A kilenc hónap után meghibásodott sebességváltó csapágya ritkán a rossz aritmetika eredménye. A csapágy élettartamának kiszámítása egy rövid képlet, de az általa előállított szám nem a katalógusból, hanem a géptől származó bemenetektől függ: az egyenértékű dinamikus terheléstől, a valós működési sebességtől, a kenőrétegtől és a szennyeződés mértékétől.
Az elöljáróban elmondott válasz az, hogy az alapvető névleges élettartam L10 = (C / P)^p szerint alakul, ahol C a dinamikus terhelés, P az egyenértékű dinamikus terhelés, és p 3 a golyóscsapágyak és 10/3 a görgőscsapágyak esetében. Mivel a terhelési arányt egy hatványra emeljük, az eredmény sokkal érzékenyebb a P-re, mint bármi másra az egyenletben. A terhelési arány 0,10-ről 0,12-re való áthelyezése a számított élettartam nagyjából 42 százalékát eltávolítja, és semmilyen prémium zsír nem adja vissza.
Az alábbiakban bemutatjuk magát a képletet, azokat a beállítási tényezőket, amelyek az elméleti L10-et olyan számmá változtatják, amely alapján megtervezheti a karbantartást, a terhelések, állapotok és csapágytípusok négy vizuális összehasonlítását, valamint egy rövid ellenőrzőlistát, amelyet le kell futtatni, mielőtt elkötelezi magát egy szervizintervallum mellett.
Az alapképlet és egy működő példa
Az alapvető névleges L10 élettartam az az élettartam, amelyet az azonos csapágycsoportok 90 százaléka elér vagy túllép az anyag fáradásának első jele előtt. Általában több millió fordulatban fejezik ki, ami a sebesség ismerete után órákra vált át.
L10 = (C / P)^p, millió fordulatban. L10h = (1 000 000 / (60 n)) szorozva (C / P)^p-vel, üzemórákban, ahol n a sebesség percenkénti fordulatszámban.
Vegyünk egy kis mélyhornyú golyóscsapágyat, amelynek dinamikus kapacitása C 14 kN, egyenértékű P terhelése 1,4 kN és tengelyfordulatszáma 1500 ford/perc. A terhelési arány 0,10, tehát az L10 1000 millió fordulattal, az L10h pedig körülbelül 11111 órával egyenlő, ami nagyjából tizenöt hónap folyamatos futásnak felel meg. Emelje fel a valós terhelést 1,68 kN-ra, és az arány 0,12 lesz, így ugyanaz a csapágy körülbelül 6400 órát ad. Semmi más nem változott.
A képlet teljesen kifejlődött kenőréteget, helyes illeszkedést, hibás beállítást és szennyeződés vagy szórt áram okozta kopást feltételez. Mindegyik feltevést külön-külön ellenőrizni kell, mert az alapminősítési élettartam ideális feltételekként kezeli őket.
Miért a terhelési arány dominálja az eredményt?
Az élettartam arányos a p teljesítményhez emelt terhelési aránnyal, így a terhelés változása felerősödik az eredményben. A terhelés megkétszerezése a golyóscsapágy élettartamát az értékének egynyolcadára csökkenti, míg ugyanez a megkétszerezés a görgőscsapágy élettartamát körülbelül egytizedére csökkenti. Ennek a kapcsolatnak az alakja könnyebben leolvasható diagramról, mint számtáblázatról.
Alap névleges élettartam a terhelési arányhoz képest
A görbe az alapvető névleges élettartamot mutatja órákban 1500 ford./percnél, a 0,05 és 0,30 közötti terhelési arány függvényében. A függőleges tengely logaritmikus, így minden rácsvonal tízszeres változást jelent, nem pedig rögzített lépést. A terhelési arány 0,05-ről 0,10-re való csökkentése önmagában nyolcszorosába kerül az életben, 88 889 óráról 11 111 órára. 0,20 és 0,30 között a görbe laposabbnak tűnik ezen a skálán, de az értékek így is 1389 óráról 411 órára esnek. A gyakorlati szempont az, hogy a többletterhelés első néhány százaléka jóval hosszabb élettartammal jár, mint az utolsó százalék, ezért a terhelésmérés több figyelmet érdemel, mint a számtan.
Egyenértékű dinamikus terhelés: ahol a legtöbb számítás rosszul megy
A P nem a rajzon leolvasott radiális terhelés, kivéve, ha a csapágy tisztán radiális terhelést hordoz egy forgó belső gyűrűvel. Radiális és axiális erők együttes fellépése esetén P = X szor Fr plusz Y szor Fa, és az X és Y tényezők a csapágy adatlapjából származnak.
Mélyhornyú golyóscsapágyaknál az axiális és radiális terhelés aránya az e értékhez viszonyítva, jellemzően 0,22 és 0,44 között dönti el, hogy az axiális tag egyáltalán szerepel-e. A szögérintkezős csapágyak Y értékeket használnak az 1,0 és 2,2 közötti tartományban. A csavarkerekes fogaskerék, függőleges szivattyú vagy rosszul beállított tengelykapcsoló szerény axiális erő ezért 30-60 százalékkal növelheti az effektív terhelést, és a köbös kitevő ezt sokkal rövidebb élettartamra fordítja.
