Ağır hizmet tipi mekanik tasarım ve endüstriyel ekipman bakımında, yük kapasitesinin doğru bir şekilde hesaplanması Eksenel Silindirik Makaralı Rulmanlar sistem güvenilirliğini sağlamanın temelidir. Bu rulmanlar, olağanüstü eksenel yük taşıma kapasiteleri ve yüksek sertlikleriyle ünlüdür; bu da onları petrol sondaj platformlarında, ağır hizmet tipi ekstrüderlerde ve endüstriyel dişli kutularında yaygın olarak kullanılmasını sağlar. Rulmanların servis ömrünü en üst düzeye çıkarmak ve yıkıcı ekipman arızalarını önlemek için mühendislerin hem Dinamik Yük Değerleri hem de Statik Yük Değerleri için hassas hesaplama yöntemlerinde ustalaşması gerekir.
1. Eksenel Yük Kapasitesi ve Rulman Geometrisinin Temelleri
Eksenel silindirik makaralı rulmanların yük kapasitesini anlamak için öncelikle yapısal farklılıklarını bilyalı rulmanlardan ayırmak gerekir. Silindirik silindirler sağlar Hat İletişimi yerine Nokta Teması bilyalı rulmanlarda bulunur. Bu geometrik özellik, itme silindirik makaralı rulmanların çok küçük bir alanda büyük eksenel itmeye dayanabilmesini sağlar. Ancak aynı zamanda titreşim kontrolü ve hizalama konusunda daha yüksek hassasiyet gerektirir.
1.1 Hat Temas Geriliminin Önemi
Hesaplama sürecinde hat teması, basıncın silindirin tüm uzunluğu boyunca dağıtıldığı anlamına gelir. Hertzian temas gerilimi teorisine göre, yük kapasitesinin hesaplanmasında makaraların etkin uzunluğu dikkate alınmalıdır. Rulman yanlış monte edilirse ve bu da eğilmeye neden olursa, yük silindirlerin kenarları üzerinde yoğunlaşarak "Kenar Gerilimi" yaratacaktır. Bu, teorik yük kapasitesini yüzde 50'den fazla azaltabilir. Bu nedenle, yüksek frekanslı aramalarda "Rulman Yanlış Hizalaması", yük hesaplamalarıyla ilgili kritik bir uzun kuyruklu anahtar kelime olmaya devam ediyor.
1.2 Temel Dinamik ve Statik Yük Değerleri
- Temel Dinamik Yük Değeri (Ca): Bu, bir rulmanın bir milyon devirlik nominal ömre ulaşmak için dönerken dayanabileceği sabit eksenel yükü ifade eder. Bu, ekipmanın operasyonel ömrünü değerlendirmek için temel ölçümdür.
- Temel Statik Yük Değeri (C0a): Bu, rulman sabitken veya çok yavaş hızlarda dönerken temas merkezi noktasında kalıcı bir deformasyonun meydana geldiği sınır yükünü ifade eder. Rulmanın darbe yükleri altında veya başlatma anında güvenliğini belirler. Bu iki değer arasındaki farka hakim olmak Rulman Seçimindeki ilk adımdır.
2. ISO 281'i kullanarak Temel Dinamik Yük Değerinin (Ca) Hesaplanması
Dinamik yük değerinin hesaplanması, rulman Yorulma Ömrünün tahmin edilmesinin temelini oluşturur. Eksenel silindirik makaralı rulmanlar için dünya çapında tanınan standart ISO 281 . Bu formül yalnızca fiziksel boyutları değil aynı zamanda malzeme teknolojisinin ve işleme hassasiyetinin yük kapasitesi üzerindeki etkisini de dikkate alır.
2.1 ISO 281 Standardı Formülü
Tek sıralı eksenel silindirik makaralı rulmanlar için temel dinamik eksenel yük değeri Ca (Newton cinsinden ölçülür) aşağıdaki değişkenler kullanılarak hesaplanır:
Ca = fc * (Lw * cos alfa)^7/9 * Z^3/4 * Dw^29/27
2.2 Değişken Tanımları ve Etkileri
- fc (Geometri Faktörü): Rulmanın özel geometrisine, tolerans sınıfına ve malzeme kalitesine bağlı bir katsayı. Yüksek kaliteli rulman çeliği (GCr15 gibi) genellikle daha yüksek bir fc değerine sahiptir.
- Lw (Etkin Silindir Uzunluğu): Silindirin etkin uzunluğu. Silindir uzunluğunun arttırılması doğrudan yük kapasitesini artırır, ancak aşırı uzun silindirler dönüş sırasında önemli miktarda kayma sürtünmesi oluşturur; bu nedenle tasarımcıların en boy oranını dengelemesi gerekir.
- Z (Silindir Sayısı): Ne kadar çok silindir varsa, her bir silindirin taşıdığı kuvvet o kadar az olur ve genel derecelendirme artar.
- Dw (Silindir Çapı): Silindir çapının yük kapasitesi üzerinde üstel etkisi vardır ve tasarımdaki en hassas değişkendir.
2.3 Derecelendirme Ömrünün Hesaplanması (L10)
Ca elde edildikten sonra mühendislerin hesaplamaları gerekir. Derecelendirme Ömrü (L10) . Eksenel makaralı rulmanlar için hesaplama formülü şöyledir:
L10 = (Ca / Pa)^10/3
10/3 üssü (yaklaşık 3,33), makaralı rulmanların yorulma arızası öncesinde bilyalı rulmanlara (3 üssü kullanan) kıyasla daha dayanıklı olduğu gerçeğini yansıtmaktadır. Kurumsal bir web sitesinde bu kesin yaşam tahmininin gösterilmesi, müşterinin ürüne olan güvenini önemli ölçüde artırır.
