Jaký je točivý moment otočného ložiska? Průvodce třením, vzorci a výběrem

Když horní konstrukce jeřábu zaváhá při prvním švihu chladného rána, problém je jen zřídka v samotném motoru. Daleko častěji nikdo nedimenzoval pohon na točivý moment skrývající se uvnitř samotného ložiska. Kroutící moment otočného ložiska není pevný údaj vytištěný vedle jmenovitého zatížení na datovém listu. Je to odpor, který ložisko vytváří proti otáčení: tření od valivých těles nesoucích zatížení, od břitů těsnění pohybujících se po kroužku a od zubů ozubených kol, kde je namontováno integrované ozubené kolo. Krátká odpověď je tato: točivý moment otočného ložiska je proměnlivé třecí zatížení, běžně 1,5 až 2krát vyšší při odtržení než při ustáleném chodu, a patří do středu dimenzování pohonu, nikoli na okraje.

Při otočných aplikacích se pletou tři různé "točivý moment".

Než něco spočítáte, oddělte tři veličiny, které inženýři náhodně nazývají „točivý moment otáčení“, protože hodnota jedné z nich vám neřekne téměř nic o ostatních.

• Třecí moment ložiska — odpor vytvářený uvnitř samotného ložiska valivými prvky, těsněními a ozubenými koly. To je to, co tento termín obvykle znamená.
• Požadovaný hnací moment — vše, co musí motor nebo pastorek dodat: tření ložisek plus setrvačnost při zrychlení plus pracovní odpor, jako je zatížení větrem nebo reakce při kopání.
• Přídržný nebo brzdný moment — statický moment, kterému může měnič odolat bez poškození. Toto je specifikace pohonu, ne ložiska.

Technický list otočných ložisek zřídka uvádí jediné číslo třecího momentu a toto vynechání je záměrné. Tření závisí na skutečném axiálním zatížení, radiálním zatížení a klopném momentu, na vámi objednané vůli nebo třídě předpětí, na viskozitě maziva a na teplotě. Dva identické kroužky se mohou lišit faktorem tři v naměřeném odporu v závislosti na zatížení, takže s ním zacházet jako s konstantou je místo, kde většina chyb při výběru začíná.

Tři složky třecího momentu otočného ložiska

Výrobci modelují celkový třecí moment jako součet tří částí: M = Mf paní Mg. Každá se ve službě chová jinak, a proto na rozdělení záleží.

Třecí moment přenášející zatížení (Mf)

Valivý odpor vzniká tam, kde se kuličky nebo válečky setkávají s oběžnými drahami pod aplikovaným axiálním zatížením, radiálním zatížením a klopným momentem. Roste se zatížením, strmě tak pod velkým momentovým zatížením, které tlačí jednu stranu oběžné dráhy silně do kontaktu. Kuličkové konstrukce vykazují bodový kontakt a obecně nižší odpor; konstrukce válečků přenášejí větší zatížení na velikost za cenu vyššího tření při plném zatížení.

Třecí moment těsnění (Ms)

Břity těsnění klouzající po povrchu kroužku vytvářejí odpor, který je téměř nezávislý na zatížení. Na malém nebo málo zatíženém ložisku mohou těsnění představovat většinu celkového tření a každý další břit k tomu přispívá. Dvě ložiska s identickými obaly, ale rozdílným uspořádáním těsnění proto mohou vyžadovat výrazně odlišné pohony.

Tření ozubeného kola (Mg)

Ozubené kroužky zvyšují tření na rozhraní pastorku a kroužku, což je ovlivněno stupněm kvality ozubeného kola, modulem, mazáním a vyrovnáním záběru. U jednotek s externí převodovkou se neseosený pastorek projevuje zvýšeným kroutícím momentem a místním opotřebením zubů.

