Suntem în curs de traducere a magazinului nostru în limba română!
Deoarece avem multe produse și pagini, va dura ceva timp. Între timp, catalogul nostru de produse va fi în limba engleză. Vă mulțumim pentru răbdare!
Lagăre cu bile – Distribuția sarcinii pentru lagărele rulant
Lagărele cu bile și alte lagăre rulante sunt instalate în numeroase utilaje. Lagărele instalate transferă forțele radiale sau axiale care apar în carcasa utilajului și astfel permit utilizarea diverselor componente în mișcare. Forțele care apar și sarcina rezultată în lagăr trebuie să fie deja determinate în timpul procesului de proiectare. Distribuția sarcinii în lagăr și geometria punctului de contact corespunzătoare sunt cruciale pentru durata de viață preconizată, funcția și eficiența lagărului. În acest articol, vom analiza sarcina exercitată asupra unui lagăr rulant și modul în care geometria suprafeței de contact afectează distribuția sarcinii în lagărul rulant.
Elemente fundamentale ale lagărelor rulante
Lagărele rulante sunt lagăre rotative care ghidează piesele mobile una față de cealaltă și le fixează de componentele din jur. În timpul acestui proces, acestea absorb forțele și le transferă ca element de conectare între componentele inactive și cele în mișcare. Funcțiile lor principale sunt de a transporta și a ghida componentele care se deplasează una față de cealaltă. În acest caz nu sunt exercitate forțe nesemnificative pe suprafețele lagărului rulant și pe elementele rulante.
Sarcinile exercitate asupra lagărelor rulante asupra contactului cu componentele
Sarcina principală a lagărelor rulante este de obicei perpendiculară pe planul de contact. Această sarcină se concentrează în interiorul lagărului rulant pe suprafețe de contact comparativ mici între corpul rulant și inelul interior sau exterior. Forțele incidentale conduc la o comprimare a suprafeței, care depinde, printre altele, de forma cursei și a corpului rulant și, de asemenea, de direcția forței și numărul de elemente rulante aflat sub sarcină în același timp. Compresia rezultată a suprafeței afectează durata de viață și uzura, precum și capacitatea de sarcină maximă permisă a lagărului. Pentru o mai bună apreciere, gradul de compresie a suprafețelor lagărului aflate sub presiune poate fi determinat folosind ecuațiile Hertz.
Compresia Hertz descrie distribuția locală a presiunii care are loc la suprafața de contact a două corpuri curbate aflate sub sarcină. Utilizând calculele, pot fi determinate aria suprafeței lagărului sub presiune, deformarea și sarcina suprafeței. Pentru calculul ideal, se presupune că următoarele condiții: un comportament liniar-elastic al materialului, suprafețele de contact sunt comparativ mici, contactul nu prezintă frecare și se exercită presiune pe verticală. În practică, aceste condiții nu sunt întotdeauna îndeplinite cu precizie în lagărele rulante, însă formula Hertz oferă în continuare rezultate suficient de precise pentru a evalua compresia maximă a zonei. Pe baza acestora, lagărele rulante pot fi proiectate mai bine și sarcina maximă pentru lagărele cu bile poate fi, de asemenea, determinată.
Impactul geometriei suprafeței de contact asupra distribuției sarcinii
Geometria suprafeței de contact se modifică în funcție de geometria cursei și de tipurile de elemente rulante utilizate. Are o influență directă asupra distribuției sarcinii. De exemplu, un așa-numit punct de contact se formează pentru bile, în timp ce un contact pe linie se formează pentru elementele cilindrice rulante. Punctul de contact duce la o compresie sub sarcină. Atât mingea, cât și pista se deformează elastic. Această deformare creează o suprafață de contact eliptică cu distribuție de compresie diferită. Compresia este maximă (deformare maximă) în centrul suprafeței de contact creată de deformare și apoi scade spre exterior.
Contactul în punct care are loc în lagărul cu bile canelat creează o compresie comparativ mai ridicată a suprafeței. Lagărele cilindrice rulante sau lagărele cilindrice sunt, prin urmare, mai recomandate pentru sarcini radiale ridicate. Contactul de linie al elementelor cilindrice rulante distribuie presiunea pe o suprafață mai mare. Elementele rulante și cursele se deformează chiar și cu lagărele cilindrice sub sarcină. Datorită formei elementelor rulante, sarcina de comprimare se încheie brusc la capetele elementelor rulante, astfel încât vârfurile de presiune apar în aceste puncte.
