Kuinka valita oikea laakeri vaihteistolle

Vastaanottaja valitse oikea laakeri a:lle vaihteiston vähennin , sinun on sovitettava laakerin tyyppi ja koko spesifisiin radiaali- ja aksiaalikuormiin, käyttönopeuksiin, vaadittuun L10-väsymisikään sekä akselin ja kotelon geometrisiin rajoituksiin samalla kun on varmistettava yhteensopivuus vaihteiston sisällä olevan voiteluaineen ja lämpöympäristön kanssa. Prosessi alkaa jokaisen akselin – tulo-, väli- ja ulostulon – perusteellisella kuormitusanalyysillä, koska kierre-, lieriö- tai kartiohammaspyörät synnyttävät reaktiovoimia, jotka muuttuvat suoraan laakerin säteittäis- ja työntökuormituksiksi. American Gear Manufacturers Associationin (AGMA) standardin 6011 mukaan suljetuille vaihteistoille laakerit tulee valita siten, että niiden käyttöikä on vähintään L10. 25 000 tuntia yleiseen teollisuushuoltoon ja aina 100 000 tuntia kriittisissä jatkuvatoimisissa sovelluksissa . Ymmärtäminen kuinka valita oikea laakeri vaihteistolle on monivaiheinen suunnittelutehtävä, joka yhdistää mekaaniset kuormituslaskelmat, ISO 281 -standardin laakerien käyttöiän yhtälöt, voitelukalvon paksuusanalyysin sekä käytännön asennuksen, välyksen ja tiivistyksen näkökohdat.

1. Analysoi vaihteistovoimat laakerien kuormien määrittämiseksi

Ensimmäinen askel oikean laakerin valinnassa on laskea kussakin laakerikohdassa radiaaliset ja aksiaaliset reaktiovoimat, jotka muodostuvat hammaspyörän verkkovoimien tangentiaalisista, erottivista ja työntökomponenteista. Kierrehammaspyörän supistimessa hammaspyörän hampaan kosketus synnyttää tangentiaalisen voiman, joka välittää vääntömomentin, säteittäisen erotusvoiman, joka työntää hammaspyörät erilleen, ja aksiaalisen työntövoiman pitkin akselia kierrekulmasta johtuen. Näiden voimien suuruus riippuu lähetetystä tehosta ja vaihteiston geometriasta. Hammaspyörässä ei ole aksiaalista työntövoimaa, vaan hammaspyörät, joiden kierrekulma on 15-30 astetta tuottaa aksiaalikuorman, joka voi olla yhtä suuri 25-50 % tangentiaalisesta voimasta . Käyttämällä akselin halkaisijaa, hammaspyörän jakoympyrää ja laakerin jänneväliä, nämä verkkovoimat jaetaan säteittäis- ja aksiaalireaktiovoimiin kussakin laakerin kohdassa staattisten tasapainoyhtälöiden avulla. Tyypillisessä yksialennusvaihteistossa, jossa hammaspyörä on riippuvainen tuloakselin päällä, tuloakselin laakerit kokevat sekä suuren säteittäisen kuormituksen hammaspyörävoimista että merkittävän aksiaalisen kuorman, joka on kannettava laakerilla, joka pystyy käsittelemään yhdistettyä kuormitusta. Ulostuloakselilla kuormituksia hallitsee usein ulkoinen hihna- tai kytkimen veto, joka lisää säteittäistä ulkonevaa kuormaa, jota laakerin on tuettava. Tuloksena saaduista lasketuista kuormista - ilmaistuna newtoneina tai paunavoimana - tulee ensisijaisia ​​syötteitä laakerin valintaprosessissa. Kun sinä valitse oikea laakeri a:lle gear reducer , näiden kuormitusarvojen on otettava huomioon mahdolliset iskut tai hetkelliset ylikuormitukset käyttämällä tyypillisesti huoltokerrointa 1,2 - 2,0 riippuen käytetyn koneen AGMA 6011:ssä määritellyistä ominaisuuksista.

