Ciasteczka wykorzystywane przez serwis internetowy SKF

SKF uzywa na swoich stornach interentowych cookies w celu możliwie jak najlepszego dostosowywania prezentowanych informacji do preferencji odwiedzających, dotyczących między innymi regionu i języka. Czy wyrażasz zgodę na wykorzystywanie cookies przez SKF?

cookie_information_popup_text_2[150]

Równoważne obciążenie dynamiczne łożyska, P

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

Przy obliczaniu trwałości eksploatacyjnej łożyska, wartość równoważnego obciążenia dynamicznego łożyska jest potrzebna do wyliczenia zarówno trwałości nominalnej podstawowej, jak i trwałości nominalnej według SKF.
Obciążenia działające na łożysko oblicza się zgodnie z zasadami mechaniki, na podstawie znanych lub możliwych do wyliczenia sił zewnętrznych, takich jak siły wynikające z przenoszonej mocy, siły robocze, siły ciążenia lub bezwładności.
W rzeczywistości, obciążenia działające na łożysko mogą nie być stałe co do wielkości, mogą działać w kierunku zarówno promieniowym, jak i osiowym i zależą od innych czynników, ze względu na które konieczne może być zmodyfikowanie lub, w niektórych przypadkach, uproszczenie wyliczeń obciążenia.

Obliczanie równoważnego obciążenia dynamicznego łożyska
Występująca w równaniach trwałości nominalnej łożyska wartość obciążenia P to równoważne obciążenie dynamiczne łożyska. Równoważne obciążenie dynamiczne łożyska definiuje się jako: hipotetyczne obciążenie, stałe pod względem wielkości i kierunku, które działa promieniowo na łożyska poprzeczne bądź osiowo i centrycznie na łożyska wzdłużne.

Takie obciążenie hipotetyczne, kiedy jest przyłożone, wpływa na trwałość łożyska tak samo jak rzeczywiste obciążenia działające na dane łożysko (ilustr. 1).

Jeśli na łożysko działają jednocześnie obciążenie promieniowe Fr i obciążenie osiowe Fa stałe co do wielkości i kierunku, to równoważne obciążenie dynamiczne łożyska P można wyznaczyć z następującego ogólnego równania:

Equivalent dynamic bearing load
Wykonaj obliczenia

gdzie
Prównoważne obciążenie dynamiczne łożyska [kN]
Frrzeczywiste obciążenie promieniowe łożyska [kN]
Farzeczywiste obciążenie osiowe łożyska [kN]
Xwspółczynnik obciążenia promieniowego dla łożyska
Ywspółczynnik obciążenia osiowego dla łożyska


W łożyskach poprzecznych jednorzędowych obciążenie osiowe wpływa na równoważne obciążenie dynamiczne P dopiero wówczas, gdy stosunek Fa/Fr przewyższa określony współczynnik graniczny e. W przypadku łożysk dwurzędowych nawet niskie obciążenia osiowe wpływają na obciążenie równoważne i muszą być uwzględniane.

Takie samo równanie ogólne stosuje się do łożysk baryłkowych wzdłużnych, które mogą przenosić obciążenia zarówno osiowe, jak i promieniowe.

Pewne łożyska wzdłużne, takie jak łożyska kulkowe wzdłużne, łożyska walcowe wzdłużne i łożyska igiełkowe wzdłużne, mogą przenosić tylko obciążenia ściśle osiowe. Dla tych łożysk, o ile obciążenie działa centrycznie (wzdłuż osi łożyska), wzór może być uproszczony do następującej postaci

P = Fa

Informacje i dane niezbędne do obliczenia równoważnego obciążenia dynamicznego łożyska określonego typu podane są w odpowiednim rozdziale katalogu poświęconym danemu produktowi.

Równoważne obciążenie średnie
Pewne obciążenia mogą zmieniać się z upływem czasu. W odniesieniu do takich sytuacji trzeba obliczać równoważne obciążenie średnie.

Średnia wartość obciążenia podczas cyklu pracy

Podczas każdego cyklu obciążenia warunki pracy mogą nieco różnić się od nominalnych. Zakładając, że warunki pracy takie jak prędkość i kierunek działania obciążenia są stałe, a tylko wielkość obciążenia zmienia się stopniowo od wartości najmniejszej Fmin do wartości największej Fmax (wykres 1), obciążenie średnie można wyznaczyć z następującej zależności:

Fm Mean load

Obciążenie wirujące

Jeżeli, co ilustruje wykres 2, obciążenie działające na łożysko składa się z obciążenia F1stałego co do kierunku i wielkości, będącego na przykład ciężarem wirnika i wirującego stałego obciążenia F2, wynikającego na przykład z niewyważenia, to obciążenie średnie można wyznaczyć z następującej zależności:

Fm = fm (F1 + F2)

Wartości współczynnika fm są podane na wykresie 3.

