Wat is het koppel van een zwenklager? Wrijving, formules en selectiegids

Wanneer de bovenwagen van een kraan aarzelt bij zijn eerste beweging op een koude ochtend, ligt het probleem zelden alleen bij de motor. Veel vaker heeft niemand de aandrijving op maat gemaakt voor het koppel dat zich in het lager zelf verbergt. Het koppel van een zwenklager is geen vast getal dat naast de belastingswaarden op een gegevensblad wordt afgedrukt. Het is de weerstand die het lager tegen rotatie creëert: wrijving van rollende elementen die de last dragen, van afdichtingslippen die langs de ring rijden, en van tandwieltanden waar een integraal tandwiel is gemonteerd. Het korte antwoord is dit: het koppel van een zwenklager is een variabele wrijvingsbelasting, gewoonlijk 1,5 tot 2 keer hoger bij het wegrijden dan bij stabiel draaien, en het hoort centraal te staan ​​bij de afmetingen van de aandrijving, niet in de marges.

Drie verschillende "koppels" raken in de war bij zwenktoepassingen

Voordat u iets berekent, scheidt u eerst de drie grootheden die ingenieurs terloops 'zwenkkoppel' noemen, omdat een waarde voor één van hen u bijna niets vertelt over de andere.

• Lagerwrijvingskoppel — de weerstand die in het lager zelf wordt gegenereerd door rolelementen, afdichtingen en tandwielen. Dit is wat de term meestal betekent.
• Vereist aandrijfkoppel — alles wat de motor of het rondsel moet leveren: lagerwrijving plus traagheid tijdens acceleratie plus werkweerstand zoals windbelasting of graafreactie.
• Houd- of remkoppel — het statische koppel dat een aandrijving zonder schade kan weerstaan. Dit is een schijfspecificatie, geen lagerspecificatie.

Een gegevensblad voor zwenklagers vermeldt zelden een enkel wrijvingskoppelgetal, en die weglating is opzettelijk. Wrijving is afhankelijk van de daadwerkelijk toegepaste axiale belasting, radiale belasting en kantelmoment, van de speling of voorbelastingsklasse die u bestelt, van de viscositeit van het smeermiddel en van de temperatuur. Twee identieke ringen kunnen afhankelijk van de belasting een factor drie verschillen in gemeten weerstand, dus het als een constante beschouwen is waar de meeste selectiefouten beginnen.

De drie componenten van het wrijvingskoppel van een zwenklager

Fabrikanten modelleren het totale wrijvingskoppel als de som van drie delen: M = Mf Mevr mgr. Iedereen gedraagt ​​zich anders in de dienstverlening, en daarom is de splitsing van belang.

Lastdragend wrijvingskoppel (Mf)

Rolweerstand wordt gegenereerd waar kogels of rollen de loopbanen raken onder de uitgeoefende axiale belasting, radiale belasting en kantelmoment. Het groeit met de belasting, steil dus onder grote momentbelastingen die één kant van de loopbaan hard in contact drukken. Kogelontwerpen vertonen puntcontact en hebben over het algemeen een lagere weerstand; rolontwerpen dragen meer belasting per maat tegen de prijs van hogere wrijving bij volledige belasting.

Afdichtingswrijvingskoppel (Ms)

Afdichtingslippen die over het ringoppervlak glijden, veroorzaken een weerstand die vrijwel onafhankelijk is van de belasting. Op een klein of licht belast lager kunnen afdichtingen verantwoordelijk zijn voor het grootste deel van de totale wrijving, en elke extra lip draagt ​​daar aan bij. Twee lagers met identieke omhulsels maar verschillende afdichtingsopstellingen kunnen daarom merkbaar verschillende aandrijvingen vereisen.

Tandwielwrijving (Mg)

Tandwielringen zorgen voor wrijving op het grensvlak van rondsel en ring, beïnvloed door de kwaliteit van het tandwiel, de module, de smering en de uitlijning van de mazen. Bij eenheden met externe tandwieloverbrengingen komt een niet goed uitgelijnd rondsel tot uiting in zowel een verhoogd koppel als plaatselijke tandslijtage.

