Руководство по выбору роликовых подшипников для тяжелых условий эксплуатации | Практические решения для горных конвейеров и редукторов в условиях сильного холода 

Многие специалисты по техническому обслуживанию на месте привыкли размещать заказы на замену запасных частей непосредственно в соответствии с формой старого подшипника. В суровых условиях работы, таких как горнодобывающая промышленность, сильный холод и постоянные удары, этот метод может легко вызвать преждевременный выход из строя подшипника, а за короткий период времени могут возникнуть такие проблемы, как отслаивание дорожек качения, постоянное повышение температуры и аномальная вибрация. Эта статья основана на жизненном стандарте ISO 281 в сочетании с реальными переменными, такими как деформация при установке на месте, температурный дрейф, проникновение пыли и т. д., чтобы разобраться в логике выбора роликовых подшипников и идеях устранения неисправностей, а также снабжена примерами инженерного обучения и методами учета.

1. Основные различия между роликовыми подшипниками и радиальными шарикоподшипниками.

Для стабильного и среднескоростного оборудования, такого как двигатели и вентиляторы, осевая нагрузка очень мала, поэтому предпочтительны радиальные шарикоподшипники. Структура точечного контакта имеет меньшие потери на трение. Ленточные конвейеры, дробилки и сверхмощные редукторы должны выдерживать большие радиальные нагрузки. В сценариях, где пространство для установки ограничено, роликовые подшипники полагаются на преимущество несущей способности линейного контакта, чтобы быть более подходящими.Чтобы определить, подходит ли подшипник, нужно сначала рассчитать фактическую эквивалентную нагрузку, а затем проверить ее по С, С₀, допустимой скорости и другим техническим параметрам по образцу производителя.

лист

Линия контакта роликовых подшипников длиннее, а несущая способность выше. Однако характеристики повышения температуры во многом зависят от уровня нагрузки, скорости вращения, смазки и зазора. Нельзя обобщить, что производство тепла выше при той же нагрузке. Даже если нагрузка и скорость попадают в номинальный диапазон образца, продолжающееся проникновение пыли, чрезмерная соосность и несоответствующие схемы смазки значительно сокращают срок службы подшипника.

Основная нагрузка дробилки – многократное воздействие; винтовой редуктор непрерывно выдает переменную осевую составляющую силы; Ременный барабан в течение длительного времени выдерживает стабильную радиальную нагрузку. После получения требований к модификации оборудования первым делом необходимо определить тип нагрузки.

2. Ключевые моменты для выбора трех типов основных роликоподшипников.

Цилиндрический роликоподшипник типа NUОсевое ребро отсутствует, что позволяет внутреннему и наружному кольцам скользить в осевом направлении в обоих направлениях. Он специально используется в качестве плавающего конца для компенсации термического удлинения вала. Он не имеет возможности осевого позиционирования.. Внутреннее кольцо NJ оснащено односторонним ребром, которое может воспринимать одностороннее осевое усилие и обеспечивать одностороннее осевое позиционирование.Не доступен в качестве свободно плавающего конца.. Существует верхний предел несущей способности ребер. В условиях непрерывной высокой тяги износ ребер и царапины являются высокочастотными видами отказов. Структура NUP обеспечивает двунаправленное осевое позиционирование, а верхний предел осевой нагрузки определяется прочностью ребра, состоянием смазки и рабочей температурой. После получения чертежей вала сначала разделите фиксированный конец и плавающий конец, затем оцените осевую нагрузку и доработайте модель в соответствии с параметрами несущей способности ребра образца.

Конические роликоподшипники подходят для сценариев радиальной и осевой составной нагрузки, а чаще всего используются косозубые и конические зубчатые передачи. Однорядные конические ролики несут только одностороннюю тягу, а обратные нагрузки необходимо располагать парами. Расположение «лицом к лицу» и «спиной к спине» соответствует различным характеристикам жесткости и предварительной нагрузки соответственно. Они также могут быть оснащены независимыми позиционирующими подшипниками. Толщина прокладки изменит состояние предварительного натяга пары конических роликов, но соответствующее соотношение между предварительным натягом и толщиной прокладки не является фиксированной формулой и требует всестороннего расчета на основе расположения подшипника, расстояния установки и теплового расширения. Значение холодной предварительной нагрузки необходимо рассчитывать отдельно в зависимости от условий работы.

