Как сегментные соединения влияют на срок службы поворотных подшипников с разъемным креплением

Что такое разъемный поворотный подшипник?Это поворотное кольцо большого диаметра, изготовленное из двух или более сегментов, а не из одного цельного кольца. Сегменты скрепляются болтами в одном или нескольких соединениях, поэтому подшипник можно установить или заменить, не разбирая всю машину.

Перед утверждением сегментированной конструкции инженеры задают один вопрос: как соединение влияет на усталостную прочность? У цельного кольца дорожка качения непрерывна. У сегментированного кольца её нет, и каждый элемент качения должен пересекать этот разрыв. В этой статье объясняется, в чём заключается риск, что подтверждают имеющиеся данные и что следует проверить перед утверждением прототипа.

Как сегментное соединение изменяет путь передачи нагрузки

В твердом телеповоротный подшипникНагрузка передается от кольца к элементу качения и обратно через закаленную дорожку качения без перерыва. В месте соединения кольцо скреплено болтами и сопрягаемой поверхностью, а не сплошной сталью. В этом месте изменяется локальная жесткость, даже при правильной конструкции.

Каждый раз, когда ролик или шарик пересекает соединение, он испытывает небольшое изменение опоры. Если две поверхности идеально прилегают друг к другу, а болты сохраняют предварительное натяжение, это изменение незначительно. Если же какая-либо из них смещается, элемент ролика получает повторный удар в одном и том же месте при каждом проходе.

Положение шарнира так же важно, как и его качество. На оборудовании, которое поворачивается на ограниченный радиус, например, на стреле, работающей только с одной стороны, шарнир может находиться за пределами основной зоны нагрузки. На оборудовании, которое совершает полные обороты под движущейся нагрузкой, избежать этого положения невозможно, поэтому шарнир должен выполнять свою часть работы.

Выравнивание, предварительная затяжка болтов, переходы между дорожками качения и смазка: факторы на уровне соединения, определяющие усталостную долговечность.

Четыре фактора определяют, будет ли сустав вести себя как часть кольца или как его дефект. Они взаимосвязаны, поэтому слабость в одном обычно проявляется и в других.

Совместный фактор	Что идёт не так?	Влияние на усталостную долговечность и надежность	Что нужно проверить
Выравнивание сегментов	Радиальный или осевой выступ между сегментами; зазор, образующийся под нагрузкой.	При каждом проходе элементы катящегося механизма ударяются о ступеньку, что приводит к увеличению локального контактного напряжения.	Измерены ступенька и зазор в месте соединения, с нагрузкой и без нее.
Предварительная нагрузка болта	Неравномерное или потерянное усилие зажима; расслабление после первых циклов.	Соединение деформируется под циклическими нагрузками, что усугубляется износом и усталостью болтов.	Метод затяжки или натяжения, последовательность затяжки, повторная проверка после первых циклов работы.
Переход гоночной трассы	Заусенцы на кромке, изменение твердости или несоответствие профиля при разломе	Отслаивание или образование ямок начинается по краям и распространяется вдоль дорожки качения.	Проверка профиля и твердости по всей поверхности шва, а также тест на характер контакта.
непрерывность смазки	Смазка просачивается через зазор; уплотнения в месте соединения нарушены; на кабелепроводе имеются сухие пятна.	Тонкая или поврежденная смазочная пленка ускоряет износ, и в месте повреждения может начаться коррозия.	Конструкция уплотнения в месте соединения, канал для смазки и интервал повторной смазки.

Обычно цепь работает следующим образом: предварительное натяжение ослабевает, поверхности смещаются, и образуется ступенька. Эта ступенька повреждает край дорожки качения, а мусор загрязняет смазку. Каждая последующая поломка приводит к следующей.

Именно поэтому мы рассматриваем соединение как систему, а не как отдельный параметр на чертеже. Идеальная плоскостность мало что значит, если болты теряют усилие затяжки в первые несколько сотен часов. За более чем 30 лет работы в области проектирования тяжелой техники я обнаружил, что вопросы о предварительном натяжении и герметизации соединения дают больше информации о конструкции, чем каталожные характеристики подшипника.

Что подтверждают и что не подтверждают доказательства.

Результаты поиска по этой теме делятся на две группы. На одной из ведущих страниц указан расчетный срок службы подшипника в 60 000 часов при надлежащем техническом обслуживании. На других страницах описываются общие типы подшипников и области их применения. Лишь немногие из них описывают, как интерфейсы сегментов влияют на передачу нагрузки и усталость.

Цифру в 60 000 часов следует рассматривать как утверждение, а не как эталон. Она не указывает на спектр нагрузок, схему вращения, положение соединения или интервал технического обслуживания. Один только поиск не показывает отраслевую тенденцию и не доказывает, что сегментированные кольца служат дольше или короче, чем цельные.

Та же осторожность применима и к нашим собственным примерам. Примеры, которые мы можем привести, такие как 100 единиц поворотных приводов SEA21-125-25HR(2) для поворотных платформ в Хьюстоне, штат Техас, и поворотные приводы HWE21-94-25HR.1 с двойным червячным механизмом для горных экскаваторов в Австралии, касаются поворотных приводов с непрерывными подшипниковыми кольцами. Они демонстрируют высокую циклическую нагрузку, которой подвергается поворотное оборудование. Они не являются доказательством того, как долго служат сегментированные соединения.

