Ložisko prevodovky, ktoré zlyhá po deviatich mesiacoch, je len zriedka výsledkom zlej aritmetiky. Výpočet životnosti ložísk je krátky vzorec, ale počet, ktorý vyprodukuje, závisí od vstupov, ktoré pochádzajú skôr zo stroja ako z katalógu: ekvivalentné dynamické zaťaženie, skutočná prevádzková rýchlosť, mazací film a úroveň znečistenia.
Odpoveď uvedená vyššie je, že základná menovitá životnosť nasleduje L10 = (C / P)^p, kde C je dynamické zaťaženie, P je ekvivalentné dynamické zaťaženie a p je 3 pre guľkové ložiská a 10/3 pre valčekové ložiská. Pretože pomer zaťaženia je zvýšený na výkon, výsledok je oveľa citlivejší na P ako na čokoľvek iné v rovnici. Posunutím pomeru zaťaženia z 0,10 na 0,12 sa odstráni približne 42 percentá vypočítanej životnosti a žiadne prémiové mazivo to nevráti.
To, čo nasleduje, zahŕňa samotný vzorec, nastavovacie faktory, ktoré premenia teoretickú L10 na číslo, podľa ktorého môžete plánovať údržbu, štyri vizuálne porovnania zaťažení, stavov a typov ložísk a krátky kontrolný zoznam, ktorý treba spustiť predtým, ako sa zaviažete k servisnému intervalu.
Základný vzorec a funkčný príklad
Základná menovitá životnosť L10 je životnosť, ktorú 90 percent identickej skupiny ložísk dosiahne alebo prekročí pred prvým príznakom únavy materiálu. Normálne sa vyjadruje v miliónoch otáčok, ktoré sa po známej rýchlosti prevedú na hodiny.
L10 = (C / P)^p, v miliónoch otáčok. L10h = (1 000 000 / (60 n)) vynásobený (C / P)^p v prevádzkových hodinách, kde n je rýchlosť v otáčkach za minútu.
Vezmite malé guľôčkové ložisko s dynamickou kapacitou C 14 kN, ekvivalentným zaťažením P 1,4 kN a rýchlosťou hriadeľa 1 500 ot./min. Pomer zaťaženia je 0,10, takže L10 sa rovná 1 000 miliónom otáčok a L10h sa rovná približne 11 111 hodinám, čo je zhruba pätnásť mesiacov nepretržitej prevádzky. Zvýšte skutočné zaťaženie na 1,68 kN a pomer sa stane 0,12, takže rovnaké ložisko dáva približne 6 400 hodín. Nič iné sa nezmenilo.
Receptúra predpokladá plne vyvinutý mazací film, správnu montáž, žiadne vychýlenie a žiadne opotrebovanie v dôsledku znečistenia alebo bludného prúdu. Každý z týchto predpokladov je potrebné skontrolovať samostatne, pretože životnosť základného hodnotenia ich považuje za ideálne podmienky.
Prečo pomer zaťaženia dominuje výsledku
Životnosť je úmerná pomeru zaťaženia zvýšenému k výkonu p, takže zmena zaťaženia je vo výsledku zosilnená. Zdvojnásobenie zaťaženia skráti životnosť guľôčkového ložiska na jednu osminu jeho hodnoty a rovnaké zdvojnásobenie skráti valivé ložisko na približne jednu desatinu. Tvar tohto vzťahu je ľahšie čitateľný z grafu ako z tabuľky čísel.
Základná menovitá životnosť voči pomeru zaťaženia
Krivka ukazuje základnú životnosť v hodinách pri 1 500 ot./min., vynesenú oproti pomeru zaťaženia od 0,05 do 0,30. Vertikálna os je logaritmická, takže každá čiara mriežky predstavuje skôr desaťnásobnú zmenu než pevný krok. Zníženie pomeru zaťaženia z 0,05 na 0,10 samo o sebe stojí osemnásobok životnosti, z 88 889 hodín na 11 111 hodín. Medzi 0,20 a 0,30 krivka vyzerá na tejto stupnici plochejšie, no hodnoty stále klesajú z 1 389 hodín na 411 hodín. Praktickým bodom je, že prvých pár percent dodatočnej záťaže stojí oveľa viac života ako posledných pár percent, a preto si meranie záťaže zaslúži viac pozornosti ako aritmetika.