Ugyanilyen fontosak azok az erők, amelyek soha nem jelennek meg az elrendezési rajzon: a szíjhúzás, a kiegyensúlyozatlan tömegek, a láncfeszesség és a belső hézagot felemésztő interferencia-illesztés okozta extra terhelés. Egy rövid beszélgetés a gépész tervezővel olcsóbb, mint egy sikertelen számítás.
Ahol elkerülhetetlen a kombinált terhelés és szűk a hely, ott a kétsoros szögérintkezős kialakítás egy egységben hordozza a radiális és axiális erőket, ami leegyszerűsíti mind a csapágyelrendezést, mind a terhelési esetet, amelyet a számításnál le kell írni.
Hézag, előterhelés és hőmérséklet Változtassa meg a feltételezett terhelést
Az előfeszített csapágy már alkalmazott állandó axiális terhelés mellett áll üzembe, és enyhén terhelt helyzetekben ez az előfeszítés lehet a P legnagyobb egyedi összetevője. Az előfeszítés növeli a merevséget és csökkenti a zajt, de az élettartam céljához képest kell választani, így segít megérteni hogyan változtatja meg az előterhelés és a hézag az üzemi terhelést mielőtt egy érték rögzítésre kerül.
A hőmérséklet a másik irányból működik. A házánál 40 fokkal melegebb tengely a házhoz képest nő, és ha kicsi a belső hézag, a csapágy axiálisan becsípődik. Ugyanez a mechanizmus jelenik meg a közönséges motoros alkalmazásokban, ahol a hőmérséklet-emelkedés elegendő a hézag elfogyasztásához és az érintkezési szög eltolásához, amint azt ebben a megjegyzésben leírtuk. mélyhornyú golyóscsapágyak hőtágulása .
Mindkét hatás a valós terhelést a papíron használt érték fölé emeli, ezért a számítást a tervezési döntés ellenőrzéseként kell kezelni, nem pedig egy helyett.
Korrigált névleges élettartam: megbízhatóság, kenés és anyag
Kevés alkalmazás képes elfogadni 10 százalékos meghibásodási valószínűséget. A módosított névleges élettartam megszorozza az alapértéket korrekciós tényezőkkel: Lnm = a1 szorozva aISO-val szorozva L10-el. Az a1 megbízhatósági tényező meredeken csökken, ahogy a cél emelkedik.
A megbízhatósági tényezők 8000 órás alapélettartamra vonatkoznak 1500 ford./percnél
Megkövetelt megbízhatóság
A meghibásodás valószínűsége
a1 faktor
Az eredmény L10h
90 százalék
10 százalék
1.00
8000 óra
95 százalék
5 százalék
0.64
5120 óra
96 százalék
4 százalék
0.55
4400 óra
97 százalék
3 százalék
0.47
3760 óra
98 százalék
2 százalék
0.37
2960 óra
99 százalék
1 százalék
0.25
2000 óra
Az aISO üzemállapot-tényező a legszélesebb körben elterjedt. A tiszta olajjal és vastag kenőanyag filmmel rendelkező gépben a faktor meghaladhatja az 1,5-öt, míg a vízbehatoló határréteg 0,3 alá nyomhatja. Az alábbi oszlopok azt mutatják, hogy ez a szórás mit jelent órákban egy 8000 órás tiszta alapélettartamú csapágy esetében.
Beállított élettartam különböző üzemi körülmények között
Tömített csapágy, tiszta olaj, teljes film
13.600 óra
Normál ipari tisztaság
8000 óra
Enyhe szennyeződés vagy víz behatolása
4400 óra
Erős szennyeződés, határréteg
2000 óra
Kiéhezett kenés, vékony film
1200 óra
Mind az öt rúd ugyanabból a 8000 órás alapélettartamból indul ki, és eltérő üzemállapot-tényezőt alkalmaz. Egy tiszta olajban működő tömített csapágy eléri a 13 600 órát, míg egy erősen szennyezett házban ugyanez a csapágy 2000 órára esik le. A felső és az alsó rúd közötti rés az élettartam több mint tizenegyszerese, csak a kenés és a szennyeződés okozza. Ebben az összehasonlításban a terhelés nem változott, a C dinamikus kapacitás minden esetben azonos. A legnagyobb nyereség tehát a csapágy védelméből származik, nem pedig a nagyobb rendelésből.
Golyó vagy görgő: a megfelelő kitevő kiválasztása
A kitevő különbözik, mert az érintkezési geometria eltérő. A golyóscsapágyak p = 3, a gördülőcsapágyak p = 10/3 értéket használnak, és ez a törtkitevő a fő oka annak, hogy a gördülőcsapágyak gyakran hosszabb számított élettartamot mutatnak azonos terhelési arány mellett. Az alábbi összehasonlítás a burkológörbe és a sebesség azonosságát tartja, így csak a kitevő változik.
