Jakie czynniki zwykle ograniczają maksymalną prędkość łożysk kulkowych zwykłych PU

Profesjonalne czynniki ograniczające prędkość graniczną Łożyska kulkowe zwykłe z PU

Łożyska kulkowe poprzeczne z PU (poliuretanu) są szeroko stosowane w określonych zastosowaniach ze względu na ich doskonałe właściwości redukcji wibracji i hałasu oraz odporność na zużycie. Jednakże w porównaniu z tradycyjnymi łożyskami wykonanymi w całości ze stali, ich prędkość graniczna zwykle podlega bardziej rygorystycznym ograniczeniom ze względu na właściwości zewnętrznej warstwy PU. Profesjonalna analiza pokazuje, że prędkość graniczna łożysk kulkowych zwykłych PU zależy przede wszystkim od następujących czterech czynników.

Ograniczenia termodynamiczne materiałów PU

Czynnikiem ograniczającym rdzeń łożysk kulkowych zwykłych PU jest wrażliwość materiału poliuretanowego na ciepło i temperaturę.

1. Wytwarzanie ciepła przez tarcie i akumulacja temperatury

Gdy łożysko pracuje z dużą prędkością, ciepło generowane jest w wyniku tarcia pomiędzy elementami tocznymi a bieżniami, a także w wyniku elastycznego odkształcenia i powrotu zewnętrznej warstwy PU. W łożyskach kulkowych zwykłych z PU warstwa zewnętrzna PU jest słabym przewodnikiem ciepła, a jej skuteczność rozpraszania ciepła jest znacznie niższa niż w przypadku metalowego pierścienia zewnętrznego.

Efekt akumulacji ciepła: Wytworzone ciepło jest trudne do szybkiego rozproszenia, co powoduje gwałtowny wzrost ogólnej temperatury roboczej łożyska.

Zmiękczanie pod wpływem temperatury: Właściwości mechaniczne materiałów PU (zwłaszcza termoplastycznego poliuretanu (TPU)) są bardzo wrażliwe na temperaturę. Po przekroczeniu temperatury zeszklenia lub właściwej temperatury ugięcia pod wpływem ciepła (zwykle znacznie niższej niż w przypadku stali), twardość, moduł sprężystości i nośność zewnętrznej warstwy PU gwałtownie spadają.

Odkształcenie trwałe: Wysokie temperatury przyspieszają również starzenie termiczne i trwałe odkształcenie materiału PU, co prowadzi do zmniejszenia dokładności profilu pierścienia zewnętrznego, dalszego nasilenia wibracji i tarcia, tworząc błędne koło, które ostatecznie prowadzi do awarii łożyska i ogranicza pracę przy dużych prędkościach.

2. Odporność na ciepło kleju

Siła wiązania pomiędzy zewnętrzną warstwą PU a wewnętrznym stalowym pierścieniem łożyskowym jest również wrażliwa na temperaturę. Wysokie temperatury mogą powodować uszkodzenie kleju, odklejenie lub złuszczanie się PU. Gdy zewnętrzna warstwa PU oddzieli się od stalowego pierścienia, łożysko całkowicie straci swoją zdolność roboczą. Dlatego też maksymalna temperatura pracy kleju staje się jednym z wąskich gardeł ograniczających maksymalną prędkość łożyska.

Naprężenia dynamiczne i właściwości sprężyste

Chociaż elastyczne właściwości materiałów PU zapewniają korzyści w zakresie tłumienia drgań, stają się one kluczowym ogranicznikiem prędkości w przypadku dużych naprężeń dynamicznych.

1. Histereza sprężysta i straty energii

Zewnętrzna warstwa PU pod obciążeniem ulega odkształceniu sprężystemu. Podczas walcowania ciągłego z dużą prędkością to odkształcenie sprężyste i powrót do stanu pierwotnego zachodzą przy wysokich częstotliwościach. Poliuretan wykazuje znaczny efekt histerezy, co oznacza, że ​​w procesie odkształcania i odzyskiwania tracona jest energia, a całość zamieniana jest na ciepło.

