Выбор подшипника

Другой важной особеннос­тью программы является возможность выбора клиентом подшипников напрямую из нового каталога «Подшипники качения SKF» (номер публикации 17 000), что позволяет учитывать все актуальные обновления. Как и в каталогах продукции SKF, пользователь может сразу увидеть, обладает ли подшипник характеристиками класса SKF Explorer или относится к другой группе изделий. Такая функция позволяет клиенту проектировать подшипниковый узел, основываясь на наиболее часто используемых изделиях, выпускаемых большими объёмами.

Доступ к обширной базе данных подшипников SKF предоставляет клиентам разнообразные возможности для проектирования оптимальных подшипниковых узлов, которые могут состоять из вала с двумя и более подшипниками.

Моделирование условий эксплуатации и анализ рабочих характеристик подшипников

Для построения полной модели необходимо пройти всего несколько этапов. В качестве примера рассмотрим промежуточный вал винтового компрессора. Изменение уровня мощности винтовых компрессоров приводит к изменению производительности. Изменения частоты вращения и крутящего момента влияют на усилия, возникающие в зубчатых передачах. А это, в свою очередь, влияет на рабочие характеристики подшипников. Ниже поэтапно объясняется, каким образом SKF SimPro Quick может помочь инженерам-конструкторам оптимизировать конструкцию подшипникового узла и сократить время на проведение испытаний для различных условий эксплуатации.

ЭТАП 1 – Компоненты

• вал
• выбор подшипника
• зубчатые передачи
• пружины
• дистанционные кольца

На первом этапе (рис. 1) осуществляется построение прикладной модели с использованием наиболее распространённых компонентов – подшипников, зубчатых передач, пружин и дистанционных колец. Все эти компоненты интегрируются в модель перемещением соответствующих элементов на вал. Когда вал определён, на него с помощью перемещения также можно легко установить подшипники. Для выбора подшипников, исходя из диаметра вала под посадочное место подшипника, типа подшипника (радиальный, радиально-упорный шарикоподшипник, цилиндрический роликоподшипник и т. д.) и частичного обозначения, если оно известно, можно использовать пошаговый процесс. Следующим шагом задаётся способ монтажа подшипника на валу и в корпусе (рис. 2).

Перемещение зубчатой передачи на вал запускает управляемый пошаговый процесс, аналогичный выбору подшипника. Для зубчатых передач задаётся тип (коническая, косозубая, гипоидная, прямозубая или червячная), затем пользователю предлагается задать его геометрию. В завершение пользователь указывает нагрузку на зубчатую передачу – коэффициент, который используется наряду с геометрией для автоматичес­кого совмещения различных сил, действующих на передачу. Возможность добавления зубчатой передачи существенно облегчает проектирование и анализ валов в редукторах.

Пружины позволяют создавать преднатяг подшипника относительно основания (например, корпуса) или относительно другого подшипника. Такая возможность бывает полезна в тех случаях, когда для фиксации подшипника или выполнения требований по приложению минимальной нагрузки используются пружины, например, в насосах, компрессорах и электродвигателях.

Дистанционные кольца позволяют обеспечить заданный осевой зазор, что актуально для подшипниковых узлов с расположением по О-образной или Х-образной схеме.

ЭТАП 2 – Ограничения

• частота вращения
• внешние силы (нагрузки)
• мощность (редуктор)
• моменты
• направление силы тяжести

На втором этапе задаются граничные условия. К модели можно добавить частоту вращения вала, радиальные и осевые усилия, входную мощность (для редуктора, см. рис. 3), моментную нагрузку и направление силы тяжести. Как и в случае с компонентами, усилия, входная мощность и моментная нагрузка добавляются перемещением. Остальные граничные условия задаются нажатием на значки. Все используемые граничные условия, за исключением направления силы тяжести, можно менять в разделе «Изменение параметров анализа» программы. Задание направления силы тяжести позволяет анализировать характеристики узлов не только в горизонтальном, но и в вертикальном положениях.

