Czy łożyska kulkowe poprzeczne są dobre w przypadku momentów obrotowych? Praktyczny przewodnik

Wyobraź sobie mały silnik elektryczny przykręcony do obudowy pompy. Pasek jest napięty, wał jest nieco przesunięty w linii, a każdy impuls silnika wysyła siłę skręcającą do łożyska. Ta siła skręcająca nazywana jest obciążeniem momentowym i to ona decyduje, czy łożysko kulkowe zwykłe jest właściwym elementem, czy też przyczyną przedwczesnej awarii.

Krótka odpowiedź jest taka, że ​​łożyska kulkowe zwykłe wytrzymują obciążenia momentem od małych do średnich, ale nie są przeznaczone do dużych lub ciągłych sił przechylających. W przypadku większości silników małej mocy, wentylatorów, maszyn spożywczych i małych przekładni są one doskonałym i opłacalnym wyborem. W przypadku miksera pracującego 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu z długim wałem wspornikowym lub skrzynią biegów, w której występują ciągłe oscylacje, łożysko kulkowe zwykłe może być tylko częścią rozwiązania.

Czym właściwie jest obciążenie momentowe

Obciążenie momentowe to tak naprawdę termin ogólny. Nazywa się go często momentem przechylającym lub momentem wywracającym i jest to siła, która próbuje zagiąć wał wokół łożyska. Zachowuje się inaczej niż dwa typy obciążeń, które zwykle podkreślają katalogi łożysk.

• Obciążenie promieniowe naciska prosto na elementy toczne, prostopadle do osi wału.
• Obciążenie osiowe popycha wzdłuż osi wału w kierunku lub od powierzchni czołowej łożyska.
• Obciążenie momentowe powoduje przechylenie pierścienia wewnętrznego względem pierścienia zewnętrznego, ponieważ siła działa w pewnej odległości od środka łożyska.

W łożyskach kulkowych zwykłych zastosowano głębokie rowki bieżni, które umożliwiają im przejmowanie obciążeń promieniowych i ograniczonych obciążeń osiowych z obu kierunków. Piłki znajdują się w stosunkowo szerokiej strefie styku, więc niewielkie przechylenie można rozłożyć na kilka piłek. Jednak kontakt jest w dalszym ciągu zasadniczo punktowy, zatem duży moment skupia naprężenia na kilku elementach tocznych i skraca żywotność szybciej niż przy takim samym obciążeniu promieniowym.

Czy łożyska kulkowe zwykłe poradzą sobie z momentami?

Tak, ale z wyraźnym ograniczeniem. Jeśli moment jest krótki i przerywany, łożysko działa dobrze i często pozostaje niezauważone. Jeśli moment jest duży lub stały, kulki i bieżnie odkształcają się, tarcie wzrasta, a łożysko nagrzewa się. Praktyczną zasadą jest, że jednorzędowe łożysko kulkowe zwykłe może wytrzymać niewielkie obciążenia momentowe, które są przypadkowe w zastosowaniu, a nie główne obciążenie projektowe.

Dwurzędowe łożysko kulkowe zwykłe to inna historia. Dodatkowy rząd kulek sprawia, że ​​łożysko jest bardziej wytrzymałe i może przenosić obciążenia momentem przechylającym, a także obciążenia promieniowe i osiowe. Kompromisem jest szerokość i koszt. W kompaktowym wentylatorze lub małym elektronarzędziu łożysko dwurzędowe może nie pasować, a dodatkowa sztywność może nie być warta zmiany kształtu.

Gdzie obciążenia momentowe pojawiają się w prawdziwych maszynach

Wentylatory i pompy napędzane paskiem to klasyczny przypadek. Kiedy pasek jest napięty, koło pasowe wytwarza siłę promieniową na wale, a jeśli wał jest długi lub koło pasowe jest wspornikowe, siła ta wytwarza również moment na łożysku. Podobna sytuacja ma miejsce w małym wrzecionie wiertarskim, gdzie uchwyt jest oddalony od łożyska i nacisk wiertniczy ugina wał.