Сферические катки подходят для дробилок со слабым ленточным барабаном и жесткостью рамы. Полностью устранить прогиб вала и отклонение соосности установки сложно. Двухрядная конструкция допускает ограниченное смещение, обладает высокой радиальной несущей способностью и в то же время может выдерживать двунаправленные осевые нагрузки. Возможность корректировать свой центр — это всего лишь право на ошибку, а не неограниченная компенсация. Если соосность превышает предел образца в течение длительного времени, нагрузка концентрируется на краю дорожки качения, и за короткое время произойдет отслаивание края. После завершения установки повторно проверьте соосность и убедитесь, что она находится в пределах допустимого диапазона образца.

лист

Таблица используется только для сужения вариантов. Приоритет отдается NU, когда требуется свободная компенсация теплового удлинения; пары конических роликов подобраны под переменное осевое усилие передачи; для оборудования с большими ударными нагрузками и неустранимым прогибом вала выбирается серия 222/223, при этом проверяется коэффициент запаса прочности по статической нагрузке.

3. Основные параметры отбора и стандартизированный процесс отбора

• C Базовая динамическая нагрузка: входные параметры для расчета усталостной долговечности.
• C₀ Базовая статическая нагрузка: проверьте риск необратимой деформации дорожки качения в условиях удара.
• P Эквивалентная динамическая нагрузка: составная нагрузка преобразуется в эквивалентную нагрузку для расчета срока службы.

При расчете нагрузкиФактическую нагрузку, распределяемую каждым подшипником, следует рассчитывать на основе нагрузки на систему валов, а не непосредственно на основе веса всей машины.. Стабильная нагрузка, переменная нагрузка и мгновенный удар соответствуют соответствующему коэффициенту удара. Образец C превышает фактическую измеренную силу, что не означает, что подшипник безопасен. Одновременно необходимо проверить риск деформации статической нагрузки.

Осевую составляющую косозубой передачи легко игнорировать, и во многих вариантах рассчитывается только радиальная нагрузка, что приводит к перегреву ребер. Эквивалентная динамическая нагрузка рассчитывается в соответствии с коэффициентами X и Y, указанными в руководстве по подшипникам.

Предельная скорость зависит от этикетки образца. Стальной сепаратор и латунный сепаратор допускают разные скорости вращения, а метод смазки также ограничивает диапазон высоких скоростей. Когда высокие нагрузки накладываются на условия высокоскоростной работы, становится сложнее создать масляную пленку, и необходимо совместно оценивать повышение температуры, нагрузку и скорость.

У сферических роликоподшипников, установленных с закрепительными втулками, внутреннее кольцо в процессе фиксации расширяется, и оставшийся зазор после сборки, естественно, меньше заводского зазора. После того, как оборудование нагрето и введено в эксплуатацию, температуры вала, внутреннего кольца, наружного кольца и седла подшипника не совпадают, и разница температур продолжает изменять рабочий зазор. Если блокировка чрезмерна, зазор будет слишком мал, и работа будет продолжать нагреваться; оставшийся зазор будет слишком большим, ролики будут подвергаться неравномерной нагрузке, и вибрация будет усиливаться. C3 и C4 — это просто отметки промежутков, которые не имеют ничего общего с уровнем несущей способности. C4 не может быть выбран напрямую по умолчанию в условиях сильного холода; сначала рассчитайте сжатие сборки и изменение зазора, вызванное разницей температур, а затем определите группу.

лист

Частые условия запуска и остановки при низких температурах,Необходимо проверить низкотемпературную текучесть и пленкообразующие свойства выбранной смазки. Некоторые марки смазок на основе лития не подходят для условий работы при низких температурах.. При выборе моделей и смазки проверьте минимальную рабочую температуру и подтвердите риск выхода из строя уплотнительного кольца из-за низкотемпературной закалки.