Powielanie ciepła: Wraz ze wzrostem prędkości wzrasta częstotliwość odkształceń, co prowadzi do nieliniowego wzrostu strat energii i wytwarzania ciepła. Jest to kolejne główne źródło wewnętrznej akumulacji ciepła, bezpośrednio ograniczające górną granicę prędkości.

2. Siła odśrodkowa i deformacja

W przypadku średnich i dużych łożysk kulkowych zwykłych z PU siła odśrodkowa działająca na zewnętrzną warstwę PU znacznie wzrasta przy ekstremalnie dużych prędkościach. Chociaż gęstość materiału PU jest mniejsza niż stali, duże siły odśrodkowe mogą powodować rozszerzanie promieniowe lub pełzanie pierścienia zewnętrznego.

Problemy ze stabilnością wymiarową: To odkształcenie może zakłócić dokładne dopasowanie łożyska do otworu montażowego, powodując niestabilną pracę łożyska, zwiększone wibracje, a nawet możliwe odłączenie łożyska od gniazda montażowego, ograniczając bezpieczną prędkość z punktu widzenia konstrukcji mechanicznej.

Projektowanie i smarowanie wewnętrznych łożysk stalowych

Maksymalna prędkość łożyska kulkowego zwykłego z PU jest również ograniczona konstrukcją i konserwacją jego wewnętrznego łożyska stalowego.

1. Prześwit wewnętrzny i klatka

Łożyska kulkowe zwykłe z PU są zazwyczaj oparte na standardowych konstrukcjach łożysk kulkowych zwykłych. Wewnętrzny luz promieniowy i typ koszyka mają bezpośredni wpływ na prędkość maksymalną.

Wybór luzu: Podczas pracy z dużymi prędkościami temperatura łożysk wzrasta, powodując rozszerzanie się stalowego pierścienia wewnętrznego i elementów tocznych, co skutkuje zmniejszeniem luzu. Niewłaściwy luz (np. zbyt mały luz C2) może powodować zatarcie w wysokich temperaturach. Dlatego należy wybrać stopień luzu odpowiedni dla dużych prędkości.

Materiał klatki: Maksymalne prędkości klatek stalowych i plastikowych (takich jak nylon) różnią się. Koszyki nylonowe mają tendencję do mięknięcia i odkształcania się w wysokich temperaturach, co dodatkowo ogranicza maksymalną prędkość łożyska.

2. Smar i metoda smarowania

Maksymalna prędkość łożyska kulkowego zwykłego z PU jest również ograniczona warunkami smarowania.

Trwałość smaru: Smar we wstępnie nasmarowanych łożyskach utlenia się i rozkłada szybko w wysokich temperaturach, skracając żywotność smaru, prowadząc do awarii smarowania i gwałtownego wzrostu tarcia. Dlatego prędkość musi być ściśle kontrolowana w maksymalnym zakresie temperatur roboczych smaru.

Obciążenia zewnętrzne i warunki pracy

Warunki zewnętrzne mają kompleksowy wpływ na prędkość maksymalną łożysk PU.

1. Obciążenia promieniowe i osiowe

Równoważne obciążenie dynamiczne przenoszone przez łożysko jest kluczowym czynnikiem przy określaniu dopuszczalnej prędkości.

Wysoki limit obciążenia: Wyższe obciążenia zwiększają naprężenia stykowe pomiędzy elementami tocznymi a bieżniami, zwiększając sprężyste odkształcenie zewnętrznej warstwy PU i generując więcej ciepła. Aby zapobiec szybkiemu zmęczeniu lub uszkodzeniu zewnętrznej warstwy PU na skutek nadmiernych naprężeń, należy odpowiednio zmniejszyć maksymalną prędkość.

2. Środowisko rozpraszania ciepła

Temperatura otoczenia i warunki rozpraszania ciepła przez łożysko bezpośrednio wpływają na jego stabilny zakres pracy. W warunkach wysokiej temperatury otoczenia margines wzrostu temperatury łożyska maleje i należy zmniejszyć prędkość, aby zapobiec przegrzaniu i awarii. Dobra konstrukcja rozpraszania ciepła (taka jak otaczające konstrukcje metalowe lub wymuszone chłodzenie powietrzem) może w pewnym stopniu zwiększyć dopuszczalną prędkość.