索轮

该示例示出了应用于在新造纸机上为索轮选择轴承的应用情况的轴承选择过程

造纸机制造商希望使用其标准设计的索轮来建造一台新机器。 最终客户需要绳轮免维护五年。

示例的每一步描述都在下面的可展开/下拉部分中。 示例中的步骤遵循轴承选择过程中的顺序。 一些步骤,如涉及到轴承尺寸,如果计算依赖于过程的后续阶段,则需要多次迭代。 这在标题中显示。 例如,“轴承尺寸(步骤 2)”。 有关各个步骤的完整说明,请参阅轴承选择过程

性能和工作条件
Performance requirements and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

索轮( 图1 )定位在造纸机的辊/圆筒之间,并且一直在机器运转的时候旋转。 在这种应用中,索轮的外圈连续旋转。

运行情况是:
  • 转速: 2 450 r/min
  • 径向载荷: 1,1 kN 由索轮重量和绳索张力产生,在轴承之间分担
  • 轴向载荷: 零,由于索轮的方向特殊,绳索不产生轴向载荷
  • 环境: 热、潮湿,且环境温度为 80°C (175°F)
轴承类型和配置
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

由于载荷低,速度适中,索轮使用两个深沟球轴承。 需要长时间、免维护的密封轴承。 SKF 深沟球轴承有各种密封件。

使用浮动式轴承配置,每个轴承沿一个方向轴向定位索轮,并且整个装置能够在两个端部位置之间轴向移动一小段距离。
轴承尺寸
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

制造商现有的索轮设计使用两个 6207-2RS1 轴承。 SKF 已经用 RSH 密封件替换了 RS1 密封件。 在本例中,我们检查了 6207-2RSH 轴承的适用性(→ 产品详情 )。

选择过程的下一步是确定尺寸选择方法的依据。 轴承在典型的运行条件下运行,因此滚动接触疲劳是可能的失效方式。 我们尺寸选择的基于额定寿命。

基本额定寿命




由于没有轴向载荷,每个轴承上的当量动载荷 P 等于径向载荷除以 2。
  • P = 0,55 kN
  • 载荷比,C/P = 49
基本额定寿命,L10h = 804 800 h。这比所需的 5 年免维护(43 800 小时)要长得多。

结论

  • 有了在 2 450 r/min下如此高的基本额定寿命,建议检查轴承是否有足够的载荷,以保持滚珠的滚动,避免滑动。 这将在润滑检查后进行,因为润滑剂粘度会影响所需的最小载荷。
  • 应检查油脂寿命,查看轴承是否符合最终客户的要求。

SKF额定寿命,L10mh,将在检查润滑后进行计算,并检查工作温度和速度,因为润滑剂粘度影响结果。 这将在下面的轴承尺寸(步骤2)中完成。

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

轴承6207-2RSH填充有MT33润滑脂( 表1 )。

在继续操作之前应定义工作温度。
工作温度和速度
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

当载荷比C / P> 10时,工作温度低于100°C (210°F) ,运行速度低于极限转速的50%,外部热输入没有明显的热分析。

在本示例中:
  • 载荷比: C / P = 49> 10
  • 转速: 2 450 r/min < 0,5 x 6300 (极限转速)
  • 从类似条件下操作的索轮经验可知,轴承工作温度约为90°C (195°F)
所以不需要详细的热分析。
润滑(第二步骤)
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

1. 油脂寿命MT33

油脂寿命可以通过图1单列深沟球轴承的轴承润滑脂下进行估算。 由于轴承外圈旋转,因为油脂寿命的估计,使用nD代替ndm表 2)。

然后,使用输入值:
  • nD = 2 450 x 72 = 176 400
  • MT33润滑脂具有润滑脂性能因子,GPF = 1
  • 工作温度 90 °C (195 °F)
润滑脂寿命,L10h,约为12 500小时,小于所需的5年免维护费用。

2. 润滑脂寿命 WT

SKF轴承6207-2RSH适用于具有GPF = 4的润滑脂WT。它是一种带有酯基油的聚脲型润滑脂。 (表 3)。

图1可以看出,润滑脂寿命为L10h 是5万小时,大于5年。

结论

SKF轴承6207-2RSH,润滑脂WT符合润滑脂寿命要求。
轴承尺寸(步骤2)
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

根据上述轴承尺寸的结论,需要检查最小载荷,现在已经选择润滑油,可以验证SKF额定寿命。

最小载荷


使用从载荷最小载荷方程,最小载荷,Frm 根据:
式中:
  • kr = 0,025
  • v = 210 mm2/s
    当确定最小载荷时,要覆盖所有关键操作条件,请使用可能发生的最高油粘度。 这将处于最低温度,即20°C( 70°F )。 WT油脂在40°C( 105°F )时的基础油粘度为70 mm2/ s≈ISO VG 68.从图2估计,或使用SKF轴承计算器计算 ,WT润滑脂v = 210 mm2/S 为 20°C (70 °F)。
  • dm =(d + D)/ 2 =(35 + 72)/ 2 = 53,5mm
因此:
Frm = 0,44 kN <0.55 kN,所以轴承6207-2RSH / WT足够。

