วิธีการเลือกแบริ่งที่เหมาะสมสำหรับทดรอบเกียร์

ถึง เลือกแบริ่งที่เหมาะสมสำหรับ ลดเกียร์ คุณต้องจับคู่ประเภทและขนาดของตลับลูกปืนให้ตรงกับโหลดในแนวรัศมีและแนวแกน ความเร็วในการทำงาน อายุการใช้งานความล้า L10 ที่ต้องการ และข้อจำกัดทางเรขาคณิตของเพลาและตัวเรือน ขณะเดียวกันก็รับประกันความเข้ากันได้กับสภาพแวดล้อมของสารหล่อลื่นและความร้อนภายในกระปุกเกียร์ กระบวนการเริ่มต้นด้วยการวิเคราะห์โหลดอย่างละเอียดของแต่ละเพลา ทั้งอินพุต ตรงกลาง และเอาท์พุต เนื่องจากเฟืองเกลียว เดือย หรือเฟืองดอกจอกจะสร้างแรงปฏิกิริยาที่แปลโดยตรงเป็นโหลดในแนวรัศมีและแรงขับของตลับลูกปืน ตามมาตรฐาน American Gear Manufacturing Association (AGMA) 6011 สำหรับเกียร์แบบปิด ควรเลือกตลับลูกปืนเพื่อให้มีอายุการใช้งาน L10 เป็นอย่างน้อย 25,000 ชั่วโมง สำหรับบริการอุตสาหกรรมทั่วไป และขึ้นไป 100,000 ชั่วโมงสำหรับการใช้งานในกระบวนการต่อเนื่องที่สำคัญ . ความเข้าใจ วิธีเลือกลูกปืนให้เหมาะกับเกียร์ทดรอบ เป็นงานวิศวกรรมหลายขั้นตอนที่รวมการคำนวณภาระทางกล สมการอายุของตลับลูกปืนจาก ISO 281 การวิเคราะห์ความหนาของฟิล์มหล่อลื่น และข้อควรพิจารณาในทางปฏิบัติในการติดตั้ง ระยะห่าง และการปิดผนึก

1. วิเคราะห์แรงเกียร์เพื่อกำหนดโหลดแบริ่ง

ขั้นตอนแรกในการเลือกตลับลูกปืนที่ถูกต้องคือการคำนวณแรงปฏิกิริยาในแนวรัศมีและแนวแกนที่ตำแหน่งตลับลูกปืนแต่ละตำแหน่ง ซึ่งเกิดจากส่วนประกอบในแนวสัมผัส การแยก และแรงผลักดันของแรงตาข่ายเฟือง ในตัวลดเกียร์แบบเฮลิคอล หน้าสัมผัสฟันเฟืองจะสร้างแรงในวงสัมผัสที่ส่งแรงบิด แรงแยกในแนวรัศมีที่ดันเฟืองออกจากกัน และแรงขับตามแนวแกนตามแนวเพลาเนื่องจากมุมเกลียว ขนาดของแรงเหล่านี้ขึ้นอยู่กับกำลังส่งและรูปทรงของเฟือง สำหรับเฟืองเดือยนั้นไม่มีแรงขับตามแนวแกน แต่เป็นเฟืองเกลียวที่มีมุมเกลียวเท่ากับ 15 ถึง 30 องศา สร้างภาระในแนวแกนที่เท่ากัน 25% ถึง 50% ของแรงสัมผัส . การใช้เส้นผ่านศูนย์กลางเพลา วงกลมระยะพิทช์ของเฟือง และระยะห่างของแบริ่ง แรงตาข่ายเหล่านี้ได้รับการแก้ไขเป็นแรงปฏิกิริยาในแนวรัศมีและแนวแกนที่ตำแหน่งของตลับลูกปืนแต่ละจุดผ่านสมการสมดุลสถิต สำหรับกระปุกเกียร์เฮลิคอลแบบลดครั้งเดียวทั่วไปที่มีเฟืองยื่นออกมาบนเพลาอินพุต แบริ่งเพลาอินพุตจะพบกับทั้งภาระในแนวรัศมีสูงจากแรงของเฟืองและภาระในแนวแกนที่สำคัญซึ่งต้องแบกโดยตลับลูกปืนที่สามารถรับน้ำหนักรวมได้ บนเพลาส่งออก โหลดมักถูกควบคุมโดยสายพานภายนอกหรือแรงดึงคัปปลิ้ง ซึ่งเพิ่มภาระส่วนที่ยื่นในแนวรัศมีที่ตลับลูกปืนต้องรองรับ โหลดที่คำนวณได้ซึ่งแสดงเป็นนิวตันหรือแรงปอนด์จะกลายเป็นอินพุตหลักสำหรับกระบวนการเลือกตลับลูกปืน เมื่อคุณ เลือกแบริ่งที่เหมาะสมสำหรับ gear reducer ค่าโหลดเหล่านี้จะต้องคำนึงถึงการกระแทกหรือการโอเวอร์โหลดชั่วขณะโดยการใช้ปัจจัยการบริการโดยทั่วไป 1.2 to 2.0 ขึ้นอยู่กับคุณลักษณะของเครื่องขับเคลื่อนตามที่กำหนดไว้ใน AGMA 6011

