Wie ein hochbelastetes Drehlager für Neigung ausgelegt wird

Wie lässt sich feststellen, ob ein Lager neben einer vertikalen Last auch eine Kipplast sicher aufnehmen kann? Diese Frage müssen Anlageningenieure vor der Auswahl eines Lagers beantwortet haben.Hochbelastbares Drehlagerfür Kräne, Hebebühnen, Bagger, Drehtische, Offshore-Ausrüstung oder andere Maschinen mit außermittiger Last.

Die Neigung wird üblicherweise als Kippmoment ausgedrückt. Sie tritt auf, wenn die einwirkende Kraft von der Lagermittellinie weg gerichtet ist und versucht, einen Lagerring relativ zum anderen zu drehen. Ein Lager kann bei geringer Axiallast geeignet erscheinen, aber dennoch ungeeignet sein, da die Momentenbelastung die Kraft auf einen begrenzten Bereich der Laufbahn und die Befestigungsschrauben konzentriert.

Die Kapazitätsdaten des Lieferanten müssen daher als System und nicht als Einzellastwert betrachtet werden. Lagerlaufbahn, Wälzkörper, gegebenenfalls Zahnradverzahnung, Befestigungsschrauben, Tragkonstruktion und Lastrichtung beeinflussen den zulässigen Lastfall. Bereits in der frühen Konstruktionsphase sollte der tatsächliche Lastfall mit dem vom Lieferanten zugelassenen Lastbereich verglichen werden.

Maschinenlasten in den Lagerlastfall übersetzen

Der richtige Ausgangspunkt ist nicht die Lagerkataloggröße, sondern ein Freikörperdiagramm der rotierenden Struktur. Ingenieure sollten jede auf das Lager wirkende Kraft und deren Angriffspunkt relativ zum Lagermittelpunkt ermitteln.

Ein Kippmoment entsteht, wenn eine Kraft einen Hebelarm besitzt. Vereinfacht gesagt, erhöht sich das Moment, wenn entweder die einwirkende Kraft oder der Abstand vom Lagermittelpunkt zunimmt. Ein Ausleger, eine Plattform, ein Löffel, ein Werkzeugkopf oder eine hängende Last können diese Bedingung erfüllen.

Lastangaben, die vor der Auslegung des Lagers zu berücksichtigen sind

• Axiallast:Die Kraft, die senkrecht zur Lagermontageebene wirkt. Diese resultiert üblicherweise aus dem Gewicht der Ausrüstung, der Nutzlast oder einer vertikalen Prozesskraft.

• Radiallast:Die Kraft wirkt parallel zur Montageebene. Wind, Beschleunigung, Seitenzug, Schnittkraft und unebenes Gelände können zu einer zusätzlichen Radialbelastung führen.

• Kippmoment:Die Kippwirkung um eine horizontale Achse. Diese ist normalerweise dann maßgebend, wenn die Last weit vom Lagermittelpunkt entfernt ist.

• Antriebsdrehmoment:Das Drehmoment, das zum Drehen der Struktur erforderlich ist. Es ist nicht dasselbe wie das Kippmoment, kann aber die Getriebewahl und die Betriebsart beeinflussen.

• Lastrichtung:Das Lager kann während Rotation, Heben, Bremsen oder Fahrt Belastungen aus verschiedenen Richtungen aufnehmen. Der Lieferant benötigt die maßgebliche Belastungsrichtung und die Information, ob sich diese ändert.

• Betriebszustand:Berücksichtigen Sie stationäres Halten, Anfahren, Anhalten, Vibrationen, Stöße, Einschaltdauer, Drehzahl, Temperatur und Umwelteinflüsse.

Für die frühe Konstruktionsphase sollten die Lastfälle getrennt betrachtet werden, anstatt einen kombinierten „Maximallastwert“ anzugeben. Beispielsweise kann eine Maschine im Stillstand (Windlast), unter maximaler Nutzlast, während der Fahrt und im Notstopp betrieben werden. Jeder dieser Zustände kann eine unterschiedliche Kombination aus Axiallast, Radiallast und Kippmoment auf den Ring ausüben.

