Wie hoch ist das Drehmoment eines Drehlagers?

Das Drehmoment des Großwälzlagers ist der gesamte Drehwiderstand, den das Antriebssystem (z. B. Ihr Motor und das Ritzel) überwinden muss, damit sich das Gerät dreht und in Betrieb bleibt. Es handelt sich nicht um einen einzelnen, festen Todeswert. Er enthält die Summe mehrerer Widerstände - sowohl die Reibung als auch die von den Dichtungen aufgebrachte Widerstandskraft. Handelt es sich um einen gezahnten Träger, kommt noch der Widerstand des Zahneingriffs hinzu.

Um sicherzustellen, dass die Auswahl des Antriebs nicht falsch ist, verwenden wir üblicherweise die folgende Formel zur Berechnung des Gesamtdrehmoments (M total ):

M gesamt =M f +M s +M g

Die Logik ist hier klar:

M f= Reibungsmoment unter Last (dies ist das Lastmoment)
M s = von der Dichtung erzeugtes Reibungsmoment
M g = durch den Zahneingriff erzeugtes Reibungsmoment (falls verzahnt)
Ingenieure verwechseln leicht den Unterschied zwischen dem Anlaufdrehmoment (das Gerät aus dem Stillstand in die Drehung versetzen) und dem Laufdrehmoment (Aufrechterhaltung der Drehung). Das erstere ist in der Regel viel größer als das letztere. Darüber hinaus schwankt dieser Wert aufgrund der Vorspannung im Großwälzlager, der Viskosität des Schmierfetts, der Umgebungstemperatur und der spezifischen Belastung unter Ihren Arbeitsbedingungen. Daher ist die Berechnung dieses Wertes der erste Schritt, um den zuverlässigen Betrieb der Anlage zu gewährleisten.

Lassen Sie mich diese Hauptbestandteile aufschlüsseln.

Tragfähiges Drehmoment (Mf)

Es ist der wichtigste und komplexeste Teil der Drehmomentzusammensetzung, die sich direkt aus der auf das Lager einwirkenden externen Last ergibt. Ob es sich um eine Axialkraft, eine Radialkraft oder ein Kippmoment handelt, wird letztendlich auf den Wälzkörper übertragen und verursacht Reibung in der Laufbahn. Die in der Industrie übliche Schätzformel lautet wie folgt:

M f = ( F a * f a + F r * f r ) * μ * d m/ 2

Darunter:

Fa = Axiale Belastung (N)
Fr = Radiale Belastung (N)
fa, fr = Berechnungsfaktoren für Axial- und Radialbelastungen, die für den Lagertyp spezifisch sind (z. B. Vierpunktlager, Kreuzrollenlager) und vom Hersteller angegeben werden.
μ (mu) = Reibungskoeffizient. Dies ist ein empirischer Wert, der bei sauberen, ordnungsgemäß geschmierten Wälzlagern typischerweise zwischen 0,004 und 0,008 liegt.
dm = Mittlerer Durchmesser der Laufbahn (Teilkreisdurchmesser) in Metern (m).
Besondere Erinnerung: Wenn Ihr Anwendungsszenario ein Kran oder ein Bagger ist, gibt es ein großes Kippmoment, wir konvertieren dieses Moment normalerweise in "äquivalente Axiallast", wenn wir F a F a berechnen, um zu berechnen, damit die Ergebnisse zuverlässig sind.

Dichtung Reibungsdrehmoment (Ms)

Die meisten Großwälzlager sind mit Gummidichtungen ausgestattet, die das Fett einschließen und Schmutz abhalten. Diese Dichtungsstreifen gleiten nahe an der Oberfläche der Hülse, und der dabei entstehende Widerstand ist nicht zu vernachlässigen. Interessanterweise hat dieser Teil des Drehmoments wenig mit der äußeren Belastung zu tun, aber er steht in engem Zusammenhang mit Temperatur und Schmierung. Seine Berechnung stützt sich in der Regel auf empirische Formeln:

Ms ≈ Cs * ds^2

Cs = Eine vom Lagerhersteller angegebene Dichtungskonstante, die vom Dichtungsmaterial und der Konstruktion abhängt.
ds = Durchmesser der Dichtlippenanlage in Metern (m).
In vielen technischen Beispielen finden Sie M s M s gibt direkt einen Referenzwert (N - m) an. Ich möchte betonen, dass bei Lagern mit kleinen Abmessungen und geringer Belastung das Dichtungsmoment oft die Hauptquelle des Leerlaufdrehmoments ist und sogar den größten Teil des Gesamtdrehmoments ausmachen kann. Ignorieren Sie es bei der Auswahl des Typs nicht.