Неправильный выбор допусков посадки, перестановка фиксированного и плавающего концов, неправильная толщина прокладки конического ролика и недопустимая соосность являются распространенными ошибками на этапе установки. NU, NJ и NUP имеют одинаковые габаритные размеры, но разную логику осевого ограничения. Плавающий конец не может быть заменен на NJ по желанию.

• Соберите условия работы: тип оборудования, нагрузка, диапазон скоростей, температура запуска и остановки, пространство для установки, рабочая система, среда, целевой срок службы;Если ключевые параметры условий труда неполные, данные следует сначала дополнить. Окончательная модель еще не определена.
• Определение нагрузки: собирайте Fr, Fa, различайте однонаправленную/переменную осевую силу и фиксируйте категории подшипников.
• Проектирование системы валов: разделите фиксированные и плавающие концы, оцените прогиб вала, несоосность и термическое удлинение, а также определите конструкции компенсации и предварительного натяга.
• Проверка подшипника: введите коэффициент удара для расчета эквивалентной нагрузки, рассчитайте срок службы L₁₀ согласно ISO281 и проверьте коэффициент запаса прочности по статической нагрузке.
• Зазор, смазка и соответствие уплотнений: расчет цепи зазора определяет уровень зазора, метод фиксирующей смазки, марку смазки и форму уплотнения.
• Проверка и доработка: проверьте предельную скорость, допустимую боковую нагрузку и допустимое смещение; если позволяют условия, сделайте образцы и поместите их на машину, а полную рукопись расчетов сохраните.

Если определенная проверка не соответствует требованиям, необходимо пересмотреть характеристики подшипников или конструкцию вала..

4. Метод расчета срока службы подшипников ISO 281.

Базовая формула номинального срока службы роликового подшипника с надежностью 90 %:

• L₁₀h: базовый номинальный срок службы (ч)
• C: Базовая динамическая нагрузка (кН)
• P: Эквивалентная динамическая нагрузка (кН)
• n: скорость вращения (об/мин)

Примечание. Номинальная динамическая нагрузка С, указанная на образце подшипника, определяется материалом, конструкцией и конструкцией расположения тел качения; Оптимизация термообработки в основном улучшает усталостную прочность и износостойкость материала, а также улучшает фактические усталостные характеристики подшипника в рабочих условиях.Это не повлияет напрямую на номинальную динамическую нагрузку C, указанную на образце..

Пример ввода: n=480 об/мин, P=60 кН, C=200 кН, рассчитан расчетный срок службы 20 000 ч.л₁₀ч≈1921 ч, существует большой разрыв с целевой жизнью; для достижения 20 000 ч номинальная динамическая нагрузка подшипника C должна составлять около 403,9 кН.

Стандарт ISO 281 предоставляет несколько наборов поправочных коэффициентов (коэффициент смазки, коэффициент загрязнения, коэффициент материала и т. д.) для корректировки основного срока службы L₁₀, а не просто равномерного уменьшения теоретического срока службы. В тяжелых условиях работы, таких как шахты и сильный холод, необходимо поэлементно сопоставлять соответствующие поправочные коэффициенты и пересчитывать срок службы.

Даже если результаты расчета срока службы проверены, все равно легко повредить устройство заранее на месте. Мгновенная пиковая нагрузка в условиях горных работ часто превышает расчетное значение, и при недостаточном запасе по статической нагрузке возникают пластические вмятины; твердые частицы продолжают шлифовать дорожку качения после выхода из строя пылезащиты ролика; нормально-температурная смазка неправильно используется в условиях низких температур; Узел натяга занимает весь рабочий зазор.

5. Дела по расследованию проектов

Случай 1: Ролик ленточного конвейера для горнодобывающей промышленности | Контроль зазоров, низкотемпературная смазка и исследование проникновения пыли

Этот комплект сферических роликоподшипников 22220 устанавливается с закрепительными втулками и используется в горнодобывающих районах с сильной запыленностью и низкими температурами зимой. Ролики работают непрерывно круглый год. Эксплуатационный и обслуживающий персонал часто обнаруживает, что вибрация оборудования постепенно увеличивается. После разборки и осмотра видят, что дорожка качения частично отслоена, а смазка смешана с черными твердыми примесями.

