来回摆动轴承

起重机、风力涡轮机叶片和飞机翼襟翼都有一个类似的问题:帮助他们旋转的轴承不去在一个完整的圆。和孩子在swing或跷跷板一样,他们来回或上下振荡。

一些振动轴承也可以被认为是携带负载而不是旋转装置,动力系统工程师、首席执行官Mike Chartre说公司设计工业齿轮轴和轴承系统。

“这是一个静态轴承用于位置,没有旋转,”他说。“这是传输扭矩,通常当你有一个应用程序(如风力涡轮机叶片。就像一个圆转盘轴承在调味品架,你把你所需要的位置。轴承的目的不是你可以旋转它兜圈子。”

除了旋转懒苏珊,有这么多不借给自己的周期发生在应用程序容易更换,理解这个运动和损害它可能导致预测准确的一生至关重要振动轴承的应用程序。这种类型的运动不仅严重并要求但旋转相反的启动和停止。

“世界标准的轴承都是建立在充分旋转的轴承;有改变那些发生在振荡运动的计算,”研究和开发经理Ian Hegner说Rexnord Corp .)设计公司申请飞机机翼和机尾皮瓣等行业。

设计工程师希望确定旋转轴承的寿命使用分析从1947年开始,在2007年的基础标准ISO 281 [1]。从那时起,工程师们已经开发出修改标准,认为振荡而不是完整的旋转,但不同的假设和方法高估有生之年或疲劳,振动的大小也必须考虑[2,3]。

另外,条件在现实生活中并不理想。在2018年的一次分析起重绞车[4],作者指出,与孩子在荡秋千,起重机的实际振动是不完美的,坎坷的,而不是一个光滑的正弦曲线。方程的近似足够区别现实可能高估了振动轴承的寿命。

斜向的寿命

缺乏大运动损害轴承螺旋桨,涡轮机,慢慢地、间接地和其他应用程序。举个例子,在2018年的风力涡轮机的计算机模拟,研究人员表明,球轴承——那些让叶片扭曲的长轴赶上bet188体育官网app下注适量的风——的风险surface-induced振荡介于0和2.5度的影响连续127天超过20年[5]。

“虽然他们并不是传统意义上的旋转,你觉得在轴承,轴承元素几乎没有运动和潜在的大量的力量,“Chartre说。“如果只是来回移动一点,最终它会撤离所有的油脂水沟。一旦油脂,没有电影保护表面免受附着力。所以,在微观层面上,你非常高负载,可能两个表面的焊接在一起。然后它分裂时运动。可能发生一遍又一遍,最终得到降解的表面。这叫做担忧。”

工程师发现旋转轴承开始确定寿命。最简单的方法来确定轴承的寿命在振荡应用程序是总结振荡移动的距离,总充分旋转转换,使用标准的ISO 281 [5]。

“这是每个人都同意相当普遍,直到你得到低于临界角度,“Hegner说。

小角振荡创建不同的破坏条件比完整的旋转。转动轴承滚动接触疲劳。它们旋转长途(相对)和流体条件下高速。但与小振幅弹流条件消失,速度缓慢,沉重的负荷。这些条件创建surface-induced损害如假测布氏硬度和担忧。

进入临界角,两个相关的角度考虑了解损伤模式。在ASME开创性工作作为终身成员,已故的约翰Rumbarger提供常用的定义:临界振幅被定义为一个种族的转动角相对于其他种族的种族路径由一个滚动的元素,强调一个球或滚子等,只是触摸但不重叠的竞赛路径强调通过相邻元素[6]。

另一个区域的操作称为扰动区在非常小振幅振荡压力区域,或联系足迹和元素之间的种族,只是部分发现然后追溯[7]。

“当你离开临界角和抖动角,这是一个完全不同的方程来确定轴承的寿命。”Hegner说。“这个领域需要更多的关注,在我看来,因为整个世界轴承更关心疲劳和旋转。这些振荡应用工程师更担心穿的,这是更困难的得到你的手。”

