Łożysko rzadko ulega awarii, ponieważ zostało źle wykonane. Zawodzi, ponieważ po określonej liczbie obrotów pod obciążeniem materiał tuż pod powierzchnią bieżni ostatecznie ulega zmęczeniu. Obliczanie trwałości łożysk to dziedzina polegająca na szacowaniu, kiedy nadejdzie ten moment, i jest to jedno z niewielu szacunków inżynieryjnych, które rutynowo decyduje o tym, czy maszyna będzie pracować spokojnie przez lata, czy też zostanie rozebrana co kilka miesięcy.
W tym przewodniku krok po kroku omówiono standardową metodę: podstawową trwałość znamionową, wzór L10, przeliczenie milionów obrotów na godziny pracy oraz współczynniki korygujące, dzięki którym dane katalogowe stają się bliższe rzeczywistości.
Co naprawdę oznacza żywotność łożyska
W terminologii łożysk tocznych trwałość prawie zawsze odnosi się do trwałości zmęczeniowej, a nie do zużycia, korozji lub uszkodzenia smaru. Większość rozmów obejmuje trzy terminy:
- L10, podstawowa trwałość znamionowa — liczba obrotów, które wykona lub przekroczy 90% grupy identycznych łożysk, zanim pojawią się pierwsze oznaki zmęczenia.
- L10h — tę samą ilość wyrażoną w godzinach pracy przy stałej prędkości, zgodnie z tym, co faktycznie planują zespoły konserwacyjne.
- Lnm lub Lnmh, zmodyfikowana trwałość znamionowa — trwałość podstawowa skorygowana o niezawodność inną niż 90% oraz o smarowanie, zanieczyszczenie i granicę obciążenia zmęczeniowego.
Liczba 90% to raczej konwencja niż obietnica. Mówi, że jedno łożysko na dziesięć w statystycznie identycznej grupie może wykazywać zmęczenie przed osiągnięciem L10 i że mniej więcej połowa może przetrwać pięciokrotnie L10. Obliczanie życia nie polega zatem na znalezieniu gwarantowanej daty zastępczej; chodzi o porównanie opcji projektowych i ustalenie rozsądnych odstępów między przeglądami.
Podstawowa formuła oceny życia
Punktem wyjścia wszelkich obliczeń jest związek nośności łożyska z faktycznie przenoszonym obciążeniem:
L10 = (C / P) p
Tutaj L10 jest wyrażone w milionach obrotów. Wykładnik p zależy od geometrii styku: wynosi 3 dla łożysk kulkowych i 10/3 dla łożysk tocznych, ponieważ styk liniowy rozkłada obciążenie inaczej niż kontakt punktowy.
| Symbol | Znaczenie | Typowe źródło |
|---|---|---|
| C | Podstawowe obciążenie dynamiczne w niutonach | Katalog łożysk lub arkusz danych |
| P | Równoważne obciążenie dynamiczne łożyska w niutonach | Obliczane na podstawie sił działających na wał |
| p | Wykładnik życia | 3 dla łożysk kulkowych, 10/3 dla łożysk tocznych |
| L10 | Podstawowa trwałość znamionowa w milionach obrotów | Obliczony wynik |
| n | Prędkość obrotowa w obrotach na minutę | Dane aplikacji |
Najwięcej wysiłku inżynieryjnego pochłania równoważne obciążenie dynamiczne. Siły promieniowe i osiowe są łączone w jedną wartość, która daje taki sam efekt zmęczenia jak rzeczywiste obciążenie. W przypadku lekko obciążonego łożyska kulkowego zwykłego może to być proste określenie promieniowe; w przypadku łożyska poddawanego dużemu naciskowi wkład osiowy może dominować i radykalnie zmienić wynik.
Na uwagę zasługuje także sama nośność. Ponieważ różnica w C przechodzi przez zależność sześcienną, niewielka różnica w pojemności staje się dużą różnicą w obliczonej trwałości.
