skf-simpro-expert-simulation-software-tool

Nový simulační software SKF pro vyhodnocení uspořádání ložisek

SKF SimPro Quick je nástroj pro analýzu ložisek s pokročilými funkcemi a snadným ovládáním.

Autoři:
Travis Shive, odborník na analytické nástroje, SKF USA, Lansdale, Pa, USA
Francisco Serrano, manažer pro produktovou řadu konstrukčních nástrojů, AB SKF, Göteborg, Švédsko
Sylvain Bernard, pracovník odpovědný za uvádění konstrukčních nástrojů na trh a jejich komerční využití, SKF France, Montigny-le-Bretonneux, Francie
Hedzer Tillema, technický vedoucí pro konstrukční nástroje, SKF BV, Nieuwegein, Nizozemí

Bezdemontážní diagnostika Maziva

SKF SimPro Quick je nástroj pro simulaci uložení s jedním hřídelem. Je navržen pro rychlé posouzení návrhu uspořádání ložisek a jejich výkonnosti v provozu podle základních požadavků a podmínek aplikace. Cílem nástroje je poskytnout konstruktérům větší rozsah technických znalostí SKF a zajistit jejich samostatnost v zájmu urychlení procesu návrhu a optimalizace volby vhodných ložisek.

Přesná data v uživatelsky vstřícném rozhraní

Mezi největší přednosti nástroje SKF SimPro Quick patří základní specializované znalosti společnosti SKF v oblasti využití ložisek v točivých strojích. Tyto znalosti jsou součástí výkonného simulačního softwaru, který se vyznačuje jednoduchým a přehledným uživatelským rozhraním, a tedy zajišťuje nejlepší možný uživatelský prožitek. Software je vyvinutý na stejné platformě jako SimPro Expert, což je nástroj využívaný aplikačními inženýry SKF. Díky tomu je možné provádět hlubší analýzy a dále diskutovat vaše uložení s SKF.
 

Shrnutí

SKF SimPro Quick je nový software, který vytvořila společnost SKF, aby usnadnila konstruktérům vyhodnocení a optimalizaci uspořádání ložisek. Doplňuje pokročilejší software SKF SimPro Expert a obsahuje přehlednější jednotlivé kroky simulace a předem definované šablony technické zprávy. Dokáže vypočítat výsledky pro aplikace s jedním hřídelem, jako např. trvanlivost ložiska (trvanlivost podle SKF a podle ISO/TS 16281:2008), stykové napětí, tření, frekvence, průhyb, domazávací interval pro plastické mazivo, životnost plastického maziva apod.

Tento software umožňuje vývojovým oddělením rychle vyhodnotit a optimalizovat uspořádání ložisek a podle potřeby sdílet modely s SKF pro případné další konzultace.

Více na www.skf.com/skfsimpro

Volba ložisek

Další velkou předností tohoto softwaru je možnost volit ložiska přímo z nového Katalogu ložisek SKF 17000. Díky tomu jsou při výpočtech používány nejaktuálnější parametry ložisek. Stejně jako v případě ostatních produktových katalogů SKF uživatel okamžitě vidí, zda ložisko patří do třídy SKF Explorer nebo zda se jedná o „oblíbenou položku“. Tato funkce umožňuje zákazníkovi navrhnout uložení s běžnými hromadně vyráběnými ložisky.

Přístup k rozsáhlé databázi ložisek SKF nabízí zákazníkovi nepřeberné možnosti při návrhu optimálního uspořádání ložisek – od uložení hřídele na dvou, či více ložiscích.

Obr. 1: Návrh hřídele.

Obr. 1: Návrh hřídele.

Modelování aplikace a analýza výkonnosti ložisek

Úplný model lze vytvořit v několika málo krocích. Ukážeme si to na příkladu předlohového hřídele šroubového kompresoru. Provoz šroubového kompresoru na různých výkonových stupních, způsobuje změnu výtlaku. Měnící se otáčky a krouticí moment způsobuje i změnu sil v ozubení. Působící síly mají dále vliv na výkonnost ložisek. V další části tohoto článku podrobně vysvětlíme, jak SKF SimPro Quick může pomoci konstruktérům optimalizovat návrh uspořádání ložisek a zkrátit dobu testování v různých provozních podmínkách.

Obr. 2: Uložení ložiska na hřídeli a v ložiskovém tělese

Obr. 2: Uložení ložiska na hřídeli a v ložiskovém tělese

KROK 1 – Součásti

SKF SimPro Quick Step 1:Components

  • hřídel
  • volba ložisek
  • ozubená kola
  • pružiny
  • mezi-kroužky

Prvním krokem při vytváření modelu aplikace (obr. 1) je přidání nejběžnějších součástí, jako např. ložisek, ozubených kol, pružin a mezi-kroužků. V modelu můžete všechny uvedené díly přetahovat na hřídel pomocí funkce „drag and drop“. Jakmile je namodelován hřídel, je na něj možné umístit ložiska pomocí funkce „drag and drop“. Díky funkci průvodce lze jednoduše volit ložiska na základě průměru hřídele v místě úložné plochy, typu ložiska (kuličkové, kuličkové s kosoúhlým stykem, válečkové atd.) a části označení ložiska, pokud je známé. Dalším krokem je volba způsobu uložení ložisek na hřídeli a v ložiskovém tělese (obr. 2).