При возникновении такого рода явлений проверка фокусируется на трех моментах: во-первых, повторно измерьте оставшийся радиальный зазор после блокировки закрепительной втулки, определите рабочую температуру и посмотрите, приведет ли разница температур между внутренним и наружным кольцами к дальнейшему сжатию рабочего зазора; во-вторых, возьмите пробы и определите смазку, чтобы определить, являются ли загрязнения проникновением внешней минеральной пыли или старением и ухудшением качества самой смазки; наконец, проверьте следы контакта дорожек качения, чтобы оценить влияние отклонения вала и несоосности установки.

О том, сможете ли вы продолжать использовать 22220, нельзя судить только по внешнему виду повреждений. Необходимо получить параметры образцов C и C₀ и проверить их на основе измеренной нагрузки и ожидаемого срока службы. При условии, что нагрузка и срок службы соответствуют требованиям, на основе расчета цепи зазоров выбирается соответствующая группа зазоров, и одновременно заменяется синтетическая смазка, адаптированная к низким температурам, для оптимизации внешней пылезащитной конструкции. Мы продолжим отслеживать спектр вибрации и температурную кривую, регулярно брать пробы и тестировать смазку, а также сравнивать состояние контакта дорожек качения во время следующей разборки и проверки, чтобы подтвердить эффект улучшения.

Случай 2: Плавающий конец редуктора для тяжелых условий эксплуатации NU2226 E｜Устранение неисправностей, связанных с термическим удлинением вала и препятствием осевому скольжению.

Во многих редукторах в качестве плавающего конца на стороне высоких скоростей используются цилиндрические роликоподшипники NU2226 E, которые смазываются масляными ваннами. Оборудование работает с периодическими толчками, а зимой температура на объекте низкая. Очень распространенное недоразумение: когда вы видите полоски, отслаивающиеся от наружного кольца, вы можете напрямую определить качество самого подшипника. После замены подшипника на новый той же модели неисправность повторяется.

Основная ценность подшипников NU заключается в предотвращении смещения вала из-за теплового удлинения. При поиске неисправностей приоритетом является подтверждение того, имеет ли подшипник достаточно места для осевого скольжения, проверьте, нет ли размерного заплечика вала и распорной втулки, а также может ли вал свободно скользить при нагреве и растяжении. Затем повторно проверьте натяг при сборке между внутренним кольцом и валом, чтобы убедиться, что натяг не съел слишком большой внутренний зазор. Наконец, проверьте соосность и жесткость опоры коробки, чтобы найти источник постоянной эксцентричной нагрузки.

Пока сама система вала требует компенсации плавающего режима и может пройти проверку нагрузки и предельной скорости, NU2226 можно сохранить. Если настоящей основной причиной является недостаток пространства скольжения, простая замена подшипников не может решить проблему. Приоритетной задачей является регулировка проставки или плечевой конструкции вместо обновления модели подшипника. На этапе сборки вручную проверяется запас скольжения, в течение длительного времени регистрируются температура и вибрация, а во время остановки и разборки наблюдается картина трения дорожки качения, чтобы определить, имеется ли одностороннее заклинивающее трение.

Случай 3: Эксцентриковый вал щековой дробилки 22322 CC/W33｜Проверка ударной нагрузки, безопасности статической нагрузки и вмятин на дорожках качения.

Эксцентриковый вал щековой дробилки оснащен сферическими роликоподшипниками 22322, смазываемыми консистентной смазкой. Жесткость рамы слабая. Сразу же будет очевидное воздействие на щебень. Оборудование часто запускается и останавливается и часто работает в условиях низких температур. Типичные характеристики неисправности: в спектре вибрации видны периодические сигналы ударов, после разборки на поверхности дорожки качения распределяются дискретные вмятины, отсутствует усталостное растрескивание большой площади.