2. เลือกประเภทตลับลูกปืนที่เหมาะสมตามทิศทางการรับน้ำหนักและความเร็ว

ประเภทของตลับลูกปืนต้องตรงกับสภาวะการรับน้ำหนักเฉพาะที่ตำแหน่งเพลาแต่ละตำแหน่ง: ตลับลูกปืนเม็ดกลมร่องลึกเหมาะสำหรับโหลดในแนวรัศมีและแนวแกนเบาปานกลาง แบริ่งลูกกลิ้งทรงกระบอกรองรับการรับน้ำหนักในแนวรัศมีหนักโดยไม่มีแรงขับในแนวแกน และต้องใช้แบริ่งลูกกลิ้งเรียวหรือตลับลูกปืนเม็ดกลมสัมผัสเชิงมุมเมื่อมีภาระในแนวรัศมีและแนวแกนรวมกันอย่างมีนัยสำคัญ ในเกียร์ทดรอบ เพลาอินพุตมักจะหมุนด้วยความเร็วสูงสุด—โดยทั่วไป 1,750 หรือ 3,500 รอบต่อนาที เมื่อขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ไฟฟ้า ดังนั้น แบริ่งจะต้องได้รับการจัดอันดับสำหรับความเร็วนี้โดยไม่มีการสร้างความร้อนมากเกินไป โดยทั่วไปตลับลูกปืนจะมีความเร็วที่สูงกว่าตลับลูกปืนเม็ดกลมที่มีขนาดรูเท่ากัน บนเพลาส่งออก ความเร็วจะต่ำกว่าแต่แรงบิดและโหลดในแนวรัศมีจะสูงกว่า ซึ่งนิยมใช้แบริ่งลูกกลิ้ง ตารางด้านล่างสรุปประเภทตลับลูกปืนที่ใช้บ่อยที่สุดในตัวลดเกียร์และเกณฑ์การเลือก