Die praktische Schlussfolgerung ist eindeutig: Dem Lieferanten sind die kombinierten Lasten für jeden relevanten Betriebszustand mitzuteilen. Dieser Ansatz eignet sich für Anlagen mit wechselnden Positionen oder intermittierenden Stößen. Er ersetzt jedoch nicht die statische Berechnung des umgebenden Rahmens, da ein starres Lager auf einem flexiblen Rahmen eine ungleichmäßige Lastverteilung erfahren kann, die im ursprünglichen Freikörperbild nicht dargestellt ist.

Auswahlhinweise finden Sie in der LTZC-Dokumentation.Leitfaden zur Lagerauswahlvor der Abgabe einer Angebotsanfrage. Ein klarer Lastplan verringert das Risiko, Katalogwerte zu vergleichen, die unter unterschiedlichen Annahmen berechnet wurden.

Vergleichen Sie die statische Tragfähigkeit, die Bemessungsbreite für das Kippmoment und die Grenzwerte für Schraubverbindungen, um die maßgebliche Tragfähigkeit zu ermitteln.

Es gibt keine einzelne Tragfähigkeitskennzahl, die alle Fragen zur Kippsicherheit beantwortet. Statische Tragfähigkeit, Kippmomentenbelastbarkeit und Grenzwerte für Schraubverbindungen berücksichtigen unterschiedliche mögliche Versagensarten. Maßgebend ist die Kennzahl, die unter der tatsächlichen kombinierten Lastfallbedingung zuerst erreicht wird.

AHochbelastbares DrehlagerDie Tragfähigkeit kann daher selbst dann durch die Schrauben begrenzt sein, wenn die Kapazität der Kabelrinne ausreichend erscheint. Dies tritt häufig auf, wenn Konstrukteure den Ringdurchmesser vergrößern, um die Biegefestigkeit zu verbessern, aber einen zu flexiblen Montageflansch beibehalten oder eine ungeeignete Schraubenanordnung verwenden.

Verwenden Sie das Lastdiagramm des Herstellers als kombinierte Lastgrenze. Falls das Diagramm die zulässige Axiallast in Abhängigkeit vom Kippmoment ausweist, ermitteln Sie den tatsächlichen Betriebspunkt anhand beider Werte. Bei Vorhandensein einer Radialbelastung prüfen Sie, ob diese im Diagramm berücksichtigt ist oder ob eine separate Überprüfung erforderlich ist. Gehen Sie nicht davon aus, dass die maximal angegebene Axiallast und das maximal angegebene Moment gleichzeitig angewendet werden können.

Für Anlageningenieure bedeutet dies, dass sie die geringstmögliche Toleranz zwischen Laufbahnkontakt, Kippmoment, Bolzenverbindung, Getriebekapazität und Tragkonstruktion wählen müssen. Dies gilt für alle momentbelasteten Drehsysteme. Es bedeutet nicht, dass für jedes Projekt der größte Ring erforderlich ist; eine verbesserte Lastposition, Flanschsteifigkeit oder Bolzenanordnung können die maßgebliche Grenze verändern.

Lesen Sie ein Traglastdiagramm, ohne unvereinbare Werte zu kombinieren.

Ein Traglastdiagramm ist oft der schnellste Weg, einen Konstruktionsvorschlag zu prüfen. Es kann jedoch leicht falsch verwendet werden. Diagramme zeigen mitunter die Axialkraft auf der einen Achse und das Kippmoment auf der anderen, wobei die Kurven unterschiedliche Radiallastzustände darstellen. Andere Anbieter veröffentlichen stattdessen möglicherweise eine Tabelle mit zulässigen Kombinationen.

Vor der Verwendung einer Tabelle sollten Sie die folgenden Punkte mit dem Lagerhersteller abklären:

• Unabhängig davon, ob es sich bei den Werten um statische Kapazität, Betriebskapazität oder einen definierten Betriebszustand handelt.

• Ob das angegebene Kippmoment bei einer axialen Last, einer radialen Last oder bei beiden auftritt.

• Ob die Werte eine vollständig kreisförmige Montagefläche mit ausreichender Steifigkeit voraussetzen.

• Ob die Schraubenvorspannung und die Schraubenfestigkeitsklasse Teil der angegebenen Grenzwerte sind.