Verzahnung Reibungsmoment (Mg)

Bei der Zahnkranzdrehverbindung "frisst" das Ineinandergreifen des Antriebsritzels und des großen Zahnkranzes ebenfalls einen Teil der Kraft. Dies hängt mit der übertragenen Leistung und dem Wirkungsgrad des Getriebes zusammen. Die Schätzungen lauten wie folgt:

Mg = Tdrive * (1 - ηg)

Tdrive = Das über die Verzahnung übertragene Antriebsmoment (N-m).
ηg (eta) = Der Wirkungsgrad des Zahneingriffs. Bei standardmäßigen, gut geschmierten gerad- oder schrägverzahnten Zahnrädern ist der Wirkungsgrad in der Regel hoch, etwa 98% bis 99% (d. h. ηg ≈ 0,98 - 0,99).
Mit anderen Worten, etwa 1-2% der Antriebskraft gehen durch die Getriebereibung verloren, aber auch diesen Teil muss der Motor überwinden.

Anfahr- vs. Betriebsdrehmoment

Den Unterschied zwischen diesen beiden Zuständen zu verstehen, ist der Schlüssel zum Erfolg Ihrer Motorauswahl.

Anfahrdrehmoment: Dies ist das Spitzendrehmoment, das erforderlich ist, um die Drehung aus dem Stillstand zu starten. Es ist hoch, weil die statische Reibung überwunden werden muss (der Koeffizient der statischen Reibung ist viel größer als der Koeffizient der dynamischen Reibung), aber auch um die "viskose" Wirkung von Dichtungen und viskosem Fett zu überwinden (Stiction). Das Anlaufmoment beträgt in der Regel das 1,5- bis 3-fache des berechneten Laufmoments. Vor allem in einer Umgebung mit niedrigen Temperaturen oder nach längerem Stillstand der Anlage ist dieses Vielfache noch höher.
Laufdrehmoment: Sobald es sich bewegt, bildet sich ein stabiler Ölfilm in der Laufbahn, die Reibung wird reduziert und das Drehmoment stabilisiert. Die obigen Formeln berechnen hauptsächlich das Laufdrehmoment.
Bei der Auswahl eines Motors muss sichergestellt werden, dass er ein ausreichendes Spitzenanlaufdrehmoment liefern kann, um das Gerät zu "schieben"; die Dauerbetriebsfähigkeit und die Wärmeabgabeleistung des Motors werden in Bezug auf das Betriebsdrehmoment bewertet. Die Nichtbeachtung dieses Punktes ist eine häufige Ursache für das Versagen des Antriebs "kleiner Pferdewagen" und der Anlaufbelastung.

Schlüsselfaktoren, die das Drehmoment von Großwälzlagern beeinflussen

Zusätzlich zu den Berechnungen auf dem Papier gibt es mehrere betriebliche Faktoren in der Praxis, die das Gesamtdrehmoment tatsächlich verändern werden:

Interne Vorspannung: Um die Steifigkeit der Lagerung zu erhöhen, wird bei der Herstellung häufig ein negatives Spiel (Vorspannung) aufgebracht. Dies erhöht direkt die Kontaktspannung zwischen dem Wälzkörper und der Laufbahn, was unweigerlich zu einem Anstieg des Reibungsmoments führt.
Zustand der SchmierungDie korrekte Einspritzung des Öls und die richtige Viskosität sind sehr wichtig. Eine unzureichende Schmierung oder eine falsche Viskosität erhöht das Drehmoment und beschleunigt den Verschleiß.
BetriebstemperaturTemperaturschwankungen verändern die Viskosität des Fetts. Ist es zu kalt, verdickt sich das Fett und das Anfahrdrehmoment steigt an; ist es zu heiß, wird das Fett dünner und der Ölfilm hält möglicherweise nicht mehr.
Genauigkeit beim Einbau: Wenn die Oberfläche der Einbaustruktur nicht eben ist oder die Steifigkeit nicht ausreicht, wird der Träger gezwungen, sich zu verformen. Dies führt zu einer lokalen Überlastung der Laufbahn und erzeugt eine abnormale Reibung und unvorhersehbare "Drehmomentspitzen".

AutorDavid

Durch meine jahrelange Erfahrung im Maschinenbau habe ich aus erster Hand erfahren, wie Missverständnisse über das Drehmoment zu Systemausfällen führen können. Ich habe diesen Leitfaden verfasst, um die Berechnung des Drehmoments von Großwälzlagern zu entmystifizieren - von der Last und der Dichtungsreibung bis hin zu den kritischen Unterschieden zwischen Anlauf- und Betriebsdrehmoment. Ich hoffe, dass er Ihnen das praktische Wissen vermittelt, das Sie benötigen, um das richtige Antriebssystem auszuwählen und sicherzustellen, dass Ihre Anlagen mit der Zuverlässigkeit und Leistung arbeiten, die Sie erwarten.