Большие редукторы предназначены для передачи высокого крутящего момента (за счет снижения большой скорости на входе до нужной скорости на выходе). Это стало причиной того, что редукторы широко используются в промышленности, управляя транспортерами, станами, дробилками и насосами.
Зубчатые колёса, находящиеся в редукторах, изготовлены с высокой точностью и требуют особой ответственности при сборке. Неудивительно, что редукторы могут иметь много ступеней, которые могут включить конические зубчатые колеса и шестерни для изменений направления привода/входного сигнала, так же, как множественные винтовые зубчатые передачи с различными коэффициентами передачи, необходимыми для достижения желаемого результата.
Цель состоит в том, чтобы коробка передач работала как можно тише. Как вариант, для борьбы с шумом используются винтовые зубчатые передачи. Все помнят “гул” наших автомобилей с МКПП при заднем ходе? В этих случаях реверс является цилиндрической передачей.
Винтовые зубчатые передачи превосходны для передачи силы, стойкости и тихой работы. Тем не менее, есть обратная сторона к этой конструкции. Эти шестерни изготовлены с углом, и всегда возникает осевое усилие (тяги), которое требует внимания.
В областях применения, где эта осевая нагрузка будет весьма большой, винтовые зубчатые передачи ограничены и часто модифицируются в так называемые “шевронные шестерни”. Эта конструкция требует:
- Увеличение размеров коробки передач
- Увеличение точности деталей машин и сборки
- Добавляет дополнительную стоимость из-за точности
В работе однако, эта конструкция шестерни не изменит осевых нагрузок. В общем, в зубчатых передачах (винтовых, конических и цилиндрических) осевая нагрузка должна распределяться на опорные подшипники. Часто, выбор подшипников основан на знаниях о грузоподъёмности и теоретическом сроке эксплуатации подшипника, без необходимого вникания в характеристики и конструкцию подшипника.
Доступно большое количество различных подшипников со специфическим набором характеристик, в т.ч. по грузоподъёмности. Эти характеристики должны быть правильно учтены для применения подшипника в данном механизме. В большинстве применений, кроме определённого положения от вала требуется вращение.
Нагрузки на подшипник могут быть чисто радиальными, чисто осевыми или сочетанием обоих факторов. Как правило, большинство приложений имеют сочетание этих двух. Шариковые подшипники, например, сконструированы для того, чтобы воспринимать радиальные нагрузки. Однако, они могут поддержать некоторую осевую нагрузку, и поэтому превосходны для использования в электрических машинах. Подшипники отлично подходят для обеспечения вращения ротора. При этом также будет некоторый тепловой рост длины вала. Для того чтобы исключить риск смещения возможно использовать цилиндрический роликовый подшипник. Этот тип подшипника доступен во многих конфигурациях. Он может быть использован в данной конфигурации и позволит осевое перемещение внутри самого подшипника, сохраняя радиальную грузоподъемность.
Некоторые подшипники также позволяют рассогласование. Это может быть полезно там, где возможны отклонения вала или существует возможность использовать подшипниковую опору. Подобно конструкции червячной зубчатой передачи, эти подшипники имеют преимущества и недостатки.
В случае применения сферических роликовых подшипников, можно отлично совмещать несоосность вала с возможностью вращения без ущерба грузоподъемности. Эти подшипники — превосходная конструкция для использования в шкивах транспортеров, где всегда есть сложности в поддержании точного выравнивания и прикладываемой высокой радиальной нагрузки. И ещё, эти подшипники также имеют способность самоустанавливаться и принимать валу небольшие осевые нагрузки.
Недостаток, или оборотная сторона, по роликосферическим подшипникам исходит из внутренней конструкции. Представьте себе, что вы пытаетесь свернуть винную бочку с холма — она вряд ли покатится прямо. То же происходит в роликосферических подшипниках — тела качения имеют тенденцию наклона и соскальзывания, также происходит повышение рабочей температуры. Сепаратор — это критический компонент, который поддерживает тела качения. Без сепаратора, тела качения отклоняются легко, приводя к катастрофическим разрушениям.
Эту неэффективность роликосферических подшипников ролика можно легко сравнить путем оценки скорости в любом каталоге изготовителей подшипника. Просмотрите скорости подшипников одинакового общего размера — внутренний и внешний диаметр, ширина (ID, OD и Width). Сравните скорость для шариковых подшипников, цилиндрических роликовых подшипников, даже конических роликовых подшипников и увидите, что номинальная скорость у сферических роликовых подшипников будет значительно.
Причина? Оценки скорости основаны на стандарте, который требует специфической нагрузки, прилагаемой к подшипнику с учётом поддержания предписанной температуры на предельной скорости. Некоторые изготовители имеют “контрольные скорости”, которые отличаются от “предельной скорости”. Измерение фундаментально аналогично. Редукторы часто имеют роликосферически подшипники, установленные на более медленные валы понижения скорости.
Редукторы точны уже при разработке. Передаточные числа, люфт и соосность имеют решающее значение для передач и надежную работу. Конструкция вала должна поддерживать эту точность без отклонения. Корпус подшипника должен обеспечить вал согласно требованиям по точности передач.
Учитывая эти ограничения точности, зачастую не хватает фундаментальных инженерных знаний о подшипниках при их выборе. В результате возникает осевая (упорная) нагрузка, а нагрузки шестерен недостаточны для поддержания минимального требования к давлению на подшипник для поддержания контакта качения. Внутренние особенности конструкции и недостаточная радиальная нагрузка могут наложиться на осевую нагрузку и привести к преждевременному отказу подшипника. Подшипник, который идеален для шкива транспортера, не может быть идеальным для редуктора.
Тут может быть рассмотрен подшипник, который конструирован специфически для того, чтобы иметь способность воспринимать сочетание радиальной и осевой нагрузок. Конический роликовый подшипник — часто превосходная альтернатива, если роликосферические подшипники выходят из строя преждевременно, или не обеспечивают заявленный срок службы в редукторах.
Автор: Дэвид Битти
DASH Engineering — Беспристрастные и независимые Консультанты по Подшипникам