Ekvivalentné dynamické zaťaženie: kde väčšina výpočtov zlyhá
P nie je radiálne zaťaženie, ktoré ste odčítali z výkresu, pokiaľ ložisko nenesie čisté radiálne zaťaženie s rotujúcim vnútorným krúžkom. Keď radiálne a axiálne sily pôsobia spoločne, P = X krát Fr plus Y krát Fa a faktory X a Y pochádzajú z údajového listu ložísk.
Pre guľkové ložiská s hlbokou drážkou rozhoduje pomer axiálneho a radiálneho zaťaženia voči hodnote e, zvyčajne medzi 0,22 a 0,44, či je axiálny člen vôbec zahrnutý. Ložiská s kosouhlým stykom používajú hodnoty Y v rozsahu 1,0 až 2,2. Mierna axiálna sila zo špirálového ozubeného kolesa, vertikálneho čerpadla alebo nesprávne nastavenej spojky môže preto pridať 30 až 60 percent k efektívnemu zaťaženiu a kubický exponent to zmení na oveľa kratšiu životnosť.
Sily, ktoré sa nikdy neobjavia na výkrese rozloženia, sú rovnako dôležité: ťah remeňa, nevyvážené hmoty, napnutie reťaze a dodatočné zaťaženie spôsobené presahom, ktoré spotrebuje vnútornú vôľu. Krátky rozhovor s mechanickým konštruktérom je lacnejší ako neúspešný výpočet.
Tam, kde sa nedá vyhnúť kombinovaným zaťaženiam a kde je málo miesta, dvojradová konštrukcia s uhlovým stykom prenáša radiálne a axiálne sily v jednej jednotke, čo zjednodušuje tak usporiadanie ložísk, ako aj prípad zaťaženia, ktorý musíte opísať vo výpočte.
Vôľa, predpätie a teplota zmenia predpokladané zaťaženie
Predpäté ložisko vstupuje do prevádzky s už aplikovaným konštantným axiálnym zaťažením a v málo zaťažených polohách môže byť predpätie najväčšou jednotlivou zložkou P. Predpätie zvyšuje tuhosť a znižuje hluk, ale musí byť zvolené vzhľadom na cieľ životnosti, takže pomáha pochopiť ako predpätie a vôľa menia prevádzkové zaťaženie predtým, než je hodnota stanovená.
Teplota pôsobí z iného smeru. Hriadeľ, ktorý je o 40 stupňov teplejší ako jeho puzdro, rastie vzhľadom na puzdro a ak je vnútorná vôľa malá, ložisko sa axiálne zovrie. Rovnaký mechanizmus sa objavuje v bežných aplikáciách motora, kde nárast teploty stačí na spotrebovanie vôle a posunutie kontaktného uhla, ako je popísané v tejto poznámke o tepelná rozťažnosť guľkových ložísk .
Obidva efekty posúvajú skutočné zaťaženie nad hodnotu použitú na papieri, takže výpočet berte skôr ako kontrolu rozhodnutia o návrhu, než ako náhradu jedného.
Upravená menovitá životnosť: spoľahlivosť, mazanie a materiál
Len málo aplikácií dokáže akceptovať 10-percentnú pravdepodobnosť zlyhania. Modifikovaná životnosť vynásobí základnú hodnotu korekčnými faktormi: Lnm = a1 vynásobené aISO vynásobené L10. Faktor spoľahlivosti a1 prudko klesá so zvyšujúcim sa cieľom.
