Hoe u het juiste lager voor een tandwielreductor selecteert

Aan selecteer het juiste lager voor a tandwielreductor moet u het lagertype en de maat afstemmen op de specifieke radiale en axiale belastingen, bedrijfssnelheden, vereiste L10-vermoeidheidslevensduur en de geometrische beperkingen van de as en behuizing, terwijl u ook zorgt voor compatibiliteit met het smeermiddel en de thermische omgeving in de versnellingsbak. Het proces begint met een grondige belastinganalyse van elke as (ingaande, tussenliggende en uitgaande as), omdat de spiraalvormige, rechte of conische tandwielen reactiekrachten genereren die zich rechtstreeks vertalen in radiale lager- en stuwkrachtbelastingen. Volgens de norm 6011 van de American Gear Manufacturers Association (AGMA) voor gesloten tandwielaandrijvingen moeten lagers zo worden gekozen dat ze een levensduur van minimaal L10 bereiken. 25.000 uur voor algemene industriële dienst en tot 100.000 uur voor kritische continue procestoepassingen . Begrip hoe u het juiste lager voor een tandwielreductor selecteert is een uit meerdere stappen bestaande technische taak waarin mechanische belastingberekeningen, levensduurvergelijkingen van lagers uit ISO 281, analyse van de smeerfilmdikte en praktische overwegingen van montage, speling en afdichting worden geïntegreerd.

1. Analyseer de tandwielkrachten om de lagerbelastingen te bepalen

De eerste stap bij het selecteren van het juiste lager is het berekenen van de radiale en axiale reactiekrachten op elke lagerpositie, die worden geproduceerd door de tangentiële, scheidende en stuwende componenten van de ingrijpingskrachten van het tandwiel. In een tandwielreductor genereert het tandwieltandcontact een tangentiële kracht die koppel overbrengt, een radiale scheidingskracht die de tandwielen uit elkaar duwt, en een axiale stuwkracht langs de as als gevolg van de spiraalhoek. De grootte van deze krachten hangt af van het overgedragen vermogen en de geometrie van de versnelling. Bij een tandwiel met rechte tandwielen is er geen sprake van axiale stuwkracht, maar van spiraalvormige tandwielen met een spiraalhoek van 15 tot 30 graden een axiale belasting produceren die gelijk kan zijn 25% tot 50% van de tangentiële kracht . Met behulp van de asdiameter, de tandsteekcirkel en de spanwijdte van de lagers worden deze maaskrachten op elke lagerlocatie opgelost in radiale en axiale reactiekrachten door middel van statische evenwichtsvergelijkingen. Voor een typische spiraalvormige versnellingsbak met enkele reductie waarbij het rondsel overhangend op de ingaande as staat, ondervinden de lagers van de ingaande as zowel een hoge radiale belasting door de tandwielkrachten als een aanzienlijke axiale belasting die moet worden gedragen door een lager dat in staat is om gecombineerde belasting aan te kunnen. Op de uitgaande as worden de belastingen vaak gedomineerd door de externe riem- of koppelingskracht, wat een radiale overhangende belasting toevoegt die het lager moet ondersteunen. De resulterende berekende belastingen, uitgedrukt in Newton of pondkracht, worden de primaire input voor het lagerselectieproces. Wanneer jij selecteer het juiste lager voor a gear reducer , moeten deze belastingswaarden rekening houden met eventuele schokken of tijdelijke overbelastingen door doorgaans een servicefactor toe te passen 1,2 tot 2,0 afhankelijk van de eigenschappen van de aangedreven machine zoals gedefinieerd in AGMA 6011.

2. Kies het juiste lagertype op basis van de belastingsrichting en snelheid

Het lagertype moet worden afgestemd op de specifieke belastingstoestand op elke aspositie: diepgroefkogellagers zijn geschikt voor middelmatige radiale en lichte axiale belastingen, cilindrische rollagers kunnen zware radiale belastingen aan zonder axiale stuwkracht, en kegellagers of hoekcontactkogellagers zijn vereist wanneer aanzienlijke gecombineerde radiale en axiale belastingen aanwezig zijn. In een tandwielreductor draait de ingaande as meestal op de hoogste snelheid 1.750 of 3.500 tpm wanneer aangedreven door een elektromotor, dus het lager moet geschikt zijn voor deze snelheid zonder overmatige warmteontwikkeling. Kogellagers hebben over het algemeen een hoger toerentalvermogen dan rollagers met dezelfde boring. Op de uitgaande as zijn de snelheden lager, maar de koppels en radiale belastingen zijn hoger, wat de voorkeur geeft aan rollagers. De onderstaande tabel geeft een overzicht van de lagertypen die het meest worden gebruikt in tandwielreductoren en hun selectiecriteria.

