Jak wybrać odpowiednie łożysko baryłkowe do sprzętu o dużej wytrzymałości

W przenośniku lądowym o długości 1,6 km w kopalni miedzi w Chile co sześć tygodni gubiło się łożysko tylnego koła pasowego. Oryginalne łożysko kulkowe zwykłe pracowało z prędkością 180 obr./min pod zmierzonym obciążeniem promieniowym 320 kN, a wał po stronie napędu był przesunięty o 1,4 stopnia. Zamiennikiem jest łożysko baryłkowe 22320, które działa już od dwóch lat bez przerwy przy tym samym harmonogramie smarowania. Tę sekwencję decyzyjną dokumentuje niniejszy przewodnik, zgodnie z praktyką doboru stosowaną przez firmę Shanghai Yinin Bearing & Transmission Company w odniesieniu do asortymentu łożysk baryłkowych, od kompaktowej serii 21300 po ciężką serię 24100.

2 stopnie luz na niewspółosiowość wału w serii standardowej

10/3 wykładnik trwałości stosowany w przypadku łożysk tocznych w obliczeniach L10

60-80% naddatku na wcisk jest tracony w wyniku zmniejszenia luzu wewnętrznego

Zacznij od profilu obciążenia, a nie numeru serii

Obciążenie promieniowe określa rozmiar łożyska; poziom szoku określa serię. Łożysko baryłkowe to dwurzędowe łożysko toczne z rolkami w kształcie beczki, które poruszają się po kulistej bieżni zewnętrznej, co pozwala na pracę wału z niewspółosiowością kątową do około 2 stopni przy przenoszeniu dużych połączonych obciążeń promieniowych i osiowych w obu kierunkach.

Przed otwarciem katalogu należy obliczyć równoważne obciążenie dynamiczne łożyska P. W przypadku połączonego obciążenia promieniowego Fr i obciążenia osiowego Fa należy zastosować standardowe równanie P = X x Fr Y x Fa, gdzie X i Y są współczynnikami opublikowanymi dla każdej serii łożysk. Następnie pomnóż obciążenie w stanie ustalonym przez współczynnik serwisowy, a następnie porównaj je z obciążeniem dynamicznym C: użyj 1,5–2,0 dla przenośników taśmowych, wentylatorów i przekładni oraz 2,0–3,0 dla kruszarek, przesiewaczy i pras. W szczególności przesiewacze wibracyjne narażają łożyska na maksymalne przyspieszenia rzędu 4-5 g, których obliczenia obciążenia statycznego nigdy nie ujawniają.

Ogólna zasada: gdy współczynnik pracy przekroczy 2 lub szczytowe przyspieszenie przekroczy 4 g, przestań traktować wybór jako problem z obciążeniem i potraktuj go jako problem związany z wstrząsami. Wybór serii ma większe znaczenie niż obliczenie średnicy otworu.

Gdy znane jest P, podstawowa trwałość znamionowa wynika z L10 = (C/P)^(10/3) milionów obrotów. Wykładnik 10/3 to nachylenie Weibulla dla elementów tocznych o styku liniowym, niższe niż wykładnik 3 stosowany w przypadku łożysk kulkowych, zatem łożyska toczne są bardziej wrażliwe na niewielkie zmiany obciążenia. Poniższa tabela pokazuje, dlaczego wybór serii ma znaczenie: są to orientacyjne obciążenia dynamiczne dla czterech serii łożysk baryłkowych na tym samym wale 100 mm.

Nośność dynamiczna promieniowa C dla serii otworów 100 mm, typowe warianty klasy E.

Do standardowych zastosowań przenośnika i umiarkowanych wstrząsów, powszechna praktyka w sprzęt budowlany i górniczy warto zacząć od serii 22200, która zapewnia najlepszy stosunek nośności do rozmiaru koperty.

