Care este cuplul unui rulment de rotire? Ghid de frecare, formule și selecție

Când structura superioară a unei macarale ezită la prima balansare dintr-o dimineață rece, problema este rareori doar motorul. Mult mai des, nimeni nu a dimensionat transmisia pentru cuplul ascuns în interiorul rulmentului. Cuplul unui rulment de rotire nu este o cifră fixă ​​imprimată lângă valorile de sarcină pe o fișă de date. Este rezistența pe care o creează rulmentul împotriva rotației: frecarea de la elementele de rulare care transportă sarcina, de la buzele de etanșare care circulă de-a lungul inelului și de la dinții angrenajului unde este montat un angrenaj integral. Răspunsul scurt este următorul: cuplul unui rulment de rotire este o sarcină de frecare variabilă, de obicei de 1,5 până la 2 ori mai mare la rupere decât în ​​timpul funcționării constante și aparține centrului dimensionării transmisiei, nu marginilor.

Trei „cupluri” diferite se confundă în aplicațiile de rotire

Înainte de a calcula orice, separați cele trei cantități pe care inginerii le numesc întâmplător „cuplu de rotire”, deoarece o valoare pentru una dintre ele nu vă spune aproape nimic despre celelalte.

• Cuplul de frecare a rulmentului — rezistența generată în interiorul rulmentului însuși de elementele de rulare, etanșări și roți dințate. Acesta este ceea ce înseamnă de obicei termenul.
• Cuplul de antrenare necesar — tot ce trebuie să furnizeze motorul sau pinionul: frecarea lagărului plus inerția în timpul accelerației plus rezistența la lucru, cum ar fi sarcina vântului sau reacția de săpare.
• Cuplul de reținere sau frânare — cuplul static pe care un sistem de acţionare poate rezista fără deteriorare. Aceasta este o specificație de unitate, nu una de rulmenți.

O fișă tehnică a rulmentului de rotire citează rareori un singur număr de cuplu de frecare și această omisiune este deliberată. Frecarea depinde de sarcina axială, de sarcina radială și de momentul de înclinare aplicat efectiv, de jocul sau clasa de preîncărcare pe care o comandați, de vâscozitatea lubrifiantului și de temperatură. Două inele identice pot diferi cu un factor de trei în ceea ce privește rezistența măsurată, în funcție de sarcină, așa că tratarea acesteia ca o constantă este locul în care încep majoritatea greșelilor de selecție.

Cele trei componente ale cuplului de frecare al unui rulment de rotire

Producătorii modelează cuplul total de frecare ca sumă a trei părți: M = Mf dna Mg. Fiecare se comportă diferit în serviciu, motiv pentru care diviziunea contează.

Cuplu de frecare la purtarea sarcinii (Mf)

Rezistența la rulare este generată acolo unde bilele sau rolele se întâlnesc cu căile de rulare sub sarcina axială aplicată, sarcina radială și momentul de înclinare. Crește odată cu sarcina, atât de abrupt, sub încărcături de momente mari care apasă puternic pe o parte a căii de rulare în contact. Modelele cu bile arată un contact punctual și, în general, rezistență mai mică; Modelele de role suportă mai multă sarcină pe dimensiune la prețul unei frecări mai mari atunci când sunt complet încărcate.

Cuplu de frecare a etanșării (Ms)

Buzele de etanșare care alunecă pe suprafața inelului produc o rezistență aproape independentă de sarcină. Pe un rulment mic sau ușor încărcat, etanșările pot reprezenta cea mai mare parte a frecării totale și fiecare buză suplimentară se adaugă la aceasta. Doi rulmenți cu învelișuri identice, dar aranjamente diferite de etanșare pot necesita, prin urmare, antrenări semnificativ diferite.

Frecarea ochiurilor de viteză (Mg)

Inelele angrenate adaugă frecare la interfața pinionului și inelului, influențate de calitatea angrenajului, modul, lubrifiere și alinierea ochiurilor. La unitățile cu angrenaj extern, un pinion nealiniat apare atât ca un cuplu ridicat, cât și ca uzură localizată a dinților.