3. คำนวณพิกัดโหลดแบบไดนามิกที่ต้องการและอายุความล้า L10

เมื่อทราบภาระของตลับลูกปืนแล้ว ขั้นตอนต่อไปคือการคำนวณพิกัดโหลดไดนามิกพื้นฐานที่ต้องการโดยใช้สมการชีวิต ISO 281 เพื่อให้แน่ใจว่าตลับลูกปืนจะคงอยู่ได้ตามจำนวนชั่วโมงการทำงานที่ต้องการ ก่อนที่สัญญาณแรกของความล้าของวัสดุใต้ผิวดินจะปรากฏขึ้น ชีวิต L10 ซึ่งแสดงเป็นล้านรอบหรือชั่วโมงคือชีวิตนั้น 90% ของประชากรที่มีตลับลูกปืนเหมือนกัน จะตอบสนองหรือเกินภายใต้ภาระและความเร็วที่กำหนด สูตร ISO 281 สำหรับตลับลูกปืนเม็ดกลมคือ L10 = (C/P)³ และสำหรับตลับลูกปืนลูกกลิ้งคือ L10 = (C/P)^(10/3) โดยที่ C คือพิกัดการรับน้ำหนักแบบไดนามิกพื้นฐานของตลับลูกปืน และ P คือพิกัดการรับน้ำหนักแบบไดนามิกที่เทียบเท่ากัน P คำนวณจากแรงในแนวรัศมีและแนวแกนโดยใช้ปัจจัย X และ Y ซึ่งขึ้นอยู่กับประเภทของตลับลูกปืนและอัตราส่วนของแรงในแนวแกนต่อแนวรัศมี ถึง เลือกแบริ่งที่เหมาะสมสำหรับ gear reducer ขั้นแรกให้คุณคำนวณอัตราโหลดแบบไดนามิกพื้นฐานที่ต้องการ C_req = P × (L10_req)^(1/p) โดยที่ p คือ 3 สำหรับลูกบอลและ 10/3 สำหรับลูกกลิ้ง จากนั้นเลือกตลับลูกปืนจากแค็ตตาล็อกที่มีพิกัดการรับน้ำหนักแบบไดนามิก C เท่ากับหรือมากกว่า C_req สำหรับเกียร์ทดรอบที่ทำงานที่ 1,750 รอบต่อนาที และต้องการอายุการใช้งาน L10 25,000 ชั่วโมง ค่า L10 ในล้านรอบคือ 1,750 × 60 × 25,000 / 1,000,000 = 2,625 ล้านรอบ . ดังนั้นอัตราส่วน C/P ที่ต้องการคือ (2,625)^(1/3) = โดยประมาณ 13.8 for a ball bearing. หากโหลดสมมูลที่คำนวณได้ P คือ 2,000 N อัตราโหลดไดนามิกที่ต้องการคือ 2,000 × 13.8 = 27,600 N . ตลับลูกปืนที่เลือกจะต้องมีค่า C ในแค็ตตาล็อกเกินจำนวนนี้ จากข้อมูลทางวิศวกรรมของผู้ผลิตตลับลูกปืน ตลับลูกปืนเม็ดกลมร่องลึกมาตรฐานในซีรีส์ 62 และ 63 มักจะให้คะแนนโหลดแบบไดนามิกจาก 10,000 to 100,000 N ครอบคลุมการใช้งานลดเกียร์อุตสาหกรรมที่หลากหลาย