Vzhledem k tomu, že se tyto součásti různě škálují v závislosti na velikosti a výkonu, výběr struktury utváří rozpočet točivého momentu. V lehkých a středně těžkých zařízeních, jako jsou solární sledovače, malé polohovače a potravinářské stroje, a jednořadé kuličkové otočné ložisko udržuje valivé a těsnící tření dostatečně nízké, aby kompaktní pohony s nízkou spotřebou zůstaly životaschopné.

Jednořadé kuličkové otočné ložisko pro lehkou rotaci Díky jedné řadě kalených ocelových kuliček udržuje toto ložisko nízké valivé a těsnící tření, takže kompaktní pohony v solárních sledovačích, malých polohovadlech a potravinářských strojích zůstávají životaschopné. Tepelně zpracované oběžné dráhy, možnosti těsnění a snadná instalace podporují dlouhou a stabilní službu. Zobrazit produkt →

Jak vypočítat točivý moment otočného ložiska

Vážné projekty pracují s čísly z obou směrů.

Z dostupného výkonu

Praktický vzorec na straně pohonu je M = P / ω, kde P je výkon dodávaný na prstenci a ω je úhlová rychlost v radiánech za sekundu. Plošina otočná při 1 ot./min. se otáčí rychlostí ω = 2π/60 ≈ 0,105 rad/s. Pokud 1,5 kW dosáhne prstence při této rychlosti, dostupný točivý moment je asi 1 500 / 0,105 ≈ 14 300 N·m, zhruba 14 kNm. Spusťte aritmetiku v opačném směru a zkontrolujte, zda navrhovaný motor a převodovka skutečně dokážou poskytnout to, co aplikace vyžaduje při skutečných rychlostech otáčení.

Od tření

Odhad prvního průchodu vynásobí ekvivalentní kontaktní zatížení poloměrem oběžné dráhy a kombinovaným koeficientem tření: M ≈ µ × F × d/2. Pracovní hodnoty µ mezi zhruba 0,005 a 0,015 pokrývají valivý kontakt plus těsnění, se spodním koncem pro lehce předepjaté konstrukce koulí v teplých, dobře mazaných podmínkách a horním koncem pro vysoce zatížené nebo studenoběžné jednotky. Vzorce výrobce to zpřesňují na polynomy, které váží axiální, radiální a momentové členy odděleně, takže je použijte pro závěrečnou kontrolu spíše než pro odhad.

Přidání zbytku povinnosti

Celková poptávka je M_drive = M_friction M_inertia M_working. U automatizačních a sledovacích systémů s rychlým indexováním dominuje moment setrvačnosti; pracovní odpor dominuje na bagrech a jeřábech. Tam, kde otočný pohon se šnekovým soukolím nahrazuje otevřený pastorek, převádí uzavřený převod skromný točivý moment motoru na velký výstupní točivý moment, který kroužek potřebuje, a jak převodový poměr utváří točivý moment a výstupní otáčky si zaslouží svůj vlastní ověřovací krok, než zablokujete velikost motoru.

Startovací točivý moment versus provozní točivý moment

Naměřený moment odtržení na otočném ložisku je obvykle 1,5 až 2krát vyšší než hodnota ustáleného chodu a mezera se v chladném počasí zvětšuje. Způsobují to tři efekty: statické tření při zatížení je vyšší než tření pohybující se, tuk tuhne, dokud se valivá tělesa během prvních několika otáček prodívají tlustším filmem, a těsnicí břity pevněji sevřou, než se zahřejí a přizpůsobí se. Pro volbu pohonu to znamená, že nastavení motoru, převodovky a pojistného ventilu musí vymazat odtrhovou špičku, nikoli klouzavý průměr – kontrola, která nejvíce záleží na zařízeních, která startují při plném zatížení, jako jsou horní konstrukce rypadel a nosiče pánví.