Deoarece aceste componente se scalează diferit în funcție de dimensiune și sarcină, alegerea structurii modelează bugetul de cuplu. În echipamentele ușoare și medii, cum ar fi trackere solare, poziționare mici și mașini alimentare, a rulment de rotire cu un singur rând menține rularea și frecarea de etanșare suficient de scăzută pentru ca unitățile compacte și de putere redusă să rămână viabile.

Rulment de rotire cu bile cu un singur rând pentru rotație ușoară Cu un rând de bile de oțel întărit, acest rulment menține frecarea de rulare și de etanșare scăzută, astfel încât antrenările compacte în trackere solare, poziționare mici și mașini alimentare rămân viabile. Canalele de rulare tratate termic, opțiunile de etanșare și instalarea ușoară susțin un serviciu lung și stabil. Vizualizare produs →

Cum se calculează cuplul rulmentului de rotire

Proiectele serioase lucrează cifrele din ambele direcții.

De la puterea disponibilă

Formula practică pe partea de acționare este M = P / ω, unde P este puterea furnizată la inel și ω este viteza unghiulară în radiani pe secundă. O platformă care se rotește la 1 rpm se rotește la ω = 2π/60 ≈ 0,105 rad/s. Dacă 1,5 kW atinge inelul la acea viteză, cuplul disponibil este de aproximativ 1.500 / 0,105 ≈ 14.300 N·m, aproximativ 14 kNm. Rulați aritmetica în sens invers pentru a verifica dacă un motor și o cutie de viteze propuse pot furniza efectiv ceea ce solicită aplicația la viteze reale de rotire.

De la frecare

O estimare de primă trecere înmulțește sarcina de contact echivalentă cu raza canalului de rulare și un coeficient de frecare combinat: M ≈ µ × F × d/2. Valorile de lucru de µ între aproximativ 0,005 și 0,015 acoperă contactul de rulare plus etanșările, cu capătul inferior pentru modele de bile ușor preîncărcate în condiții calde, bine lubrifiate și gama superioară pentru unități cu încărcare puternică sau care funcționează la rece. Formulele producătorului rafinează acest lucru în polinoame care cântăresc termenii axial, radial și moment separat, deci folosiți-le pentru verificarea finală, mai degrabă decât pentru estimare.

Adăugarea restului datoriei

Cererea totală este M_drive = M_friction M_inertia M_working. Cuplul de inerție domină pe sistemele de automatizare și urmărire cu indexare rapidă; rezistența la lucru domină la excavatoare și macarale. În cazul în care o unitate de rotire cu angrenaj melcat înlocuiește un pinion deschis, raportul inclus transformă cuplul motor modest în cuplul mare de ieșire de care are nevoie inelul și modul în care raportul de transmisie modelează cuplul și viteza de ieșire merită propriul pas de verificare înainte de a bloca dimensiunea motorului.

Cuplul de pornire versus cuplul de rulare

Cuplul de rupere măsurat pe un rulment de rotire rulează în mod obișnuit de 1,5 până la 2 ori valoarea sa de rulare constantă, iar decalajul se mărește pe vreme rece. Trei efecte o cauzează: frecarea statică sub sarcină este mai mare decât frecarea în mișcare, grăsimea se întărește până când elementele de rulare trec printr-o peliculă mai groasă pentru primele câteva rotații, iar buzele de etanșare se prind mai tare înainte de a se încălzi și de a se conforma. Pentru selectarea unității, aceasta înseamnă că setările motorului, cutiei de viteze și supapei de siguranță trebuie să elibereze vârful de rupere, nu media de funcționare - o verificare care contează cel mai mult pentru echipamentele care pornesc la sarcină maximă, cum ar fi structurile superioare ale excavatorului și suporturile de oală.

