Повреда на лагера два месеца след смяната на зъбния комплект
През март завод за преработка на храни смени червячна предавка на ъглово задвижване на конвейер. През май задвижването отново се повреди - същите симптоми, същият шумов профил. Екипът по поддръжката поръча друга предавка и докато чака доставката, разглоби задвижването, за да потвърди начина на повреда. Зъбните страни на червячното колело бяха безупречни - почти не бяха докосвани от монтажа през март. Лагерите на червячния вал бяха повредени: външната обвивка на неподвижния лагер имаше отчупващо счупване, съответстващо на аксиално претоварване.
Разследването разкри: конвейерът е използвал клиновиднa ремъчна връзка от двигателя към червячния вал, с опъване на ремъка от 2,5 kN, дърпащо радиално надвеса на вала. Екипът по поддръжката е сменил зъбните колела, но не и лагерите — и не е преизчислил дали съществуващите лагери (стандартни сачмени лагери с дълбок канал, серия 6206) могат да понесат комбинираното радиално-аксиално натоварване. Стандартните сачмени лагери с дълбок канал понасят аксиално натоварване приблизително 30% от тяхната радиална товароносимост. Комбинираното натоварване на лагера на този вал е надвишило товароносимостта 6206 с 1,8 пъти. Лагерът е бил обречен да се повреди, независимо дали зъбните колела са били сменени или не.
Основният проблем: Валовете на червячните зъбни колела носят както радиални натоварвания (от тангенциална сила на зацепване на зъбното колело, външно опъване на ремъка или веригата), така и високи аксиални (аксиални) натоварвания (от силата на реакция на спираловидното зацепване, която се опитва да избута червячния вал по оста му). Сачмените лагери с дълбок канал са неподходящи за приложения с червячни валове, освен при най-леки условия на работа. Ъгловите сачмени лагери или конусните ролкови лагери - в конфигурация с фиксирано плаване или гръб до гръб за справяне с двупосочно усилие - са правилната спецификация за червячния вал във всички приложения, освен в най-леките.
Аксиалното усилие на червячния вал - защо е толкова голямо
В червячна предавка, силата на контакт на зъбите в зацепването се разделя на три компонента, действащи върху всеки вал: тангенциален (създаващ въртящ момент), радиален (сила на разделяне, перпендикулярна на стъпковия цилиндър) и аксиален (сила на тягата по оста на вала). В спирална зъбна двойка, аксиалната тяга обикновено е 20-40% от тангенциалната сила. В червячна предавка връзката е коренно различна и много по-тежка за червячния вал.
Критичното заключение: за червячна предавка с предавателно число 50:1 (q=12), аксиалният натиск върху червячния вал е 4,17 пъти тангенциалната сила върху червячния вал. Тъй като повечето инженери изчисляват натоварванията на лагерите от въртящия момент на вала и радиуса на стъпката (давайки тангенциалната сила), те изчисляват само 24% от действителното аксиално натоварване на лагера. Лагер на червячен вал, оразмерен само за тангенциална сила, е подразмерен за аксиално натоварване с коефициент 4. Това е най-често срещаната грешка при проектирането на лагери на червячни зъбни колела.
Избор на тип лагер - червячен вал срещу вал на колелото
Червячен вал — неподвижен лагер
Фиксираният лагер на червячния вал трябва да поема както радиалната сила на зацепване, така и пълния двупосочен аксиален натиск. Ъгловите контактни сачмени лагери, монтирани гръб до гръб (DB конфигурация) или лице в лице (DF конфигурация), осигуряват тази комбинирана товароносимост. Ъгълът на контакт (обикновено 25-40 градуса) определя съотношението на аксиалния към радиалния капацитет - по-високият ъгъл на контакт осигурява по-голям аксиален капацитет. За повечето приложения на червячни валове са подходящи ъглови контактни лагери с ъгъл на контакт 30 градуса или 40 градуса.
Червячен вал — плаващ лагер
Плаващият лагер на неаксиалния край на червячния вал носи само радиалния компонент на натоварването от зацепването и всяко външно напречно натоварване. Той позволява аксиално термично разширение на вала, без да се развива аксиална ограничителна сила. Стандартните сачмени лагери с дълбок канал са подходящи за плаващо положение, тъй като тук не се предава аксиално натоварване. Отворът на корпуса на плаващия лагер обикновено е оразмерен така, че да позволява малко свободно аксиално движение (0,3-0,8 мм), за да се поеме термичното разширение.
Колесен вал — И двата лагера
Валът на червячното колело пренася радиално изходния въртящ момент и радиалната сила на реакцията на зацепването (Fr2). Аксиалната сила върху вала на колелото (Fa2) е равна на Fr1, радиалната сила върху червячния вал — обикновено малка спрямо радиалната носеща способност на вала на колелото. Стандартните сачмени лагери с дълбок канал са подходящи за приложения на валовете на колелата в повечето случаи. За приложения с висок изходен въртящ момент (модул M8+, режим на работа D3), цилиндричните ролкови лагери могат да бъдат предпочитани поради по-високата им радиална товароносимост.