W zespołach urządzeń gospodarstwa domowego i maszyn spożywczych obciążenia momentowe często pochodzą od niewyważonych części obrotowych, niewspółosiowych powierzchni montażowych lub rozszerzalności cieplnej. Obciążenia te są zwykle niewielkie, dlatego w tego typu produktach dobrze sprawdzają się miniaturowe i małogabarytowe łożyska kulkowe zwykłe. Gdy moment jest bardziej stały, pomocne może okazać się łożysko z pierścieniem osadczym, blokujące łożysko osiowo na wale lub w obudowie, tak aby przechylone obciążenie nie wypchnęło łożyska z położenia.

Łożysko kulkowe poprzeczne 6200ZZNR z pierścieniem osadczym do małych silników Łożysko o wymiarach 10 × 30 × 9 mm ma podwójne osłony i pierścień zabezpieczający do pozycjonowania osiowego. Pasuje do małych silników i narzędzi, w których obciążenia momentowe wymagają stabilnego ustawienia, jak omówiono w poprzedniej sekcji dotyczącej doboru łożysk. Zobacz produkt →

Obrotowe maszynki do strzyżenia, elektryczne maszynki do strzyżenia włosów i małe blendery również wytwarzają siły oscylacyjne. Moment zmienia kierunek w każdym cyklu, a łożysko potrzebuje wystarczającego luzu wewnętrznego, aby kulki mogły poruszać się bez zakleszczania. Miniaturowe łożysko z dobrze zaprojektowaną klatką utrzymuje odstęp kulek stabilny pod wpływem wibracji, a tego właśnie potrzebuje łożysko, gdy moment zmienia się tysiące razy na minutę.

Czynniki określające pojemność momentu

Geometria łożyska determinuje większość przenoszonego momentu, ale warunki pracy mają równie duże znaczenie. Oto szczegóły, które warto sprawdzić przed sfinalizowaniem projektu.

• Liczba kulek: więcej kulek rozkłada obciążenie na więcej punktów styku, co poprawia odporność na przechylanie.
• Głębokość bieżni: głębsze rowki umożliwiają pewną niewspółosiowość kątową bez nadmiernych naprężeń krawędziowych.
• Luz wewnętrzny: mniejszy luz zwiększa sztywność momentową, ale zwiększa tarcie, przez co prędkość użyteczna spada.
• Napięcie wstępne: zastosowane napięcie wstępne sprawia, że ​​łożysko jest sztywniejsze i twardsze w stosunku do zginania wału, ale zbyt duże napięcie wstępne powoduje wytwarzanie ciepła.
• Materiał: stal chromowana to standardowy wybór ze względu na nośność, natomiast stal nierdzewna chroni dwuczęściowe elementy przed korozją w środowisku spożywczym lub chemicznym.
• Uszczelnienia i osłony: uszczelki kontaktowe zwiększają opór i ciepło, ale utrzymują bieżnię w czystości; wersje ekranowane chronią przed kurzem bez dodatkowego tarcia.
• Typ klatki: mocna klatka utrzymuje stały odstęp piłek, co zapobiega skupianiu się chwili na jednej kieszeni.

W przypadku niektórych zespołów a łożysko kołnierzowe dodaje występ ustalający, który przeciwdziała przesunięciu osiowemu. Kołnierz może być użytecznym środkiem zaradczym, gdy moment próbuje wysunąć łożysko z otworu, co często upraszcza konstrukcję oprawy.

Wybór odpowiedniego łożyska do Twojego zastosowania

Zacznij od oszacowania wielkości momentu. Wzór jest prosty: moment równa się sile pomnożonej przez odległość od środka łożyska do punktu siły. Porównaj tę wartość z obciążalnością dynamiczną łożyska i pamiętaj, że w wartości znamionowej uwzględnia się obciążenie promieniowe, a nie obciążenie przechylające. Jeśli moment jest większy niż ułamek obciążenia znamionowego, poproś o cięższą sekcję lub konstrukcję dwurzędową.

Następnie sprawdź prędkość. Wysoka prędkość i duży moment to najgorsza kombinacja, ponieważ tarcie wytwarza ciepło, którego łożysko nie może się pozbyć w ciasnej oprawie. W takim przypadku większe łożysko z większą liczbą kulek lub lżejszy koszyk jest często lepszym rozwiązaniem niż zwykłe zwiększenie napięcia wstępnego.