Łożyska kulkowe zwykłe serii 6000 Uszczelnione łożyska serii 6000 zapewniają wstępnie nasmarowaną ochronę przed zanieczyszczeniami i opublikowane wartości obciążeń dynamicznych/statycznych w celu porównania obliczonej trwałości zmęczeniowej. Zobacz produkt → Od milionów obrotów do godzin pracy
Życie zmęczeniowe podczas obrotów jest przydatne w teorii, ale planiści myślą godzinami. Przy stałej prędkości:
L10h = (1 000 000 / (60 × n)) × L10
gdzie n oznacza obroty na minutę. Termin w nawiasach to po prostu liczba godzin potrzebnych do zgromadzenia miliona obrotów. Przy 1500 obr./min zajmuje to około 11,1 godziny, zatem podstawowa trwałość znamionowa wynosząca 300 milionów obrotów odpowiada w przybliżeniu 3300 godzinom pracy.
Wzór zakłada stałą prędkość i stałe obciążenie. Jeżeli którykolwiek z nich zmienia się w trakcie cyklu pracy, obliczenia należy przeprowadzić inaczej.
Poza L10: niezawodność, smarowanie i zanieczyszczenia
Podstawowa trwałość znamionowa zakłada prawidłowo zamontowane łożysko, odpowiedni film smarny, czyste środowisko i obciążenie na tyle łagodne, aby nie nasycać materiału. Prawdziwe maszyny rzadko spełniają wszystkie te warunki, więc standardową praktyką jest dostosowywanie L10 za pomocą dwóch czynników:
- a1, współczynnik niezawodności. Wynosi 1 przy 90% wiarygodności i szybko spada wraz ze wzrostem wartości docelowej — około 0,64 dla 95% i znacznie niższe dla 99%.
- aISO, czasami zapisywane jakoSKF, współczynnik modyfikacji trwałości. Uwzględnia jakość smarowania, poziom zanieczyszczeń oraz stosunek przyłożonego obciążenia do dopuszczalnego obciążenia zmęczeniowego łożyska.
Dobrze nasmarowane łożysko w czystej oprawie może z łatwością osiągnąć dwu- lub trzykrotnie większą trwałość znamionową. To samo łożysko pracujące na cienkiej warstwie smaru z pyłem ściernym wokół uszczelek może osiągnąć ułamek tego. Dlatego też współczynnik lepkości, filtracja i wybór uszczelnienia nie są kwestiami pobocznymi; często są to zmienne decydujące.
Gdy obciążenia i prędkości nie są stałe
Przenośniki, skrzynie biegów, pompy i maszyny rolnicze rzadko pracują z jednym ładunkiem i jedną prędkością. W przypadku cyklu pracy składającego się z kilku segmentów każdy segment jest przekształcany na równoważne obciążenie, które powoduje ten sam efekt zmęczenia w całym cyklu:
Pm = [ Σ (Pi p × ni × ti) / Σ (ni × ti) ] 1/s
Każdy segment ma swój udział proporcjonalnie do obrotów, które reprezentuje, a segmenty ciężkie dominują ze względu na wykładnik. Krótkie obciążenie szczytowe może zatem mieć większe znaczenie niż godziny lekkiej pracy — jest to znany schemat w sprzęcie uruchamiającym się i zatrzymującym pod obciążeniem, gdzie moment przyspieszenia i wstrząsy kształtują cykl pracy.
W przypadku maszyn zbudowanych w oparciu o zespoły zamontowane, obliczenie obciążenia i wybór obudowy są zwykle rozpatrywane łącznie, ponieważ obudowa, pasowanie wału i układ uszczelnień wpływają na obciążenie docierające do elementów tocznych.
Seria łożysk z wkładką blokującą śrubę ustalającą UC Zamontowane łożyska samonastawne z podwójnymi śrubami ustalającymi, pierścieniami GCr15, wałami o rozmiarach 12–90 mm i podanymi wartościami nośności dla doboru oprawy. Zobacz produkt → Krótki praktyczny przykład
Weźmy łożysko kulkowe zwykłe 6205 o podstawowej nośności dynamicznej około 14 kN, przenoszące równoważne obciążenie dynamiczne 2 kN przy 1500 obr./min.