• Unabhängig davon, ob die Last stationär ist, sich langsam dreht, sich kontinuierlich dreht, die Drehrichtung umkehrt oder Stößen ausgesetzt ist.

• Ob der Zahnkranz separat auf das übertragene Antriebsdrehmoment geprüft werden muss.

Betrachten wir eine Hubarbeitsbühne mit Drehtellerlager. Befindet sich die Bühne in der Mittelstellung, ist die Axiallast die dominierende Kraft. Wird die Bühne ausgefahren, erzeugt dasselbe Gewicht ein deutlich größeres Drehmoment, da sich der Schwerpunkt nach außen verlagert. Wirkt auf die Bühne eine Seitenkraft oder wird sie gebremst, kommt gleichzeitig eine Radiallast hinzu.

In diesem Beispiel wäre die alleinige Berücksichtigung der Axiallast falsch. Auch die alleinige Berücksichtigung des Biegemoments kann falsch sein, wenn die Angaben des Lieferanten eine andere Axiallast voraussetzen. Korrekterweise muss jede Plattformposition berechnet, die höchste kombinierte Beanspruchung ermittelt und die resultierenden Berechnungen dem Lieferanten zur Prüfung vorgelegt werden. Diese Methode eignet sich für frühe Machbarkeitsstudien und die detaillierte Konstruktion. Sie ersetzt jedoch nicht die Stabilitätsanalyse der Maschine, die die gesamte Anlagenbasis und die Lagerungsbedingungen berücksichtigen muss.

Bei Ringen mit Außen- oder Innenverzahnung müssen Lager und Zahnrad zwar als verbundene, aber getrennt zu prüfende Bauteile betrachtet werden. Ein größeres Lager kann das Moment aufnehmen, während die Zahnradverzahnung weiterhin hinsichtlich Antriebsdrehmoment und Belastung überprüft werden muss. LTZC kann auch verwandte Bereiche unterstützen.DrehkranzAnforderungen, wenn die Drehverbindung einen Zahnkranz umfasst.

Prüfen Sie die Montagekonstruktion, bevor Sie die Ringgröße endgültig bestimmen.

Das Lager sitzt nicht auf einer abstrakten, ebenen Fläche. Es überträgt konzentrierte Kräfte auf zwei Maschinenflansche. Verbiegt sich einer der Flansche, können sich die Lagerringe verformen, und die Wälzkörper verteilen die Last möglicherweise nicht mehr wie vorgesehen.

Bei kippbelasteten Anlagen drückt die belastete Seite des Rings gegen die Halterung, während die gegenüberliegende Seite zur Trennung neigt. Die Befestigungsschrauben und die Flanschsteifigkeit müssen dieser Tendenz gemeinsam entgegenwirken. Ein anhand eines Lastdiagramms ausgewählter Ring kann dennoch unzureichend funktionieren, wenn die umgebende Struktur zu dünn ist, große Öffnungen aufweist, ungleichmäßig bearbeitet ist oder in der Nähe des Schraubenkreises nicht ausreichend abgestützt ist.

Überprüfung der Montagekonstruktion für eine neigungsbelastete Anwendung

1. Vergewissern Sie sich, dass beide Montageflächen flach, sauber und im Bereich der vorgesehenen Schraubenpositionen vollständig abgestützt sind.

2. Prüfen Sie den Stützflansch auf lokale Biegungen in der Nähe des am stärksten belasteten Bereichs, nicht nur auf die durchschnittliche Spannung über den gesamten Umfang.

3. Die Schrauben, die Anzugsmethode und die Vorspannung sind gemäß den Montageanweisungen des Lagerlieferanten festzulegen.

4. Prüfen Sie, ob die Lastrichtung sich umkehrt. Ein sich umkehrendes Moment kann die Gelenkstabilität stärker beeinträchtigen als eine konstante Lastrichtung.

5. Beurteilen Sie die Auswirkungen von Schweißverzug, Lackdicke, Graten und lokalen Schweißnahtmerkmalen auf die Montageflächen.

6. Planen Sie den Zugang für Festziehen, Inspektion, Schmierung und Austausch, bevor der Maschinenrahmen zur Fertigung freigegeben wird.