Faktory spoľahlivosti aplikované na základnú životnosť 8 000 hodín pri 1 500 ot./min
Požadovaná spoľahlivosť
Pravdepodobnosť zlyhania
faktor a1
Výsledná L10h
90 percent
10 percent
1.00
8 000 h
95 percent
5 percent
0.64
5 120 h
96 percent
4 percentá
0.55
4 400 h
97 percent
3 percentá
0.47
3 760 h
98 percent
2 percent
0.37
2 960 h
99 percent
1 percento
0.25
2 000 h
Faktor prevádzkových podmienok aISO vytvára najširšie rozšírenie zo všetkých. V stroji s čistým olejom a hrubým mazacím filmom môže faktor prekročiť 1,5, zatiaľ čo hraničný film s prenikaním vody ho môže stlačiť pod 0,3. Stĺpce nižšie ukazujú, čo toto rozpätie znamená v hodinách pre ložisko s čistou životnosťou základne 8 000 hodín.
Upravená životnosť pri rôznych prevádzkových podmienkach
Utesnené ložisko, čistý olej, plný film
13 600 h
Bežná priemyselná čistota
8 000 h
Mierne znečistenie alebo vniknutie vody
4 400 h
Silná kontaminácia, hraničný film
2 000 h
Hladné mazanie, tenký film
1 200 h
Všetkých päť pruhov začína s rovnakou základnou životnosťou 8 000 hodín a používa iný faktor prevádzkových podmienok. Utesnené ložisko bežiace v čistom oleji dosahuje 13 600 hodín, zatiaľ čo rovnaké ložisko v silne znečistenom kryte klesne na 2 000 hodín. Medzera medzi hornou a spodnou lištou má viac ako jedenásťnásobok životnosti, čo je spôsobené samotným mazaním a kontamináciou. Žiadne zaťaženie sa v tomto porovnaní nezmenilo a dynamická kapacita C je v každom prípade rovnaká. Najväčší jednotlivý zisk preto pochádza skôr z ochrany ložiska ako z objednania väčšieho.
Guľa alebo valček: Výber správneho exponentu
Exponent sa líši, pretože geometria kontaktu sa líši. Guličkové ložiská používajú p = 3, valčekové ložiská používajú p = 10/3 a tento zlomkový exponent je hlavným dôvodom, prečo valivé ložisko často vykazuje dlhšiu vypočítanú životnosť pri rovnakom pomere zaťaženia. Porovnanie nižšie zachová obálku a rýchlosť identickú, takže sa zmení iba exponent.
Guličkové ložisko verzus valčekové ložisko pri troch pomeroch zaťaženia
Tabuľka porovnáva guľkové ložisko a valčekové ložisko s podobnou obálkou pri troch pomeroch zaťaženia, všetky pri 1 500 ot./min. Pri pomere zaťaženia 0,10 dosahuje valivé ložisko asi 23 900 hodín oproti 11 111 hodinám guľôčkového ložiska. Absolútna medzera sa s rastúcim zaťažením zužuje, ale valivé ložisko si zachováva výhodu približne 1,7 až 2,2-násobku v zobrazenom rozsahu. Táto výhoda pochádza z použitia exponentu 10/3 namiesto 3 na rovnaký pomer zaťaženia. Valivé ložiská tiež prinášajú vyššie trenie a väčšiu citlivosť na nesúosovosť, takže hodiny navyše nie sú zadarmo.
Rôzne zaťaženia a rýchlosti: Metóda pracovného cyklu
Väčšina strojov nebeží na jedno zaťaženie a jednu rýchlosť po celý život. Rozdeľte pracovný cyklus na podmienky, odhadnite časový podiel q každého z nich a skombinujte ich do jedného ekvivalentného zaťaženia.
Pri konštantnej rýchlosti je ekvivalentné zaťaženie kubický priemer: Pm sa rovná tretej odmocnine súčtu q vynásobenej P cubed, pričom sa použije exponent 10/3 pre valčekové ložiská namiesto 3. Keď sa zmení aj rýchlosť, vypočítajte L10h pre každú podmienku a potom skombinujte výsledky: celková životnosť je prevrátená hodnota súčtu časových zlomkov delená ich jednotlivými životnosťami.
