Mô-men xoắn của vòng bi xoay là gì? Hướng dẫn ma sát, công thức và lựa chọn

Khi cấu trúc phía trên của cần cẩu bị chùn bước trong lần xoay đầu tiên vào một buổi sáng lạnh giá, vấn đề hiếm khi nằm ở động cơ. Thông thường hơn, không ai định cỡ ổ đĩa cho mô-men xoắn ẩn bên trong ổ trục. Mô-men xoắn của ổ trục xoay không phải là một con số cố định được in bên cạnh mức tải trọng trên biểu dữ liệu. Đó là lực cản mà ổ trục tạo ra chống lại chuyển động quay: ma sát từ các phần tử lăn mang tải, từ các mép bịt kín chạy dọc theo vòng và từ các răng bánh răng nơi lắp một bánh răng tích hợp. Câu trả lời ngắn gọn là: mô-men xoắn của ổ trục xoay là tải trọng ma sát thay đổi, khi đứt quãng thường cao hơn 1,5 đến 2 lần so với khi chạy ổn định và nó nằm ở tâm của kích thước truyền động chứ không phải ở lề.

Ba "Mô-men xoắn" khác nhau bị nhầm lẫn trong các ứng dụng xoay

Trước khi tính toán bất cứ điều gì, hãy tách riêng ba đại lượng mà các kỹ sư thường gọi là "mômen xoay", bởi vì giá trị của một trong số chúng hầu như không cho bạn biết gì về những đại lượng còn lại.

• Mang mô-men xoắn ma sát - lực cản được tạo ra bên trong ổ trục bởi các con lăn, vòng đệm và bánh răng. Đây là ý nghĩa của thuật ngữ này.
• Mô-men xoắn truyền động cần thiết — mọi thứ mà động cơ hoặc bánh răng phải cung cấp: ma sát vòng bi cộng với quán tính trong quá trình tăng tốc cộng với lực cản làm việc như tải trọng gió hoặc phản lực đào.
• Mô-men xoắn giữ hoặc phanh - mômen tĩnh mà bộ truyền động có thể chống lại mà không bị hư hỏng. Đây là thông số kỹ thuật của ổ đĩa, không phải ổ trục.

Bảng dữ liệu ổ trục quay hiếm khi đưa ra một con số mô-men xoắn ma sát duy nhất và sự thiếu sót đó là có chủ ý. Ma sát phụ thuộc vào tải trọng dọc trục, tải trọng hướng tâm và mômen nghiêng mà bạn thực tế áp dụng, vào khe hở hoặc cấp tải trước mà bạn đặt hàng, vào độ nhớt của chất bôi trơn và nhiệt độ. Hai vòng giống hệt nhau có thể khác nhau tới ba lần về điện trở đo được tùy thuộc vào nhiệm vụ, do đó, coi nó như một hằng số là nơi bắt đầu xảy ra hầu hết các lỗi lựa chọn.

Ba thành phần của mô-men xoắn ma sát của ổ trục xoay

Các nhà sản xuất mô hình mômen ma sát tổng là tổng của ba phần: M = bà Cô Mg. Mỗi người hành xử khác nhau trong dịch vụ, đó là lý do tại sao sự phân chia lại quan trọng.

Mômen ma sát mang tải (Mf)

Lực cản lăn được tạo ra khi các quả bóng hoặc con lăn gặp mương dưới tác dụng của tải trọng hướng trục, tải trọng hướng tâm và mô men nghiêng. Nó phát triển cùng với tải trọng, dốc nên dưới tải trọng mô men lớn sẽ ép mạnh một bên của mương vào tiếp xúc. Thiết kế quả bóng cho thấy điểm tiếp xúc và lực cản nói chung thấp hơn; thiết kế con lăn mang nhiều tải hơn trên mỗi kích thước với mức độ ma sát cao hơn khi được tải đầy đủ.

Mô-men xoắn ma sát bịt kín (Ms)

Môi bịt kín trượt trên bề mặt vòng tạo ra lực cản gần như không phụ thuộc vào tải trọng. Trên ổ trục nhỏ hoặc chịu tải nhẹ, vòng đệm có thể chiếm phần lớn tổng ma sát và mỗi môi bổ sung sẽ làm tăng thêm ma sát đó. Do đó, hai vòng bi có vỏ bọc giống hệt nhau nhưng cách bố trí vòng đệm khác nhau có thể yêu cầu các truyền động khác nhau đáng kể.

Ma sát lưới bánh răng (Mg)

Các vòng bánh răng tăng thêm ma sát tại bề mặt tiếp xúc giữa bánh răng và vòng, bị ảnh hưởng bởi cấp chất lượng bánh răng, mô-đun, chất bôi trơn và sự căn chỉnh lưới. Trên các bộ truyền động bên ngoài, bánh răng lệch trục xuất hiện khi mô-men xoắn tăng cao và độ mòn răng cục bộ.

