Ymmärrä kuinka kuulalaakerit vähentävät kitkaa koneissa parantaakseen suorituskykyä

Huoltoinsinööri kuvaili äskettäin outoa ongelmaa. Kuljetinlinjalla oleva 15 kW:n moottori kävi 12 K yli tyyppikilven lämpötilan. Akselitiivisteen ympärillä oleva rasva oli värjääntynyt, ja kuukausittaiset energialukemat nousivat. Moottori oli hyvä; laakerit eivät olleet. Kun oikeankokoiset syväurakuulalaakerit korvasivat kuluneet holkkiholkit, moottorin lämpötila palautui normaaliksi muutamassa tunnissa. Tältä kysymys "miten kuulalaakerit vähentävät kitkaa koneissa" näyttää tosielämässä.

Lyhyt vastaus on, että kuulalaakerit korvaavat liukukitkan vierintäkitalla. Koska pallojen ja juoksuteiden välisen vierintäkosketuksen kitkakerroin on noin sadasosa voidellun liukupinnan kitkakertoimesta, kuulalaakeri leikkaa kitkahäviöitä dramaattisesti. Tämä merkitsee vähemmän hukattua energiaa, vähemmän lämpöä, hitaampaa kulumista ja pidempään koneen käyttöikään.

Miksi vierivä kosketin voittaa liukuvan koskettimen

Kaikki kaksi toisiaan vasten liikkuvaa pintaa aiheuttavat kitkaa. Kun kaksi tasaista tai sylinterimäistä pintaa liukuu, kosketuspinta-ala on suhteellisen suuri ja niiden liikkeessä pitämiseen tarvittava voima riippuu materiaalien välisestä kitkakertoimesta. Holkkilaakerissa pyörivän liukuakselin kitkakerroin on tyypillisesti 0,08-0,15, vaikka se olisi hyvin voideltu. Jos voitelu hajoaa, arvo nousee 0,4:ään tai korkeampaan.

Kuulalaakeri muuttaa kuvan täysin. Kuormaa kantavat karkaistut teräspallot, jotka pyörivät kaarevien kulkuteiden sisällä. Sen sijaan, että raapuisi suurelta alueelta, jokainen pallo rullaa pienen kontaktialueen poikki. Tästä syystä kunnolla voidellun syväurakuulalaakerin kitkakerroin on tyypillisesti 0,001 - 0,005, yhdestä kahteen suuruusluokkaa pienempi kuin liukukosketin.

Mitä todella tapahtuu kuulalaakerin sisällä

Jotta ymmärtäisit, miksi kuulalaakerit vähentävät kitkaa niin tehokkaasti, se auttaa katsomaan liikkuvia osia. Kuulalaakerissa on neljä toiminnallista ryhmää: sisärengas, ulkorengas, pallosarja ja häkki. Sisärengas painetaan akseliin; ulkorengas on kotelossa. Kun akseli pyörii, sisärengas kääntyy ja pallot pyörivät molempien renkaiden uria pitkin.

Kunkin pallon ja juoksuradan välinen kosketus ei ole yksittäinen piste, vaan pieni elliptinen alue, joka muodostuu kimmoisan muodonmuutoksen vaikutuksesta kuormituksen alaisena, jota yleisesti kutsutaan hertsin kosketukseksi. Jopa kohtalaisella kuormituksella tämä alue on pieni verrattuna liukulaakerin liukukosketusalueeseen. Koska pallo rullaa mieluummin kuin liukuu, suhteellinen nopeus kosketuksessa on paljon pienempi ja kitkan seurauksena hävinnyt energia laskee jyrkästi.

Kuulalaakeri ei ole täysin kitkaton. Vierintävastus johtuu teräksen elastisesta hystereesistä, pallojen ja juoksuteiden välisestä mikroluistosta, häkin kitkasta ja voiteluaineen kalvon leikkauksesta. Nämä komponentit ovat pieniä, mutta niillä on merkitystä tarkkuussovelluksissa. Tästä syystä laakerin geometria, pinnan viimeistely ja materiaalin laatu vaikuttavat suoraan siihen, kuinka paljon kitkaa se tuottaa.