Golyóscsapágy versus gördülőcsapágy három terhelési aránynál
A diagram egy hasonló borítású golyóscsapágyat és egy gördülőcsapágyat hasonlít össze három terhelési arány mellett, mindegyik 1500 ford./percnél. 0,10-es terhelési aránynál a gördülőcsapágy körülbelül 23 900 órát ér el, szemben a golyóscsapágy 11 111 órájával. Az abszolút rés a terhelés növekedésével szűkül, de a gördülőcsapágy előnye nagyjából 1,7-2,2-szeres a bemutatott tartományban. Ez az előny abból adódik, hogy 3 helyett 10/3 kitevőt alkalmazunk ugyanarra a terhelési arányra. A gördülőcsapágyak nagyobb súrlódást és nagyobb érzékenységet okoznak az eltolódásra, így a plusz órák sem járnak ingyen.
Változó terhelések és sebességek: a munkaciklus módszere
A legtöbb gép nem működik egy terhelésen és egy sebességgel egész élettartama alatt. Ossza fel a munkaciklust feltételekre, becsülje meg mindegyik q időrészesedését, és egyesítse őket egyetlen egyenértékű terhelésbe.
Állandó fordulatszámon az ekvivalens terhelés a köbös átlag: Pm egyenlő q összegének kockagyökével, szorozva P kockával, a gördülőcsapágyak kitevője 3 helyett 10/3. Ha a fordulatszám is változik, számítsa ki az L10h-t minden feltételre, majd az eredményeket kombinálja: a teljes élettartam az egyéni élettartamuk hányadának reciproka.
A munkaciklus-számítás azt is megmutatja, hogy a ciklus mely része érdemel figyelmet. Gyakori, hogy az üzemidő 20 százaléka fogyasztja el a számított élettartam nagy részét, és ez az a feltétel, ahol a terhelésben vagy beállításban bekövetkezett kis változtatás a leggyorsabban megtérül.
A görgős elemeket gyakran használják a munkaciklus erősen terhelt részéhez, mivel a nagyobb kitevő jutalmazza a nagyobb teherbírásukat, amikor a csúcs állapot uralja a teljes kárt.
Csapágytípusok összehasonlítása a számítás előtt
A képlet pontosan rangsorolja az adott típusú csapágyakat, de nem mondja meg, hogy melyik típust használja először. Ahol a gépnek mindkét irányban axiális kapacitásra van szüksége egy kompakt burkolaton belül, kétsoros szögérintkező csapágyak a szokásos válasz, és axiális tényezőik versenyképessé teszik őket a kombinált terhelés helyes leírása után.
Hat tulajdonság, amely az életszámot alakítja
A radar két általános elrendezést hasonlít össze hat tulajdonságon, amelyek befolyásolják a számításba beírt életszámot. Az egysoros mélyhornyú golyóscsapágy jól teljesít a zaj, az eltolódási tűrés és a költség tekintetében, de csökkenti az axiális kapacitást. A kétsoros szögérintkező golyóscsapágy nagyobb sugárirányú és axiális terhelést hordoz ugyanabban a burokban, és nagyobb merevsége általában hosszabb számított élettartamot támogat azonos terhelési arány mellett. Gyenge pontja az eltolódási tűrés, mivel mindkét sor megosztja a terhelést, és a megdöntött ház egy sorra koncentrálja a feszültséget. Használjon ehhez hasonló diagramot egy típus szűkített listájához, majd számítsa ki az L10-et minden egyes kiválasztott opcióhoz külön.
Rövid ellenőrzőlista a szám kijelentkezése előtt
Használjon mért vagy számított terhelést, és vegye figyelembe a szíj húzását, a fogaskerekes erőket és az illesztések hatását.
Vegye ki a C-t a gyártó adataiból a pontos változathoz, beleértve a tömítéseket és a hézagosztályt.
Győződjön meg arról, hogy az óraátszámításhoz használt sebesség a valós üzemi sebesség, nem pedig az adattáblán szereplő sebesség.
Ellenőrizze, hogy a kenési módszer a legalacsonyabb várható sebességen és hőmérsékleten képes-e filmréteget képezni.
Állítsa be a megbízhatósági célt, és alkalmazza az a1-et, mielőtt összehasonlítja a különböző szállítóktól származó árajánlatokat.
Számítsa újra a munkaciklust a legrosszabb állapottal, ne csak a névleges értékkel.
A számítást rögzítse a gép rekordjával, hogy a következő ellenőrzés összehasonlítható legyen az előrejelzéssel.
A csapágy élettartamának kiszámítása nem marketing gyakorlat; ez egy módja annak, hogy teszteljünk egy feltevést a fémvágás előtt. A képlet kétsoros, de a válasz minősége a mért terheléstől, az ellenőrzött sebességtől és a ténylegesen fenntartható kenéstől függ.
A valóságnak megfelelő szám többet ér, mint egy adatlapon lenyűgözőnek tűnő szám. Futtassa le a számítást a munkaciklus legrosszabb állapotára, hasonlítson össze két rövid listán szereplő típust ugyanazon az alapon, és tartsa az eredményt a karbantartási nyilvántartás mellett. Amikor a következő csapágy kijön a gépből, perceken belül tudni fogja, hogy a számítás vagy az alkalmazás rossz volt-e.