Rolele tamburului sunt, de exemplu, utilizate pentru a evita discontinuitatea bruscă a sarcinii de comprimare. Pentru rolele simetrice ale tamburului, suprafața exterioară este ușor curbată pe lungimea cilindrului, ceea ce creează o distribuție eliptică a presiunii. Pentru lagărele cilindrice non-simetrice, sarcina de comprimare se deplasează minim către curbura mai mare. Acest lucru permite, de exemplu, compensarea pentru nealinieri.
Alte tipuri de elemente rulante cu contact tip linie includ rola conică și elementul rulant în formă de ac. Direcția de încărcare a unei role conice corespunde unghiului de conicitate. Pot fi acceptate atât sarcini axiale, cât și radiale. Alinierea incorectă permite, de asemenea, absorbția sarcinilor combinate deosebit de mari. Pentru elementele rulante în formă de ac, vârfurile de presiune de la capăt sunt minimizate de contactul pe linie extinsă, datorită formei acului.
Instrucțiuni pentru proiectarea lagărelor cu bile
Designul lagărului influențează semnificativ funcționarea și durata de viață a lagărelor cu bile. Mișcarea relativă a inelului lagărului poate avea un efect negativ asupra duratei de viață. Mișcarea este cauzată frecvent de asamblarea incorectă: Inelul lagărului nu este aliniat corect sau nu este fixat corect. În timpul instalării, este, prin urmare, esențial să vă asigurați că sistemul de fixare a lagărului rulant al inelelor (inelul interior și inelul exterior) și, de asemenea, șaibele de pe axul sau alezajul carcasei sunt instalate corect. Nu le lăsați să alunece sub sarcină.
Dar nu numai o instalare prea slăbită, ci și o instalare excesiv de strânsă pot avea consecințe negative: Dacă inelele lagărelor sunt prea strânse sau deformate din cauza forței excesive în timpul asamblării, acest lucru duce la o distribuție neuniformă a sarcinii. Pot apărea vârfuri de sarcină, ceea ce duce la defectarea prematură a materialului și la riscul de fisurare. Un inel de lagăr deformat poate crea noi suprafețe de contact pentru frecare și generarea de căldură, ceea ce afectează negativ și durata de viață.
Pe lângă asigurarea fixării corecte, trebuie definit și tipul de sarcină dorită înainte de instalare. Alternativ, se poate evalua la ce tip de sarcină va fi expus inelul. Tipul de sarcină definește modul în care inelul lagărului este fixat sau deplasat în raport cu sursa de sarcină și ce scaun de lagăr trebuie selectat. Există următoarele tipuri:
- Sarcină circumferențială: O sarcină circumferențială pe lagăr apare atunci când inelul funcționează în raport cu direcția sarcinii. Întregul inel este stresat o dată în timpul rotației. Dacă scaunul este slăbit, inelul poate migra, astfel încât trebuie selectat un scaun îngust.
- Sarcină concentrată: O sarcină concentrată pe lagăr apare atunci când inelul este poziționat în raport cu direcția sarcinii. Același punct este în mod constant sub sarcină. Chiar și atunci când scaunul este slăbit, inelul nu migrează.
Următorul tabel prezintă diferite tipuri de sarcină ale lagărelor radiale:
| Cutie de încărcare | Schemă simplificată | Descriere | Ajustare |
|---|---|---|---|
| Garnitură inelară exterioară: Sarcină concentrată |  |
Garnitură interioară: circumferențială Carcasă și sarcină: staționar |
montare fixă: garnitură interioară este permisă montarea liberă: garnitură exterioară |
 |
Garnitură interioară: staționar Garnitură exterioară: Carcasă și sarcină: circumferențială |
||
| Garnitură inelară interioară: Sarcină concentrată |  |
Arbore și sarcină: staționare Garnitură exterioară: circumferentială |
montare fixă: garnitură exterioară este permisă montarea liberă: garnitură exterioară |
 |
Arbore și sarcină: circumferențială Garnitură exterioară: staționară |
Ambele tipuri de sarcină au aplicații diferite. Totuși, în majoritatea cazurilor, sarcina circumferențială va fi opțiunea intenționată de distribuire uniformă a sarcinii. Toleranțele pentru lagăre și scaunele lagărului pot fi găsite în general pe blogul nostru despre configurațiile ISO și toleranțele pentru axuri și alezaje.