2. Valitse sopiva laakerityyppi kuorman suunnan ja nopeuden perusteella

Laakerityyppi on sovitettava kunkin akselin asennon kulloiseenkin kuormitusolosuhteisiin: syväuraiset kuulalaakerit sopivat kohtalaisiin radiaalisiin ja kevyisiin aksiaalikuormiin, lieriörullalaakerit kestävät raskaita radiaalikuormia ilman aksiaalista työntövoimaa, ja kartiorullalaakereita tai kulmakosketuskuulalaakereita tarvitaan, kun tarvitaan merkittävää yhdistettyä aksiaalikuormaa. Vaihdevaihteistossa tuloakseli pyörii usein suurimmalla nopeudella - tyypillisesti 1750 tai 3500 rpm kun sitä käytetään sähkömoottorilla - joten laakerin on oltava tälle nopeudelle ilman liiallista lämmön muodostumista. Kuulalaakereilla on yleensä suurempi nopeuskyky kuin samankokoisilla rullalaakereilla. Ulostuloakselilla nopeudet ovat pienemmät, mutta vääntömomentit ja radiaalikuormat ovat suuremmat, mikä suosii rullalaakereita. Alla olevassa taulukossa on yhteenveto vaihteistoissa yleisimmin käytetyistä laakerityypeistä ja niiden valintakriteereistä.

3. Laske vaadittu dynaaminen kuormitusarvo ja L10 väsymiskesto

Kun laakerien kuormitukset ovat tiedossa, seuraava vaihe on laskea tarvittava dynaaminen peruskuormitus ISO 281 -elinkaariyhtälön avulla. Näin varmistetaan, että laakeri kestää halutun käyttötuntimäärän ennen kuin ensimmäiset merkit maanalaisen materiaalin väsymisestä ilmaantuvat. L10:n käyttöikä miljoonina kierroksina tai tunteina ilmaistuna on se elämä 90% väestöstä identtisiä laakereita saavuttaa tai ylittää tietyllä kuormalla ja nopeudella. ISO 281 -kaava kuulalaakereille on L10 = (C/P)³ ja rullalaakereille L10 = (C/P)^(10/3), missä C on laakerin dynaaminen peruskuormitus ja P on vastaava dynaaminen laakerikuorma. P lasketaan säteittäis- ja aksiaalikuormista käyttämällä kertoimia X ja Y, jotka riippuvat laakerin tyypistä ja aksiaalisen ja säteittäisen kuormituksen suhteesta. Vastaanottaja valitse oikea laakeri a:lle gear reducer , laske ensin vaadittu dynaaminen peruskuormitus C_req = P × (L10_req)^(1/p), jossa p on 3 pallolle ja 10/3 rullalle. Valitse sitten luettelosta laakeri, jonka dynaaminen kuormitusarvo C on yhtä suuri tai suurempi kuin C_req. Vaihteen alennusvaihteessa, joka toimii 1 750 rpm ja vaatii 25 000 tunnin L10 käyttöiän, L10 miljoonina kierroksina on 1 750 × 60 × 25 000 / 1 000 000 = 2 625 miljoonaa kierrosta . Vaadittu C/P-suhde on tällöin (2 625)^(1/3) = suunnilleen 13.8 kuulalaakerille. Jos laskettu ekvivalenttikuorma P on 2 000 N, vaadittu dynaaminen kuormitusarvo on 2 000 × 13,8 = 27 600 N . Valitun laakerin C-arvon on oltava luettelossa suurempi kuin tämä luku. Laakerivalmistajien teknisten tietojen mukaan 62- ja 63-sarjan vakiokuulalaakerit tarjoavat tyypillisesti dynaamisen kuormituksen alkaen 10 000 - 100 000 N , joka kattaa laajan valikoiman teollisia vaihteistosovelluksia.