Výpočet pracovného cyklu tiež ukazuje, ktorá časť cyklu si zaslúži pozornosť. Je bežné, že 20 percent prevádzkového času spotrebuje väčšinu vypočítanej životnosti a táto podmienka je taká, že malá zmena zaťaženia alebo zarovnania sa najrýchlejšie vráti.
Valčekové prvky sa často používajú pre silne zaťaženú časť pracovného cyklu, pretože vyšší exponent odmeňuje ich väčšiu nosnosť, keď špičkový stav dominuje celkovému poškodeniu.
Porovnanie typov ložísk pred výpočtom
Vzorec presne zoraďuje ložiská daného typu, ale nehovorí vám, ktorý typ máte použiť ako prvý. Ak stroj potrebuje axiálnu kapacitu v oboch smeroch vo vnútri kompaktného obalu, dvojradové ložiská s kosouhlým stykom sú obvyklou odpoveďou a ich axiálne faktory ich robia konkurencieschopnými, keď je kombinované zaťaženie správne opísané.
Šesť vlastností, ktoré formujú životné číslo
Radar porovnáva dve bežné usporiadania na šiestich vlastnostiach, ktoré ovplyvňujú životné číslo, ktoré nakoniec zadáte do výpočtu. Jednoradové guľkové ložisko má dobré výsledky z hľadiska hluku, tolerancie nesúososti a nákladov, ale vzdáva sa axiálnej kapacity. Dvojradové guľkové ložisko s kosouhlým stykom nesie viac radiálneho a axiálneho zaťaženia v rovnakej obálke a jeho vyššia tuhosť zvyčajne podporuje dlhšiu vypočítanú životnosť pri rovnakom pomere zaťaženia. Tolerancia vychýlenia je jeho slabou stránkou, pretože oba rady zdieľajú zaťaženie a naklonený kryt koncentruje napätie na jeden rad. Použite takýto graf na užší výber typu a potom vypočítajte L10 samostatne pre každú vybranú možnosť.
Krátky kontrolný zoznam pred odhlásením čísla
Použite namerané alebo vypočítané zaťaženie a zahrňte ťah remeňa, prevodové sily a vplyv lícovania.
Pre presný variant, vrátane tesnení a triedy vôle, vezmite C z údajov výrobcu.
Potvrďte, že rýchlosť použitá pri konverzii hodín je skutočná prevádzková rýchlosť, nie rýchlosť uvedená na štítku.
Skontrolujte, či spôsob mazania dokáže vytvoriť film pri najnižšej očakávanej rýchlosti a teplote.
Stanovte cieľ spoľahlivosti a aplikujte a1 pred porovnaním ponúk od rôznych dodávateľov.
Prepočítajte pracovný cyklus so zahrnutým najhorším stavom, nielen s nominálnym.
Uložte výpočet so záznamom o stroji, aby bolo možné porovnať ďalšiu kontrolu s predpoveďou.
Výpočet životnosti ložísk nie je marketingovým cvičením; je to spôsob, ako otestovať predpoklad pred rezaním kovu. Vzorec má dva riadky, ale kvalita odpovede závisí od nameranej záťaže, overenej rýchlosti a mazania, ktoré dokážete skutočne udržiavať.
Číslo, ktoré sa zhoduje s realitou, má väčšiu hodnotu ako číslo, ktoré vyzerá pôsobivo na údajovom liste. Spustite výpočet pre najhorší stav v pracovnom cykle, porovnajte dva typy z užšieho výberu na rovnakom základe a výsledok ponechajte vedľa záznamu o údržbe. Keď z tohto stroja vyjde ďalšie ložisko, do niekoľkých minút budete vedieť, či bol výpočet alebo aplikácia nesprávna.