4. ตรวจสอบความสามารถในการรับน้ำหนักแบบคงที่และปัจจัยด้านความปลอดภัย

นอกจากนี้ แบริ่งยังต้องได้รับการตรวจสอบความสามารถในการรับน้ำหนักคงที่เพื่อให้แน่ใจว่าน้ำหนักสูงสุดสูงสุด เช่น ระหว่างการสตาร์ท การติดขัดชั่วขณะ หรือโหลดกระแทก จะไม่ทำให้เกิดการเสียรูปอย่างถาวรขององค์ประกอบกลิ้งหรือรางน้ำ คะแนนโหลดคงที่พื้นฐาน C0 ถูกกำหนดไว้ใน ISO 76 ว่าเป็นโหลดที่ทำให้เกิดความเค้นสัมผัสที่คำนวณได้ 4,200 MPa for ball bearings and 4,000 MPa สำหรับแบริ่งลูกกลิ้งที่หน้าสัมผัสองค์ประกอบลูกกลิ้งรับน้ำหนักมากที่สุด ปัจจัยด้านความปลอดภัยแบบสถิต S0 = C0 / P0 โดยที่ P0 คือภาระแบริ่งสถิตที่เทียบเท่ากัน ควรมีอย่างน้อย 2 สำหรับการทำงานที่ราบรื่นและ 3 ขึ้นไปสำหรับการใช้งานที่ต้องรับแรงกระแทก . ในตัวลดเกียร์ที่ขับเคลื่อนเครื่องบดย่อยหรือสายพานลำเลียงที่รับน้ำหนักมาก แรงบิดสูงสุดระหว่างการติดขัดอาจมากกว่าแรงบิดปกติหลายเท่า หากไม่มีความจุคงที่เพียงพอ ร่องน้ำของตลับลูกปืนสามารถ brinell ภายใต้เหตุการณ์โอเวอร์โหลดเพียงครั้งเดียว ทำให้เกิดเสียงรบกวนและการสั่นสะเทือนที่นำไปสู่ความล้มเหลวของความเมื่อยล้าอย่างรวดเร็ว When you เลือกแบริ่งที่เหมาะสมสำหรับ gear reducer การตรวจสอบไฟฟ้าสถิตมีความสำคัญพอๆ กับการคำนวณความล้า โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับแบริ่งเพลาเอาท์พุตซึ่งมีแรงบิดสูงและอาจมีการโอเวอร์โหลด

5. พิจารณาการหล่อลื่น การซีล และการขยายความร้อน

การเลือกตลับลูกปืนต้องคำนึงถึงวิธีการหล่อลื่นภายในตัวลดเกียร์ ไม่ว่าจะเป็นการหล่อลื่นแบบสาดด้วยน้ำมันเกียร์หรือจาระบีที่บรรจุไว้ในห้องที่ปิดสนิท และต้องแน่ใจว่าอัตราความเร็วของตลับลูกปืนเพียงพอสำหรับความหนืดของน้ำมันหล่อลื่นที่อุณหภูมิการทำงาน ในกระปุกเกียร์แบบหล่อลื่นแบบสแปลช โดยทั่วไปน้ำมันเกียร์จะเป็นน้ำมันแร่ ISO VG 150 ถึง VG 460 ที่มีสารเติมแต่งแรงดันสูงพิเศษ ความเร็วจำกัดของแบริ่งที่ระบุไว้ในแค็ตตาล็อกสำหรับการหล่อลื่นน้ำมันและจาระบี จะต้องลดลง หากความหนืดของน้ำมันจริงสูงกว่าความหนืดอ้างอิง อุณหภูมิในการทำงานภายในตัวลดเกียร์สามารถเข้าถึงได้ 80°C ถึง 100°C (176°F ถึง 212°F) ซึ่งช่วยลดความหนืดของน้ำมันและความหนาของชั้นฟิล์มน้ำมันหล่อลื่น อัตราส่วนคัปปา—อัตราส่วนของความหนืดของน้ำมันหล่อลื่นจริงต่อความหนืดขั้นต่ำที่ต้องการสำหรับการสร้างฟิล์มที่เพียงพอ—ควรมีอย่างน้อย 2 ถึง 4 for reliable operation. หากคัปปาที่คำนวณได้ต่ำกว่า 1 แสดงว่าสภาวะการหล่อลื่นขอบเขตยังคงอยู่ และอายุการใช้งานของตลับลูกปืนจะต้องลดลงโดยใช้ปัจจัย a23 จาก ISO 281 ซึ่งสามารถลดอายุการใช้งาน L10 ที่คำนวณไว้ได้ 50% หรือมากกว่า ต้องเลือกซีลแบริ่ง ไม่ว่าจะเป็นซีลยางในตัวหรือซีลเขาวงกตภายนอก จะต้องเลือกเพื่อกักเก็บน้ำมันเกียร์ไว้ภายในตัวเรือนและไม่รวมสิ่งปนเปื้อน ตลับลูกปืนที่มีซีลหน้าสัมผัสในตัวเหมาะสำหรับเพลาอินพุตกระปุกเกียร์ที่เพลาเจาะเข้าไปในตัวเรือน เพื่อป้องกันน้ำมันรั่วที่ส่วนต่อประสานที่สำคัญนี้