Přetažení ozubeného kola na hřídel vyvolá průvodce, podobného průvodci volbou ložiska. Dále je třeba definovat typ ozubených kol (kuželová, se šikmým ozubením, s hypoidním ozubením, s čelním ozubením anebo šneková kola). Pak je uživatel vyzván, aby zadal geometrii ozubení. Nakonec uživatel určí výkon přenášený ozubeným kolem – to je faktor, který se používá spolu s geometrií pro automatický výpočet sil v ozubení. Kroky pro vložení ozubeného kola výrazně usnadňují konstrukci a analýzu uložení hřídele převodovky.

Pružiny umožňují nastavit předpětí ložiska vůči pevné ploše, např. ložiskovému tělesu, a vůči jinému ložisku. Tato možnost je užitečná v aplikacích, v nichž jsou pružiny použity k zajištění ložisek nebo ke splnění požadavku na minimální zatížení např. v čerpadlech, kompresorech a elektromotorech.

Mezi-kroužky umožňují nastavit požadovanou vůli. To je užitečné v aplikacích, v nichž jsou ložiska uspořádána zády k sobě nebo čely k sobě.

Obr. 3: Příkon

Obr. 3: Příkon

KROK 2 – Provozní podmínky

SKF SimPro Quick Step 2: Boundaries

  • otáčky
  • vnější síly (zatížení)
  • výkon (ozubené kolo)
  • momenty
  • gravitační síla (orientace hřídele)

Ve druhém kroku jsou stanoveny provozní podmínky. Do modelu lze zadat otáčky hřídele, radiální a axiální síly, výkon (ozubené kolo) (obr. 3), momentové zatížení a gravitační sílu. Podobně jako v případě dílů lze do modelu vložit funkcí drag and drop také sílu, výkon a moment. Další provozní podmínky můžete doplnit jednoduchým kliknutím na ikonu. Všechny provozní podmínky s výjimkou gravitační síly je možné měnit v části programu „Analysis variations”. Změna směru gravitační síly umožňuje uživateli studovat aplikace nejen ve vodorovné, ale i ve svislé poloze.

Obr. 4: Volba mazání

Obr. 4: Volba mazání

KROK 3 – Mazání a vnitřní vůle

SKF SimPro Quick Step 3: Lubrication and bearing clearance

  • mazání
  • uložení a vůle

Třetí krok obsahuje podmínky mazání a uložení. SKF SimPro Quick umožňuje definovat způsob mazání (plastické mazivo, olejová lázeň nebo mazání olej-vzduch), viskozitu oleje a úroveň znečištění (obr. 4). Všechny uvedené parametry mazání ovlivňují výstupy simulace – od domazávacího intervalu po tření v ložisku.

Uložení ložisek představuje poslední volitelnou položku. Je to kritický bod konstrukčního návrhu. Volba správného uložení má zásadní vliv na zajištění vhodných provozních podmínek. Kliknutím na ikonu otevřete vložené okno, které umožňuje měnit uložení na hřídeli a v tělese, počáteční vnitřní vůli ložiska a hodnotu teploty vnitřního a vnějšího ložiskového kroužku, tzn. všech veličin, které ovlivňují provozní vůli ložiska. Kontrola zmenšení vůle v ložisku je důležitá v aplikacích s uložením s velkým přesahem nebo v aplikacích, v nichž teploty vnitřního kroužku jsou podstatně vyšší než teploty vnějšího kroužku. To jsou typické podmínky aplikace, kdy počáteční vnitřní vůle ložiska nemusí být dostatečně velká, aby vyrovnala zmenšení vůle za provozu, a tedy může vzniknout předpětí. Uživatel musí zvolit jinou třídu vůle, aby dosáhl odpovídající (provozní) vůle v ložisku.

Obr. 5: Tabulka analýzy zatěžovacího cyklu představuje různé provozní podmínky

Obr. 5: Tabulka analýzy zatěžovacího cyklu představuje různé provozní podmínky

Analýza

Po provedení počátečních kroků a dokončení modelu lze spustit analýzu jednoho souboru dat (jedna analýza) nebo analýzu různých podmínek (analýza zatěžovacího cyklu) na základě definovaných provozních podmínek (obr. 5). Více podmínek je definováno pomocí tabulkového rozhraní. Rovněž je k dispozici možnost přiřadit každému kroku časovou váhu. Je to užitečné při stanovení trvanlivosti ložiska za různých provozních podmínek.