ЭТАП 3 – Смазывание и зазор подшипника

• смазывание
• посадки и зазор

На третьем этапе осуществляется выбор типа смазывания и параметров посадки. SKF SimPro Quick позволяет задать тип смазывания (пластичная смазка, масляная ванна или точечное смазывание маслом), вязкость масла и уровни загрязнения (рис. 4). Все эти факторы влияют на эксплуатационные параметры, начиная с интервалов повторного смазывания и заканчивая трением в подшипнике.

Последним выбираемым параметром является посадка подшипника. Выбор посадки – это ответственный этап процесса проектирования. Выбор правильной посадки важен для создания оптимальных условий эксплуатации. При нажатии на значок открывается окно, в котором пользователь может изменить посадки на валу и в корпусе, начальный внутренний зазор подшипника, а также значения температуры внутреннего и наружного колец. Все эти параметры влияют на рабочий зазор подшипника. Оценка уменьшения зазора важна при посадке с большим натягом, а также в случаях, когда температура внутреннего кольца значительно превышает температуру наружного кольца. Это типичные условия, при которых величина начального внутреннего зазора может оказаться недостаточной для компенсации уменьшения зазора во время работы и которые могут привести к возникновению преднатяга. Пользователь может выбрать класс зазоров, чтобы получить подходящий (рабочий) зазор в подшипнике.

Анализ

После прохождения начальных этапов и создания модели можно провести анализ отдельного набора данных (одиночный анализ) или нескольких условий (анализ цикла нагружения) при заданных граничных условиях эксплуатации (рис. 5). Множественные условия задаются с помощью таблицы. Существует возможность взвешенной по времени оценки параметров по каждому этапу, что полезно при определении ресурса подшипника при различных условиях эксплуатации.

Результаты

Результаты анализа включают несколько таблиц с данными и графические материалы, при этом пользователь может самостоятельно задать необходимую форму отчёта. В таблицах отражаются, например, нагрузки на подшипник, рабочие внутренние зазоры, трение, перекос, отклонение и номинальный ресурс SKF, а также модифицированный ресурс согласно ISO/TS 16281:2008.

Таблицы номинального ресурса (L₁₀), модифицированного ресурса (L_10mr) по ISO/TS 16281:2008 и номинального ресурса SKF наиболее часто используются при оценке параметров узлов и при выборе подшипников. Обычно это обусловлено тем, что производители обращают особое внимание на усталостный ресурс L₁₀ для определения долговечности подшипников. При использовании результатов расчёта номинального ресурса SKF достигается полный эффект подшипника класса SKF Explorer. Однако результаты, полученные с помощью SKF SimPro Quick, этим не ограничиваются. Они позволяют также определить условия, при которых подшипники могут иметь более короткий срок службы по сравнению с расчётным усталостным ресурсом L₁₀. Если рабочие параметры выходят за границы рекомендованных значений, программа выдаёт соответствующее предупреждение, например, о чрезмерном перекосе, недостаточном нагружении, перегрузке или слишком высокой частоте вращения (рис. 6). Это позволяет обратить внимание пользователя на условия, которые могут влиять на срок службы и не позволить применить традиционно используемый усталостный ресурс подшипника L₁₀.

Другие таблицы итогового отчёта предоставляют важные данные об интервалах повторного смазывания, рабочем зазоре, характеристических частотах подшипника и усилиях, действующих на зубчатые передачи.

Диаграммы и анимации обеспечивают углублённое представление результатов. Диаграммы угла ­контакта, деформации и нагрузки в точке контакта в полярных координатах иллюстрируют рабочие условия каждого тела ­качения в подшипнике (рис. 7). Сопоставление различных диаграмм в полярных координатах может выявить наличие таких неудовлетворительных рабочих условий, как чрезмерная концентрация нагрузки или слишком большой угол контакта подшипника.

На диаграмме отклонений вала представлены ­отклонения для всех участков вала при заданных рабочих условиях. Кривая отклонений позволяет узнать возможный зазор уплотнения, величину смещения вала относительно других компонентов (например, расположение крыльчатки относительно корпуса) и величину изгибающих напряжений вала (рис. 8).

Для оценки распределения контактного давления роликов в подшипнике и влияния граничных условий на движение вала и подшипника используется трёхмерная анимация (рис. 9). Такой инструмент используется инженерами SKF для лучшей визуализации нагрузки на подшипник, а также отклонений вала, колец подшипника и тел качения относительно друг друга.