Laakereiden kitkaa lisäävät tai laskevat tekijät

Ero tasaisesti käyvän ja ylikuumenevan laakerin välillä johtuu usein muutamasta toimintatekijästä. Niiden ymmärtäminen auttaa insinöörejä valitsemaan oikean laakerin ja välttämään ennenaikaiset viat.

Kuorma ja nopeus

Kuorman kasvaessa epämuodostunut kosketuspinta-ala kasvaa ja vierintävastus kasvaa. Aksiaalinen kuormitus vaikuttaa erityisen paljon: syvän uralaakerin pakottaminen kestämään jatkuvaa työntövoimaa lisää kitkaa huomattavasti. Suuremmilla nopeuksilla keskipakovoima työntää pallot ulospäin, mikä lisää sisäistä kuormitusta ja lisää kitkamomenttia.

Voitelu

Oikea rasva säilyttää ohuen kalvon pallojen ja rataosien välissä, erottaen pinnat ja vähentäen sekä kitkaa että kulumista. Ylirasvaus on yleinen virhe: laakerin ontelon täyttäminen noin 30 prosentin yli alhaisella nopeudella tai 20 prosentin yli suurella nopeudella aiheuttaa nykimistä ja nostaa käyttölämpötilaa.

Tiivisteet ja suojat

Kosketuksettomat metallisuojat, merkintä ZZ, pitävät poissa suurista hiukkasista eivätkä lisää juurikaan kitkaa. Kosketuskumitiivisteet, merkintä 2RS, tarjoavat vahvemman suojan kosteutta ja hienojakoista pölyä vastaan, mutta hankaavat sisärengasta vasten ja lisäävät vastusta. Kosteissa tai huuhteluympäristöissä ylimääräinen kitka on yleensä kohtuullinen hinta suojauksesta.

Asennus ja esijännitys

Virhe kotelon reiän ja akselin välillä tai ulkorenkaan vääntyminen puristusliitosasennuksen aikana lisää sisäistä jännitystä ja kitkaa. Esikuormitetut laakerit kiristetään tarkoituksella välyksen poistamiseksi, mikä parantaa jäykkyyttä, mutta lisää kitkaa. Käytä esilatausta vain, kun sovellus sitä todella vaatii.

Oikean laakerirakenteen valinta

Useimpiin pyöriviin teollisuuslaitteisiin urakuulalaakeri on ensimmäinen valinta, koska se tarjoaa pienimmän kitkan kaikista yleisistä vierintälaakereista kantaen samalla sekä säteittäistä että kohtalaista aksiaalista kuormitusta. Se on myös taloudellisin vaihtoehto, ja sarja kattaa laajan valikoiman porauskokoja ja kuormitusluokituksia moottoreille, pumppuille, vaihteistoille ja kuljetinrullille. Tyypillisessä konesuunnittelussa 6200-sarjan syväurakuulalaakerit toimivat luotettavana perustana.

6200 ZZ/2RS syväurakuulalaakerien valmistajat, toimittajat Ningbo Aosen Bearing Co., Ltd. on Kiinan 6200-sarjan syväurakuulalaakereiden valmistaja ja 6200zz laakereiden toimittaja, tukkumyynti 62... Näytä tuote →

Sovellukset, joissa on jatkuva aksiaalikuorma tai yhdistetty työntövoima ja säteittäinen kuormituskuvio, vaativat kulmakosketuslaakerin. Sisäinen kosketuskulma parantaa aksiaalista kapasiteettia yhdessä suunnassa, mutta kulmageometria lisää myös kitkaa syväuralaakeriin verrattuna. Suunnittelijat hyväksyvät tämän kompromissin, koska oikein kuormitettu laakeri tuottaa vähemmän kitkaa kuin ylikuormitettu. 7000-sarjan kulmakosketuskuulalaakerit ovat vakiovalinta näissä olosuhteissa.