Obciążenie szczytowe

Wysokie obciążenia działające krótkotrwale (wykres 4) mogą nie wpływać na obciążenie średnie stosowane w wyliczeniach trwałości zmęczeniowej. Takie obciążenia szczytowe należy ocenić w odniesieniu do nominalnej nośności statycznej łożyska C0, z zastosowaniem odpowiedniego statycznego współczynnika bezpieczeństwa s0. → Dobór rozmiaru na podstawie obciążenia statycznego

Kwestie istotne przy obliczaniu równoważnego obciążenia dynamicznego łożyska
Przy obliczaniu składowych obciążenia łożysk podpierających wał traktuje się – dla uproszczenia – wał jako statystycznie opisaną belkę na sztywnych podporach wolnych od działania momentu. Nie uwzględnia się również odkształceń sprężystych w łożysku, oprawie lub korpusie maszyny, jak i momentu powstającego w łożysku przy ugięciu wału. Takie uproszczenia są konieczne, kiedy wyliczeń dla łożyskowania dokonuje się bez użycia odpowiedniego oprogramowania komputerowego. Podobne uproszczenia przyjęto w znormalizowanych metodach obliczania nośności nominalnej i obciążeń równoważnych.

Obliczanie obciążeń łożysk na podstawie teorii sprężystości jest możliwe bez wspomnianych uproszczeń, przy czym wymaga to użycia złożonych programów komputerowych (→ SKF SimPro Quick i SKF SimPro Expert). W takich programach łożyska, wał i oprawy są traktowane jako odkształcalne elementy układu sprężystego.

Jeżeli siły zewnętrzne i obciążenia – takie jak siły bezwładności lub obciążenia wynikające z ciężaru wału i zamocowanych na nim części – nie są znane, mogą zostać obliczone. Jednakże przy wyznaczaniu sił wynikających z pracy urządzenia – np. sił nacisku w walcarkach, obciążeń od momentów, obciążeń spowodowanych niewyważeniem i sił udarowych – konieczne może być szacunkowe ustalenie tych obciążeń w oparciu o doświadczenia z podobnymi maszynami lub łożyskowaniami.

Przekładnie zębate

Dla przekładni zębatych, teoretyczne siły międzyzębne można obliczać, znając przenoszoną moc i charakterystykę uzębienia kół zębatych. Należy jednak brać pod uwagę dodatkowe siły dynamiczne, zarówno powstające w samej przekładni, jak i działające od stron doprowadzenia i odbioru napędu. Dodatkowe siły dynamiczne w przekładni mogą być powodowane odchyłkami podziałki lub kształtu zazębienia oraz niewyważeniem wirujących elementów. W przypadku kół zębatych wytwarzanych z wysoką dokładnością siły dodatkowe są pomijalne. W odniesieniu do kół zębatych wykonanych mniej dokładnie stosuj następujące współczynniki obciążenia koła zębatego:

  • dla błędów podziałki lub kształtu poniżej 0,02 mm: od 1,05 do 1,1
  • dla błędów podziałki lub kształtu od 0,02 do 0,1 mm: od 1,1 do 1,3
Dodatkowe siły, które zależą od rodzaju i sposobu pracy sprzęgniętych z przekładnią maszyn, mogą zostać wyznaczone tylko przy znajomości warunków pracy przekładni, bezwładności układu przeniesienia napędu oraz zachowania sprzęgieł. Ich wpływ na trwałość nominalną łożysk określa się przy pomocy tzw. współczynników eksploatacyjnych, uwzględniających dynamikę układu.

Napędy pasowe

W przypadku urządzeń z napędem pasowym obliczenie obciążenia łożysk wymaga uwzględnienia naciągu pasa. Naciąg pasa, będący siłą obwodową, zależy od wielkości przenoszonego momentu obrotowego. Siłę naciągu pasa trzeba pomnożyć przez współczynnik zależny od rodzaju pasa, jego napięcia wstępnego i dodatkowych sił dynamicznych. Producenci pasów zwykle podają potrzebne wartości współczynników. W razie braku takich danych przyjmować można następujące wartości:

  • pasy zębate = od 1,1 do 1,3
  • pasy klinowe = od 1,2 do 2,5
  • pasy płaskie = od 1,5 do 4,5

Większe wartości znajdują zastosowanie:

  • gdzie odległość między wałami jest mała
  • do cykli pracy pod wysokim obciążeniem lub z obciążeniami szczytowymi
  • gdzie naprężenie pasa jest duże 

Wymagane obciążenie minimalne

W zastosowaniach, gdzie o właściwym rozmiarze łożyska decydują czynniki inne niż obciążenie – na przykład średnica wału ograniczona przez krytyczny poziom prędkości – łożysko może być obciążane tylko nieznacznie w stosunku do jego rozmiaru i nośności. Gdy obciążenia są bardzo niskie, przeważają często mechanizmy powstawania uszkodzeń inne niż zmęczenie, a mianowicie takie jak poślizg, zatarcie bieżni czy uszkodzenie koszyka. Dla zapewnienia prawidłowej pracy, łożyska toczne muszą być zawsze poddawane pewnemu obciążeniu minimalnemu. Ogólna reguła praktyczna mówi, że do łożysk kulkowych przykładać należy obciążenia minimalne odpowiadające wartości 0,01 C, a do łożysk wałeczkowych – 0,02 C. Bardziej szczegółowe wymagania dotyczące obciążenia minimalnego zawarto w rozdziałach poświęconych poszczególnym produktom.

Przyłożenie obciążenia minimalnego ma szczególne znaczenie w zastosowaniach, gdzie występują gwałtowne przyspieszenia lub częste uruchomienia i zatrzymania oraz gdy prędkości przekraczają 50% prędkości granicznej podawanej w tablicach produktowych (→ Prędkości graniczne). Na wypadek braku możliwości zapewnienia wymaganego obciążenia minimalnego, potencjalnymi środkami zaradczymi są:

SKF logo