Червячен вал — добавяне на външно натоварване
Когато червячният вал се задвижва от двигател чрез клинов ремък или верига, опъването на ремъка/веригата добавя радиална сила към надвеса на вала, която може да надвиши радиалната сила на мрежата. Тази външна сила трябва да се добави векторно към радиалната сила на мрежата за изчисляване на натоварването на лагера. Опъването на ремъка действа перпендикулярно на обхвата на ремъка; радиалната сила на мрежата действа по линията вал-вал. Резултатът зависи от ъгъла между тях. В най-лошия случай, добавете ги линейно: F_лагер = F_ремък + F_радиална_мрежа.
Изчисляване на живота на лагера — L10 часа за приложение с червячен вал
Изчисляването на живота на лагерите по ISO (L10 - животът, при който се очаква идентични лагери 10% да се повредят от умора) изисква еквивалентното динамично натоварване на лагера P, което комбинира радиалния и аксиалния компонент за ъглово-контактните лагери.
Разработен пример: Червячна предавка 50:1, 3 kW, входна мощност 1450 об/мин
z1=1, z2=50, m=4, d1=48 мм, d2=200 мм, ламбда=1,52 градуса, ефективност 62%
T2 = 3000 x 0,62 / (29,0 x пи/30) = 3000 x 0,62 / 3,036 = 612 Nm
Fa1 = 2T2/d2 = 2 x 612 / 0,200 = 6120 N
Ft1 = 2T1/d1 = 2 x (3000/3.036×0.62)/(0.048 x 2) = ??? Нека T1=P/(омега1) = 3000/(1450x2π/60) = 19.75 Nm; Ft1 = 2×19.75/0.048 = 823 N
6120/823 = 7,4x — аксиалната посока на червячния вал е 7,4 пъти тангенциалната
Fr=1200N (мрежа + колан), Fa=6120N; от каталога X=0.35, Y=0.57: P = 0.35×1200 + 0.57×6120 = 420 + 3488 = 3908 N
L10 = (32500/3908)^3 = 578 милиона оборота; L10h = 578e6/(60×1450) = 6644 часа
Неправилно оразмерено само за радиално движение: P_wrong = Fr = 1200N; L10h_wrong = (28100/1200)^3/(60×1450) = привидни 56 000 часа — но реалното Fa=6120N претоварва 6210 напълно: аксиален капацитет на 6210 ~30% от C0=16500N = 4950N — 6120N го превишава
Пет често срещани грешки в спецификацията на лагерите на червячни зъбни колела
| Грешка | Какво се обърка | Правилен подход |
|---|---|---|
| Сачмени лагери с дълбок канал на червячен вал | DGBB може да обработва само 30% с радиален рейтинг като аксиален. Аксиалният ъгъл на червячния вал може да бъде 4-7 пъти радиален. Претоварване на лагера в аксиална посока - умора от отчупване в рамките на седмици до месеци. | Ъглови контактни сачмени лагери (двойка гръб до гръб) или конусно-ролкови лагери на фиксираната (аксиална) позиция на лагера. |
| Забравяне на опъването на ремъка или веригата при радиално натоварване | Опъването на клиновия ремък може да бъде 1500-4000 N радиално върху надвеса на вала. Ако не се вземе предвид, лагерът Fr е драстично подценен. | Добавете вектора на силата на опъване на ремъка към радиалната сила на мрежата. Използвайте сумата от опъването на ремъка от стегнатата страна и от хлабавата страна за най-лошия случай. |
| Оразмеряване на двата лагера на червячния вал като неподвижни лагери | Два фиксирани лагера на червячния вал създават аксиално ограничение, което предотвратява термичното разширение. С нагряването на вала и двата лагера са предварително аксиално натоварени, което ускорява умората. | Един неподвижен (аксиален) лагер + един плаващ лагер. Плаващият лагер позволява аксиално термично разширение. |
| Използване на каталожния номинален въртящ момент за оценка на натоварването на лагера | Каталожният номинален изходен въртящ момент е номиналният въртящ момент при номинални условия. Действителните пикови въртящи моменти (пускане, претоварване) могат да бъдат 2-3 пъти по-високи и да доведат до пропорционално по-високи натоварвания на лагерите. | Изчислете натоварването на лагера при пиков работен въртящ момент (работен въртящ момент x коефициент на експлоатация), а не при номинален каталожен въртящ момент. |
| Пренебрегване на типа лагер при подмяна на повреден лагер | Повреден лагер, който е бил неправилно специфициран, ще се повреди отново със същата неправилна спецификация за подмяна. Замяната на подобен лагер с подобен увековечава грешката в проектирането. | Когато сменяте повреден лагер, проверете дали оригиналната спецификация е била правилна, преди да поръчате резервния лагер. Ако повредата е възникнала преждевременно, първоначалната спецификация може да е основната причина. |
Прецизно производство за надеждна работа на вала и лагера
![]() |
![]() |
![]() |
![]() |
Корея Евър-Пауър
Продукти с данни за натоварване на лагери за правилен избор на лагер
Често задавани въпроси за лагери
Избор на лагер за червячна предавка — Въпроси от инженери-конструктори
Получете данни за натоварването на лагерите за вашето червячно зъбно колело
Посочете входна мощност, скорост на двигателя, предавателно число, конфигурация на монтажа и външни натоварвания. Korea Ever-Power предоставя данни за натоварването на лагерите (аксиален натиск на червячния вал, радиално натоварване и в двете позиции на лагера), за да подпомогне изчислението за избор на лагер.
Редактор: Cxm









