Razumijevanje načina na koji kuglični ležajevi smanjuju trenje u strojevima za bolju izvedbu

Inženjer održavanja nedavno je opisao čudan problem. Motor od 15 kW na pokretnoj liniji nastavio je raditi 12 K iznad temperature s natpisne pločice. Mast oko brtve vratila je promijenila boju, a mjesečna očitanja energije su rasla. Motor je bio u redu; ležajevi nisu bili. Kada su pravilno dimenzionirani kuglični ležajevi s dubokim utorima zamijenili istrošene čahure, temperatura motora vratila se na normalu u roku od nekoliko sati. Tako u stvarnom životu izgleda pitanje "kako kuglični ležajevi smanjuju trenje u strojevima".

Kratak odgovor je da kuglični ležajevi zamjenjuju trenje klizanja trenjem kotrljanja. Budući da kotrljajući kontakt između kuglica i trkaćih staza ima koeficijent trenja otprilike jednu stotinu onog podmazane klizne površine, kuglični ležaj dramatično smanjuje gubitke trenja. To znači manje izgubljene energije, manje topline, sporije trošenje i duži vijek trajanja stroja.

Zašto je kotrljajući kontakt bolji od kliznog kontakta

Bilo koje dvije površine koje se kreću jedna prema drugoj stvaraju trenje. Kada dvije ravne ili cilindrične površine klize, kontaktna površina je relativno velika, a sila potrebna za njihovo kretanje ovisi o koeficijentu trenja između materijala. Obična osovina koja rotira u kliznom ležaju, čak i kada je dobro podmazana, obično ima koeficijent trenja između 0,08 i 0,15. Ako se podmazivanje pokvari, ta vrijednost raste na 0,4 ili više.

Kuglični ležaj potpuno mijenja sliku. Opterećenje nose kuglice od kaljenog čelika koje se kotrljaju unutar zakrivljenih kanala. Umjesto struganja preko velikog područja, svaka se kuglica kotrlja po malom kontaktnom mjestu. Zbog toga je koeficijent trenja za ispravno podmazan kuglični ležaj s dubokim utorima obično 0,001 do 0,005, jedan do dva reda veličine niži od kliznog kontakta.

Što se zapravo događa unutar kugličnog ležaja

Da bismo razumjeli zašto kuglični ležajevi tako učinkovito smanjuju trenje, pomaže pogled na dijelove u pokretu. Kuglični ležaj ima četiri funkcionalne skupine: unutarnji prsten, vanjski prsten, set kuglica i kavez. Unutarnji prsten je pritisnut na osovinu; vanjski prsten nalazi se u kućištu. Kada se osovina okreće, unutarnji prsten se okreće i kuglice se kotrljaju duž utora oba prstena.

Kontakt između svake kuglice i trkaće staze nije jedna točka nego malo eliptično područje formirano elastičnom deformacijom pod opterećenjem, obično nazvano Hertzov kontakt. Čak i pri umjerenim opterećenjima, to je područje maleno u usporedbi s kliznim kontaktnim područjem kliznog ležaja. Budući da se lopta kotrlja, a ne klizi, relativna brzina na kontaktu je mnogo niža, a energija koja se rasipa trenjem naglo opada.

Kuglični ležaj nije potpuno bez trenja. Otpor kotrljanja proizlazi iz elastične histereze u čeliku, mikroklizanja između kuglica i trkaćih staza, trenja u kavezu i smicanja filma maziva. Te komponente su male, ali su važne u preciznim primjenama. Zbog toga geometrija, završna obrada površine i kvaliteta materijala ležaja imaju izravan učinak na količinu trenja koju proizvodi.

Čimbenici koji povećavaju ili smanjuju trenje u ležaju

Razlika između ležaja koji glatko radi i onog koji se pregrijava često se svodi na nekoliko radnih čimbenika. Njihovo razumijevanje pomaže inženjerima odabrati pravi ležaj i izbjeći preuranjene kvarove.

Opterećenje i brzina

Kako se opterećenje povećava, deformirano kontaktno područje raste i raste otpor kotrljanja. Osobito je utjecajno aksijalno opterećenje: prisiljavanje ležaja s dubokim žljebovima da podnosi kontinuirano potisno opterećenje znatno povećava trenje. Pri većim brzinama, centrifugalna sila gura kuglice prema van, dodajući unutarnje opterećenje i povećavajući moment trenja.

Podmazivanje

Odgovarajuća mast održava tanki film između kuglica i žljebova, odvajajući površine i smanjujući trenje i trošenje. Pretjerano podmazivanje je uobičajena pogreška: punjenje šupljine ležaja preko otprilike 30 posto pri maloj brzini ili 20 posto pri velikoj brzini, uzrokuje bućkanje i povisuje radnu temperaturu.

Pečati i štitovi

Metalni štitovi bez kontakta, označeni kao ZZ, sprječavaju velike čestice i gotovo ne stvaraju trenje. Kontaktne gumene brtve, označene kao 2RS, pružaju jaču zaštitu od vlage i fine prašine, ali trljaju se o unutarnji prsten i povećavaju otpor. U vlažnim ili ispranim okruženjima, dodatno trenje obično je poštena cijena za zaštitu.

Montaža i predopterećenje

Neusklađenost između provrta kućišta i osovine, ili iskrivljenje vanjskog prstena tijekom ugradnje pritiskom, povećava unutarnje naprezanje i trenje. Prednapregnuti ležajevi su namjerno zategnuti kako bi se uklonio zazor, poboljšavajući krutost, ali dodajući trenje. Primijenite predučitavanje samo kada aplikacija to uistinu zahtijeva.

