Selhání ložiska dva měsíce po výměně ozubeného kola
V březnu vyměnil závod na zpracování potravin šnekový převod v rohovém pohonu dopravníku. V květnu pohon opět selhal – stejné příznaky, stejný hlukový profil. Údržbářský tým objednal další převod a během čekání na dodávku pohon rozebral, aby potvrdil způsob poruchy. Boky zubů šnekového kola byly bezvadné – od březnové instalace se jich sotva dotkly. Ložiska šnekového hřídele selhala: vnější kroužek pevného ložiska měl odlupovací lom odpovídající únavě z axiálního přetížení.
Vyšetřování odhalilo: dopravník používal klínový řemenový spoj od motoru k šnekové hřídeli s radiálním tahem řemenu 2,5 kN na přesah hřídele. Údržbářský tým vyměnil ozubené kolo, ale ne ložiska – a nepřepočítal, zda stávající ložiska (standardní kuličková ložiska s hlubokou drážkou, řada 6206) zvládnou kombinované radiální a axiální zatížení. Standardní kuličková ložiska s hlubokou drážkou zvládají axiální zatížení přibližně 30% jejich radiální únosnosti. Kombinované zatížení ložiska na tomto hřídeli překročilo jmenovitou únosnost 6206 1,8krát. Ložisko bylo odsouzeno k selhání, ať už bylo ozubené kolo vyměněno, nebo ne.
Hlavní problém: Šnekové převodové hřídele nesou jak radiální zatížení (od tangenciální síly v záběru ozubeného kola, vnějšího napětí řemenu nebo řetězu), tak i vysoká axiální (axiální) zatížení (od reakční síly spirálového záběru, která se snaží tlačit šnekový hřídel podél jeho osy). Kuličková ložiska s hlubokou drážkou nejsou pro aplikace se šnekovými hřídeli vhodná, s výjimkou nejlehčích provozních podmínek. Kuličková ložiska s kosoúhlým stykem nebo kuželíková ložiska – v uspořádání s pevnou plovoucí polohou nebo zády k sobě pro zvládání obousměrného axiálního zatížení – jsou správnou specifikací pro šnekový hřídel ve všech aplikacích kromě nejlehčích.
Axiální axiální tlak šnekového hřídele – proč je tak velký
V pohonu šnekovým převodem se kontaktní síla zubu v místě záběru rozkládá na tři složky působící na každou hřídel: tangenciální (vytvářející krouticí moment), radiální (oddělovací síla kolmá k roztečnému válci) a axiální (axiální síla podél osy hřídele). U dvojice spirálových ozubených kol je axiální axiální síla obvykle 20-40% tečné síly. V pohonu šnekovým převodem je vztah zásadně odlišný a pro šnekový hřídel je mnohem závažnější.
Důležitý poznatek: pro šnekový pohon s převodovým poměrem 50:1 (q=12) je axiální tlak na šnekovém hřídeli 4,17násobek tečné síly na šnekovém hřídeli. Protože většina inženýrů vypočítává zatížení ložiska z krouticího momentu hřídele a poloměru stoupání (udávajícího tangenciální sílu), vypočítávají pouze 24% skutečného axiálního zatížení ložiska. Ložisko šnekového hřídele dimenzované pouze na tangenciální sílu je pro axiální zatížení poddimenzováno faktorem 4. Toto je nejčastější chyba při konstrukci ložiska šnekového převodu.
Výběr typu ložiska – šneková hřídel vs. hřídel kola
Šnekový hřídel – pevné ložisko
Pevné ložisko šnekového hřídele musí nést jak radiální záběrovou sílu, tak i plný obousměrný axiální axiální posuv. Tuto kombinovanou únosnost zajišťují kuličková ložiska s kosoúhlým stykem montovaná zády k sobě (uspořádání DB) nebo čely k sobě (uspořádání DF). Kontaktní úhel (obvykle 25–40 stupňů) určuje poměr axiální a radiální únosnosti – vyšší kontaktní úhel poskytuje větší axiální únosnost. Pro většinu aplikací šnekových hřídelí jsou vhodná ložiska s kosoúhlým stykem s úhlem styku 30 stupňů nebo 40 stupňů.
Šneková hřídel – plovoucí ložisko
Plovoucí ložisko na neaxiálním konci šnekového hřídele nese pouze radiální složku zatížení ze záběru a jakékoli vnější radiální zatížení. Umožňuje axiální tepelné roztažení hřídele bez vzniku axiální omezující síly. Standardní kuličková ložiska s hlubokou drážkou jsou vhodná pro plovoucí polohu, protože se zde nepřenáší žádné axiální zatížení. Otvor tělesa plovoucího ložiska je obvykle dimenzován tak, aby umožňoval malý volný axiální pohyb (0,3–0,8 mm) pro přizpůsobení se tepelné roztažnosti.
Hřídel kola — obě ložiska
Hřídel šnekového kola přenáší radiálně výstupní krouticí moment a radiální sílu reakce záběru (Fr2). Axiální síla na hřídeli kola (Fa2) se rovná Fr1, radiální síle na hřídeli šneku – obvykle malé v porovnání s radiální únosností hřídele kola. Pro aplikace na hřídeli kol jsou ve většině případů dostačující standardní kuličková ložiska. Pro aplikace s vysokým výstupním krouticím momentem (modul M8+, provozní režim D3) mohou být pro jejich vyšší radiální únosnost upřednostňována válečková ložiska.