6. กำหนดระยะห่างภายในของแบริ่งและการจัดวางการติดตั้ง

ต้องเลือกระยะห่างรัศมีภายในของแบริ่งโดยพิจารณาจากความพอดีของวงแหวนด้านในบนเพลาและวงแหวนด้านนอกในตัวเรือน ความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างวงแหวนด้านในและด้านนอกระหว่างการทำงาน และความจำเป็นในการรองรับการขยายตัวทางความร้อนตามแนวแกนของเพลา ในเกียร์ทดรอบ โดยทั่วไปเพลาจะร้อนกว่าตัวเรือนเนื่องจากความร้อนจะถูกส่งจากเฟืองไปตามเพลา ความแตกต่างของอุณหภูมิของ 10°C to 20°C ระหว่างวงแหวนด้านในและด้านนอกช่วยลดระยะห่างภายในได้หลายไมครอน หากระยะห่างเริ่มแรกน้อยเกินไป ตลับลูกปืนจะถูกโหลดไว้ล่วงหน้าและมีความร้อนมากเกินไป ระดับการกวาดล้างมาตรฐานคือ C2 (เล็กกว่าปกติ), CN (ปกติ), C3 (มากกว่าปกติ) และ C4 สำหรับการใช้งานตัวลดเกียร์ โดยทั่วไปจะมีการระบุระยะห่าง C3 เนื่องจากรองรับการสวมอัดของวงแหวนด้านในบนเพลาและการขยายตัวทางความร้อน การจัดตำแหน่งการติดตั้งต้องได้รับการพิจารณาด้วย: ตลับลูกปืนหนึ่งตัวบนเพลาแต่ละอันควรเป็นตลับลูกปืนกำหนดตำแหน่งที่ยึดเพลาในแนวแกน ในขณะที่อีกตลับลูกปืนหนึ่งควรเป็นตลับลูกปืนที่ไม่สามารถระบุตำแหน่งได้ซึ่งช่วยให้เพลาขยายและหดตัวได้อย่างอิสระ ตลับลูกปืนเม็ดกลมร่องลึกที่มีร่องแหวนล็อคหรือแบริ่งลูกกลิ้งทรงกระบอกที่มีวงแหวนด้านในแบบแยกส่วนสามารถทำหน้าที่เป็นตลับลูกปืนที่ไม่สามารถระบุตำแหน่งได้ แบริ่งลูกกลิ้งเรียวที่ติดตั้งในลักษณะตรงข้ามจะให้ตำแหน่งทั้งแนวรัศมีและแนวแกนโดยสามารถปรับระยะห่างหรือพรีโหลดได้ ซึ่งเป็นประโยชน์สำหรับความแม่นยำในการต่อเฟืองเกียร์ แต่ต้องมีการตั้งค่าการเล่นส่วนท้ายอย่างระมัดระวังระหว่างการประกอบ

คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับการเลือกตลับลูกปืนลดเกียร์

ฉันจะคำนวณโหลดไดนามิกที่เท่ากันสำหรับตลับลูกปืนแนวรัศมีและแนวแกนรวมกันได้อย่างไร

โหลดไดนามิกที่เทียบเท่า P คำนวณโดยใช้ P = XFr YFa โดยที่ Fr คือโหลดในแนวรัศมี Fa คือโหลดตามแนวแกน และ X และ Y เป็นปัจจัยที่กำหนดในแค็ตตาล็อกของผู้ผลิตตลับลูกปืนสำหรับตลับลูกปืนแต่ละประเภท สำหรับตลับลูกปืนเม็ดกลมร่องลึก ค่า X และ Y ขึ้นอยู่กับอัตราส่วน Fa/Fr และระดับระยะห่างในแนวรัศมี เมื่อ Fa/Fr เกินเกณฑ์ที่เรียกว่า e โหลดในแนวแกนจะมีนัยสำคัญและ Y จะเพิ่มขึ้น เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่แม่นยำ ให้ใช้ค่า X และ Y เฉพาะสำหรับทิศทางที่เลือกจากเอกสารข้อมูลเมื่อคุณ เลือกแบริ่งที่เหมาะสมสำหรับ gear reducer .