Ceea ce împinge cuplul rulmentului de rotire în sus sau în jos

• Clasa de degajare sau preîncărcare: inelele preîncărcate rulează mai rigide și rezistă mai mult la rotație; ei cumpără precizie cu prețul cuplului.
• Mărimea sarcinii și momentul de înclinare: Sarcinile mai grele, decentrate, cresc presiunea de contact și frecarea canalului de rulare.
• Temperatura si lubrifiantul: grăsimea la temperatură scăzută sau cu vâscozitate ridicată crește atât cuplul de pornire, cât și cuplul de funcționare.
• Design sigiliu: buzele suplimentare și contactul mai strâns adaugă rezistență constantă.
• Precizie de montare: o suprafață de montare neplată sau o strângere neuniformă a șuruburilor deformează inelele și încarcă calea de rulare în mod neuniform.
• Alinierea ochiurilor de viteză: un pinion nealiniat crește frecarea angrenată și accelerează uzura.

Caracterul de încărcare contează la fel de mult ca dimensiunea încărcării. Ciclurile de lucru care se balansează sau se inversează mențin zona de contact în mișcare în jurul căii de rulare, astfel încât rezistența se modifică pe parcursul ciclului; merita revizuit modul în care modelele de bile cu un singur rând gestionează sarcinile fluctuante înainte de a finaliza un profil de serviciu.

La capătul greu al scalei - macarale portuare, mașini de tunel, excavatoare mari - frecare mai mare este acceptată ca preț al capacității, care este locul în care o Rulment de rotire cu role cu trei rânduri seria 13 își câștigă locul: canalele separate suportă sarcini axiale, radiale și de moment în mod independent, astfel încât niciun rând nu este compromis.

Rulment de rotire cu role cu trei rânduri seria 13 pentru sarcini grele Căile de rulare separate suportă sarcini axiale, radiale și de moment în mod independent, făcând acest rulment din seria 13 potrivit pentru macaralele portuare, mașinile de tunel și excavatoarele mari, unde capacitatea depășește frecarea adăugată. Construcția din oțel aliat și întreținerea simplificată susțin cicluri de lucru solicitante. Vizualizare produs →

Ce trebuie să confirmați cu furnizorul înainte de a comanda

1. Datele cuplului de frecare la sarcinile dvs. - valori de pornire și de funcționare, nu o cifră combinată.
2. Condiții de testare - sarcina, viteza și temperatura la care au fost măsurate acele valori.
3. Clasa de degajare sau preîncărcare — și ce face față de rezistența așteptată.
4. Specificații de etanșare și grăsime — numărul de buze, tipul de grăsime și nivelul de umplere și comportamentul la climă rece.
5. Calitatea angrenajului și jocul — pentru inele dințate, deoarece calitatea ochiurilor se alimentează direct în Mg.
6. Criterii de acceptare — o limită măsurată a cuplului de rotație la testul de rotație înainte de expediere.

Când frecarea plus cuplul de lucru depășește ceea ce un pinion și un aranjament reducător gestionează economic, mulți cumpărători trec la unități integrate; a acționare de rotire orizontală împachetează rulmentul, angrenajul închis și carcasa de montare ca un singur ansamblu potrivit, astfel încât lanțul de cuplu este proiectat ca un sistem mai degrabă decât asamblat din piese.

Acționare de rotire orizontală cu funcție de autoblocare Această unitate integrată include rulmentul, angrenajele închise și carcasa de montare ca un singur ansamblu potrivit, astfel încât lanțul de cuplu este conceput ca un sistem. Autoblocarea menține poziția sub sarcină fără putere, util atunci când frecarea și cuplul de lucru depășesc aranjamentele cu știfturi și reductor. Vizualizare produs →

Cuplul unui rulment de rotire este cel mai bine tratat ca o proprietate a sistemului, nu o constantă de catalog. Este suma sarcinii, etanșării și frecării angrenajului; crește la pornire; și se deplasează cu preîncărcare, temperatură, lubrifiere și calitatea montării. Împărtășiți cazurile reale de sarcină — axial, radial, moment, viteză și interval de temperatură — cu producătorul de rulmenți devreme și solicitați date despre cuplul de pornire și de funcționare pentru acele sarcini. Acel singur pas previne cel mai scump mod de eroare în aplicațiile de rotire: o mașină care se rotește, dar niciodată atât de ușor cum a promis desenul.