3. Bereken het vereiste dynamische draagvermogen en de L10-vermoeidheidslevensduur

Zodra de lagerbelastingen bekend zijn, is de volgende stap het berekenen van de vereiste dynamische basisbelasting met behulp van de ISO 281-levensduurvergelijking, zodat het lager het gewenste aantal bedrijfsuren zal overleven voordat de eerste tekenen van ondergrondse materiaalmoeheid verschijnen. Het L10-leven, uitgedrukt in miljoenen omwentelingen of uren, is het leven dat 90% van een populatie identieke lagers onder een bepaalde belasting en snelheid zal voldoen of overschrijden. De ISO 281-formule voor kogellagers is L10 = (C/P)³, en voor rollagers is dit L10 = (C/P)^(10/3), waarbij C de dynamische basisbelasting van het lager is en P de equivalente dynamische lagerbelasting. P wordt berekend op basis van de radiale en axiale belastingen met behulp van de factoren X en Y die afhankelijk zijn van het lagertype en de verhouding tussen axiale en radiale belasting. Aan selecteer het juiste lager voor a gear reducer , berekent u eerst de vereiste dynamische basisbelasting C_req = P × (L10_req)^(1/p), waarbij p 3 is voor kogel en 10/3 voor rol. Kies dan een lager uit de catalogus met een dynamisch draagvermogen C gelijk aan of groter dan C_req. Voor een tandwielreductor die werkt bij 1.750 tpm en een L10-levensduur van 25.000 uur vereist, is de L10 in miljoenen omwentelingen 1.750 × 60 × 25.000 / 1.000.000 = 2.625 miljoen omwentelingen . De vereiste C/P-ratio is dan (2.625)^(1/3) = ongeveer 13.8 voor een kogellager. Als de berekende equivalente belasting P 2.000 N bedraagt, is de vereiste dynamische belasting 2.000 × 13,8 = 27.600 N . Het geselecteerde lager moet in de catalogus een C-waarde hebben die dit getal overschrijdt. Volgens de technische gegevens van de lagerfabrikant bieden standaard diepgroefkogellagers uit de 62- en 63-serie doorgaans dynamische belastingswaarden van 10.000 tot 100.000 N , die een breed scala aan industriële tandwielreductortoepassingen bestrijkt.

4. Controleer het statisch draagvermogen en de veiligheidsfactor

Het lager moet ook worden gecontroleerd op statische belastingscapaciteit om ervoor te zorgen dat de maximale piekbelasting, zoals tijdens het opstarten, een tijdelijke blokkade of een schokbelasting, geen permanente vervorming van de rolelementen of loopbanen veroorzaakt. De statische basisbelasting C0 wordt in ISO 76 gedefinieerd als de belasting die een berekende contactspanning veroorzaakt van 4.200 MPa voor kogellagers en 4.000 MPa voor rollagers bij het zwaarst belaste rolelementcontact. De statische veiligheidsfactor S0 = C0 / P0, waarbij P0 de equivalente statische lagerbelasting is, moet minimaal zijn 2 voor een soepele werking en 3 of meer voor schokbelaste toepassingen . In een tandwielreductor die een breker of een zwaarbelaste transportband aandrijft, kan het piekkoppel tijdens een storing meerdere malen het nominale koppel zijn. Zonder voldoende statische capaciteit kunnen de lagerloopbanen onder één enkele overbelastingsgebeurtenis overbelast raken, waardoor lawaai en trillingen ontstaan ​​die tot snelle vermoeidheidsbreuken leiden. Wanneer jij selecteer het juiste lager voor a gear reducer is de statische controle net zo belangrijk als de vermoeidheidsberekening, vooral voor de lagers van de uitgaande as die hoge koppels en potentiële overbelastingen ervaren.

5. Denk aan smering, afdichting en thermische uitzetting

Bij de keuze van de lagers moet rekening worden gehouden met de smeermethode in de tandwielreductor (of deze nu wordt gesmeerd met tandwielolie of met vet wordt verpakt in een afgesloten kamer) en moet ervoor worden gezorgd dat het toerental van het lager voldoende is voor de viscositeit van het smeermiddel bij de bedrijfstemperatuur. In een spatgesmeerde versnellingsbak is de versnellingsbakolie doorgaans een minerale olie van ISO VG 150 tot VG 460 met extreme druk-additieven. De grenssnelheid van het lager, vermeld in de catalogus voor olie- en vetsmering, moet worden verlaagd als de werkelijke olieviscositeit hoger is dan de referentieviscositeit. De bedrijfstemperatuur in een tandwielreductor kan oplopen 80°C tot 100°C (176°F tot 212°F) , wat de viscositeit van de olie en de dikte van de smeerfilm vermindert. De kappa-verhouding – de verhouding tussen de werkelijke viscositeit van het smeermiddel en de minimaal vereiste viscositeit voor adequate filmvorming – moet minimaal zijn 2 tot 4 voor een betrouwbare werking. Als de berekende kappa lager is dan 1, zijn er grenssmeringsomstandigheden en moet de levensduur van het lager worden verminderd met behulp van de a23-factor uit ISO 281, waardoor de berekende L10-levensduur met 50% of meer kan worden verkort. De lagerafdichtingen, of het nu gaat om integrale rubberen lipafdichtingen of externe labyrintafdichtingen, moeten worden gekozen om de tandwielolie in de behuizing vast te houden en verontreinigingen uit te sluiten. Een lager met integrale contactafdichtingen is geschikt voor de ingaande as van de versnellingsbak, waar de as de behuizing binnendringt, waardoor olielekken op dit kritieke grensvlak worden voorkomen.