Następnym krokiem jest dopasowanie i luz. Zbyt luźny wał powoduje obrót pierścienia wewnętrznego, co zamienia moment obrotowy w fałszywe wgniecenie Brinella. Zbyt ciasna oprawa ściska pierścień zewnętrzny i zabiera luz promieniowy, niezbędny do lekkiego przechylenia łożyska. Po dopasowaniu wybierz smarowanie. Smar na bazie oleju bazowego o wysokiej lepkości chroni styk toczny przy niskich prędkościach, natomiast kąpiel olejowa działa lepiej w przypadku ciągłej pracy z dużymi prędkościami.

Łożysko kulkowe 6205ZZ do średnich obciążeń promieniowych w silnikach i pompach Dzięki rozmiarowi 25 × 52 × 15 mm i stali GCr15 to łożysko ekranowane wytrzymuje umiarkowane obciążenia promieniowe. Dobrze komponuje się ze wspomnianymi wcześniej wytycznymi dotyczącymi dopasowania, luzu i smarowania, zapewniając niezawodne działanie maszyn. Zobacz produkt →

W przypadku zastosowań jednorzędowych z umiarkowanym momentem niezawodnym rozwiązaniem jest łożysko o małych rozmiarach z głębokim rowkiem i koszykiem stalowym. Zapewnia dobrą wydajność promieniową, działa w szerokim zakresie prędkości i pozostaje opłacalny w produkcji seryjnej.

Bezpośrednia współpraca z producentem łożysk

Wartości katalogowe są przydatnym punktem wyjścia, ale opierają się na urządzeniu testowym, a nie na konkretnej obudowie, wale, cyklu obciążenia i temperaturze. Tutaj może pomóc bezpośredni producent. Pracując z fabryką łożysk nad nowym produktem, możesz dostosować liczbę kulek, materiał koszyka, luz wewnętrzny, rodzaj smaru, a nawet geometrię bieżni, aby dopasować je do momentu w prawdziwym zespole.

W naszym zakładzie w Ningbo produkujemy modele miniaturowe i małogabarytowe łożyska kulkowe zwykłe do zastosowań, w których występuje niewielki moment, ale nie jest on dominujący. Rutynowo przeglądamy rysunki, testujemy próbki oraz weryfikujemy bicie dynamiczne i poziom hałasu przed rozpoczęciem produkcji. Proces produkcyjny odbywa się zgodnie z systemami zarządzania ISO 9001 i ISO/TS 16949, dlatego każda partia przed zapakowaniem przechodzi kontrolę wymiarową i kontrolę wzrokową.

Miniaturowe łożysko ze stali nierdzewnej SMR148-2RS do urządzeń precyzyjnych Łożysko ze stali nierdzewnej o wymiarach 8×14×4 mm jest odporne na korozję i idealnie nadaje się do małych silników i robotów. Jego cienki profil i osłony spełniają wymagania lekkich zastosowań w trudnych lub kompaktowych środowiskach. Zobacz produkt →

Jeśli w Twoim projekcie zastosowano łożysko ze stali nierdzewnej w maszynie spożywczej lub przegubie robota, moment jest zwykle niewielki, ale wymagania dotyczące korozji nie są. Miniaturowe łożysko ze stali nierdzewnej o cienkim profilu może wytrzymać obciążenie przechylające, a jednocześnie jest odporne na warunki środowiskowe, które mogłyby zniszczyć łożysko ze stali chromowanej. W przypadku większych zamówień OEM obsługujemy również niestandardowe wymiary i specjalne konstrukcje klatek bez zbędnych kosztów związanych z konfiguracją.

Czy łożyska kulkowe zwykłe są dobre w przypadku momentów obrotowych? Tak dla małych i umiarkowanych chwil, nie dla ciężkich i ciągłych. Łożysko nie jest uszkodzone z powodu pojedynczego rodzaju obciążenia; jest po prostu zaprojektowany do dominacji promieniowej i okazjonalnych przechyleń. Sprawdź wielkość momentu, prędkość, dopasowanie i prześwit, a następnie potwierdź u producenta, zanim projekt zostanie zamrożony. Właściwa odpowiedź dla jednego zastosowania może być błędną odpowiedzią dla innego, a krótka rozmowa z dostawcą łożysk może zaoszczędzić późniejszej awarii.