22200 Series Spherical Roller Bearing for Heavy Industrial Use

Łożysko baryłkowe serii 22200 do ciężkich zastosowań przemysłowych Seria ta oferuje zrównoważony stosunek udźwigu do rozmiaru, co czyni ją praktycznym pierwszym wyborem w przypadku przenośników i sprzętu górniczego. Jego samonastawna konstrukcja wytrzymuje niewspółosiowość i umiarkowane obciążenia osiowe w obu kierunkach. Zobacz produkt →

Dopasuj prędkość, temperaturę i konstrukcję klatki

Prędkość graniczna łożyska baryłkowego jest ustalana na podstawie geometrii koszyka i masy wałeczka, a nie samej średnicy otworu. Model 22220 smaruje do około 2400 obr/min, model 23120 osiąga około 2800 obr/min, a model 22320 zatrzymuje się przy 1800 obr/min, ponieważ większe rolki wytwarzają większą siłę odśrodkową.

Gdy prędkość robocza przekracza około 70% prędkości granicznej, należy zmienić standardowy koszyk z tłoczonej stali na koszyk mosiężny obrobiony maszynowo. Mosiądz jest chłodniejszy, lepiej znosi marginalne smarowanie i toleruje wyższe temperatury występujące w hutach stali i cementowniach.

Szybka kontrola przy średnicy 100 mm: 22220, 2400 obr/min; 23120, 2800 obr/min; 22320, 1800 obr./min. Jeśli Twoje obowiązki wykraczają poza którąkolwiek z tych wartości, rozważ ponownie serię lub przejdź na smarowanie olejem.

Temperatura wyznacza drugą granicę. Łożyska standardowe pracują w temperaturach od -30°C do 120°C; w przypadku pierścieni stabilizowanych termicznie te same łożyska pracują w temperaturze do 200°C, ale wybrany luz wewnętrzny musi zostać otwarty, aby pochłonąć różnicę rozszerzalności pomiędzy wałem, pierścieniem i obudową. W przypadku dużych wałów obrotowych w wentylatorach, pompach i generatorach, gdzie prędkość ma większe znaczenie niż obciążenie końcowe, właściwym punktem wyjścia jest seria 23000.

23000 Series Spherical Roller Bearing for High-Speed Rotating Shafts

Łożysko baryłkowe serii 23000 do wałów obracających się z dużą prędkością Łożysko to, przeznaczone do dużych wałów wentylatorów, pomp i generatorów, przedkłada prędkość nad maksymalne obciążenie. Samoczynnie się wyrównuje, aby kompensować ugięcie wału i wytrzymuje duże obciążenia promieniowe w wymagających warunkach. Zobacz produkt →

Ustaw prawidłowo luz wewnętrzny i smarowanie

Więcej łożysk baryłkowych ulega awariom z powodu nieprawidłowego luzu i złego smarowania niż z powodu bezpośredniego przeciążenia. Przed potwierdzeniem pasowania wybierz promieniowy luz wewnętrzny. Ciasne pasowanie wału pochłania 60–80% naddatku na wcisk w zamontowanym luzie, a operator nie może dostrzec strat, dopóki obudowa nie zacznie się nagrzewać.

Klasa CN: domyślna dla maszyn ciągłych z lekkim lub normalnym wyposażeniem, takich jak silniki elektryczne i wentylatory.
Klasa C3: preferowana do łożysk montowanych indukcyjnie, pras i wszystkich pozycji, w których występuje gradient temperatury powyżej 10°C pomiędzy pierścieniem wewnętrznym i zewnętrznym.
Klasa C4: zarezerwowana dla pieców, suszarni i innych stanowisk o wysokiej temperaturze, gdzie pierścień zewnętrzny nagrzewa się bardziej niż wał.

Reguła stosunku lepkości (kappa >= 2): utrzymywać rzeczywistą lepkość roboczą smaru lub oleju co najmniej dwukrotnie większą niż wymagane minimum dla rozmiaru i prędkości łożyska. Spadek poniżej kappa = 1 powoduje, że rolki zaczynają toczyć się na krawędzi styku metal-metal, co objawia się najpierw zużyciem ślizgowym końcówek rolek.