4. Tarkista staattinen kuormituskapasiteetti ja turvallisuuskerroin

Laakerin staattinen kantavuus on myös tarkistettava, jotta voidaan varmistaa, että suurin huippukuorma - kuten käynnistyksen aikana, hetkellinen tukkos tai iskukuormitus - ei aiheuta pysyvää muodonmuutosta vierintäelementteihin tai ratoihin. Staattinen peruskuormitus C0 on määritelty ISO 76:ssa kuormitukseksi, joka tuottaa lasketun kosketusjännityksen 4200 MPa kuulalaakereille ja 4000 MPa rullalaakereille raskaimmin kuormitetun vierintäelementin koskettimessa. Staattisen varmuuskertoimen S0 = C0 / P0, jossa P0 on vastaava staattinen laakerikuorma, tulee olla vähintään 2 tasaista toimintaa varten ja 3 tai enemmän iskunkestäviä sovelluksia varten . Murskain- tai raskaasti kuormitettua kuljetinta käyttävässä vaihteistossa huippuvääntömomentti tukoksen aikana voi olla useita kertoja nimellismomenttia. Ilman riittävää staattista kapasiteettia laakerien kulkuradat voivat brinelloitua yhden ylikuormitustapahtuman aikana, mikä aiheuttaa melua ja tärinää, joka johtaa nopeaan väsymisvikaan. Kun sinä valitse oikea laakeri a:lle gear reducer , staattinen tarkistus on yhtä tärkeä kuin väsymislaskelma, erityisesti ulostuloakselin laakereissa, joissa on suuria vääntömomentteja ja mahdollisia ylikuormituksia.

5. Harkitse voitelua, tiivistystä ja lämpölaajenemista

Laakerin valinnassa tulee ottaa huomioon vaihteiston sisällä oleva voitelumenetelmä – olipa se sitten roiskevoideltu vaihteistoöljyllä tai rasvalla pakattu tiiviiseen kammioon – ja on varmistettava, että laakerin nopeusluokitus vastaa voiteluaineen viskositeettia käyttölämpötilassa. Roiskevoideltuissa vaihteistoissa vaihteistoöljy on tyypillisesti ISO VG 150 - VG 460 mineraaliöljyä äärimmäisen paineen lisäaineilla. Laakerin rajoitusnopeutta, joka on lueteltu öljy- ja rasvavoiteluluettelossa, on vähennettävä, jos todellinen öljyviskositeetti on korkeampi kuin referenssiviskositeetti. Vaihteiston käyttölämpötila voi nousta 80 °C - 100 °C (176 °F - 212 °F) , mikä vähentää öljyn viskositeettia ja voiteluaineen kalvon paksuutta. Kappa-suhteen eli voiteluaineen todellisen viskositeetin ja riittävän kalvonmuodostuksen edellyttämän vähimmäisviskositeetin suhde on oltava vähintään 2-4 luotettavaa toimintaa varten. Jos laskettu kappa on alle 1, rajavoiteluolosuhteet ovat olemassa ja laakerin käyttöikää on vähennettävä käyttämällä ISO 281 -standardin a23-tekijää, mikä voi lyhentää laskettua L10 käyttöikää 50 % tai enemmän. Laakeritiivisteet, olivatpa ne kiinteät kumihuulitiivisteet tai ulkoiset sokkelotiivisteet, on valittava siten, että ne pitävät vaihteistoöljyn kotelon sisällä ja poistavat epäpuhtaudet. Laakeri, jossa on kiinteät kosketintiivisteet, sopii vaihteiston tuloakselille, jossa akseli tunkeutuu koteloon, mikä estää öljyvuodot tässä kriittisessä rajapinnassa.

6. Määritä laakerin sisäinen välys ja asennusjärjestely

Laakerin sisäinen säteittäinen välys on valittava akselin sisärenkaan ja kotelossa olevan ulkorenkaan sovituksen, sisä- ja ulkorenkaan välisen lämpötilaeron perusteella käytön aikana sekä tarpeen mukautua akselin aksiaaliseen lämpölaajenemiseen. Vaihteistossa akseli käy tyypillisesti koteloa lämpimämpänä, koska lämpöä johdetaan hammaspyöristä akselia pitkin. Lämpötilaero n 10°C - 20°C sisä- ja ulkorenkaiden välillä vähentää sisäistä välystä useilla mikroneilla. Jos alkuvälys on liian pieni, laakeri esijännitetään ja ylikuumenee. Vakiovälysluokat ovat C2 (normaalia pienempi), CN (normaali), C3 (normaalia suurempi) ja C4. Vaihteistosovelluksissa C3-välys määritellään yleisesti, koska se mukautuu akselin sisärenkaan puristussovitukseen ja lämpölaajenemiseen. Asennusjärjestelyä on myös harkittava: kummankin akselin yhden laakerin tulee olla kohdistuslaakeri, joka kiinnittää akselin aksiaalisesti, kun taas toisen tulee olla ei-sijaintilaakeri, joka mahdollistaa akselin vapaan laajenemisen ja supistumisen. Paikannuslaakerina voi toimia syväurainen kuulalaakeri, jossa on lukitusrengasura tai sylinterimäinen rullalaakeri, jossa on irrotettava sisärengas. Vastakkaiseen järjestelyyn asennetut kartiorullalaakerit tarjoavat luonnollisesti sekä säteittäisen että aksiaalisen sijainnin säädettävällä välyksellä tai esijännityksellä, mikä on edullista hammaspyörien kytkentätarkkuuden kannalta, mutta vaatii huolellista päätyvälyksen säätöä asennuksen aikana.

