Aký je krútiaci moment otočného ložiska? Sprievodca trením, vzorcami a výberom

Keď horná konštrukcia žeriavu zaváha pri prvom švihu chladného rána, problémom je len zriedka samotný motor. Oveľa častejšie nikto nedimenzoval pohon na krútiaci moment skrývajúci sa vo vnútri samotného ložiska. Krútiaci moment otočného ložiska nie je pevný údaj vytlačený vedľa menovitých zaťažení na údajovom liste. Je to odpor, ktorý ložisko vytvára proti rotácii: trenie od valivých prvkov nesúcich zaťaženie, od tesniacich brúsok pohybujúcich sa pozdĺž krúžku a od zubov ozubeného kolesa, kde je namontované integrované ozubené koleso. Krátka odpoveď je takáto: krútiaci moment otočného ložiska je premenlivé trecie zaťaženie, bežne 1,5 až 2-krát vyššie pri odtrhávaní ako pri ustálenom chode, a patrí do stredu dimenzovania pohonu, nie na okraje.

Tri rôzne "krútiace momenty" sa pletú do otočných aplikácií

Predtým, ako niečo vypočítate, oddeľte tri veličiny, ktoré inžinieri bežne nazývajú „krútiaci moment otáčania“, pretože hodnota jednej z nich vám nehovorí takmer nič o ostatných.

• Trecí moment ložiska — odpor vytvorený vo vnútri samotného ložiska valivými prvkami, tesneniami a ozubenými kolesami. To je to, čo tento pojem zvyčajne znamená.
• Požadovaný krútiaci moment — všetko, čo musí motor alebo pastorok dodať: trenie ložísk plus zotrvačnosť počas zrýchlenia plus pracovný odpor, ako je zaťaženie vetrom alebo reakcia pri kopaní.
• Prídržný alebo brzdný moment — statický krútiaci moment, ktorému môže menič odolať bez poškodenia. Toto je špecifikácia pohonu, nie ložiska.

Technický list otočných ložísk zriedka uvádza jediné číslo trecieho momentu a toto vynechanie je zámerné. Trenie závisí od skutočne použitého axiálneho zaťaženia, radiálneho zaťaženia a klopného momentu, od vôle alebo triedy predpätia, ktorú si objednáte, od viskozity maziva a od teploty. Dva identické krúžky sa môžu v nameranom odpore líšiť o faktor tri v závislosti od výkonu, takže väčšina chýb pri výbere sa začína považovať za konštantu.

Tri zložky trecieho momentu otočného ložiska

Výrobcovia modelujú celkový trecí moment ako súčet troch častí: M = Mf pani Mg. Každá sa v službe správa inak, a preto na rozdelení záleží.

Trecí moment prenášajúci záťaž (Mf)

Valivý odpor vzniká tam, kde sa guľôčky alebo valčeky stretávajú s obežnými dráhami pri aplikovanom axiálnom zaťažení, radiálnom zaťažení a klopnom momente. Rastie so zaťažením, strmo tak pri veľkých momentových zaťaženiach, ktoré tvrdo tlačia jednu stranu obežnej dráhy do kontaktu. Guľôčkové konštrukcie vykazujú bodový kontakt a všeobecne nižší odpor; konštrukcie valčekov prenášajú väčšie zaťaženie na veľkosť za cenu vyššieho trenia pri plnom zaťažení.

Trecí moment tesnenia (Ms)

Tesniace pery kĺzajúce po povrchu krúžku vytvárajú odpor, ktorý je takmer nezávislý od zaťaženia. Na malom alebo málo zaťaženom ložisku môžu tesnenia zodpovedať za väčšinu celkového trenia a každý ďalší okraj k nemu prispieva. Dve ložiská s identickými obalmi, ale rozdielnym usporiadaním tesnení si preto môžu vyžadovať výrazne odlišné pohony.

Trenie ozubenej siete (Mg)

Ozubené krúžky zvyšujú trenie na rozhraní pastorka a krúžku, ktoré je ovplyvnené stupňom kvality ozubeného kolesa, modulom, mazaním a zarovnaním záberu. Na jednotkách s externou prevodovkou sa nesúososť pastorka prejavuje zvýšeným krútiacim momentom a lokalizovaným opotrebovaním zubov.