Omdat deze componenten verschillend schalen afhankelijk van de grootte en de belasting, bepaalt de structuurkeuze het koppelbudget. In lichte en middelzware apparatuur zoals zonnetrackers, kleine klepstandstellers en voedselmachines, a eenrijig kogellager houdt de rol- en afdichtingswrijving laag genoeg zodat compacte, energiezuinige aandrijvingen levensvatbaar blijven.

Eenrijig kogelzwenklager voor lichte rotatie Met één rij gehard stalen kogels blijft dit lager rollen en is de afdichtingswrijving laag, zodat compacte aandrijvingen in zonnetrackers, kleine klepstandstellers en voedselmachines levensvatbaar blijven. Warmtebehandelde loopvlakken, afdichtingsopties en eenvoudige installatie ondersteunen een lange, stabiele service. Bekijk Product →

Hoe het koppel van een zwenklager te berekenen

Serieuze projecten werken de cijfers vanuit beide richtingen.

Van beschikbaar vermogen

De praktische formule aan de aandrijfzijde is M = P / ω, waarbij P het aan de ring geleverde vermogen is en ω de hoeksnelheid in radialen per seconde. Een platform dat met 1 tpm draait, draait met ω = 2π/60 ≈ 0,105 rad/s. Als bij die snelheid 1,5 kW de ring bereikt, is het beschikbare koppel ongeveer 1.500 / 0,105 ≈ 14.300 N·m, ongeveer 14 kNm. Voer de rekenkunde in omgekeerde volgorde uit om te controleren of een voorgestelde motor en versnellingsbak daadwerkelijk kunnen leveren wat de toepassing vereist bij reële zwenksnelheden.

Van wrijving

Een first-pass-schatting vermenigvuldigt de equivalente contactbelasting met de loopbaanradius en een gecombineerde wrijvingscoëfficiënt: M ≈ µ × F × d/2. Werkwaarden van µ tussen ongeveer 0,005 en 0,015 dekken rolcontact plus afdichtingen, waarbij de lage kant voor licht voorgespannen kogelontwerpen in warme, goed gesmeerde omstandigheden en de hoge kant voor zwaarbelaste of koudlopende eenheden. Formules van fabrikanten verfijnen dit tot polynomen die de axiale, radiale en momenttermen afzonderlijk wegen, dus gebruik ze voor de laatste controle in plaats van voor de schatting.

De rest van de plicht toevoegen

De totale vraag is M_aandrijving = M_frictie M_inertie M_working. Het traagheidskoppel domineert bij automatiserings- en volgsystemen met snelle indexering; Bij graafmachines en kranen domineert de werkweerstand. Waar een zwenkaandrijving met wormwiel een open rondsel vervangt, zet de gesloten verhouding een bescheiden motorkoppel om in het grote uitgangskoppel dat de ring nodig heeft, en hoe de overbrengingsverhouding het koppel en de snelheid bepaalt verdient een eigen verificatiestap voordat u de motorgrootte vastlegt.

Startkoppel versus loopkoppel

Het gemeten losbreekkoppel op een zwenklager bedraagt doorgaans 1,5 tot 2 keer de constante bedrijfswaarde, en de opening wordt groter bij koud weer. Dit wordt veroorzaakt door drie effecten: de statische wrijving onder belasting is hoger dan de bewegende wrijving, het vet verstijft totdat de rollende elementen de eerste paar omwentelingen door een dikkere film ploegen, en de afdichtingslippen grijpen harder voordat ze warm worden en zich aanpassen. Voor de selectie van de aandrijving betekent dit dat de instellingen van de motor, de versnellingsbak en de overdrukklep de losbreekpiek moeten overschrijden, en niet het lopende gemiddelde. Een controle die het belangrijkst is bij uitrusting die onder volle belasting start, zoals de bovenbouw van graafmachines en pollepeldragers.

