Cookies na webu SKF

Cookies používáme ke zkvalitnění našich webových stránek a webových aplikací. Pokračováním beze změny nastavení prohlížeče vyjadřujete souhlas s příjmem cookies. Nastavení cookies ve svém prohlížeči však můžete kdykoli změnit.

Lanová kladka

Tento příklad ukazuje proces volby ložiska v situaci, kdy je třeba vybrat ložiska pro lanové kladky nového papírenského stroje.

Výrobce papírenských strojů chce vytvořit nový stroj využívající lanové kladky standardní konstrukce. Koncový zákazník požaduje, aby kladky nevyžadovaly údržbu po dobu pěti let.

Jednotlivé kroky příkladu jsou popsány v rozbalovacích odstavcích níže. Pořadí kroků v příkladu odpovídá procesu volby ložiska. Některé kroky, například Velikost ložiska, vyžadují více iterací, pokud je výpočet závislý na pozdější fázi procesu. Tato skutečnost je uvedena v záhlaví. Příklad: „Velikost ložiska (krok 2)“. Úplný popis každého kroku je uveden v procesu volby ložiska.

Výkonnost a provozní podmínky
Performance requirements and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

Lanové kladky (obr. 1) se nacházejí mezi válci papírenského stroje a otáčejí se po celou dobu jeho provozu. Vnější kroužek lanové kladky se v této aplikaci neustále otáčí.

Provozní podmínky jsou následující:
  • rychlost otáčení: 2 450 ot./min
  • radiální zatížení: 1,1 kN; vytvářené hmotností kladky a napětím lana, sdílené mezi ložisky
  • axiální zatížení: nulové; kladky jsou orientovány tak, že lano nevytváří žádné axiální zatížení
  • prostředí: horké a vlhké, s teplotou okolí 80 °C (175 °F)
Typ a uspořádání ložisek
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

Protože zatížení jsou nízká a otáčky střední, lanové kladky využívají dvě kuličková ložiska. Dlouhodobý provoz bez údržby vyžaduje použití ložisek s těsněním. Kuličková ložiska SKF jsou k dispozici s různým provedením těsnění.

Používá se plovoucí uspořádání ložisek, ve kterém každé ložisko axiálně zajišťuje kladku v jednom směru a celé uspořádání umožňuje malé axiální posunutí mezi dvěma koncovými polohami.
Velikost ložiska
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

Stávající konstrukce lanové kladky výrobce využívá dvě ložiska 6207-2RS1. Společnost SKF nahradila těsnění RS1 těsněním RSH. V tomto příkladě kontrolujeme vhodnost ložisek 6207-2RSH (→ údaje o výrobku).

Dalším krokem procesu volby je stanovení metody pro volbu velikosti. Ložiska jsou používána v typických provozních podmínkách, pravděpodobnou příčinou selhání je tedy únava z valivého styku. Volbu velikosti provedeme na základě trvanlivosti.

Základní trvanlivost




Protože je axiální zatížení nulové, ekvivalentní dynamické zatížení P působící na každé ložisko je rovno radiálnímu zatížení dělenému dvěma.
  • P = 0,55 kN
  • poměr zatížení C/P = 49
Základní trvanlivost L10h = 804 800 h. To je mnohem více, než vyplývá z požadavku na 5 let provozu bez údržby (43 800 h).

Závěr

  • Vzhledem k velmi dlouhé základní trvanlivosti při rychlosti 2 450 ot./min doporučujeme zkontrolovat, zda je ložisko dostatečně zatíženo, aby bylo zajištěno odvalování kuliček a nedocházelo k jejich prokluzování. To provedeme po kontrole mazání, protože viskozita maziva ovlivňuje požadované minimální zatížení.
  • Rovněž je třeba zkontrolovat životnost plastického maziva v ložisku, zda odpovídá požadavku koncového zákazníka.

Trvanlivost podle SKF L10mhbude vypočtena po kontrole mazání, provozní teploty a otáček, protože viskozita maziva má vliv na výsledek. To bude provedeno v části Velikost ložiska (krok 2) níže.

Mazání
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

Ložisko 6207-2RSH je naplněno plastickým mazivem MT33 (tabulka 1).

Před pokračováním je třeba určit provozní teplotu.
Provozní teplota a otáčky
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

Pokud platí, že poměr zatížení C/P > 10, provozní teplota je nižší než 100 °C (210 °F), provozní otáčky jsou nižší než 50 % mezních otáček a není přítomen žádný významný vnější zdroj tepla, podrobná tepelná analýza není požadována.