6. Bepaal de interne speling en montageopstelling van de lagers

De interne radiale speling van het lager moet worden gekozen op basis van de passingen van de binnenring op de as en de buitenring in de behuizing, het temperatuurverschil tussen de binnen- en buitenringen tijdens bedrijf, en de noodzaak om axiale thermische uitzetting van de as op te vangen. Bij een tandwielreductor wordt de as doorgaans heter dan de behuizing, omdat de warmte van de tandwielen langs de as wordt geleid. Een temperatuurverschil van 10°C tot 20°C tussen de binnen- en buitenringen vermindert de interne speling met enkele microns. Als de initiële speling te klein is, raakt het lager voorgespannen en raakt het oververhit. De standaardklaringsklassen zijn C2 (kleiner dan normaal), CN (normaal), C3 (groter dan normaal) en C4. Voor toepassingen met tandwielreductoren wordt gewoonlijk C3-speling gespecificeerd omdat deze de perspassing van de binnenring op de as en de thermische uitzetting opvangt. Er moet ook rekening worden gehouden met de montagewijze: één lager op elke as moet het positioneringslager zijn dat de as axiaal fixeert, terwijl het andere een niet-positionerend lager moet zijn waardoor de as vrij kan uitzetten en samentrekken. Als niet-loslager kunnen een diepgroefkogellager met borgringgroef of een cilinderrollager met scheidbare binnenring dienen. Kegellagers die in tegengestelde opstelling zijn gemonteerd, bieden uiteraard zowel een radiale als een axiale locatie met instelbare speling of voorspanning, wat voordelig is voor de nauwkeurigheid van de ingrijping van de tandwielen, maar een zorgvuldige instelling van de eindspeling vereist tijdens de montage.

Veelgestelde vragen over het selecteren van tandwielreductielagers

Hoe bereken ik de equivalente dynamische belasting voor een gecombineerd radiaal en axiaal lager?

De equivalente dynamische belasting P wordt berekend met behulp van P = XFr YFa, waarbij Fr de radiale belasting is, Fa de axiale belasting, en X en Y factoren zijn die in de catalogus van de lagerfabrikant voor elk lagertype worden vermeld. Bij een diepgroefkogellager zijn de waarden van X en Y afhankelijk van de verhouding Fa/Fr en de radiale spelingsklasse. Wanneer Fa/Fr een drempel overschrijdt die e wordt genoemd, wordt de axiale belasting aanzienlijk en neemt Y toe. Voor nauwkeurige resultaten dient u altijd de specifieke X- en Y-waarden voor de geselecteerde peiling uit het gegevensblad te gebruiken wanneer u selecteer het juiste lager voor a gear reducer .

Wat is het verschil tussen C3 en standaardspeling, en waarom komt C3 veel voor in versnellingsbakken?

De C3-speling biedt een grotere radiale interne speling dan de normale CN-speling. Het is gespecificeerd voor lagers van tandwielreductoren omdat de binnenring, gemonteerd met een perspassing op de as, uitzet en de speling verkleint. Bovendien wordt de binnenring heter dan de buitenring vanwege de warmtegeleiding van de tandwielen, waardoor de speling verder wordt verminderd. De C3-speling compenseert deze verminderingen en voorkomt dat het lager onder overmatige voorbelasting werkt, wat de wrijving zou vergroten en de levensduur zou verkorten.

Kan ik afgedichte lagers gebruiken in een oliebadgesmeerde versnellingsbak?

Afgedichte lagers met integrale rubberen afdichtingen worden over het algemeen niet aanbevolen voor oliebadsmering, omdat de afdichtingen voorkomen dat de tandwielolie het lager binnendringt en smeert. In plaats daarvan worden open lagers of afgeschermde lagers gebruikt, waardoor de spatolie door het lager kan stromen. Afgedichte lagers zijn echter geschikt voor de verlenging van de ingaande as waar de as de behuizing verlaat, om olielekkage langs de as te voorkomen. Op die locatie is het afgedichte lager levenslang voorzien van een vetlaag en geïsoleerd van de interne olie.

Beheersen hoe u het juiste lager voor een tandwielreductor selecteert is een systematisch proces dat belastinganalyse, levensduurberekeningen en praktische overwegingen op het gebied van smering, speling en montage combineert. Door de stappen te volgen van het berekenen van de tandwielkrachten, het kiezen van het juiste lagertype, het dimensioneren van het lager voor de vereiste L10-levensduur, het controleren van de statische capaciteit en het bevestigen van de smeringsomstandigheden, zorgt de ingenieur ervoor dat de tandwielreductor gedurende de beoogde levensduur betrouwbaar en stil zal werken zonder voortijdige lageruitval.