu wał może przesuwać się przez łożysko¹².

Łożyska kulkowe zwykłe, dwurzędowe skośne, stożkowe TDO i wahliwe walcowe są wszystkie prowadzone w ten sposób, gdy zajmują stronę swobodną¹⁰. Jeden szczegół, który ludzi zaskakuje: łożysko walcowe użyte jako pływające nadal wymaga zabezpieczenia pierścienia zewnętrznego, bo nie jest on połączony z pierścieniem wewnętrznym i może się przemieszczać².

To samo źródło zauważa, że szeroki płaski wałeczek może niekorzystnie mieszać olej, jeśli w tym obszarze zalega go zbyt dużo, więc gospodarka olejowa ma znaczenie, gdy sprawność jest istotna². Sprawdź rysunek korpusu pod kątem zamierzonego pasowania na pozycji pływającej, zanim zapytanie ofertowe wyjdzie na zewnątrz.

Separowalne NU/N potrzebuje elementu oporowego dla pierścienia zewnętrznego; alternatywa nieseparowalna potrzebuje pasowania luźnego zapisanego na rysunku, a nie pozostawionego tokarzowi.

Dobór typu strony mocnej na podstawie przenoszonego obciążenia osiowego

Strona mocna ustala położenie osiowe wału i musi przenosić obciążenie osiowe w obu kierunkach, więc jej typ dobiera się pod kątem wytrzymałości na to obciążenie¹². Lista kandydatów jest szeroka: łożysko kulkowe zwykłe, dobrana para lub pakiet łożysk skośnych, dwurzędowe skośne, kulkowe wahliwe, walcowe z ożebrowaniem (NUP i NH), dwurzędowe stożkowe i wahliwe¹².

Który wybierzesz, zależy od wielkości obciążenia, prędkości i wymaganej sztywności, a żadne źródło nie wskazuje jednego wymaganego typu na stronę mocną przekładni¹². Tam, gdzie rozszerzalność cieplna wytwarza osiową siłę reakcji, łożyska stożkowe w parze przeciwstawnej przenoszą składowe osiowe i promieniowe razem, zgodnie z konstrukcją²¹.

Łożyska kulkowe skośne generują własną siłę składowej osiowej, więc parę układa się czołowo lub w układzie X/O¹⁸. Łożyska wahliwe walcowo samocentrują się, przenosząc ciężkie połączone obciążenie promieniowe i osiowe, i są przywoływane jako częste w przekładniach¹¹.

Na pionowym wale z ciężkim obciążeniem osiowym strona mocna nadal przyjmuje łożysko przenoszące zarówno promieniowe, jak i osiowe obciążenie. A łożysko oporowe można dodać obok łożyska promieniowego, gdy obciążenie osiowe jest duże²².

Podaj dostawcy obciążenie osiowe w obu kierunkach i wymaganą sztywność, a nie tylko średnicę otworu. Lista kandydatów jest na tyle długa, że to przypadek obciążeniowy, a nie strona katalogu, musi ją zawęzić.

Dopasowanie kierunku siły przemieszczenia biegowego do typu łożyska

Łożyska widzą obciążenia promieniowe prostopadłe do osi wału i osiowe wzdłuż niego, a wiele konstrukcji przenosi oba jednocześnie, z konstrukcją wewnętrzną zoptymalizowaną pod dominujący kierunek i wielkość¹⁷. Rodzaj, wielkość i kierunek obciążenia to pierwszy czynnik doboru, przed prędkością, temperaturą i przestrzenią⁹.

Proste koła zębate walcowe nie generują obciążenia osiowego, więc przekładnia może pracować w całości na łożyskach walcowych, których boki oporowe mają jedyne zadanie: utrzymanie wału na miejscu jest utrzymanie wału na miejscu². To przypadek, w którym przepłacanie za łożysko o obciążeniu kombinowanym nic nie daje.

Gdy przemieszczenie biegowe jednak wytwarza obciążenie osiowe, strona mocna potrzebuje typu, który je przenosi: łożyska stożkowe przenoszą razem obciążenie promieniowe i jednostronne osiowe i są zwykle stosowane parami, podczas gdy walcowe przenoszą wyłącznie obciążenie promieniowe¹⁴. Warianty łożysk walcowych różnią się tu i różnica ma znaczenie przy zapytaniu ofertowym.