Pretože tieto komponenty sa menia v závislosti od veľkosti a výkonu, výber konštrukcie ovplyvňuje rozpočet krútiaceho momentu. V ľahkých a stredne náročných zariadeniach, ako sú solárne sledovače, malé polohovadlá a potravinárske stroje, a jednoradové guľôčkové otočné ložisko udržuje valivé a tesniace trenie dostatočne nízke na to, aby kompaktné pohony s nízkou spotrebou zostali životaschopné.

Jednoradové guľôčkové otočné ložisko pre ľahké otáčanie S jedným radom kalených oceľových guľôčok toto ložisko udržuje valivé a tesniace trenie nízke, takže kompaktné pohony v solárnych sledovačoch, malých polohovadlách a potravinárskych strojoch zostávajú životaschopné. Tepelne spracované obežné dráhy, možnosti tesnenia a jednoduchá inštalácia podporujú dlhú a stabilnú prevádzku. Zobraziť produkt →

Ako vypočítať krútiaci moment otočného ložiska

Vážne projekty pracujú s číslami z oboch smerov.

Z dostupného výkonu

Praktický vzorec na strane pohonu je M = P / ω, kde P je výkon dodávaný na prstenci a ω je uhlová rýchlosť v radiánoch za sekundu. Plošina otáčajúca sa rýchlosťou 1 ot./min. sa otáča rýchlosťou ω = 2π/60 ≈ 0,105 rad/s. Ak 1,5 kW dosiahne prstenec pri tejto rýchlosti, dostupný krútiaci moment je približne 1 500 / 0,105 ≈ 14 300 N·m, približne 14 kNm. Spustite aritmetiku v opačnom smere, aby ste skontrolovali, či navrhovaný motor a prevodovka skutočne dokážu poskytnúť to, čo aplikácia vyžaduje pri skutočných rýchlostiach otáčania.

Od trenia

Odhad prvého prechodu vynásobí ekvivalentné kontaktné zaťaženie polomerom obežnej dráhy a kombinovaným koeficientom trenia: M ≈ µ × F × d/2. Pracovné hodnoty µ medzi zhruba 0,005 a 0,015 pokrývajú valivý kontakt plus tesnenia, s dolným koncom pre ľahko predpäté konštrukcie guľôčok v teplých, dobre mazaných podmienkach a horným koncom pre vysoko zaťažené alebo za studena bežiace jednotky. Vzorce výrobcu to upravia na polynómy, ktoré vážia axiálne, radiálne a momentové členy oddelene, takže ich použite na konečnú kontrolu, nie na odhad.

Pridanie zvyšku povinnosti

Celkový dopyt je M_drive = M_friction M_inertia M_working. Zotrvačný krútiaci moment dominuje v rýchlo sa indexujúcich automatizačných a sledovacích systémoch; pracovný odpor dominuje na bagroch a žeriavoch. Tam, kde otočný pohon so závitovkovým prevodom nahrádza otvorený pastorok, uzavretý pomer prevádza mierny krútiaci moment motora na veľký výstupný krútiaci moment, ktorý krúžok potrebuje, a ako prevodový pomer formuje krútiaci moment a otáčky si zaslúži svoj vlastný overovací krok pred uzamknutím veľkosti motora.

Štartovací krútiaci moment verzus prevádzkový krútiaci moment

Nameraný moment odtrhnutia na otočnom ložisku je zvyčajne 1,5 až 2-násobok jeho ustálenej hodnoty chodu a medzera sa zväčšuje v chladnom počasí. Spôsobujú to tri efekty: statické trenie pri zaťažení je vyššie ako trenie pri pohybe, mazivo tuhne, kým sa valivé telesá počas prvých niekoľkých otáčok prevŕtajú cez hrubší film, a tesniace chlopne sa silnejšie uchytia, kým sa zahrejú a prispôsobia. Pre výber pohonu to znamená, že nastavenie motora, prevodovky a poistného ventilu musí vymazať odtrhový vrchol, nie prevádzkový priemer – kontrola, na ktorej záleží najviac pri zariadeniach, ktoré štartujú pri plnom zaťažení, ako sú horné konštrukcie rýpadiel a nosiče naberačiek.