Obr. 6: Varovné tabulky

Obr. 6: Varovné tabulky

Výsledky a výstup

Výstupem analýzy je několik datových tabulek a obrázků, které umožňují uživateli vytvořit preferované nastavení šablony pro technickou zprávu. Typické tabulky ukazují, např. zatížení ložisek, provozní vnitřní vůle, tření, nesouosost, průhyb a trvanlivost podle SKF, jakož i modifikovanou trvanlivost podle ISO/TS 16281:2008.

Základní trvanlivost (L10), modifikovaná trvanlivost (L10mr) podle ISO/TS 16281:2008 a trvanlivost podle SKF jsou nejčastěji používané tabulky při kontrole aplikací a volbě ložisek. Důvodem je skutečnost, že průmysl se zpravidla řídí především podle únavové trvanlivosti L10 při stanovení, jak dlouho může ložisko pracovat. Výsledky výpočtu trvanlivosti podle SKF umožňují plně využít přednosti ložisek SKF Explorer. Výsledky vypočtené programem SKF SimPro Quick jdou však ještě dál. Definují rovněž podmínky, za nichž ložisko nemusí dosáhnout vypočtené provozní trvanlivosti L10. Velká nesouosost, nedostatečné zatížení, příliš vysoké zatížení a příliš vysoké otáčky vyvolají varování, pokud některá z uvedených provozních podmínek nedosahuje doporučených hodnot (obr. 6). Na základě toho si uživatelé lépe uvědomí důležitost podmínek, které mohou nepříznivě ovlivnit provozní trvanlivost ložiska a zabránit tomu, aby dosáhlo tradičně používané únavové trvanlivosti L10.

Další tabulky ve výstupu uvádějí důležité podrobnosti o domazávacích intervalech, provozní vůli, poruchové frekvence ložisek a síly působící v ozubení.

Obr. 7: Polární diagram ukazuje koncentraci a velikost zatížení

Obr. 7: Polární diagram ukazuje koncentraci a velikost zatížení

Diagramy a animace doplňují výsledky o další informace. Polární diagramy stykového úhlu, deformace a zatížení v místě styku znázorňují podmínky pro každé valivé těleso ložiska (obr. 7). Porovnání několika polárních diagramů může např. odhalit neuspokojivé provozní podmínky včetně velké koncentrace zatížení nebo velkého stykového úhlu.

Obr. 8: Grafické znázornění průhybu hřídele

Obr. 8: Grafické znázornění průhybu hřídele

Grafické znázornění průhybu hřídele ukazuje průhyb hřídele vyvolaný působícími provozními podmínkami. Z křivky průhybu (obr. 8) lze odvodit možnou vůli těsnění v místě styku, pohyb hřídele vzhledem k dalším dílům (např. poloha oběžného kola vzhledem ke skříni) a ohybové napětí hřídele.

Zobrazená trojrozměrná animace umožňuje zkoumat rozložení zatížení mezi valivými tělesy v ložisku a vliv provozních podmínek na hřídel a pohyb ložisek (obr. 9). Tento vizualizační nástroj používají technici SKF, aby lépe znázornili zatížení ložisek a průhyb částí hřídele, jakož i vzájemné vztahy mezi ložiskovými kroužky a valivými tělesy.

Obr. 9: Animace znázorňující napětí ve valivých tělesech (před animací průhybů)

Obr. 9: Animace znázorňující napětí ve valivých tělesech (před animací průhybů)

Obchodní kontakty

evolution@skf.com

SKF SimPro Quick patří do nabídky simulačních nástrojů SKF

SKF SimPro Quick představuje jeden z mnoha komplexních výpočtových nástrojů vyvinutých společností SKF, jejichž účelem je usnadnit konstruktérům a zákazníkům volbu optimálního uspořádání ložisek. Každý nástroj je vybaven souborem funkcí a vlastností v závislosti na požadované přesnosti vyhodnocení, složitosti aplikace a provozních podmínkách. Pro nabídku standardních ložisek SKF jsou k dispozici následující nástroje – od snadných a rychlých po velmi vyspělé a náročné:

  • SKF Bearing Calculator: snadno použitelný online program pro volbu a výpočet jednotlivých ložisek.
  • SKF Bearing Select: snadno použitelný online program pro volbu a výpočet sady ložisek
  • SKF SimPro Quick: rychlá a pokročilá simulace aplikací s jedním hřídelem
  • SKF SimPro Spindle: rychlá a pokročilá simulace aplikací s jedním vřetenem
  • SKF SimPro Expert: pokročilá a komplexní simulace aplikací s více hřídelemi

SKF SimPro Expert a SKF SimPro Quick jsou obchodní značky skupiny SKF.

SKF Explorer je registrovaná ochranná známka skupiny SKF.

Související obsah