อะไรคือความแตกต่างระหว่าง C3 และระยะห่างมาตรฐาน และเหตุใด C3 จึงพบได้ทั่วไปในกระปุกเกียร์

ระยะห่าง C3 ให้ระยะห่างภายในในแนวรัศมีที่ใหญ่กว่าระยะห่างปกติของ CN ระบุไว้สำหรับแบริ่งลดเกียร์เนื่องจากวงแหวนด้านในซึ่งติดตั้งโดยมีการรบกวนพอดีกับเพลาจะขยายและลดระยะห่าง นอกจากนี้ วงแหวนด้านในยังร้อนกว่าวงแหวนด้านนอกเนื่องจากการนำความร้อนจากเกียร์ ส่งผลให้ระยะห่างลดลงอีก ระยะห่างจาก C3 จะชดเชยการลดลงเหล่านี้และป้องกันไม่ให้ตลับลูกปืนทำงานภายใต้พรีโหลดที่มากเกินไป ซึ่งจะเพิ่มแรงเสียดทานและลดอายุการใช้งาน

ฉันสามารถใช้แบริ่งแบบปิดผนึกในกระปุกเกียร์แบบหล่อลื่นด้วยอ่างน้ำมันได้หรือไม่

โดยทั่วไปไม่แนะนำให้ใช้ตลับลูกปืนแบบปิดผนึกที่มีซีลยางในตัวสำหรับการหล่อลื่นแบบอ่างน้ำมัน เนื่องจากซีลจะป้องกันไม่ให้น้ำมันเกียร์เข้าไปและหล่อลื่นตลับลูกปืน แต่จะใช้ตลับลูกปืนแบบเปิดหรือตลับลูกปืนแบบมีฉนวนแทน เพื่อให้น้ำมันที่กระเด็นไหลผ่านตลับลูกปืน อย่างไรก็ตาม ตลับลูกปืนแบบปิดผนึกมีความเหมาะสมสำหรับส่วนต่อขยายเพลาอินพุตตรงจุดที่เพลาออกจากตัวเรือน เพื่อป้องกันน้ำมันรั่วไหลไปตามเพลา ในตำแหน่งนั้น ตลับลูกปืนแบบปิดผนึกจะถูกอัดจาระบีตลอดอายุการใช้งานและแยกออกจากน้ำมันภายใน

การเรียนรู้ วิธีเลือกลูกปืนให้เหมาะกับเกียร์ทดรอบ เป็นกระบวนการที่เป็นระบบที่รวมการวิเคราะห์โหลด การคำนวณอายุการใช้งาน และข้อควรพิจารณาในทางปฏิบัติเกี่ยวกับการหล่อลื่น ระยะห่าง และการติดตั้ง โดยทำตามขั้นตอนในการคำนวณแรงของเฟือง การเลือกประเภทตลับลูกปืนที่ถูกต้อง การกำหนดขนาดของตลับลูกปืนสำหรับอายุการใช้งาน L10 ที่ต้องการ การตรวจสอบความจุคงที่ และการยืนยันเงื่อนไขการหล่อลื่น วิศวกรจึงมั่นใจได้ว่าตัวลดเกียร์จะทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือและเงียบตามอายุการใช้งานที่ต้องการโดยไม่เกิดความล้มเหลวของตลับลูกปืนก่อนกำหนด