支撑环

本示例显示了 轴承选择过程 应用于确认新起重机支撑环轴承解决方案的应用情况。

起重机制造商设计了一种新的车间起重机,并希望确认可以使用现有的支撑环设计(图 1)。 支撑环有两个法兰,用于在轨道上引导起重机。 轴承安装在由固定轴支撑的中隔套筒上。 中隔套筒和固定轴之间的间隙配合有利于将车轮组件容易地安装在起重机结构上。

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型过程中的顺序。 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 and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

轴承分担径向轮毂载荷。 另外,当车轮接触轨道时,轴向导向力在轴承装置上产生力矩载荷(图 1),该力矩载荷由轴承上额外的相反径向载荷平衡。 由于浮动式轴承装置设计成套筒支座轴向位于两个内圈之间,因此径向轮毂载荷较低的轴承将承受轴向轮毂载荷。

应用数据和操作条件如下:

  • 径向轮毂载荷: K = 130 kN
  • 轴向轮毂载荷: 0,1 K  或者峰值载荷为 0,3 K
  • 轮径: D = 315 mm
  • 行驶速度: v = 25 米/分钟 → 转速 n = 25,3 转/分钟
  • 轴承距离: l = 160 mm
  • 固定轴直径: d1 = 60 mm
  • 紧定套直径: d = 90 mm
  • 平均环境温度: T = 20 °C (70 °F)
  • 轴承: 2 个 22218 E(球面滚子轴承)
  • 所需的基本额定寿命: 12 500 小时(运行 2 小时/天)
  • 所需的静安全系数: >2
轴承类型和配置
Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

两个轴承之间的距离很短,因此轴的热膨胀很小。 可以使用浮动式轴承装置。
径向载荷很高,也必须承受轴向载荷。 球面滚子轴承是一个合适的选择。
轴承尺寸
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用于确定轴承尺寸的两个主要标准都需要应用:

  1. 额定寿命
    每个轴承要么只承受径向载荷(由轴向载荷引起的力矩增加),要么承受轴向载荷加上径向载荷(由轴向载荷引起的力矩减少)。 适用的轴承当量动载荷是两种载荷情况的平均值。

  2. 静载荷
    为了静态安全,必须考虑最大轴承当量静载荷。

基本额定载荷和计算系数 → 22218 E 产品详情

轴承载荷 – 仅径向载荷

F1 = K/2 + 0,1K D/2l = 130/2 + (0,1 × 130 × 315) / (2 × 160) = 77,8 kN
Fr1 峰值 = 130/2 + (0,3 × 130 × 315) / (2 × 160) = 103,4 kN
Fa1 = 0 

当量轴承载荷 (→ 载荷
Fa1 = 0 ≤ e
P1 = Fr1 = 77,8 kN
P01 = Fr1 峰值 = 103,4 kN

轴承载荷 – 径向和轴向载荷

Fr2 = K/2 – 0,1K D/2l = 130/2 – (0,1 × 130 × 315) / (2 × 160) = 52,2 kN
Fa2 = 0,1K = 13 kN
Fr2 峰值 = K/2 – 0,3K D/2l = 26,6 kN
Fa2 峰值 = 0,3K = 39 kN

当量轴承载荷 (→ 载荷
Fa2/Fr2 = 0,25 > e
P2 = 0,67 Fr2 + Y2 Fa2 = 0,67 × 52,2 + 4,2 × 13 = 89,6 kN
P02 = Fr2 峰值 + Y0Fa2 峰值 = 26,6 + 2,8 × 39 = 136 kN

基本额定寿命

基于两种载荷情况下的平均载荷 (→ 当量轴承载荷

Pm = (P1 + 2 P2) / 3 = (77,8 + 2 × 89,6) / 3 = 85,7 kN



L10h = 106 / (60 × 25,3) × (331 / 85,7)10/3 = 59 550 h > 12 500 h

静态安全系数

基于最大峰值载荷 P0 = 136 kN:

s0 = C0/P0 = 375 / 136 = 2,76 > 2

结论

轴承 22218 E 的尺寸适合应用。

润滑
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对于低运行速度和防止污染,使用油脂润滑,轴承和轮毂腔 100% 充满油脂。 润滑脂通过固定轴和套筒中的管道供应。

润滑脂选择

  • 温度: 20 °C (70 °F) → 低 (L)
  • 转速: nD = 25,3 × 160 ≈ 4 050 → 极低 (VL)
  • 载荷: C/P = 3,8 → 高 (H)
  • 峰值载荷
  • 需要良好的防锈性能

SKF 轴承润滑脂选择表 [PDF] 

SKF LGEP2 是一个合适的选择。 然而,替代润滑脂 LGEV2 和 LGEM2 应被考虑用于支撑车轮,因为有频繁的启动-停止。

重新润滑间隔

运行速度太低,无法应用 图表 来确定再润滑间隔。 此外,重新润滑间隔由防止污染的需要决定。 

对于该车间起重机,制造商建议从每月重新润滑开始。 如果排出的润滑脂在运行一段时间后仍像新的一样,重新润滑间隔可以延长。

补充润滑油脂量

Gp = 0,005 D B = 0,005 x 160 x 40 = 32 g

工作温度和速度

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对于给定的应用条件(特别是非常低的速度和低的环境温度),不需要进行更详细的热分析。

轴承配合

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旋转的条件是:

  • 内圈上的固定载荷 → 可能存在间隙配合(建议遵循便于安装)
  • 外圈上的旋转载荷 → 需要过盈配合
标准条件下的 轴承座公差 为(从 表 2表 4获得):

尺寸
公差
总径向
跳动公差
总轴向
跳动公差
Ra
内圈
g6ⒺIT5/2IT51,6 µm
外圈
P7ⒺIT6/2IT63,2 µm

为了便于安装,N7Ⓔ 公差是可以接受的,因为外圈旋转的运行速度非常低。 作为内圈的替代,h6Ⓔ 公差将提供过渡配合,这将最小化内圈和轴/套筒之间的相对运动。

浮动式轴承装置要求轴承和它们的支座之间有一个小的轴向间隙。 由于内圈的间隙配合,应该在内圈和紧定套挡肩之间形成间隙。

轴承类型
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游隙等级

当前设计使用正常初始游隙, 外圈上的过盈配合减小了内部间隙。 内圈和外圈之间没有温差。 我们确定工作游隙。



1. 初始内部游隙
最小 /平均/ 最大60 / 80 / 100 μm
→ 轴承参数。 从 表 5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 1
  • 用于轴承座的可能配合,Δ2 → 表 11
查得结果:
d/D
0,56
f2
0,88
Δ2最小 /平均/ 最大-60 / -36 / -11 μm
Δr配合最小 /平均/ 最大-53-31-10 μm


3. 安装后内部间隙
最小 /平均/ 最大7 / 49 / 90 μm

结果表明正常内部间隙是合适的。



其它设计特征

标准执行(钢保持架、常规尺寸精度、P5 几何公差)符合应用要求。

最终轴承型号: 22218 E

密封、安装和拆卸
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密封

目前的设计使用简单的间隙式密封。 这些密封件足够,因为轮毂中的空腔完全充满油脂,运行速度非常低,但它们需要重新润滑以清除任何污染物。 使用径向轴封,例如90x10x10 HMS5 RG 轴封,可以减少整个应用寿命期间的润滑脂消耗。

综合结论

22218 E SKF 探索者轴承是该应用的适当选择。 用 SKF LGEP 2、LGEM 2 或 LGEV 2 润滑将提供高性能。 径向轴封件有助于减少油脂消耗。 或者,可以使用密封轴承( BS2-2218-2RS/VT143)。

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