几乎没有移动和伤害

一种简单的来回移动很小的距离造成损害是饥饿的润滑的轴承。小角度推动周围的油脂不够。和不同的振幅创建不同类型的损伤。

“如果这是一个更大的角度,这将是在临界角或更大,您可能会看到与金属接触,可能会创建表面剥落失效,“Hegner说。“如果这是一个小角接近优柔寡断,这将是你的担忧失败。”

“其他类型的振荡可以造成破坏,”Ed Hahlbeck说,首席执行官和所有者的动力系统工程师。“应用程序负载振动和轴承基本上是静态的,磨损发生由于负载变化改变接触位置。因此,非常低的内部间隙是至关重要的,连同适当的支持保持种族一致。”

如果缺少润滑和详细信息和元素相互摩擦,他们可以创建浅车辙称为假测布氏硬度。真正的渗碳硬化变形金属成坑或车辙,但假的金属布氏硬度试验可以涉及一些损失。在合适的条件下,如果水进入轴承,这些车辙发展,深化,变成接触腐蚀。
另一种类型的失败与缺乏,没有润滑,但之间的硬度,滚轮和详细信息。

“如果你有一个非常困难的滚子与柔和的内圈,然后你就有小的来回运动,你可以创建一个小槽变形的方式,“Hegner说。“这有点像担忧,但穿由于硬度差。”

抵消潜在的损害,设计工程师有时使滚动元素覆盖更多的空间。

“一种方法是去为更广泛的表面,使用其他软件只是一个球,”Chartre说。“交叉滚子设计在这些类型的应用程序中非常普遍。”

交叉滚子轴承中的元素看起来像桶。他们在他们一边倾斜45度,与下一个倾斜45度。滚子接触跑道沿着长度而不是像球一样。例如,如果你沿着地面滚球,球接触地面。轴承,这形成一个线在跑道中间的球滚。如果你小费一桶,滚在地上,整个筒接触地面的长度,从上到下。等水沟,水沟的滚柱轴承跨度超过一个球轴承、分发穿更广泛。

一些涡轮机自动化系统,可以告诉风死后足以让叶片扭曲,只是旋转轴承。

喂养润滑

工程师发现损害由于错误的渗碳硬化,有时被认为是担忧,由于振荡近100年前。早在1930年代,汽车,坐火车运送了受损的车轮轴承。车厢的车辆被绑住,但他们仍然拥挤在摇摇晃晃的痕迹。像Hahlbeck的例子的振动载荷和静态轴承,俘虏轮轴承遭受不必要的接触。

“战斗,有anti-fretting添加剂在油脂,所以你可以修改润滑剂,“Hegner说。“在我们的工业和航空航天,我们的客户选择一个或两个不同的油脂,而我们的摆布他们。”

对于今天的摆动轴承,指南建议,至少使用润滑脂的抗磨和耐特高压添加剂[8]。

设计方法是一个可能的方式驱散润滑。均匀间隔的输入点之间在轴承和润滑脂出口是一个想法。

“这样,油脂有短距离的旅游地区,可以驱逐附近残留油脂,“Hahlbeck说。”这类或应用程序经常会产生一些摩擦腐蚀碎片,因此驱逐油脂是至关重要的。”

Rexnord设计了一个“进动护圈”元素移动水沟,尽管低于旋转轴承。略微倾斜的导向环辊移动轴承“五步退四个步骤。”[9]

“这有点像一个单向离合器,但是它不能完全限制运动,“Hegner说。“这比另一种更容易在一个方向上移动,这将辊的轴承,然后依次加载所有的滚筒,然后也加载不同的地区一个戒指。所以,它只是分配整个轴承磨损。”