Usein kysyttyjä kysymyksiä vaihteistolaakerien valinnasta

Kuinka lasken vastaavan dynaamisen kuorman yhdistetylle radiaali- ja aksiaalilaakerille?

Vastaava dynaaminen kuorma P lasketaan käyttämällä P = XFr YFa, jossa Fr on säteittäinen kuorma, Fa on aksiaalinen kuorma ja X ja Y ovat laakerinvalmistajan luettelossa annettuja kertoimia kullekin laakerityypille. Syväuraisella kuulalaakerilla X:n ja Y:n arvot riippuvat Fa/Fr-suhteesta ja säteittäisestä välysluokasta. Kun Fa/Fr ylittää e:ksi kutsutun kynnyksen, aksiaalinen kuorma tulee merkittäväksi ja Y kasvaa. Tarkkojen tulosten saamiseksi käytä aina valitun laakerin X- ja Y-arvoja sen teknisistä tiedoista valitse oikea laakeri a:lle gear reducer .

Mitä eroa on C3:lla ja vakiovälillä, ja miksi C3 on yleinen vaihdelaatikoissa?

C3-välys tarjoaa suuremman säteittäisen sisäisen välyksen kuin CN:n normaali välys. Se on tarkoitettu vaihteiston laakereille, koska sisärengas, joka on asennettu akseliin häiriösovituksella, laajenee ja pienentää välystä. Lisäksi sisärengas kuumenee ulkorengasta kuumemmin vaihteiden lämmönjohtamisen vuoksi, mikä vähentää välystä entisestään. C3 välys kompensoi nämä vähennykset ja estää laakerin toiminnan liiallisella esikuormituksella, mikä lisäisi kitkaa ja lyhentäisi käyttöikää.

Voinko käyttää tiivistettyjä laakereita öljyhauteella voideltuun vaihteistoon?

Tiivistettyjä laakereita, joissa on kiinteät kumitiivisteet, ei yleensä suositella öljykylpyvoiteluun, koska tiivisteet estävät vaihteistoöljyn pääsyn laakeriin ja voitelemasta sitä. Sen sijaan käytetään avoimia tai suojattuja laakereita, jolloin roiskeöljy pääsee virtaamaan laakerin läpi. Suljetut laakerit ovat kuitenkin sopivia tuloakselin jatkeeseen, jossa akseli tulee ulos kotelosta, jotta estetään öljyvuoto akselia pitkin. Tässä paikassa tiivistetty laakeri on rasvapakattu käyttöikää varten ja eristetty sisäisestä öljystä.

Masterointi kuinka valita oikea laakeri vaihteistolle on systemaattinen prosessi, jossa yhdistyvät kuormitusanalyysi, käyttöikälaskelmat ja voitelun, välyksen ja asennuksen käytännön näkökohdat. Noudattamalla vaihteistovoimien laskentaa, oikean laakerin tyypin valintaa, laakerin mitoitusta vaadittua L10-ikää varten, tarkastamalla staattista kapasiteettia ja vahvistamalla voiteluolosuhteet insinööri varmistaa, että vaihteiston alennusmekanismi toimii luotettavasti ja hiljaisesti aiotun käyttöiän ajan ilman ennenaikaista laakerin vikaa.