- Oblicz współczynnik obciążenia: C / P = 14 / 2 = 7.
- Podnieś go do potęgi 3: 7³ = 343, więc L10 = 343 miliony obrotów.
- Zamień na godziny: 343 × (1 000 000 / (60 × 1 500)) ≈ 3 800 godzin.
- Zastosuj współczynniki korygujące. Przy a1 = 1 i dobrym stanie smarowania dającym aISO = 2, zmodyfikowana trwałość wynosi około 7 600 godzin.
Liczby mają charakter poglądowy, ale wzór jest typowy. Współczynniki korygujące mogą podwoić wynik lub zmniejszyć go o połowę, podczas gdy zmiana obciążenia o 20% zwiększa trwałość o ponad 60% w stosunku sześciennym. Czułość ma większe znaczenie niż miejsca po przecinku.
Błędy, które zniekształcają wynik
- Stosowanie obciążenia statycznego zamiast obciążenia dynamicznego lub mieszanie niutonów z kiloniutonami.
- Ignorowanie składowej osiowej połączonego obciążenia, szczególnie w przypadku łożysk skośnych i zwykłych.
- Stosowanie wzoru godzinowego przy prędkości, która dotyczy tylko części cyklu pracy.
- Traktowanie wartości z katalogu C od różnych dostawców jako bezpośrednio porównywalnych bez sprawdzania stojącego za nimi standardu.
- Pomijając w obliczeniach smarowanie i zanieczyszczenia, a następnie zastanawiając się, dlaczego rzeczywista żywotność nie jest zgodna z arkuszem kalkulacyjnym.
- Zapomnienie o niewspółosiowości, nieprawidłowym dopasowaniu i wibracjach przyspiesza zmęczenie, nie pojawiając się nigdzie w równaniu.
Kalkulacja jest narzędziem porównawczym, a nie kryształową kulą. Jego wartość polega na pokazaniu, która zmiana — większe łożysko, lepszy smar, mocniejsze uszczelnienie — zapewnia największą żywotność przy najmniejszym wysiłku.
Przekształcenie obliczeń w wybór łożyska
Od 1994 roku w Ningbo produkujemy łożyska kulkowe zwykłe i łożyskowe, w średnicach otworów od 3 mm do 100 mm. Duża część tego, co wysyłamy, trafia do zastosowań, w których ktoś właśnie skończył obliczanie żywotności i potrzebuje części pasującej do odpowiedzi. Pytania, które otrzymujemy, zazwyczaj dotyczą nośności, luzów, uszczelek i pasowań, a nie receptur, i to jest część pracy, którą znamy najlepiej.
Jeśli Twój cykl pracy obejmuje zmienne obciążenia i zamontowany zespół, nasz zespół techniczny może z Tobą sprawdzić liczby i potwierdzić dopasowanie obudowy, wkładki i wału, które odpowiadają instalacji. Notatki na obliczanie obciążenia i dobór jednostek blokowych są użytecznym punktem wyjścia.
Zespoły łożysk blokowych serii UCP Zespoły blokowe z obudowami HT200 lub QT450-10, wkładkami GCr15, smarowniczką i wymiarami UCP 201–218 do wyboru zespołu montowanego. Zobacz produkt → W przypadku urządzeń pracujących w sposób ciągły pod umiarkowanym obciążeniem promieniowym — silników elektrycznych, pomp, małych przekładni — nasz standardowy asortyment z głębokimi rowkami obejmuje najczęstsze rozmiary i łożyska silnika elektrycznego pokazuje, co zwykle dostarczamy w ramach tego obowiązku. Wyślij nam obciążenie, prędkość i godziny pracy, a pomożemy Ci przekształcić obliczenia w łożysko, które możesz faktycznie zamówić.
