Выбор подходящего размера поворотного подшипника для тяжелых условий эксплуатации начинается с правильного расчета суммарной нагрузки.

Как узнать, выдержит ли подшипник из каталога, рассчитанный на осевую нагрузку 500 кН, ваши условия эксплуатации, если одновременно добавить радиальную силу и опрокидывающий момент? С этим вопросом сталкивается большинство инженеров-конструкторов, как только они переходят от предварительной компоновки к составлению технической спецификации. Цифра, обозначающая номинальную нагрузку по одной оси из каталога, практически ничего не говорит о том, как подшипник будет работать в вашем конкретном случае.подшипник поворота для тяжелых условий эксплуатацииОна ведет себя при комбинированной нагрузке, и ошибки в расчетах размеров здесь обходятся дорого, поскольку обычно выявляются после ввода машины в эксплуатацию, а не во время проверки проекта.

В этой статье подробно описано, как организовать данные об рабочей нагрузке и цикле работы, чтобы поставщик мог правильно рассчитать суммарную нагрузку, а не гадать, основываясь на одном-единственном имеющемся у вас числе.

Почему комбинированные грузы нарушают простой выбор из каталога

Поворотные подшипники редко испытывают воздействие только одного направления нагрузки изолированно. Стрела крана, верхняя конструкция экскаватора или система поворота ветряной турбины одновременно создают осевую силу, радиальную силу и момент наклона, и эти три силы взаимодействуют внутри зоны контакта дорожки качения. Выбор подшипника на основании того, что его заявленная осевая несущая способность превышает вашу осевую нагрузку — при игнорировании составляющей момента — является одной из наиболее распространенных ошибок при расчете размеров, которые мы видим в запросах предложений.

Это имеет механическое значение, поскольку опрокидывающий момент создает неравномерное распределение нагрузки по шарикам или роликам. Шарики с одной стороны дорожки качения несут гораздо большую нагрузку, чем предполагает «номинальная осевая несущая способность», указанная в каталоге, поскольку это значение обычно публикуется только для чисто осевой нагрузки. Добавьте к этому радиальную нагрузку, и точка пикового контактного напряжения снова сместится. Расчеты статической несущей способности (C0) и эквивалентной нагрузки должны учитывать все три компонента вместе, а не последовательно.

Как преобразовать данные об осевом, радиальном и наклонном моменте в набор входных данных для расчета размеров.

Прежде чем любой поставщик сможет правильно подобрать подшипник, необходимо упорядочить рабочие нагрузки таким образом, чтобы статические расчетные нагрузки были разделены на динамические нагрузки и нагрузки, зависящие от режима работы. Вот процедура, которую мы рекомендуем соблюдать нашим инженерным заказчикам.

Шаг 1 — Определите все возможные варианты нагрузок, а не только самый худший.

Перечислите каждое рабочее состояние отдельно: максимальная грузоподъемность, максимальное перемещение с частичной нагрузкой, транспортное/складное положение, ветровая нагрузка, аварийная остановка и сейсмическая нагрузка (если применимо). Распространенная ошибка здесь: инженеры указывают только «наихудший» случай нагрузки и пропускают промежуточные случаи, которые фактически определяют ресурс в течение всего цикла работы.

Шаг 2 — Запишите осевую силу (Fa), радиальную силу (Fr) и момент (M) для каждого случая.

Для каждого варианта нагрузки запишите три значения в осевой точке подшипника: осевую силу в кН, радиальную силу в кН и опрокидывающий момент в кН·м. Контрольная точка: убедитесь, что все три значения отсчитываются от одной и той же точки отсчета — геометрического центра подшипника, а не от основания конструкции или удаленного датчика. Смешивание точек отсчета — наиболее распространенная ошибка в данных, которую мы выявляем в ходе технического анализа.

Шаг 3 — Преобразуйте момент в эквивалентную нагрузку там, где это необходимо.