При этом типе повреждений не отдавайте приоритет расчетам усталостной долговечности, а сосредоточьтесь на проверке статической нагрузки. Сначала определите пиковую нагрузку дробления и оцените запас прочности статической нагрузки по C₀; повторно измерьте зазор холодной сборки, чтобы определить, является ли распределение нагрузки равномерным при ударе; в то же время проверьте упругую деформацию рамы, чтобы подтвердить, вызвано ли колебание нагрузки деформацией рамы; кроме того, необходимо оценить устойчивость клетки в условиях повторяющихся ударов.

Если запас прочности по статической нагрузке, соответствующий пиковой нагрузке, недостаточен,Решить ее можно в двух направлениях: одно — оптимизировать процесс, увеличить структуру буфера и уменьшить амплитуду ударной нагрузки; другой — выбрать подшипники с более высокими характеристиками C₀, если позволяет место.. Если проверка статической нагрузки пройдена, проблема, скорее всего, вызвана необоснованным зазором или деформацией рамы. В настоящее время нет необходимости заменять подшипник на подшипник большего размера. Вы можете оптимизировать план просвета, выбрать противоударный каркас или усилить раму. Уровень зазора по-прежнему определяется расчетным путем, не устанавливайте значение C4 по умолчанию напрямую. Сравните амплитуду ударной волны до и после исправления, повторно проверьте зазор при сборке, наблюдайте за диапазоном распределения вмятин во время последующей разборки и проверки и оцените эффект буферизации.

Случай 4: Пара редукторов: конические роликоподшипники 32224 J2｜Устранение неполадок, связанных с повышением температуры, царапинами на ребрах и смещением предварительного натяга в широком диапазоне температур.

Редукторы собраны попарно попарно на конических роликоподшипниках 32224. В них используются прокладки для установки холодного предварительного натяга и смазки маслом. Зацепление шестерен непрерывно создает переменную осевую силу. В процессе работы температура коробки существенно возрастает, а неисправности чаще возникают при запуске машины при низкой температуре. Типичным признаком неисправности является то, что подшипник продолжает нагреваться, а на крупных ребрах роликов появляются царапины.

При поиске и устранении неисправностей сначала определите, является ли причиной недостаточная смазка или перегрузка предварительной нагрузки: проверьте вязкость и низкотемпературную текучесть смазочного масла, чтобы убедиться, что подача масла достаточна; затем рассчитайте размерную цепочку горячей и холодной сборки, сравните величину преднатяга холодной сборки и изменение преднатяга после нагрева. Разница в тепловом расширении различных металлических материалов приведет к изменению всего состояния предварительной нагрузки в зависимости от температуры; наконец, проверьте люфт шестерни, чтобы убедиться, что осевое усилие превышает верхний предел нагрузки на ребро.

Предварительная нагрузка конического ролика не является фиксированной величиной. Прокладка, установленная при низкой температуре, неизбежно будет смещаться в широком диапазоне температур. До тех пор, пока несущая способность ребра достигнет норматива, приоритет следует отдать замене его на регулируемый комплект прокладок, облегчающий тонкую настройку преднатяга в зависимости от сезона и рабочей температуры; если осевое усилие продолжает превышать верхний предел ребра, повторно оцените план подшипников. Нельзя просто предположить, что первоначальный преднатяг необходимо увеличить в условиях низких температур. Запишите изменения температуры и вибрации в течение всего процесса запуска и нагрева, разберите и проверьте, не является ли это ожогом от смазки или царапинами от перегрузки, чтобы определить, подходит ли интервал предварительной нагрузки.

6. Закупка подшипников и проверка качества.

Контрольный список закупок

1. Полный суффикс модели
2. Внутренний диаметр/наружный диаметр/ширина
3. C, C₀, предельная скорость
4. Радиальные и осевые нагрузки
5. Зазор, уровень точности
6. Материал клетки
7. Температура, требования к смазке
8. Требования к герметизации и пыленепроницаемости
9. Оригинальная модель оборудования
10. Количество, срок поставки

GCr15/100Cr6/SAE52100 — основная подшипниковая сталь в отрасли. Для заготовок одной марки интервал термообработки, волнистость шлифования дорожки качения, сорт сортировки валков различны, а срок службы готового изделия сильно различается. Невозможно судить о качестве, просто взглянув на марку материала. При покупке запрашивайте отчеты об испытаниях партий и отдавайте предпочтение машинам для испытаний небольших партий для проверки.