Konstrukcje NU i N przenoszą tylko obciążenie promieniowe; NJ przenosi osiowe w jednym kierunku; NUP lub NJ+HJ w obu²³. Przy obciążeniu kombinowanym obciążenie dynamiczne równoważne to P = XFr + YFa, gdzie granica e decyduje, czy składnik osiowy w ogóle się liczy¹⁸.

Ustal, czy Twoje przemieszczenie biegowe wytwarza siłę osiową, zanim wybierzesz typ strony mocnej. Jeśli nie, układ w pełni walcowy to przywoływana praktyka; jeśli tak, strona mocna musi przenosić tę siłę w obu kierunkach.

Ustalenie podstawy trwałości i niezawodności, zanim wybierzesz rozmiar

Trwałość oblicza się zgodnie z ISO 281 jako L10 z dynamicznej nośności łożyska i obciążenia dynamicznego równoważnego, przy obciążeniach szczytowych obejmujących rozruch, pracę ustabilizowaną i hamowanie awaryjne^5,24. Niezawodność powyżej 90% obsługuje się współczynnikiem a1 stosowanym do tego wyniku: 1,00 przy L10, 0,64 przy L5 i 0,25 przy L1²⁶.

Jeśli skorygowana trwałość jest nieakceptowalna, odpowiedzią jest łożysko o większej nośności dynamicznej, a nie inny układ²⁶. Sam cel jest specyficzny dla zastosowania.

Wyznaczają go normy branżowe lub polityka firmy oraz częstotliwość pracy urządzenia — praca przerywana versus ciągła, zmiany na dobę, dni w tygodniu³¹. Żadne źródło w tym zbiorze nie podaje wymaganego celu L10h, statycznego ani dynamicznego współczynnika bezpieczeństwa ani wartości aISO dla przekładni, więc muszą one wynikać z Twojej własnej specyfikacji pracy.

Wykonaj obliczenie L10 dla wybranego kandydata, a następnie zastosuj współczynnik a1 dla niezawodności, której faktycznie potrzebujesz. Jeśli wynik jest za niski, najpierw zwiększ nośność dynamiczną, zanim wrócisz do układu.

Smarowanie i uszczelnienie dla wybranego układu

Konfiguracja uszczelnienia ustala ochronę przed zanieczyszczeniami i obciążenie serwisowe. Otwarte łożyska pracują najszybciej bez żadnej ochrony, metalowe blaszki są bezstykowe i zatrzymują umiarkowany pył, a gumowe uszczelnienia 2RS dają maksymalną ochronę kosztem prędkości³⁰.

Dostawca łożysk precyzyjnych opisuje bezstykowe uszczelnienia labiryntowe jako pierwszą linię ochrony, twierdząc, że uszczelnienia CF zapewniają pełną skuteczność uszczelnienia przeciwko rozpryskującym się cieczom bez dodatkowej przestrzeni²⁹. Metoda smarowania może zmienić wynik bardziej niż uszczelnienie.

Papiernia przekonwertowała łożyska wałków prasowych z smarowania na olej cyrkulacyjny po powtarzających się awariach. Od tej zmiany nie było awarii łożysk w tej sekcji, a odczyty drgań sygnalizujące wczesne uszkodzenia przez ślizganie się zmalały⁷.

To samo źródło zauważa, że zmiana wymaga większego przeszkolenia personelu smarowania i utrzymania, w tym utylizacji oleju i monitorowania poziomu⁷. Dla pozycji pływającej z łożyskiem walcowym pamiętaj o punkcie mieszania oleju z sekcji o pływaniu: zbyt dużo oleju w tym obszarze kosztuje sprawność².

Zdecyduj o metodzie smarowania i typie uszczelnienia razem, bo wybór uszczelnienia ogranicza prędkość, a wybór smarowania ustala harmonogram serwisu. Ani wydatek oleju, ani trwałość smaru nie są ustalone w tym zbiorze źródeł, więc pochodzą od dostawcy środka smarnego.

Co ustalić na montażu, a co zostawić regulowane

Tam, gdzie układ wymaga większej sztywności przy cięższym lub udarowym obciążeniu, łożyska strony mocnej montuje się w układzie X/O z naprężeniem wstępnym, a wał i korpus muszą być wykonane z dokładnymi wymiarami¹⁹. Tam, gdzie rozstawy łożysk są małe, luz osiowy można zamiast tego ustawić po montażu nakrętkami lub podkładkami²².