V tomto příkladě:
  • poměr zatížení: C/P = 49 > 10
  • provozní otáčky: 2 450 1/min < 0,5 x 6300 (mezní otáčky)
  • Ze zkušeností s lanovými kladkami provozovanými v podobných podmínkách vyplývá, že provozní teplota ložisek činí přibližně 90 °C (195 °F).
Podrobná tepelná analýza proto není požadována.
Mazání (krok 2)
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

1. Životnost plastického maziva MT33

Životnost plastického maziva lze odhadnout pomocí diagramu 1 v části Plastická maziva pro zakrytá ložiska kapitoly Jednořadá kuličková ložiska. Protože se otáčí vnější kroužek ložiska, používá se při odhadech životnosti plastického maziva hodnota nD místo hodnoty ndm (tabulka 2).

Tedy s použitím vstupních hodnot:
  • nD = 2 450 x 72 = 176 400
  • plastické mazivo MT33 se součinitelem výkonnosti GPF = 1
  • provozní teplota přibližně 90 °C (195 °F)
Životnost plastického maziva L10hčiní přibližně 12 500 hodin, což je méně než požadovaných 5 let provozu bez údržby.

2. Životnost plastického maziva WT

Ložisko SKF 6207-2RSH je k dispozici s plastickým mazivem WT, které má součinitel GPF=4. Jde o plastické mazivo polymočovinového typu s esterovou základní olejovou složkou. (tabulka 3).

Podle diagramu 1 životnost plastického maziva L10h činí 50 000 hodin, což je více než 5 let.

Závěr

Ložisko SKF 6207-2RSH s plastickým mazivem WT splňuje požadavek z hlediska životnosti plastického maziva.
Velikost ložiska (krok 2)
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

Na základě závěrů z výše uvedené části Velikost ložiska je třeba zkontrolovat minimální zatížení. Vzhledem k provedené volbě mazání lze rovněž zkontrolovat trvanlivost podle SKF.

Minimální zatížení


S použitím rovnice minimálního zatížení z části Zatížení je minimální zatížení Frm dáno vztahem:
kde:
  • kr = 0,025
  • v = 210 mm2/s
    Aby při určování minimálního zatížení byly zohledněny všechny mezní provozní podmínky, použijte nejvyšší viskozitu oleje, jaká se může vyskytnout. K tomu dochází při nejnižší teplotě, která činí 20 °C (70 °F). Viskozita základní olejové složky plastického maziva WT při 40 °C (105 °F) činí 70 mm2/s ≈ ISO VG 68. Odhadem z diagramu 2 nebo výpočtem pomocí kalkulačky ložisek (SKF Bearing Calculator) získáme pro plastické mazivo WT hodnotu v = 210 mm2/s při 20°C (70 °F).
  • dm = (d+D)/2 = (35+72)/2 = 53,5 mm
Tedy:
Frm = 0,44 kN < 0,55 kN, a proto lze ložisko 6207-2RSH/WT použít.

Trvanlivost podle SKF


 

Protože P < Pu, únava nehraje roli (→ Mezní únavové zatížení, Pu). Je však vhodné zkontrolovat podmínky mazání (viskózní poměr) a součinitel trvanlivosti podle SKF.

1. Podmínky mazání – viskózní poměr, κ

κ = ν/ν1

Použijeme následující údaje:
  • ν1 se stanoví z diagramu 3
  • s použitím: dm = 53,5 a n = 2450 r/min, ν1 se blíží hodnotě 12 mm2/s
Viskozitu základní olejové složky plastického maziva WT při 90°C (195 °F) lze odhadnout z diagramu 2 nebo vypočítat pomocí kalkulačky ložisek (SKF Bearing Calculator). Hodnota činí 12 mm2/s.

Viskózní poměr κ = 12/12 = 1

2. Součinitel trvanlivosti podle SKF, aSKF

K určení součinitele trvanlivosti podle SKF použijeme diagram 4 s hodnotami: S použitím ηc Pu/P = 0,7 a diagramu 4 vychází askf přibližně 50, tedy mnohem větší než 1. Trvanlivost podle SKF proto výrazně překračuje požadovanou trvanlivost.

Závěr

Ložisko SKF 6207-2RS1/WT splňuje požadavky z hlediska únavové trvanlivosti.

Kontaktní plocha ložiska
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

Vnitřní kroužky ložisek jsou vystaveny bodovému zatížení a v souměrném uspořádání nejsou odděleny rozpěrným kroužkem. Jsou uloženy s vůlí, což usnadňuje montáž. Doporučené uložení pro standardní podmínky je g6Ⓔ (tabulka 5).

Vnější kroužky ložisek jsou vystaveny obvodovému zatížení, jsou proto uloženy s přesahem. Doporučené uložení pro standardní podmínky je M7Ⓔ (tabulka 6), které má rozsah pravděpodobného přesahu -25 až +8 (tabulka 7).