SKF 额定寿命


 

因为 P < Pu,疲劳不是因素(→ 疲劳载荷极限,P u )。 但是,验证润滑条件(粘度比)和寿命修正系数是有用的。

1. 润滑条件 - 粘度比,κ

κ = ν/ν1

使用以下内容:
  • ν1图 3确定
  • 带: dm = 53,5 且 n = 2450 r/min, ν1 接近 12 mm2/s
对于 WT,可以从图2估算90°C( 195°F )下的基础油粘度,或使用SKF 轴承计算器计算 ,为 12 mm2/s。

粘度比,κ= 12/12 = 1

2. 寿命修正系数,aSKF

为了确定径向球轴承的寿命修正系数,使用图 4 ,其中:
  • P = 0.55 kN
  • κ = 1
  • Pu = 0,655 kN
  • ηc = 0,6
    污染因子根据表 4选择。 (→ 污染因子,ηc)中
  • SKF 6207-2RSH / WT是SKF Explorer轴承。
带 ηc Pu/ P = 0,7,并使用图 4 ,aSKF 约 50 度,远大于 1,因此 SKF 额定寿命远高于所需寿命。

结论

轴承 SKF 6207-2RS1/WT 在疲劳寿命方面是足够的。

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

轴承内圈具有静态载荷条件,并且交叉定位配置在内圈之间没有间隔件。 它们使用间隙配合的方式,便于安装。 推荐适合标准条件为 g6Ⓔ( 表 5 )。

外圈有旋转载荷条件,因此是以过盈配合安装。 推荐的标准条件为 M7Ⓔ( 表 6 ),其可能的过盈范围为-25至+8( 表 7 )。

纸机的索轮轴承应始终对外圈有过盈(→应用手册造纸机中的滚动轴承 )。 要实现这个选择N6Ⓔ,其可能的过盈范围是-29到-5( 表8 )。 对于几何公差和表面粗糙度,可以应用标准建议。

轴承座的公差为:
 尺寸
公差
径向
跳动
轴向
跳动
Ra
内圈g6ⒺIT5/2IT51,6 µm
外圈N6ⒺIT6/2IT63,2 µm
轴承类型
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

初始内部游隙

当前设计使用正常初始间隙的轴承 外圈上的过盈配合减小了内部间隙。 我们确定正常和C3初始间隙的运行间隙,以选择最合适的轴承执行。

1. 初始内部游隙

普通组C3
最小 /平均/ 最大6 / 13 / 20 μm15 / 24 / 33 μm
 → 轴承参数。 从 表 9中获得的值


2. 过盈配合引起的游隙减量

内圈没有过盈,因此使用:

Δr配合 = Δ2 f2过盈配合引起的游隙减量

获得的值用于:
  • 系数,f2 → 图 5
  • 用于轴承座的可能适配件,Δ2 → 表 8
试验结果:
d/D
0,49 
f2

0,87 
Δ2最小 /平均/ 最大-29 / -17 / -5 μm 
Δr配合最小 /平均/ 最大-25-15-4 μm 


3. 安装后内部间隙

普通组C3
最小 /平均/ 最大-19 / -2 / 6 μm-10 / 9 / 29 μm

至少需要 C3 间隙。 考虑使用SKF专有软件进行分析,考虑到配合表面的平滑效果以及最大配合减少与最小轴承间隙重合的可能性,为C3内部间隙的轴承提供以下值:
最小 /平均/ 最大
-2 / 16 / 32 μm


小的负间隙对于球轴承来说并不重要。 C3 游隙足以应用于此应用。

密封件

在本应用中推荐使用防尘盖(后缀 2Z),而不是摩擦密封件(后缀 2RSH),因为外圈旋转会导致油脂泄漏。 2RSH 密封件设计的优点是可以更好地抵抗造纸厂应用中的冲洗(高压清洗),从而延长使用寿命。

考虑混合陶瓷轴承

根据造纸机和索轮的位置,索轮可能面临较高的工作温度,这将降低润滑脂的使用寿命。 为了增加油脂寿命,使用相同尺寸的混合陶瓷轴承(陶瓷球代替钢制)可以将油脂寿命增加至少两倍。

考虑设计变更

通过改变索轮轮毂设计,使得轴承的内圈旋转而不是外圈,油脂寿命增加。 

速度系数为 n dm = 131 000,而不是 nD = 176 400。

润滑脂寿命,L10h,用于 6207-2RSH / C3WT 轴承,将使用寿命从 5 万小时增加到 6 万 1 千小时。

SKF开发了一个绳索轮毂,以考虑上述考虑。 轴承有陶瓷球和 WT 润滑脂以及内圈转动( 图 2 )。 使用特殊轴承打造了增强型设计。 有关更多信息,请参阅手册滚动轴承在造纸机
密封、安装和拆卸
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

有时,添加简单的迷宫式密封件可以进一步保护轴承嵌入式密封件。

常规安装和拆卸方法适用。
综合结论
满足要求的轴承是密封和油脂润滑的 SKF Explorer 6207-2RSH/C3WT 轴承。

对于更苛刻的操作条件,或者要实现更长的免维护间隔时间,SKF 可以提供其它解决方案。
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