3. Statik Yük Kapasitesi (C0a) ve Güvenlik Faktörleri
Birçok uygulamada rulmanlar her zaman yüksek hızda çalışma durumunda değildir. Örneğin, ağır bir valf açıldığında veya bir vinç yükü kaldırdığında, rulman sabit durumdayken çok büyük bir basınca maruz kalır. Bu gibi durumlarda güvenmek zorundayız. ISO 76 Statik yük kapasitesini hesaplamak için standart.
3.1 Kalıcı Deformasyonun Önlenmesi (Brinelling)
Statik yük kapasitesi, en ağır yüklü silindir ve yuvarlanma yolunun temas merkezinde toplam kalıcı deformasyonla sonuçlanan yük olarak tanımlanır; 0.0001 silindir çapı. Bu değer aşılırsa rulman sonraki dönüş sırasında şiddetli titreşim ve gürültü üretecektir. Bu, endüstriyel aramalarda genellikle "Brinelling Etkisi" olarak anılır.
3.2 Statik Hesaplama Formülü
Statik eksenel yük değeri C0a'nın genel formülü şu şekilde ifade edilir:
C0a = 220 * Z * Lw * Dw * sin alfa
Sabit 220 belirli temas gerilimi seviyeleri altında standart sertleştirilmiş rulman çeliğinin performans seviyesini temsil eder.
- Güvenlik Faktörü (S0): Pratik mühendislikte, S0 = C0a / P0a statik güvenlik faktörünü sunuyoruz. Darbe yüklerine sahip ekipmanlar için S0 değerinin 3 veya daha yüksek olması önerilir; Hassas ekipmanlarda, plastik deformasyonun doğruluğu etkilememesini sağlamak için S0 daha da yüksek olmalıdır.
4. Operasyonel Karşılaştırma: Yük Ayarlama Faktörleri
Gerçek çalışma koşulları laboratuvar koşullarından çok daha karmaşıktır. Yağlama, sıcaklık ve montaj doğruluğu, rulmanın etkin yük kapasitesini doğrudan etkileyen "düzeltme faktörleri" olarak görev yapar.
| Etki Faktörleri | Değişken | Kapasite Üzerindeki Etki | Öneriler |
|---|---|---|---|
| Çalışma Sıcaklığı | ft | 120C'nin üzerinde önemli düşüş | Isıya dayanıklı çelik kullanın |
| Yağlama Koşulları | kappa | Yetersiz yağlama metal temasına neden olur | Viskozite oranının kappa > 1,5 olmasını sağlayın |
| Hizalama Hataları | beta | Küçük eğim açıları yük yoğunlaşmasına neden olur | Küresel rondelalar veya kendinden hizalanan koltuklar kullanın |
| Malzeme Saflığı | aISO | Kirlilikler erken dökülmeye neden olur | Vakumla gazı giderilmiş veya ESR çeliğini seçin |
| Çalışma Hızı | n | Merkezkaç kuvveti stresi artırır | Sınırlama Hızı spesifikasyonlarını doğrulayın |
5. Sıkça Sorulan Sorular (SSS)
S1: Eksenel Silindirik Makaralı Rulmanlar radyal yükleri kaldırabilir mi?
Hayır. Bu rulmanlar kesinlikle eksenel yükler için tasarlanmıştır. Makaralar şaft eksenine dik olarak düzenlendiğinden, radyal kuvvetler kafeste ciddi sürtünmeye neden olur ve hatta düzeneğin çökmesine neden olabilir. Radyal kuvvetler mevcutsa lütfen iğneli rulman kombinasyonunu kullanın.
S2: L10 ömür üssü neden bilyalı rulmanlardan farklıdır?
Bunun nedeni temas mekaniğinin farklılığıdır. Bilyalı rulmanlar nokta temasını kullanır, bu da daha yüksek gerilim konsantrasyonuna ve 3 üssüne neden olur. Silindirik makaralı rulmanlar, gerilimi daha eşit bir şekilde dağıtan hat temasını kullanır, dolayısıyla 10/3'lük üstün üssü kullanır.
S3: Yağlama viskozitesi Etkin yükü nasıl etkiler?
Yağlama yağı filminin kalınlığı, temas yüzeylerinin pürüzlülük tepe noktalarının çarpışıp çarpışmayacağını belirler. Teorik yük değeri yüksek olsa bile yağın viskozitesi çok düşükse gerçek hizmet ömrü, hesaplanan değerin yüzde 10'undan az olabilir.
6. Referanslar ve Teknik Standartlar
- ISO 281:2007 : Makaralı rulmanlar — Dinamik yük değerleri ve değerlendirme ömrü.
- ISO 76:2006 : Makaralı rulmanlar - Statik yük değerleri.
- ANSI/ABMA Standardı 11 : Makaralı Rulmanlar için Yük Değerleri ve Yorulma Ömrü.
- Harris, T.A. ve Kotzalas, M.N. : Rulman Analizi, Cilt 1 ve 2 , CRC tuşuna basın. (Rulman analizi için endüstri standardı ders kitabı).