Odabir pravog dizajna ležaja

Za većinu industrijske rotirajuće opreme, kuglični ležaj s dubokim žljebovima je prvi izbor jer nudi najniže trenje od bilo kojeg uobičajenog kotrljajućeg ležaja dok nosi radijalna i umjerena aksijalna opterećenja. To je ujedno i najekonomičnija opcija, a serija pokriva širok raspon veličina provrta i nosivosti za motore, pumpe, mjenjačke kutije i pokretne valjke. U tipičnom dizajnu stroja, Kuglični ležajevi serije 6200 s dubokim utorima služe kao pouzdana baza.

6200 ZZ/2RS kuglični ležajevi s dubokim žljebovima Proizvođači, dobavljači Ningbo Aosen Bearing Co., Ltd. je kineski proizvođač kugličnih ležajeva s dubokim žljebovima serije 6200 i dobavljači ležajeva 6200zz, veleprodaja 62... Pogledajte proizvod →

Primjene s kontinuiranim aksijalnim opterećenjem ili s kombiniranim uzorkom potiska i radijalnog opterećenja zahtijevaju ležaj s kutnim kontaktom. Unutarnji kontaktni kut poboljšava aksijalni kapacitet u jednom smjeru, ali kutna geometrija također povećava trenje u usporedbi s ležajem s dubokim utorima. Dizajneri prihvaćaju taj kompromis jer pravilno opterećeni ležaj proizvodi manje trenja od preopterećenog. Kuglični ležajevi serije 7000 s kutnim kontaktom su standardni izbor za ove uvjete.

Veleprodaja kugličnih ležajeva s kutnim kontaktom serije 7000 Izvoznik, dobavljači, tvornica Ningbo Aosen Bearing Co., Ltd. je kineska veleprodaja kugličnih ležajeva s kutnim kontaktom serije 7000, dobavljači, izvoznici i tvornica ležajeva, ... Pogledajte proizvod →

Odabir materijala dodaje još jedan sloj priči o trenju. Korozija ogrubi standardne kanale od kromiranog čelika u roku od nekoliko tjedana kada je stroj izložen kemijskim parama, čišćenju vodom za pranje, morskoj vodi ili visokoj vlažnosti. Hrapava površina znači veće trenje, tako da izbor materijala može dominirati dugoročnom izvedbom ležaja.

Što manje trenje znači u praksi

Nisko trenje ležajeva pokazuje se na mjerljive načine: niža potrošnja energije, niža radna temperatura, sporija degradacija masti i dulji životni vijek ležaja. Praktično pravilo koje koriste mnogi timovi za održavanje je da svakih 10 K smanjenja temperature ležaja udvostručuje životni vijek masti i značajno produljuje vijek trajanja ležaja od zamora. Ušteda energije je skromnija, ali ipak stvarna. U stroju sa šest ili osam ležajeva, razlika između kliznog ležaja s velikim gubicima i kvalitetnog kugličnog ležaja može predstavljati nekoliko postotaka ukupne potrošene snage motora.

Zbog toga je odabir ležaja ekonomska odluka koliko i mehanička. Ležajevi s lošom geometrijom, grubim kanalima za klizanje ili premalim kuglicama povećavaju trenje, stvaraju toplinu i rano otkazuju. Kada ležaj pokvari, zamjenski dio je samo djelić ukupnih troškova zastoja, rada i oštećenja povezane opreme.

Okruženje primjene jedan je od najjačih signala za odabir prave obitelji ležajeva. U linijama za preradu hrane, farmaceutskim postrojenjima, postrojenjima za obradu vode i kemijskim postrojenjima, tekućine za ispiranje i korozivne pare uništit će standardni ležaj od ugljičnog čelika za nekoliko tjedana. Kanali su udubljeni i hrapavi, trenje raste, a motor troši više struje. Za te uvjete praktični odgovor je ležaj od nehrđajućeg čelika s kontaktnim brtvama. Uvjeti koje planiramo u tim industrijama opisani su u našem bilješke o kemijskoj i galvanskoj primjeni . Tamo gdje su standardi ispiranja i higijene odlučujući faktor, Kuglični ležajevi od nehrđajućeg čelika serije SS 6200 s dubokim utorima održavaju kanale glatkima daleko dulje od kromiranog čelika pod korozivnim napadom.

6200 ZZ/2RS kuglični ležajevi od nehrđajućeg čelika Proizvođači Kao kineski proizvođači i dobavljači kugličnih ležajeva SS 6200 ZZ/2RS od nehrđajućeg čelika s dubokim utorima, Ningbo Aosen Bearing custom 6200 serije sta... Pogledajte proizvod →

Za širi pogled na to kako kotrljajući kontakt smanjuje trenje u različitim obiteljima ležajeva, naš vodič za kuglične ležajeve s dubokim utorima i kutnim kontaktom detaljno objašnjava razlike.

Zaključak

Trenje u strojevima nije misterij, a kuglični ležajevi ga smanjuju iz jednostavnog razloga: kotrljajući kontakt raspršuje daleko manje energije nego klizni kontakt. Ostvarivanje svih prednosti zahtijeva odabir odgovarajućeg tipa ležaja, materijala, brtve i podmazivanja, a zatim njegovu ugradnju bez pomjeranja. Kada se sve te stvari spoje, kuglični ležaj obavlja svoj posao gotovo neprimjetno, a to je upravo način na koji bi trebao raditi dobro dizajniran stroj.