Товары для выборочной проверки по прибытии: допуски на размеры, твердость, радиальный зазор, дефекты внешнего вида, сертификация материалов, документы о отслеживании партии; Требования к индивидуальной настройке, такие как низкотемпературная смазка и специальный зазор, прописаны в договоре купли-продажи.

Суффиксы для одной и той же модели не эквивалентны. Разные производители имеют разные внутренние конструкции роликов и стандарты значений нагрузки. Перед заменой отечественных запасных частей сравните параметры по позициям и разместите заказ на партию после проверки стабильности на компьютере.

7. Сводная таблица недоразумений при выборе и устранении неполадок. Сравнительная таблица

лист

лист

8. Резюме

При замене роликовых подшипников в горнодобывающих конвейерах, дробилках и промышленных редукторах рекомендуется сначала подтвердить исходную модель подшипника, фактическую нагрузку, рабочую скорость и конструкцию установки, а затем выполнить проверку ресурса и статической нагрузки по образцу производителя. Для оборудования, эксплуатируемого в альпийских регионах России, следует также уделять внимание проверке рабочего зазора, характеристик низкотемпературной смазки, а также мерам по герметизации и пылезащите после установки. Если в оборудовании произошел аномальный рост температуры, вибрация или повреждение дорожки качения, причину следует выяснить на основе записей об установке, состояния смазки и данных о нагрузке, а не заменять подшипники с более высокими характеристиками или более высокими уровнями зазора напрямую. Если необходимо проверить характеристики подшипников или отечественные альтернативы, для дальнейшего подтверждения плана адаптации можно предоставить исходную модель подшипника, условия эксплуатации оборудования и количество закупок.

9. Часто задаваемые вопросы

В1: Необходимо ли выбирать роликовые подшипники для тяжелонагруженного оборудования?Высокоскоростные двигатели и вентиляторы с небольшой нагрузкой отдают предпочтение шарикам с глубокими канавками, что приводит к снижению трения. Преимуществом роликовых подшипников является высокая радиальная грузоподъемность, которую можно всесторонне оценить на основе нагрузки, скорости и пространства для установки.

В2: Какой из них имеет более высокую несущую способность: цилиндрические ролики или сферические ролики?Значение C, указанное на образце производителя, имеет преимущественную силу и в целом не подлежит сравнению.

Вопрос 3: Можно ли напрямую поменять местами NU и NJ?NU используется для компенсации удлинения плавающего конца, а NJ отвечает за одностороннее осевое позиционирование. Функции этих двух различны. Перед заменой проверьте требования к расположению чертежа и осевую нагрузку.

В4: Для низкотемпературной тяжелой нагрузки в России выберите C3 или C4?Результаты расчета цепочки оформления имеют преимущественную силу и не должны выбираться на основе опыта.

В5: В чем разница между сериями 222 и 223?При том же внутреннем диаметре 223 имеет большее сечение, более высокую нагрузку и меньшую предельную скорость. Компромисс основан на нагрузке и скорости.

В6: Можно ли использовать стандартные подшипники непосредственно при температуре -40 ℃?Стандартные подшипники не имеют уплотнений и смазки, подходящей для низких температур. Эти два пункта должны быть подтверждены отдельно, а рабочий зазор должен быть рассчитан одновременно.

В7: Как подтвердить, что подшипник достиг расчетного срока службы?Срок службы L₁₀ по ISO 281 представляет собой статистическую оценку усталостной долговечности; Мониторинг температуры, вибрации и смазки на месте — это методы оценки состояния оборудования, и их нельзя напрямую приравнивать. Мониторинг состояния позволяет заранее выявить отклонения, но его нельзя использовать для определения того, достиг ли подшипник теоретического расчетного срока службы.

В8: Какую информацию мне необходимо предоставить для замены подшипников на внутреннем рынке?Для расчета нагрузки и зазора используются исходная модель, рабочая нагрузка, скорость и температура окружающей среды.