Eine gute Faustregel ist, Lagerring und Montagekonstruktion als einen Lastpfad zu betrachten. Diese Empfehlung gilt insbesondere für gefertigte Untergestelle, mobile Maschinen und Konstruktionen mit Aussparungen in der Nähe des Lochkreises. Sie ist weniger restriktiv für eine stark bearbeitete, vollflächig gelagerte Montagefläche, jedoch sind auch hier die Montagevorgaben des Herstellers zu beachten.

Auch die detaillierte Montagepraxis ist wichtig. Beachten Sie die LTZC-Richtlinien.Lagereinbaubei der Vorbereitung des Flansches, der Verschraubungsprozedur und des Inspektionsplans.

Vermeiden Sie Auswahlfehler, die das Neigungsrisiko verschleiern

Die folgenden Fehler führen immer wieder zu einer Diskrepanz zwischen Katalogkapazität und installierter Leistung. Jeder dieser Fehler kann vor Produktionsbeginn behoben werden.

LTZC Bearings Co., Ltd. bietet kundenspezifische Lagerlösungen, die auf den jeweiligen Betriebsbedingungen, bestehenden Konstruktionen und technischen Spezifikationen basieren. Dies ist besonders hilfreich, wenn ein Standardlagerring aus dem Katalog nicht den Anforderungen hinsichtlich Montagefläche, Material, Größe oder Leistung entspricht. Es gibt keine Mindestbestellmenge, was insbesondere bei der Entwicklung von Prototypen und Kleinserien von Vorteil ist. Die Lieferzeit beträgt in der Regel 30 bis 90 Tage, abhängig von der bestätigten Konstruktion und den Auftragsdetails.

Für die Überprüfung des Qualitätssystems verfügt LTZC über die Zertifizierungen ISO 9001:2015, ISO 14001:2015 und ISO 45001:2018. Die Unternehmensreferenzen weisen zudem ISO-, CCS- und ABS-Zertifizierungen aus. Diese Zertifizierungen unterstützen die Lieferantenbewertung, ersetzen jedoch nicht die Notwendigkeit, den tatsächlichen Lastfall, die Montagekonstruktion und die Anwendungsanforderungen für jede Lagerauswahl zu überprüfen.

Erstellen Sie eine Angebotsanfrage, die eine aussagekräftige Bewertung der Neigung ermöglicht.

Ein Lieferant kann die Neigungstragfähigkeit nicht allein anhand des Lagerdurchmessers und des Gerätegewichts zuverlässig bestätigen. Ein optimales Angebotsformular enthält ausreichend Informationen, um die tatsächliche Anschluss- und Lastkombination zu beurteilen.

• Übersichtszeichnung mit Angabe der Lagerposition, der Lastrichtungen und der Schwerpunktlage.

• Axiallast, Radiallast, Kippmoment und Antriebsdrehmoment für jeden Betriebsfall.

• Abstand jeder aufgebrachten Last zur Lagermittellinie.

• Rotationsbereich, Drehzahl, Einschaltdauer, Umkehrfrequenz und zu erwartende Einsatzumgebung.

• Montagezeichnungen mit Angabe der Flanschgeometrie, der Schraubenanordnung, der Stützzonen und des verfügbaren Montageraums.

• Erforderliche Zahnradform, Zahnradposition, Antriebsanordnung, Schmierverfahren und gegebenenfalls Dichtungsanforderungen.

• Vorhandene Lagerzeichnung oder Teilenummer, falls es sich bei dem Projekt um einen Austausch oder eine Neukonstruktion handelt.

Falls die Anwendung ein nicht standardmäßiges Gehäuse oder eine nicht standardmäßige Schnittstelle erfordert, kann LTZC die Zeichnungen prüfen.Sonderlagerund eine Konfiguration vorschlagen, die den angegebenen Arbeitsbedingungen entspricht. Für Geräte, die eine Antriebseinheit anstelle einer separaten Motor-Ritzel-Anordnung verwenden, gilt Folgendes:SchwenkantriebeDie Reichweite könnte ebenfalls relevant sein.

Reichen Sie Ihre Zeichnungen und kombinierten Lastfälle ein, um eine Auswahlberatung für ein neigungsbelastetes Drehlager zu erhalten.