Wat het koppel van het zwenklager omhoog of omlaag duwt

• Klaring- of voorbelastingsklasse: voorgespannen ringen lopen stijver en zijn beter bestand tegen rotatie; ze kopen nauwkeurigheid ten koste van koppel.
• Belastingsgrootte en kantelmoment: zwaardere, niet-gecentreerde belastingen verhogen de contactdruk en wrijving van de loopbaan.
• Temperatuur en smeermiddel: vet met lage temperatuur of hoge viscositeit verhoogt zowel het start- als het draaikoppel.
• Afdichtingsontwerp: extra lippen en strakker contact zorgen voor een constante weerstand.
• Montagenauwkeurigheid: een niet-vlak montageoppervlak of een ongelijkmatig aandraaien van de bout vervormt de ringen en belast de loopbaan ongelijkmatig.
• Uitlijning van tandwielnetwerk: een niet goed uitgelijnd rondsel verhoogt de wrijving van de tandwielen en versnelt de slijtage.

Het laadkarakter is net zo belangrijk als de laadgrootte. Inschakelduur die schommelt of omkeert, zorgt ervoor dat de contactzone rond de loopbaan beweegt, zodat de weerstand gedurende de cyclus verandert; het is de moeite waard om te herzien hoe kogelontwerpen met één rij omgaan met fluctuerende belastingen voordat een dienstprofiel wordt afgerond.

Aan de zware kant van het spectrum – havenkranen, tunnelmachines, grote graafmachines – wordt hogere wrijving geaccepteerd als de prijs van capaciteit, en dat is waar een 13-serie drierijig rolzwenklager verdient zijn plaats: afzonderlijke loopbanen dragen onafhankelijk van elkaar axiale, radiale en momentbelastingen, zodat geen enkele rij in gevaar komt.

13-serie drierijige rolzwenklagers voor zware lasten Afzonderlijke loopbanen dragen onafhankelijk axiale, radiale en momentbelastingen, waardoor dit lager uit de 13-serie geschikt is voor havenkranen, tunnelmachines en grote graafmachines waar de capaciteit groter is dan de toegevoegde wrijving. De constructie van gelegeerd staal en het vereenvoudigde onderhoud ondersteunen veeleisende bedrijfscycli. Bekijk Product →

Wat u moet bevestigen bij uw leverancier voordat u bestelt

1. Wrijvingskoppelgegevens bij uw belastingen: start- en bedrijfswaarden, niet één gemengd cijfer.
2. Testomstandigheden: de belasting, snelheid en temperatuur waarbij deze waarden werden gemeten.
3. Klarings- of voorbelastingsklasse – en wat dit doet met de verwachte weerstand.
4. Afdichtings- en vetspecificaties - aantal lippen, vettype en vulniveau, en gedrag in koude klimaten.
5. Tandwielkwaliteit en speling - voor tandwielringen, aangezien de maaskwaliteit rechtstreeks in Mg wordt ingevoerd.
6. Acceptatiecriteria — een gemeten rotatie-koppellimiet tijdens de spintest vóór verzending.

Wanneer de wrijving en het werkkoppel groter worden dan wat een rondsel en reductiemiddel economisch kan verwerken, stappen veel kopers over op geïntegreerde eenheden; een horizontale zwenkaandrijving verpakt het lager, de omsloten tandwieloverbrenging en het montagehuis als één op elkaar afgestemd geheel, zodat de koppelketting is ontworpen als een systeem in plaats van uit onderdelen te worden samengesteld.

Horizontale zwenkaandrijving met zelfremmende functie Deze geïntegreerde eenheid combineert lagers, gesloten tandwielen en montagebehuizingen als één op elkaar afgestemd geheel, zodat de koppelketting als één systeem is ontworpen. Zelfremmend houdt zijn positie vast onder belasting zonder stroom, handig wanneer wrijving en werkkoppel de pin-en-reductoropstellingen overschrijden. Bekijk Product →

Het koppel van een zwenklager kan het beste worden behandeld als een systeemeigenschap en niet als een catalogusconstante. Het is de som van belasting, afdichting en tandwielwrijving; het piekt bij het opstarten; en het beweegt met voorspanning, temperatuur, smering en montagekwaliteit. Deel uw echte belastingsgevallen – axiaal, radiaal, moment, snelheid en temperatuurbereik – vroegtijdig met de lagerfabrikant en vraag om start- en draaimomentgegevens voor die belastingen. Die ene stap voorkomt de duurste faalwijze bij zwenktoepassingen: een machine die draait, maar nooit zo gemakkelijk als de tekening beloofde.