Некоторые поставщики запрашивают непосредственно значения Fa/Fr/M; другие хотят получить эквивалентную осевую нагрузку (Fa-eq), которая учитывает вклад момента с использованием диаметра делительной окружности подшипника. Если вы не знаете, какой формат нужен вашему поставщику, отправьте исходные трехкомпонентные данные — их всегда можно преобразовать в последующие данные, в то время как предварительно преобразованную эквивалентную нагрузку нельзя разложить обратно на исходные компоненты, если поставщику необходимо отдельно проверить расстояние между шариками или твердость дорожки качения.

Шаг 4 — Прикрепить информацию о рабочем цикле

Статические нагрузки определяют размеры подшипника относительно его статической несущей способности (C0). Для расчета ресурса усталости необходимо время работы при каждом уровне нагрузки: процент часов работы при полной нагрузке, частичной нагрузке и холостом ходе. Без этого поставщик может проверить только статический коэффициент запаса прочности — он не может подтвердить ожидаемый срок службы в часах или циклах.

Шаг 5 — Ударные нагрузки на флаг и жесткость крепления

Обратите внимание на любые ударные нагрузки (удар ковша, резкая остановка, транспортировка по неровной местности) и опишите жесткость несущей конструкции — тонкий фланец против толстого литого корпуса. Гибкая монтажная поверхность изменяет распределение нагрузки по дорожке качения, даже если номинальные нагрузки идентичны нагрузкам в случае жесткого крепления.

После заполнения этих шести полей для каждого варианта нагрузки у вас будет готовый набор данных для расчета размеров. Мы рекомендуем использовать именно этот формат при отправке любого запроса коммерческого предложения, и он также лежит в основе таблицы, упомянутой в нашем документе.руководство по выбору подшипников.

Пример решения задачи — Поворотное кольцо мобильного крана

Для 50-тонного мобильного крана верхняя конструкция при полном выдвижении стрелы имеет следующие нагрузки: Fa = 420 кН, Fr = 85 кН, M = 650 кН·м при диаметре шага стрелы 1600 мм. В сложенном/транспортном положении нагрузки снижаются до Fa = 310 кН, Fr = 40 кН, M = 120 кН·м, но при этом применяется коэффициент ударной нагрузки от автомобильной транспортировки, равный 1,5x.

Представление обоих вариантов — а не только варианта с полным выдвижением — позволяет поставщику проверить, действительно ли транспортный вариант с учетом коэффициента ударной нагрузки определяет запас статической прочности, что происходит чаще, чем ожидают инженеры. В этом примере транспортный вариант контролировал контактное напряжение в дорожке качения, поскольку множитель ударной нагрузки 1,5x приблизил эффективную нагрузку к значению в варианте с полным выдвижением, несмотря на более низкие номинальные значения.

Режим работы и условия эксплуатации, влияющие на номинальные характеристики.

Две машины с одинаковыми пиковыми нагрузками могут потребовать подшипников разной конструкции, если учесть рабочий цикл. Башенный кран, поворачивающийся 20 раз в час в течение 10 часов в день, требует подшипников с разной твердостью дорожки качения и разным количеством шариков, чем неподвижная платформа, вращающаяся дважды за смену при той же пиковой нагрузке.

• Непрерывное медленное вращение(рыскание ветряной турбины, система слежения за солнцем): низкая скорость, большое количество циклов — сохранение смазки и конструкция уплотнений имеют большее значение, чем пиковая статическая емкость.
• Периодическое перемещение при высокой нагрузке(экскаватор, кран): изменение момента нагрузки в широком диапазоне — здесь распространены конструкции с шаровыми опорами и четырехточечным контактом.
• Фиксированное положение с периодической индексацией(Поворотные столы, испытательные стенды): обычно определяющим фактором является статическая несущая способность, а не усталостная долговечность.

Здесь также происходит взаимодействие выбора зубчатой ​​передачи и выбора подшипников — если в вашем приложении используется...поворотное зубчатое колесоНа внешней обойме нагрузка на зуб добавляет тангенциальную составляющую силы, которую следует учитывать в поле радиальных сил, а не рассматривать отдельно.