Bởi vì các thành phần này có quy mô khác nhau tùy theo kích thước và công suất, nên việc lựa chọn cấu trúc sẽ định hình mức mô men xoắn. Trong các thiết bị hạng nhẹ và trung bình như máy theo dõi năng lượng mặt trời, bộ định vị nhỏ và máy móc thực phẩm, vòng bi xoay một hàng giữ ma sát lăn và bịt kín đủ thấp để các ổ đĩa nhỏ gọn, công suất thấp vẫn hoạt động được.

Vòng bi xoay một hàng cho phép quay nhẹ Với một hàng bi thép cứng, ổ trục này tiếp tục lăn và làm kín ma sát thấp, nhờ đó các bộ truyền động nhỏ gọn trong máy theo dõi năng lượng mặt trời, bộ định vị nhỏ và máy móc thực phẩm vẫn hoạt động được. Mương được xử lý nhiệt, các tùy chọn bịt kín và lắp đặt dễ dàng hỗ trợ dịch vụ ổn định, lâu dài. Xem sản phẩm →

Làm thế nào để tính toán mô-men xoắn vòng bi xoay

Các dự án nghiêm túc thực hiện các con số từ cả hai hướng.

Từ nguồn điện sẵn có

Công thức phía truyền động thực tế là M = P / ω, trong đó P là công suất được truyền tại vòng và ω là vận tốc góc tính bằng radian trên giây. Một bệ quay với tốc độ 1 vòng/phút sẽ quay với tốc độ ω = 2π/60 ≈ 0,105 rad/s. Nếu 1,5 kW chạm tới vòng ở tốc độ đó, mô-men xoắn khả dụng là khoảng 1.500 / 0,105 ≈ 14.300 N·m, khoảng 14 kNm. Chạy ngược lại số học để kiểm tra xem động cơ và hộp số được đề xuất có thực sự cung cấp những gì ứng dụng yêu cầu ở tốc độ quay thực hay không.

Từ ma sát

Ước tính lần đầu nhân tải trọng tiếp xúc tương đương với bán kính mương và hệ số ma sát tổng hợp: M ≈ µ × F × d/2. Giá trị làm việc của µ trong khoảng từ 0,005 đến 0,015 bao gồm tiếp điểm lăn cộng với vòng đệm, với mức thấp dành cho các thiết kế bi được tải trước nhẹ trong điều kiện ấm, được bôi trơn tốt và mức cao nhất dành cho các thiết bị chịu tải nặng hoặc chạy nguội. Công thức của nhà sản xuất tinh chỉnh điều này thành các đa thức có trọng số riêng biệt đối với các số hạng trục, hướng tâm và mô men, vì vậy hãy sử dụng chúng cho lần kiểm tra cuối cùng thay vì ước tính.

Bổ sung phần còn lại của nhiệm vụ

Tổng nhu cầu là M_drive = M_ma sát M_inertia M_working. Mômen quán tính chiếm ưu thế trên các hệ thống theo dõi và tự động lập chỉ mục nhanh; Lực cản làm việc chiếm ưu thế trên máy xúc và cần cẩu. Trong trường hợp bộ truyền động bánh răng trục vít thay thế một bánh răng hở, tỷ số kèm theo sẽ chuyển đổi mô-men xoắn động cơ khiêm tốn thành mô-men xoắn đầu ra lớn mà vòng cần, và tỷ số truyền hình thành mô-men xoắn và tốc độ đầu ra như thế nào xứng đáng có bước xác minh riêng trước khi bạn khóa kích thước động cơ.

Mô-men xoắn khởi động so với mô-men xoắn đang chạy

Mô-men xoắn ly khai đo được trên ổ trục xoay thường chạy gấp 1,5 đến 2 lần giá trị chạy ổn định của nó và khe hở sẽ mở rộng khi thời tiết lạnh. Ba tác động gây ra hiện tượng này: ma sát tĩnh dưới tải cao hơn ma sát chuyển động, mỡ cứng lại cho đến khi các phần tử lăn xuyên qua một lớp màng dày hơn trong vài vòng quay đầu tiên và bịt kín các môi bám chặt hơn trước khi chúng nóng lên và tuân thủ. Để lựa chọn bộ dẫn động, điều này có nghĩa là cài đặt động cơ, hộp số và van giảm áp phải vượt qua đỉnh ly khai chứ không phải mức trung bình đang chạy — một bước kiểm tra quan trọng nhất đối với thiết bị khởi động ở chế độ đầy tải, chẳng hạn như cấu trúc phía trên của máy xúc và giá đỡ gầu xúc.