Co tlačí točivý moment otočného ložiska nahoru nebo dolů

• Třída vůle nebo předpětí: předepjaté kroužky jsou tužší a více odolávají rotaci; přesnost kupují za cenu točivého momentu.
• Velikost zatížení a klopný moment: těžší, mimostředová zatížení zvyšují kontaktní tlak a tření oběžné dráhy.
• Teplota a mazivo: nízkoteplotní nebo vysokoviskózní mazivo zvyšuje startovací i provozní moment.
• Design těsnění: extra rty a těsnější kontakt zvyšují stálý odpor.
• Přesnost montáže: nerovný montážní povrch nebo nerovnoměrné utažení šroubů deformuje kroužky a zatěžuje oběžné dráhy nerovnoměrně.
• Zarovnání ozubeného kola: nesouosý pastorek zvyšuje tření převodů a urychluje opotřebení.

Na charakteru zatížení záleží stejně jako na velikosti zatížení. Pracovní cykly, které se houpou nebo couvají, udržují kontaktní zónu v pohybu po oběžné dráze, takže se odpor během cyklu mění; to stojí za přezkoumání jak jednořadé kuličkové konstrukce zvládají kolísavé zatížení před dokončením pracovního profilu.

Na těžkém konci stupnice – přístavní jeřáby, tunelovací stroje, velká rypadla – je vyšší tření akceptováno jako cena kapacity, což je místo, kde Třířadé válečkové otočné ložisko řady 13 získává své místo: samostatné oběžné dráhy přenášejí axiální, radiální a momentová zatížení nezávisle, takže není ohrožena žádná řada.

Třířadé válečkové otočné ložisko řady 13 pro velká zatížení Samostatné oběžné dráhy nezávisle přenášejí axiální, radiální a momentová zatížení, díky čemuž je toto ložisko řady 13 vhodné pro přístavní jeřáby, tunelovací stroje a velká rýpadla, kde kapacita převažuje nad přidaným třením. Konstrukce z legované oceli a zjednodušená údržba podporují náročné pracovní cykly. Zobrazit produkt →

Co si ověřit u svého dodavatele před objednávkou

1. Údaje o třecím momentu při vašem zatížení – počáteční a provozní hodnoty, nikoli jedna kombinovaná hodnota.
2. Zkušební podmínky — zatížení, rychlost a teplota, při kterých byly tyto hodnoty měřeny.
3. Třída vůle nebo předpětí – a co to dělá s očekávaným odporem.
4. Specifikace těsnění a maziva – počet břitů, typ maziva a hladina náplně a chování v chladném klimatu.
5. Kvalita ozubení a vůle — pro ozubené kroužky, protože kvalita sít se přivádí přímo do Mg.
6. Kritéria přijatelnosti — naměřený limit točivého momentu při rotaci před odesláním.

Když tření plus pracovní točivý moment přeroste to, co uspořádání pastorku a reduktoru ekonomicky zvládá, mnoho kupujících přejde na integrované jednotky; a horizontální otočný pohon obsahuje ložisko, přiložené převody a montážní pouzdro jako jednu sladěnou sestavu, takže momentový řetěz je navržen jako systém, nikoli sestaven z dílů.

Horizontální otočný pohon se samosvornou funkcí Tato integrovaná jednotka obsahuje ložisko, uzavřené ozubení a montážní pouzdro jako jednu sladěnou sestavu, takže momentový řetěz je navržen jako systém. Samosvorné drží polohu pod zatížením bez napájení, což je užitečné, když tření a pracovní moment překročí uspořádání kolík a redukce. Zobrazit produkt →

S kroutícím momentem otočného ložiska se nejlépe zachází jako se systémovou vlastností, nikoli s katalogovou konstantou. Je to součet zatížení, těsnění a tření ozubených kol; při startu to naroste; a pohybuje se s předpětím, teplotou, mazáním a kvalitou montáže. Sdílejte své skutečné stavy zatížení – axiální, radiální, moment, otáčky a teplotní rozsah – s výrobcem ložisek včas a požádejte o údaje o rozběhovém a provozním momentu vůči těmto zatížením. Tento jediný krok zabraňuje nejdražšímu poruchovému režimu v otočných aplikacích: stroj, který se otáčí, ale nikdy není tak snadno, jak sliboval výkres.