Poniższe kontrole rozdzielają oba przypadki, zanim rysunek zostanie zwolniony do produkcji.

• ✓Potwierdź, czy strona mocna potrzebuje naprężenia wstępnego dla sztywności, czy regulacja luzu nakrętkami lub podkładkami jest akceptowalna.
• ✓Jeśli wymagane jest naprężenie wstępne, sprawdź, czy wymiary wału i korpusu mają tolerancje umożliwiające dokładny montaż.
• ✓Sprawdź rozstaw łożysk względem przypadku małego rozstawu, w którym strona mocna i swobodna nie są rozróżniane.
• ✓Potwierdź, że przypadek obciążeniowy został scharakteryzowany, zanim układ zostanie zamrożony.
• ✓Sprawdź wymaganą prędkość względem prędkości granicznej i wartości dN kandydata.
• ✓Potwierdź tolerancję niewspółosiowości, smarowanie i montaż względem rzeczywistego wału, korpusu i środowiska.

Gdzie faktycznie kształtują się koszt i czas dostawy

Nie istnieje jeden najlepszy układ dla wszystkich; zastosowanie wymusza konstrukcję kół zębatych, a ta wymusza system łożyskowy⁸. Wydajna, cicha przekładnia może uzasadnić podparte naprężeniem wały, podczas gdy konstrukcja sterowana kosztem i sprawnością może użyć łożysk o mniejszej dokładności pracy i sztywności oraz zaakceptować wtórne zjawiska NVH⁸.

W produkcji krótkich serii łożysk specjalnych projekt koszyka może stać się decydującym czynnikiem wyboru typu, bo unikalne średnice podziałowe i zestawy elementów tocznych są często nierealne po doliczeniu kosztu oprzyrządowania⁶. Jakość materiału zasila tę samą decyzję: tworzywa niskiej klasy kosztują około 1 USD/kg, podczas gdy bardziej wyrafinowane polimery około 60 USD/kg³².

Wykonanie standardowe wobec specjalnego przesuwa też warunki handlowe. Jeden dostawca podaje, że minimalna ilość zamówienia dla łożysk C3 różni się zależnie od typu, specyfikacji i tego, czy potrzebne jest dostosowanie, a dla wyceny i oceny czasu dostawy wymagane są model, kod luzu, ilość i zastosowanie³³.

Jeśli Twoje wolumeny są niskie, sprawdź, czy koszyk, który wyspecyfikowałeś, ma standardową średnicę podziałową i zestaw elementów, zanim założysz, że łożysko jest dostępne od ręki. To jedno pytanie często decyduje, czy droga wykonania specjalnego jest warta wyceny.

W czym źródła są rozbieżne

Czego źródła nie ustalają

• Żadne źródło nie podaje metody ani danych do obliczenia składowych sił stycznej, promieniowej i osiowej przemieszczenia biegowego zębatych, widma obciążeń ani cyklu pracy przekładni.
• Żadne źródło nie kwantyfikuje wymaganej dokładności pozycjonowania osiowego ani dopuszczalnego poślizgu osiowego.
• Żadne źródło nie podaje liczbowych nośności promieniowych ani osiowych, prędkości granicznych, tolerancji niewspółosiowości ani wartości sztywności dla kandydujących typów łożysk.
• Żadne źródło nie podaje wielkości rozszerzalności cieplnej ani metody obliczania rozszerzania wału i korpusu w przekładni.
• Żadne źródło nie podaje wymaganego celu L10 lub L10h, statycznych ani dynamicznych współczynników bezpieczeństwa ani wartości aISO dla tego zastosowania.
• Żadne źródło nie podaje czasów montażu ani demontażu, ani wymagań oprzyrządowania dla montażu regulowanego wobec mocnego.
• Żadne źródło nie podaje wydatków oleju, poziomu oleju, trwałości smaru ani specyfikacji ochrony przed zanieczyszczeniami dla przekładni.
• Żadne źródło nie podaje kosztu jednostkowego łożyska, kosztu obróbki korpusu, robocizny montażowej ani progów wielkości produkcji dla wykonania specjalnego wobec standardowego.
• Żadne źródło nie omawia przypadków obciążeniowych specyficznych dla przekładni, takich jak niewspółosiowość kół zębatych, dynamiczne siły przemieszczenia biegowego ani wpływ naprężenia wstępnego łożysk na styk zębaty.