7000-sarjan kulmakuulalaakerien tukkumyynti, viejä, toimittajat, tehdas Ningbo Aosen Bearing Co., Ltd. on Kiinan tukkumyynti 7000-sarjan kulmakontaktikuulalaakereiden toimittajat, viejät ja laakeritehdas, ... Näytä tuote →

Materiaalivalinta lisää kitkatarinaan toisen kerroksen. Korroosio karhentaa tavalliset kromiteräsradat muutamassa viikossa, kun kone altistuu kemikaalihöyryille, pesupesulle, merivedelle tai korkealle kosteudelle. Karkea pinta tarkoittaa suurempaa kitkaa, joten materiaalivalinta voi hallita laakerin pitkän aikavälin suorituskykyä.

Mitä pienempi kitka tarkoittaa käytännössä

Alhainen laakereiden kitka näkyy mitattavissa: pienempi virrankulutus, alhaisempi käyttölämpötila, hitaampi rasvan hajoaminen ja pidempi laakerien käyttöikä. Monien huoltotiimien käyttämä nyrkkisääntö on, että jokainen 10 K:n lasku laakerin lämpötilassa kaksinkertaistaa rasvan käyttöiän ja pidentää merkittävästi laakerin väsymisikää. Energiansäästö on vaatimattomampi, mutta silti todellinen. Kuuden tai kahdeksan laakerin koneessa suurihäviöisen liukulaakerin ja laadukkaan kuulalaakerin välinen ero voi olla useita prosentteja moottorin kokonaistehonkulutuksesta.

Tästä syystä laakereiden valinta on yhtä lailla taloudellinen kuin mekaaninen päätös. Laakerit, joilla on huono geometria, karkeat kulkuradat tai alamittaiset kuulat lisäävät kitkaa, tuottavat lämpöä ja rikkoutuvat aikaisin. Kun laakerit vioittuvat, varaosa on vain murto-osa seisokkien, työn ja liitettyjen laitteiden vaurioiden kokonaiskustannuksista.

Sovellusympäristö on yksi vahvimmista signaaleista oikean laakeriperheen valinnassa. Elintarvikkeiden jalostuslinjoilla, lääketehtailla, vedenkäsittelylaitoksilla ja kemiantehtailla pesunesteet ja syövyttävät höyryt pilaavat normaalin hiiliteräslaakerin viikoissa. Kilparadat kuoppaavat ja karhenevat, kitka kasvaa ja moottori kuluttaa enemmän virtaa. Näihin olosuhteisiin käytännöllinen ratkaisu on ruostumattomasta teräksestä valmistettu laakeri kontaktitiivisteillä. Olosuhteet, joita suunnittelemme näillä toimialoilla, on kuvattu meidän kemiallisia ja galvanoivia sovelluksia koskevat huomautukset . Kun pesu- ja hygieniastandardit ovat määräävä tekijä, SS 6200 -sarjan ruostumattomasta teräksestä valmistetut syväurakuulalaakerit pitää kulkuradat sileinä paljon pidempään kuin kromiteräs syövyttävän vaikutuksen alaisena.

6200 ZZ/2RS ruostumattomasta teräksestä valmistettujen syväurakuulalaakereiden valmistajat Kuten Kiinan SS 6200 ZZ/2RS ruostumattomasta teräksestä valmistettujen syväurakuulalaakereiden valmistajat ja toimittajat, Ningbo Aosen Bearing custom 6200 series sta... Näytä tuote →

Jos haluat laajemman kuvan siitä, kuinka vierintäkosketin vähentää kitkaa eri laakeriperheissä, meidän opas syväuraan ja kulmakosketuskuulalaakereihin selittää erot yksityiskohtaisesti.

Johtopäätös

Kitka koneissa ei ole mysteeri, ja kuulalaakerit vähentävät sitä yksinkertaisesta syystä: vierivä kosketus haihduttaa paljon vähemmän energiaa kuin liukukosketus. Täyden hyödyn saaminen edellyttää oikean laakerityypin, materiaalin, tiivisteen ja voitelun valitsemista ja sen asentamista ilman kohdistusvirheitä. Kun kaikki nämä asiat yhdistyvät, kuulalaakeri tekee tehtävänsä lähes huomaamatta, ja juuri näin hyvin suunnitellun koneen pitäisi toimia.