Do smarowania smarem plastycznym należy wybrać smar, którego lepkość oleju bazowego odpowiada prędkości i temperaturze: zazwyczaj ISO VG 220 dla łożyska o średnicy 80–150 mm pracującego w temperaturze 60–90°C oraz ISO VG 320–460 dla układów z olejem obiegowym w walcowniach i ciężkich prasach. Okresy między kolejnymi smarowaniami wynoszą od około 500 godzin ciągłej, ciężkiej pracy do 4000 godzin w przypadku lekko obciążonych i czystych pozycji.

Porównaj serie pod względem średnicy, obciążenia i prędkości razem

Ten sam rozmiar otworu może wytrzymać prawie dwukrotnie większe obciążenie w przypadku przejścia z serii 22200 na serię 22300, dlatego nigdy nie należy zamrażać serii przed ustaleniem średnicy wału i układu oprawy. Poniższe porównanie to tabela doboru stosowana dla większości stanowisk w przemyśle ciężkim.

Tabela: porównanie serii łożysk baryłkowych przy średnicy otworu 100 mm. Wartości obciążenia i prędkości są orientacyjnymi danymi katalogowymi i nie zastępują tabel danych producenta.
Seria	Konstrukcja rolkowa	Cr, otwór 100 mm	Ograniczenie prędkości	Typowe stanowisko do ciężkich zadań
22200	Standardowy dwurzędowy	około 285 kN	2400 obr./min	Przenośniki, wentylatory, przekładnie
22300	Duże rolki o tej samej średnicy zewnętrznej	około 540 kN	1800 obr./min	Kruszarki, przesiewacze, prasy
23000	Wąskie rolki, większa prędkość	około 345-485 kN	2800 obr./min	Pompy, turbiny, duże silniki
23200	Poszerzony profil 23000	około 520 kN	2000 obr./min	Ciężkie maszyny wibracyjne
24000/24100	Bardzo szerokie, ogromne rolki	powyżej 600 kN	1200-1500 obr./min	Walcownie, piece, krążki linowe

Skrót wyboru: praca wibracyjna wymaga serii 22300, praca przy dużych prędkościach obrotowych wymaga rodziny 23000, a ogromne wolnoobrotowe piece i młyny wymagają serii 24000 i 24100.

Kiedy decydującym czynnikiem jest odporność na wstrząsy i wibracje, zwykle odpowiedzią jest seria 22300. Jej ponadwymiarowe rolki rozkładają naprężenia kontaktowe na większym obszarze, dokładnie tego wymaga głowica krusząca lub przesiewacz wibracyjny. W przypadku największych pieców i młynów serie 24000 i 24100 są jedynym praktycznym rozwiązaniem.

22300 Series Spherical Roller Bearing for Shock and Vibration

Łożysko baryłkowe serii 22300 do wstrząsów i wibracji Seria ta, wyposażona w ponadwymiarowe rolki rozkładające naprężenia kontaktowe, jest odpowiednia dla głowic kruszarek i przesiewaczy wibracyjnych. Jest odporny na obciążenia udarowe i niewspółosiowość, jednocześnie zmniejszając tarcie i wytwarzanie ciepła w trudnych warunkach. Zobacz produkt →

Sprawdź dopasowanie i monitoruj oznaki problemów

Łożysko jest tak niezawodne, jak gniazdo wału, gniazdo w obudowie i otaczające je smarowanie. Przed montażem należy zmierzyć oba gniazda pod kątem okrągłości i zbieżności: odchylenie powyżej IT5/2 na czopie wału spowoduje odkształcenie pierścienia wewnętrznego i będzie widoczne jako gorący punkt w ciągu pierwszej godziny pracy.