Šnekový hřídel – přidávání vnějšího zatížení
Když je šnekový hřídel poháněn motorem pomocí klínového řemene nebo řetězu, napětí řemene/řetězu přidává k přesahu hřídele radiální sílu, která může překročit radiální sílu v záběru. Tato vnější síla musí být pro výpočet zatížení ložiska vektorově přičtena k radiální síle v záběru. Napětí řemene působí kolmo k rozpětí řemene; radiální síla v záběru působí podél linie mezi hřídeli. Výslednice závisí na úhlu mezi nimi. V nejhorším případě je sečtěte lineárně: F_ložisko = F_řemen + F_radiální_síť.
Výpočet životnosti ložiska — L10 hodin pro aplikaci se šnekovým hřídelem
Výpočet životnosti ložiska dle ISO (L10 – životnost, při které se u identických ložisek 10% očekává selhání v důsledku únavy) vyžaduje ekvivalentní dynamické zatížení ložiska P, které kombinuje radiální a axiální složku pro ložiska s kosoúhlým stykem.
Příklad provedení: Šnekový pohon 50:1, 3 kW, vstupní otáčky 1450 ot./min.
z1=1, z2=50, m=4, d1=48 mm, d2=200 mm, lambda=1,52 stupňů, účinnost 62%
T2 = 3000 x 0,62 / (29,0 x pí/30) = 3000 x 0,62 / 3,036 = 612 Nm
Fa1 = 2T2/d2 = 2 x 612 / 0,200 = 6 120 N
Ft1 = 2T1/d1 = 2 x (3000/3,036×0,62)/(0,048 × 2) = ??? Nechť T1=P/(omega1) = 3000/(1450x2π/60) = 19,75 Nm; Ft1 = 2×19,75/0,048 = 823 N
6120/823 = 7,4x — axiální osa šnekového hřídele je 7,4krát tečná
Fr=1200N (síťovina + pás), Fa=6120N; z katalogu X=0,35, Y=0,57: P = 0,35×1200 + 0,57×6120 = 420 + 3488 = 3908 N
L10 = (32500/3908)^3 = 578 milionů otáček; L10h = 578e6/(60×1450) = 6644 hodin
Nesprávně dimenzováno pouze pro radiální zatížení: P_wrong = Fr = 1200N; L10h_wrong = (28100/1200)^3/(60×1450) = zdánlivých 56 000 hodin – ale skutečná Fa=6120N přetíží 6210 zcela: axiální únosnost 6210 ~30% z C0=16500N = 4950N – 6120N tuto únosnost překračuje
Pět běžných chyb ve specifikaci ložisek šnekových převodů
| Chyba | Co se pokazí | Správný přístup |
|---|---|---|
| Kuličková ložiska s hlubokou drážkou na šnekové hřídeli | DGBB zvládne jako axiální ložisko pouze ložisko 30% s radiálním jmenovitým odporem. Axiální odpor šnekového hřídele může být 4-7násobný. Přetížení ložiska v axiálním směru - únava ložiska způsobená odlupováním v týdnech až měsících. | Kuličková ložiska s kosoúhlým stykem (pár zády k sobě) nebo kuželíková ložiska na pevné (axiální) pozici ložiska. |
| Zapomenutí napnutí řemene nebo řetězu při radiálním zatížení | Napětí klínového řemene může být radiálně 1 500–4 000 N na přesahu hřídele. Pokud není započítáno, je ložisko Fr dramaticky podhodnoceno. | Připočtěte vektor síly napětí řemene k radiální síle sítě. Pro nejhorší případ použijte součet napětí řemene na napjaté straně a na volné straně. |
| Dimenzování obou ložisek šnekového hřídele jako pevných ložisek | Dvě pevná ložiska na šnekové hřídeli vytvářejí axiální omezení, které zabraňuje tepelné roztažnosti. S zahříváním hřídele jsou obě ložiska axiálně předpjatá, což urychluje únavu materiálu. | Jedno pevné (axiální) ložisko + jedno plovoucí ložisko. Plovoucí ložisko umožňuje axiální tepelnou roztažnost. |
| Použití katalogového jmenovitého momentu k odhadu zatížení ložiska | Katalogový jmenovitý výstupní krouticí moment je jmenovitý krouticí moment za jmenovitých podmínek. Skutečné špičkové krouticí momenty (rozběh, přetížení) mohou být 2–3krát vyšší a způsobit proporcionálně vyšší zatížení ložisek. | Vypočítejte zatížení ložiska při špičkovém provozním momentu (provozní moment x provozní faktor), nikoli jmenovitý katalogový moment. |
| Ignorování typu ložiska při výměně vadného ložiska | Vadné ložisko, které bylo nesprávně specifikováno, selže znovu, pokud se nahradí stejné ložisko s nesprávnou specifikací. Nahrazování stejného ložiska za podobné pouze udržuje konstrukční chybu. | Při výměně vadného ložiska ověřte před objednáním náhradního ložiska, zda byla původní specifikace správná. Pokud k poruše došlo předčasně, může být její příčinou původní specifikace. |
Přesná výroba pro spolehlivý výkon hřídelí a ložisek
![]() |
![]() |
![]() |
![]() |
Korea Ever-Power
Produkty s údaji o zatížení ložiska pro správný výběr ložiska
Často kladené otázky k ložiskům
Výběr ložiska šnekového převodu – otázky od strojních konstruktérů
Získejte údaje o zatížení ložisek pro vaši aplikaci šnekového převodu
Uveďte vstupní výkon, otáčky motoru, převodový poměr, konfiguraci montáže a vnější zatížení. Společnost Korea Ever-Power poskytuje údaje o zatížení ložiska (axiální axiální síla šnekového hřídele, radiální zatížení v obou polohách ložiska) pro podporu výpočtu výběru ložiska.
Střihač: Cxm