Vnější kroužky ložisek lanových kladek papírenských strojů by měly být vždy uloženy s přesahem (→ příručka Valivá ložiska v papírenských strojích). Aby toho bylo dosaženo, zvolte třídu N6Ⓔ, která má rozsah pravděpodobného přesahu -29 až -5 (tabulka 8). Pro geometrické tolerance a drsnost povrchu lze použít standardní doporučení.

Tolerance úložných ploch pro ložiska jsou následující:
 Rozměrová
tolerance
Radiální
házení
Axiální
házení
Ra
Vnitřní kroužekg6ⒺIT5/2IT51,6 µm
Vnější kroužekN6ⒺIT6/2IT63,2 µm
Provedení ložiska
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

Počáteční vnitřní vůle

Stávající konstrukce využívá ložiska s Normální počáteční vůlí. Uložení vnějšího kroužku s přesahem snižuje vnitřní vůli. Za účelem volby nejvhodnějšího provedení ložiska určíme provozní vůli pro obě možnosti počáteční vůle (Normální a C3).

1. Počáteční vnitřní vůle

NormálníC3
min./prům./max.6 / 13 / 20 μm15 / 24 / 33 μm
 → Údaje o ložisku. Hodnoty získány z tabulky 9


2. Snížení vůle v důsledku uložení s přesahem

Vnitřní kroužek není uložen s přesahem, proto použijte:

Δrfit = Δ2 f2Snížení vůle v důsledku uložení s přesahem

Získejte hodnoty pro:
  • součinitel, f2 → diagram 5
  • pravděpodobná uložení pro tělesa, Δ2 → tabulka 8
Výsledky:
d/D
0,49 
f2

0,87 
Δ2min./prům./max.-29 / -17 / -5 μm 
Δrfitmin./prům./max.-25-15-4 μm 


3. Vnitřní vůle po montáži

NormálníC3
min./prům./max.-19 / -2 / 6 μm-10 / 9 / 29 μm

Je požadována vůle alespoň C3. Analýza pomocí vlastního softwaru SKF zvažující vlivy hladkosti stykových povrchů a pravděpodobnosti, že maximální snížení vlivem uložení odpovídá minimální vůli ložiska, dává pro ložisko s vnitřní vůlí C3 následující hodnoty:
min./prům./max.
-2 / 16 / 32 μm


Malou zápornou vůli (předpětí) lze u kuličkových ložisek tolerovat. Vůle C3 je pro tuto aplikaci dostatečná.

Těsnění

V této aplikaci nelze doporučit použití krytů (přídavné označení 2Z) místo kontaktních těsnění (přídavné označení 2RSH), protože hrozí nebezpečí úniku plastického maziva vlivem otáčení vnějšího kroužku. Provedení těsnění 2RSH je výhodné z hlediska vyšší odolnosti proti vymývání (při vysokotlakém čištění), ke kterému u papírenských strojů dochází, a proto prodlužuje provozní trvanlivost.

Zvážení hybridních ložisek

V závislosti na typu papírenského stroje a poloze lanové kladky může být kladka vystavena vyšším teplotám, které zkracují životnost plastického maziva. Použití hybridních ložisek stejné velikosti (s keramickými kuličkami místo ocelových) může prodloužit životnost plastického maziva minimálně na dvojnásobek.

Zvážení změny konstrukce

Přechod na konstrukci náboje lanové kladky, ve které se otáčí vnitřní kroužek ložiska místo vnějšího, vede k prodloužení životnosti plastického maziva. 

Otáčkové číslo bude mít hodnotu ndm = 131 000 místo hodnoty nD = 176 400.

Životnost plastického maziva L10hložiska 6207-2RSH/C3WT se zvýší z 50 000 h na 61 000 h.

Společnost SKF vyvinula náboj lanové kladky, který výše uvedené skutečnosti zohledňuje. Ložiska mají keramické kuličky, jsou naplněna plastickým mazivem WT a využívají otáčení vnitřních kroužků (obr. 2). Byla vytvořena zdokonalená konstrukce využívající speciální ložiska. Další informace jsou uvedeny v příručce Valivá ložiska v papírenských strojích.
Těsnění, montáž a demontáž
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

V některých případech jsou pro zvýšení ochrany integrovaných těsnění ložisek přidána jednoduchá labyrintová těsnění.

Lze použít běžné metody montáže a demontáže.
Souhrnné závěry
Požadavkům vyhovuje ložisko SKF Explorer 6207-2RSH/C3WT s těsněním a náplní plastického maziva.

V případě náročnějších provozních podmínek nebo požadavků na ještě delší dobu provozu bez údržby může SKF zajistit jiná řešení.
SKF logo