Zastosuj pasowanie wtłaczane na pierścieniu obrotowym: w przypadku obracającego się pierścienia wewnętrznego wybierz tolerancję wału p6 lub r6; w przypadku obrotowego pierścienia zewnętrznego pasowanie oprawy powinno wynosić K7 lub M7. Montuj za pomocą nagrzewnicy indukcyjnej i nigdy nie uderzaj młotkiem w powierzchnię pierścienia. Zanotuj luz wewnętrzny przed i po montażu i potwierdź, że redukcja odpowiada oczekiwanym 60-80% naddatku na wcisk. Po pierwszej godzinie temperatura w pomieszczeniu powinna oscylować w granicach 60-90°C; wzrost temperatury powyżej 100°C oznacza niewłaściwą klasę luzu lub zastosowany środek smarny.

Łuszczenie się po jednej stronie bieżni: niewspółosiowość lub zniekształcony otwór w obudowie.
Ślady poślizgu na rolkach: niewystarczające obciążenie lub zbyt lekkie pasowanie promieniowe.
Fretting na gnieździe wału: pasowanie luźne lub wał zginany.
Ciemny, suchy smar w koszyku: okres między kolejnymi smarowaniami jest zbyt długi.

Zdefiniuj P Równoważne obciążenie ze współczynnikiem serwisowym.

Napraw ograniczenie prędkości Sprawdź prędkość graniczną i materiał klatki.

Wybierz prześwit CN, C3 lub C4 odporne na pasowania i ciepło.

Potwierdź, że pasuje Wał p6/r6, obudowa K7/M7.

Komisja Zanotuj luz, sprawdź temperaturę, sprawdź smarowanie.

Ścieżka o najniższym ryzyku: dla pozycji gorących wybierz C3; w przypadku szoku wybierz 22300; dla dużej prędkości wybierz 23000; i dla każdej pozycji sprawdzić stosunek lepkości przed uruchomieniem. Szczegółową procedurę selekcji, w tym przypadki prędkości granicznej i obciążenia, opisano w naszym oddzielnym artykule poradnik doboru łożysk baryłkowych .

Często zadawane pytania

Proste odpowiedzi na pytania, które pojawiają się najczęściej w przypadku stosowania łożysk baryłkowych do ciężkiego sprzętu przemysłowego.

Jaka jest różnica pomiędzy serią 22200 i 22300?

Obie serie obejmują ten sam zakres średnic wałów, ale w łożysku 22300 zastosowano znacznie większe rolki. Przy średnicy otworu 100 mm model 22320 przenosi nośność dynamiczną w pobliżu 540 kN, podczas gdy model 22220 wynosi około 285 kN. Wybierz 22300 do kruszarek, przesiewaczy i pras; wybierz 22200 dla przenośników i wentylatorów.

Jakie obciążenie osiowe może wytrzymać łożysko baryłkowe?

Łożyska baryłkowe przenoszą połączone obciążenia w obu kierunkach osiowych. Przy umiarkowanym obciążeniu promieniowym użyteczne obciążenie osiowe wynosi w przybliżeniu jedną trzecią dynamicznej wartości znamionowej promieniowej. Ponad to sprawdź współczynniki X i Y z katalogu, gdyż stosunek obciążenia osiowego do promieniowego wpływa bezpośrednio na obciążenie zastępcze P.

Jak duża niewspółosiowość jest akceptowalna?

Seria standardowa toleruje do 2 stopni statycznej niewspółosiowości kątowej pomiędzy liniami środkowymi wału i oprawy, a niektóre konstrukcje serii lekkiej osiągają 3 stopnie. Naddatek ten obejmuje ugięcie wału i błąd montażu, a nie wygięty wał lub osiadający fundament. Sprawdź wzór styku po pierwszym uruchomieniu, jeśli aplikacja zbliża się do limitu.

Jak często należy smarować łożysko?

Smarowane smarem łożysko baryłkowe na kole pasowym przenośnika obracającym się o 180 obr./min zazwyczaj wymaga ponownego smarowania co 1000–2000 godzin pracy, a każdy kolejny smar powinien usunąć 10–15% objętości smaru. Gorące, powolne walce w piecach mogą wymagać ponownego smarowania co 500 godzin, natomiast czas pracy czystego wentylatora może sięgać 4000 godzin. Systemy smarowane olejem najlepiej kontrolować poprzez regularną analizę oleju.