Čo tlačí krútiaci moment otočného ložiska nahor alebo nadol

• Trieda vôle alebo predpätia: predpäté krúžky bežia tuhšie a viac odolávajú rotácii; kupujú presnosť za cenu krútiaceho momentu.
• Veľkosť zaťaženia a klopný moment: ťažšie, mimostredové zaťaženie zvyšuje kontaktný tlak obežnej dráhy a trenie.
• Teplota a mazivo: nízkoteplotné alebo vysokoviskózne mazivo zvyšuje štartovací aj prevádzkový krútiaci moment.
• Dizajn tesnenia: extra pery a pevnejší kontakt pridávajú konštantný odpor.
• Presnosť montáže: nerovný montážny povrch alebo nerovnomerné utiahnutie skrutiek deformuje krúžky a nerovnomerne zaťažuje obežnú dráhu.
• Zarovnanie ozubených kolies: nesprávne vyrovnaný pastorok zvyšuje trenie v prevodovke a urýchľuje opotrebovanie.

Na charaktere zaťaženia záleží rovnako ako na veľkosti zaťaženia. Pracovné cykly, ktoré sa hojdajú alebo reverzujú, udržujú kontaktnú zónu v pohybe okolo obežnej dráhy, takže odpor sa počas cyklu mení; oplatí sa to preskúmať ako jednoradové guľové konštrukcie zvládajú kolísavé zaťaženie pred dokončením služobného profilu.

Na ťažšom konci stupnice – prístavné žeriavy, tunelovacie stroje, veľké rýpadlá – sa ako cena kapacity akceptuje vyššie trenie, čo je Trojradové valčekové otočné ložisko série 13 si zaslúži svoje miesto: samostatné obežné dráhy nesú axiálne, radiálne a momentové zaťaženie nezávisle, takže nie je ohrozený žiadny jeden rad.

Trojradové valčekové otočné ložisko série 13 pre veľké zaťaženie Samostatné obežné dráhy prenášajú axiálne, radiálne a momentové zaťaženie nezávisle, vďaka čomu je toto ložisko radu 13 vhodné pre prístavné žeriavy, tunelovacie stroje a veľké rýpadlá, kde kapacita prevažuje nad pridaným trením. Konštrukcia z legovanej ocele a zjednodušená údržba podporujú náročné pracovné cykly. Zobraziť produkt →

Čo si overiť u dodávateľa pred objednávkou

1. Údaje o trecom momente pri vašich zaťaženiach – počiatočné a prevádzkové hodnoty, nie jedna kombinovaná hodnota.
2. Skúšobné podmienky — zaťaženie, rýchlosť a teplota, pri ktorých boli tieto hodnoty namerané.
3. Trieda vôle alebo predpätia – a čo to robí s očakávaným odporom.
4. Špecifikácia tesnenia a maziva – počet pier, typ maziva a úroveň naplnenia a správanie sa v chladnej klíme.
5. Kvalita prevodu a vôľa — pre ozubené krúžky, pretože kvalita sieťoviny sa dostáva priamo do Mg.
6. Kritériá prijatia – nameraný limit krútiaceho momentu pri skúške odstreďovania pred odoslaním.

Keď trenie plus pracovný krútiaci moment prerastie to, čo hospodárne zvláda usporiadanie pastorka a reduktora, mnohí kupujúci prechádzajú na integrované jednotky; a horizontálny otočný pohon obsahuje ložisko, uzavreté ozubenie a montážnu skriňu ako jednu zhodnú zostavu, takže momentová reťaz je navrhnutá ako systém a nie zostavená z častí.

Horizontálny otočný pohon so samosvornou funkciou Táto integrovaná jednotka obsahuje ložisko, uzavreté ozubenie a montážne puzdro ako jednu zhodnú zostavu, takže momentová reťaz je navrhnutá ako systém. Samosvorné drží polohu pri zaťažení bez napájania, čo je užitočné, keď trenie a pracovný krútiaci moment presahujú usporiadanie kolíka a redukcie. Zobraziť produkt →

Krútiaci moment otočného ložiska sa najlepšie považuje za vlastnosť systému, nie ako katalógovú konštantu. Je to súčet zaťaženia, tesnenia a trenia ozubených kolies; pri štarte to prudko stúpa; a pohybuje sa s predpätím, teplotou, mazaním a kvalitou montáže. Podeľte sa o svoje skutočné prípady zaťaženia – axiálne, radiálne, momenty, otáčky a rozsah teplôt – s výrobcom ložísk včas a požiadajte o údaje o štartovacom a prevádzkovom momente vzhľadom na tieto zaťaženia. Tento jediný krok zabráni najdrahšiemu poruchovému režimu pri otočných aplikáciách: stroj, ktorý sa otáča, ale nikdy nie tak ľahko, ako sľuboval výkres.