Soluții bazate pe design pentru lagăre flotante și fixe
Pentru lagărele rulante, există două configurații comune de lagăre: Lagăre flotante și lagăre fixe. Lagărele fixe sunt concepute pentru a absorbi forțele radiale și axiale. Blocarea axului în direcție axială împiedică deplasarea acestuia. Lagăre fixe adecvate includ lagăre cu bile de contact unghiulare cu două rânduri. Lagărele flotante sunt utilizate exclusiv pentru a absorbi forțele radiale. Ambele tipuri de lagăre sunt de obicei dispuse, astfel încât să poată absorbi în mod ideal aceste sarcini și să compenseze modificările termice ale lungimii axului sau ale carcasei susținute. Lagărele flotante adecvate includ lagăre rulante cilindrice și lagăre cu ace. Roata rulantă se poate deplasa de-a lungul cursei inelului lagărului fără nervuri.
Următoarele două figuri prezintă distribuția diferită a sarcinii atunci când se instalează un rulment cu bilă canelură cu preîncărcare diferită (montare):
Pentru susținerea unui arbore trebuie utilizate cel puțin două lagăre. Astfel de lagăre multiple constau într-un lagăr fix și un număr nelimitat de lagăre flotante. Lagărele flotante ale unui arbore rotativ sunt proiectate pentru a absorbi forțele radiale, permițând în același timp mișcarea axială. Astfel, expansiunea termică a axului și a carcasei poate fi echilibrată.
Următoarele instrucțiuni se aplică la proiectarea lagărului și la montarea acestuia:
- Verificați alinierea arborelui: Pentru un decalaj al arborelui, lagărele oscilante sunt o opțiune (în intervalul de compensare al lagărului oscilant).
- Asigurați distribuția optimă a sarcinii și distribuția uniformă a elementelor rulante (inelele nu trebuie să alunece în direcție circumferențială, luați în considerare lagărele fixe și flotante).
- Asigurați excentricitatea și planaritatea.
Factori de influență asupra performanței și duratei de viață ale lagărelor rulante
Pe lângă instalarea corectă, alți parametri afectează performanța și durata de viață ale lagărelor cu bile și a lagărelor rulante. După cum s-a menționat deja, distribuția dinamică a sarcinii lagărului are, de asemenea, o influență. Mai jos vom analiza în detaliu indicele de sarcină dinamică pentru lagăre și lagărele cu bile, precum și indicele de sarcină statică. De asemenea, vă vom arăta cum să calculați indicele de sarcină dinamică și statică pentru lagăre. Apoi vom lua în considerare pe scurt temperatura ca exemplu pentru alți factori de influență.
Influența clasificării sarcinii dinamice și statice
Lagărele cu bile pot fi descrise în funcție de valorile nominale ale sarcinii dinamice și statice. Clasificarea dinamică a sarcinii C este utilizată pentru a calcula durata de viață nominală a unui rulment aflat sub influența unei sarcini X. Standardul conform ISO 281 este că rulmentul este utilizat pentru cel puțin 1 milion de rotații. Sarcina statică nominală C0 indică, la rândul său, sarcina maximă care poate fi exercitată asupra lagărului în repaus fără deformare permanentă (sau o deformare maximă de 1/10000). Cu cât puterea nominală de sarcină dinamică este mai mare, cu atât sarcinile mai mari pot acționa asupra lagărului aflat în funcțiune. Cu cât sarcina statică este mai mare, cu atât lagărul este protejat împotriva deformării la sarcini mari.
Valoarea nominală a sarcinii dinamice este, de obicei, specificată de producător. Se calculează sarcina dinamică a lagărului, care este apoi comparată cu valoarea nominală a sarcinii dinamice. Sarcina dinamică a lagărului este calculată după cum urmează:
P = X \times F_{r} \times F_{a} \times Y
- P = Sarcină dinamică lagăr în N
- Fr = forță radială în N
- Fa = forță axială în N
- X = factor de sarcină radială
- Y = factor de sarcină axială
- Factorii de sarcină X și Y depind de tipul de lagăr selectat și de raportul dintre Fr și Fa (de obicei specificațiile producătorului)
Valoarea nominală a sarcinii dinamice C trebuie să fie mai mare decât sau egală cu sarcina lagărului dinamic P determinată, în caz contrar există riscul supraîncărcării lagărului. Valoarea nominală a sarcinii statice C0 poate fi calculată după cum urmează:
C_{0} = P_{0} \times S_{0}
- C0 = Valoare nominală sarcină statică în N
- P0 = Sarcină statică lagăr echivalentă
- S0 = Factor de siguranță de susținere a sarcinii statice, în funcție de modul de funcționare și de cerințele de netezime
Sarcina lagărului este afectată de temperaturi diferite. Temperaturile ridicate reduc rezistența materialului elementelor rulante și a curselor. În acest scop, există factori de downgrade care trebuie luați în considerare pentru utilizarea la temperaturi mai ridicate atunci când se proiectează lagăre rulante.