Распространенные ошибки при подготовке данных о грузе для поставщиков.

• Отображение только пиковой нагрузки, без учета рабочего цикла.— в результате получается подшипник, рассчитанный на статическую прочность, но с неизвестным сроком службы при усталостных нагрузках.
• Контрольные точки нагрузки смешивания— Нагрузки, рассчитанные у основания конструкции, а не в осевой линии подшипника, искажают плечо момента.
• Не принимая во внимание жесткость монтажного фланца.— Для тонкого, гибкого фланца требуется иной подход к упрочнению дорожки качения, чем для жесткого литого корпуса, даже при одинаковых номинальных нагрузках.
• Лечениетонкостенный подшипникГрузоподъемность такая же, как у стандартного поворотного кольца.— Тонкостенные конструкции имеют различное поведение по жесткости и прогибу под воздействием моментной нагрузки, поэтому не следует повторно использовать стандартные формулы расчета нагрузки без корректировки.
• Пропуск факторов шока и воздействия— Множитель 1,3–1,5x для переходных нагрузок является распространенным явлением в мобильном оборудовании, но часто отсутствует в представленном наборе данных.

Контрольный список покупателя перед отправкой технических характеристик поставщику

• Все варианты нагрузок указаны отдельно, а не только наихудший случай.
• Значения Fa, Fr и M были зафиксированы на центральной линии подшипника для каждого случая.
• Прилагается процент рабочего цикла для расчета ресурса усталости.
• Факторы удара/воздействия отмечены там, где это применимо.
• Описаны жесткость монтажного фланца и схема расположения болтов.
• Указаны рабочая скорость и условия окружающей среды (температура, пыль, промывка).
• Выбор геометрии с четырьмя точками контакта, тремя рядами роликов или перекрестным расположением роликов — или же решение остается за поставщиком.

Если для приложения требуется вращение под нагрузкой, выходящей за рамки ручного позиционирования — например, зубчатое колесо, двигатель и редуктор, интегрированные с подшипником, — то тот же набор данных о нагрузке применяется непосредственно для выбора...Поворотные приводыединицу, поскольку размеры привода зависят от тех же данных о моменте и радиальном положении, которые используются для выбора подшипников.

Сопоставление данных о нагрузке с вариантами геометрии подшипника.

Нестандартные диаметры отверстий, схемы расположения фланцев или профили твердости дорожек качения являются распространенной проблемой, если данные о нагрузке заказчика не соответствуют серийным образцам. Поскольку наше производство работает без фиксированного минимального объема заказа, мы разрабатываем индивидуальные решения, учитывающие эти параметры.нестандартные подшипникиОбработка технических требований осуществляется так же, как и заказов по каталогу, а срок доставки обычно составляет от 30 до 90 дней в зависимости от размера и сложности.

Установка и проверка после подбора размеров.

Подшипник правильного размера может работать неэффективно, даже если момент затяжки болтов, плоскостность или допуски на заполнение поверхности при затирке не соответствуют требованиям. После получения подшипника необходимо проверить плоскостность фланца и предварительную затяжку болтов в соответствии с инструкциями по установке поставщика — см. нашустановка подшипникаПримечания по последовательности затяжки болтов и рекомендации по допускам на плоскостность перед окончательной сборкой.

Такая организация данных об осевых, радиальных и моментных нагрузках до обращения к поставщику — а не во время переписки по электронной почте для уточнения — обычно сокращает цикл подготовки коммерческого предложения и снижает вероятность обнаружения несоответствий после изготовления. Наша инженерная команда проверяет данные о суммарной нагрузке в соответствии с процедурами качества ISO9001:2015 перед подтверждением любых несоответствий.подшипник поворота для тяжелых условий эксплуатацииТаким образом, хорошо организованный набор данных также означает более быструю и точную предварительную оценку.

Если у вас уже есть данные о нагрузках или вам нужна помощь в их структурировании в указанный выше формат, отправьте ваши чертежи и условия эксплуатации нашей инженерной команде для проверки размеров и составления сметы.