Điều gì đẩy mô-men xoắn vòng bi lên hoặc xuống

• Lớp giải phóng mặt bằng hoặc tải trước: các vòng được tải trước chạy cứng hơn và chống xoay nhiều hơn; họ mua độ chính xác với cái giá phải trả là mô-men xoắn.
• Độ lớn tải trọng và mô men nghiêng: tải nặng hơn, lệch tâm làm tăng áp lực tiếp xúc và ma sát trên mương.
• Nhiệt độ và chất bôi trơn: mỡ có nhiệt độ thấp hoặc độ nhớt cao làm tăng cả mô-men xoắn khởi động và chạy.
• Thiết kế con dấu: thêm môi và tiếp xúc chặt hơn sẽ tạo thêm lực cản liên tục.
• Độ chính xác lắp đặt: bề mặt lắp không bằng phẳng hoặc bu-lông siết không đều sẽ làm biến dạng các vòng và tải mương không đều.
• Căn chỉnh lưới bánh răng: một bánh răng lệch làm tăng ma sát truyền và tăng tốc độ mài mòn.

Tải ký tự quan trọng như kích thước tải. Chu kỳ hoạt động xoay hoặc đảo ngược giữ cho vùng tiếp xúc di chuyển xung quanh mương, do đó điện trở thay đổi trong suốt chu kỳ; nó đáng để xem xét cách thiết kế bóng một hàng xử lý tải trọng dao động trước khi hoàn thiện hồ sơ nhiệm vụ.

Ở cấp độ nặng nhất - cần cẩu cảng, máy đào hầm, máy xúc lớn - ma sát cao hơn được chấp nhận là giá công suất, đó là nơi mà Vòng bi xoay ba hàng 13-series giành được vị trí của mình: các mương riêng biệt chịu tải trọng trục, hướng tâm và mô men một cách độc lập, do đó không có hàng nào bị tổn hại.

Vòng bi xoay ba hàng dòng 13 cho tải nặng Các mương riêng biệt chịu tải trọng trục, hướng tâm và mô men một cách độc lập, làm cho ổ trục Series 13 này phù hợp với cần cẩu cảng, máy đào hầm và máy xúc lớn nơi công suất lớn hơn ma sát bổ sung. Kết cấu thép hợp kim và hỗ trợ bảo trì đơn giản đòi hỏi chu kỳ làm việc cao. Xem sản phẩm →

Những điều cần xác nhận với nhà cung cấp của bạn trước khi đặt hàng

1. Dữ liệu mô-men xoắn ma sát ở tải của bạn - giá trị khởi động và chạy, không phải một con số hỗn hợp.
2. Điều kiện thử nghiệm - tải, tốc độ và nhiệt độ tại đó các giá trị đó được đo.
3. Lớp thông quan hoặc lớp tải trước - và tác động của nó đối với mức kháng cự dự kiến.
4. Đặc điểm kỹ thuật của phốt và dầu mỡ - số lượng môi, loại dầu mỡ và mức độ lấp đầy cũng như hoạt động của khí hậu lạnh.
5. Chất lượng bánh răng và phản ứng ngược - đối với các vòng bánh răng, vì chất lượng lưới cấp trực tiếp vào Mg.
6. Tiêu chí chấp nhận - giới hạn mô-men quay được đo trong quá trình kiểm tra kéo sợi trước khi giao hàng.

Khi ma sát cộng với mô-men xoắn làm việc vượt quá mức mà hệ thống bánh răng và hộp giảm tốc xử lý một cách kinh tế, nhiều người mua sẽ chuyển sang sử dụng các bộ phận tích hợp; một ổ xoay ngang đóng gói ổ trục, hộp số kèm theo và vỏ lắp thành một cụm lắp ghép phù hợp, do đó xích mô-men xoắn được thiết kế như một hệ thống thay vì được lắp ráp từ các bộ phận.

Ổ đĩa xoay ngang có chức năng tự khóa Bộ phận tích hợp này bao gồm ổ trục, hộp số kín và vỏ lắp ráp thành một cụm lắp ráp phù hợp, do đó xích mô-men xoắn được thiết kế như một hệ thống. Tự khóa giữ vị trí khi không có tải mà không cần nguồn điện, hữu ích khi ma sát và mô-men xoắn làm việc vượt quá sự bố trí chốt và hộp giảm tốc. Xem sản phẩm →

Mô-men xoắn của ổ trục xoay được coi là tốt nhất như một thuộc tính hệ thống, không phải là hằng số danh mục. Nó là tổng của tải trọng, ma sát phốt và bánh răng; nó tăng vọt khi khởi động; và nó di chuyển với chất lượng tải trước, nhiệt độ, bôi trơn và lắp đặt. Chia sẻ sớm các trường hợp tải thực của bạn — hướng trục, hướng tâm, mô men, tốc độ và phạm vi nhiệt độ — với nhà sản xuất vòng bi, đồng thời yêu cầu khởi động và chạy dữ liệu mô-men xoắn đối với các tải đó. Bước duy nhất đó giúp ngăn ngừa kiểu hư hỏng tốn kém nhất trong các ứng dụng xoay: một cỗ máy có thể quay nhưng không bao giờ dễ dàng như bản vẽ đã hứa.