Hegner说,进动家臣在小角度的应用程序下很好地工作。

“如果我们有一个应用程序,这个应用程序有一个高的高频脉动周期,那么我们建议进动护圈,当我们设计的部分,”他说。“如果它有一个高的大角振荡,然后我们不推荐它,因为它将创建太多的抵抗运动。在非常小的角度,正负5度或更低,这是一个成功的应用程序类型。但如果大量应用程序的周期是高于五度,然后进动护圈可能会比好处更大的损害。”

另一种方法是旋转轴承。

“在涡轮机中,重要的是球轴承或执行一个偏航运动重新分配润滑剂,“Hahlbeck说。一些涡轮机自动化系统,可以告诉风死后足以让叶片扭曲。

“风的主要方向在很大程度上是相同的每一天,“Chartre说。“但每隔一段时间,当风允许,他们会旋转360度左右的东西的一种方法和自旋回来。”

未来的旋转

进步在油脂、涂层或表面处理可能在未来防止振动轴承损坏或延长他们的生命。

“我认为我们看到越来越多的小角度应用在我们的行业,“Hegner说。“我们已经非常成功的进动护圈,但我认为还有更多的解决方案。”

应用程序的负载几乎总是在一个地方,如建筑起重机、爬虫,或挖掘铲、卸载是一种延长轴承的寿命。

改善润滑脂的添加剂会帮助一些行业,尽管Hegner说航空业可以慢慢适应新事物,因为安全问题。

在空间,新涂层或表面进步会更好比油脂因为油脂不工作由于缺乏氧气。然而,飞机有很高的负载,可以破解掉涂层。

低技术含量的解决方案也在那里。应用程序的负载几乎总是在一个地方,如建筑起重机、爬虫,或挖掘铲,Chartre建议卸载来延长轴承的寿命。

”的一件事你可以做手动应用程序如果你有一个轴承,是面向一个大多数的生活方式,你可以延长轴承的使用偶尔卸载它,所以现在在一个新的位置共享负载在别处,“Chartre说。

“你能真的能聪明,构建一个系统旋转轴承,这可能涉及另一个轴承。”

引用

1. ISO (2007),“ISO 281:2007滚动轴承动态负载评级,评级的生活,“国际标准化组织。可以在https://www.iso.org/standard/38102.html。
2. Rumbarger j .(2003),“简化的动态能力和振荡滚动轴承疲劳寿命估计,“ASME摩擦学学报,125(4),868 - 870页。可以在https://asmedigitalcollection.asme.org/tribology/article-abstract/125/4/868/462260/Simplification-of-Dynamic-Capacity-and-Fatigue。
3. 沃尔,L。,雅各布斯,g和克雷默a(2018),“一生计算不规则振动轴承在离岸绞车,“建模、识别和控制,39(2),61 - 72页。可以在https://www.mic journal.no/abs/mic - 2018 - 2 - 2. - asp/。
4. 同前。
5. Stammler, M。、路透社、a和民意调查,g(2018),“滚柱轴承振荡的周期盘点——风力涡轮机个人俯仰系统的案例研究,“可再生能源重点,25日40-47页。188app下载地址bet188体育官网app下注可以在https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1755008417302624。
6. Rumbarger j .(2003),“简化的动态能力和振荡滚动轴承疲劳寿命估计,“ASME摩擦学学报,125(4),868 - 870页。可以在https://asmedigitalcollection.asme.org/tribology/article-abstract/125/4/868/462260/Simplification-of-Dynamic-Capacity-and-Fatigue。
7. 同前。
8. 哈里斯,T。Butterfield Rumbarger, j . c(2009),“风力涡轮机设计准则bet188体育官网app下注DG03:偏航和滚动轴承寿命技术报告,”国家可再生能源实验室。188app下载地址可以在https://www.nrel.gov/docs/fy10osti/42362.pdf。
9. “进动轴承寿命和额定载荷增加,”设计的消息。可以在https://www.designnews.com/precessing-bearing-increases-life-and-load-rating-0。