Вот как можно отделить наблюдаемое от интерпретированного:

• Наблюдалось:Соединение прерывает дорожку качения и добавляет болтовые соединения. Это конструктивный недостаток.
• Правдоподобная интерпретация:Именно в этих местах обычно начинается усталостное разрушение, если предварительная нагрузка, соосность или герметизация слабые. Это соответствует основным механическим принципам, но для подтверждения этого для конкретной конструкции необходимы данные полевых испытаний.
• Альтернативные объяснения:Преждевременный выход из строя также может быть вызван деформированной монтажной поверхностью, перегрузкой, некачественной смазкой или износом уплотнений. Вину за повреждения, которые не были причиной поломки, могут возложить на шарнир.
• Доказательства, которые могли бы изменить точку зрения:Протоколы осмотра узлов с отмеченным положением соединения, показывающие, сосредоточены ли повреждения в месте соединения или распространяются по всему кольцу.

Вопросы, которые следует задать перед утверждением прототипа или выбором варианта модернизации.

Приведенный ниже контрольный список превращает анализ в принятие решений. На каждый вопрос указано, на что он влияет.

• Где будет располагаться соединение относительно основной зоны нагрузки?Это определяет, подвергает ли рабочий цикл шарнир пиковой нагрузке. Для оборудования с полным вращением и движущейся нагрузкой это мало помогает.
• Как фиксируется соединение, и кто проверяет предварительную нагрузку?Это влияет на усталость болтов и стабильность соединения. Уточните метод затяжки и план повторной проверки.
• Как обрабатываются и закаляются торцы кабельных каналов?Это влияет на риск отслаивания кромок. Запросите данные о профиле и твердости по всей длине шва.
• Как уплотнения и канал для смазки пересекают соединение?Это влияет на загрязнение и износ. Запросите чертеж уплотнения, а не только тип уплотнения.
• Насколько жёсткая монтажная конструкция?Гибкая рама может раскрыть соединение, которое удерживалось бы только подшипником. Это определяет, насколько плоской должна быть опорная поверхность.
• Возможно ли создать цельное кольцо?Если кольцо может пройти сквозь конструкцию, прочная конструкция полностью исключает риск повреждения соединений. Для больших нагрузок сравните это стрехрядные роликовые поворотные подшипникипрежде чем брать на себя обязательства по сегментам.

Распространенные ошибки при проверке сегментированного дизайна.

• Проверка проводится только для собранного подшипника в состоянии покоя.Статические проверки не позволяют выявить движение суставов под нагрузкой. Повторите измерения после завершения циклов работы.
• Рассматривайте соединение как разрез в сплошном кольце.Это болтовое соединение, имеющее свои собственные требования к жесткости, герметизации и предварительному натяжению.
• Использование срока службы без учета условий его применения.Указанное количество часов работы мало что значит без учета нагрузки, скорости, условий окружающей среды и технического обслуживания.
• Пропуск маркировки соединений в полевых условиях.Без фиксации положения суставов невозможно установить причину произошедшего.
• Не обращая внимания на поверхности крепления.Неравномерная посадка может привести к перегрузке одного сегмента, и тогда будет казаться, что виноват именно этот стык.

Для всех этих случаев действует одно ограничение. При легкой, медленной или эпизодической эксплуатации небольшие дефекты соединений могут сохраняться в течение многих лет. Риск возрастает при высоких циклических нагрузках, ударах, пыли и влаге, поэтому необходимо сопоставлять проверки с реальными условиями эксплуатации.

Практическая последовательность осмотра и что могло бы ее изменить.

Используйте эту последовательность для проверки прототипа или приемки модернизированной конструкции. Для этого не требуется никакого специального оборудования, кроме стандартных измерительных инструментов, и каждый шаг связан с указанным выше коэффициентом для шарниров.

1. Отметьте положения шарниров на кольце и на раме станка.
2. Перед установкой подшипника проверьте плоскостность монтажных поверхностей.
3. Затяните болты в указанной последовательности до расчетного предварительного натяжения.
4. Измерьте ступеньку и зазор в каждом стыке в соответствии с допуском, указанным на чертеже.
5. Выполните тестовые циклы, затем повторно проверьте предварительную нагрузку и измерения в шарнирах.
6. Проверьте характер контакта дорожки качения и состояние смазки в месте соединения.
7. Зафиксируйте все соединения, отметив их стыками, чтобы в дальнейшем можно было сравнить результаты разборки.

Это тот же принцип, который мы применяем в производстве. Каждый изготовленный нами поворотный подшипник проходит трехкоординатный контроль на координатно-измерительной машине и испытания на динамическую нагрузку, а наше предприятие сертифицировано по стандарту ISO 9001:2015. Вы можете узнать больше о нас.контроль качества поворотного приводаТехнологический процесс. Мы заявляем о проценте отказов ниже 0,5%, что является отраслевым стандартом, и о расширенной 2-летней гарантии на нашу продукцию. Это относится к нашей стандартной продукции, а не к какой-либо конкретной сегментированной конструкции.

Если ваша конструкция не соответствует стандартным размерам, указанным в каталоге, наша инженерная команда может проанализировать ваши чертежи и рабочий цикл. Техническое предложение будет готово в течение 24 часов. Быстрое прототипирование занимает 3 дня, а индивидуальные заказы начинаются от 5 комплектов. См. нашимодифицированный поворотный приводварианты, если подшипник должен быть частью приводного узла.

Некоторые вопросы остаются открытыми. Нет общедоступных данных, на которые мы могли бы сослаться, показывающих реальную разницу в сроке службы между сегментированными и цельными кольцами при одинаковой нагрузке. Если результаты разборки показывают равномерное распределение повреждений по кольцу, то соединение не является основной причиной риска, и в первую очередь следует проверить смазку или монтаж. Если повреждения сосредоточены в месте соединения, перед изменением размера подшипника следует пересмотреть предварительную нагрузку, соосность и герметичность. Эти данные должны стать решающим фактором при выборе разъемного поворотного подшипника для оборудования с длительным сроком службы, а не просто указанная на нем наработка часов.