Подшипниковые шкивы: выбор, признаки неисправности и обслуживание ременных передач

У упаковочной машины, у которой каждые три месяца изнашивается натяжной шкив, почти никогда не возникает проблем с корпусом; у него проблема с подшипником. На конвейерных линиях, в печатных машинах и текстильных рамах небольшой комплект подшипников внутри подшипникового шкива определяет, как долго прослужит узел, насколько тихо он будет работать и насколько надежно ремень будет сохранять натяжение. Правильно выберите подшипник, и шкив станет компонентом, который можно легко установить; выбирайте неудачно, и один и тот же снос повторяется каждый квартал. В этом руководстве объясняется, как работают шкивы подшипников, какие типы подшипников выдерживают лучше всего, как выглядит ранний отказ и как подобрать шкив к ремню, который он направляет.

Что такое подшипниковый шкив и почему подшипник решает все

Подшипниковый шкив представляет собой колесо, которое несет в своей ступице подшипник качения, поэтому корпус свободно вращается на неподвижном валу, а ремень движется по внешней поверхности. В обычном приводе вы встретите их в виде натяжных роликов, которые увеличивают охват привода, натяжителей, удерживающих слабину натянутой, тормозных роликов, изменяющих направление движения ленты, а также направляющих или возвратных роликов внутри рам конвейера. Две отдельные системы трения разделяют одну часть: контакт между ремнем и поверхностью шкива и контакт качения внутри дорожек качения подшипника. На практике корпус долговечнее подшипника, поскольку срок службы подшипника зависит от циклов нагрузки, деградации смазки и загрязнения, а не только от контакта с ремнем. Вот почему опытные покупатели сначала указывают марку подшипника, тип уплотнения и допуск посадки, а затем подтверждают диаметр корпуса, венец и качество поверхности.

Типы подшипников, которые вы найдете внутри шкивов

Радиальные шарикоподшипники доминируют в работе шкивов, поскольку они несут комбинированную радиальную и легкую осевую нагрузку на высокой скорости при умеренной цене. При росте осевых нагрузок, как в подпружиненных натяжителях, на смену приходятся радиально-контактные конструкции. Тяжелая головка конвейера и приемные шкивы заменены коническими роликоподшипниками, а компактные направляющие ролики могут использовать игольчатые ролики там, где радиальное пространство ограничено. В таблице ниже сравниваются семейства, которые вы, скорее всего, встретите при покупке шкивов для ременных систем.

Общие семейства подшипников, используемые внутри шкивов, и задачи, которые каждый из них подходит лучше всего.
Тип подшипника	Грузоподъемность	Скорость	Типичная роль шкива
Шарик с глубокими канавками, резиновое уплотнение (2RS)	Умеренная радиальная плюс легкая осевая	Высокий	Натяжители и натяжители приводов ГРМ, плоских и поликлиновых ремней.
Шарик с глубоким желобом, металлический экран (ZZ)	Умеренная радиальная плюс легкая осевая	Очень высокий	Высокий-speed guide pulleys in clean indoor machinery
Угловой контактный шарик	Высокий axial with moderate radial	Высокий	Подпружиненные натяжной и натяжной ролики
Конический ролик	Тяжелые комбинированные нагрузки	Умеренный	Головка конвейера, хвост и приемные шкивы
Игольчатый валик	Высокий radial in narrow space	Умеренный	Компактные направляющие ролики с малым радиальным пространством

Почему подшипники шкивов рано выходят из строя

Отчеты о сносе продолжают указывать на один и тот же короткий список виновных. Загрязнение или вымывание выводов смазки, за которым следует несоосность, приводящая к нагрузке на один край дорожки качения, перегрузка, превышающая динамический номинал, а также повреждение установки из-за ударов при запрессовке или ударов молотка по поверхностям колец. На диаграмме ниже показано, как преждевременные отказы обычно распределяются по этим коренным причинам в смешанных промышленных парках.

Основные причины преждевременного выхода из строя подшипников шкивов (доля зарегистрированных случаев)

Загрязнение

32%

Плохая смазка

24%

Несоосность

17%

Перегрузка

15%

Повреждения при установке

12%

Рейтинг на этой диаграмме соответствует тому, что обнаруживают бригады технического обслуживания, когда разрезают вышедшие из строя шкивы. Загрязнение приводит к тому, что одна крупинка пыли или волокна, проходящая мимо изношенного уплотнения, начинает вдавливать дорожки качения, и каждое углубление затем рассыпается на новые обломки. Далее следуют сбои со смазкой, поскольку смазка разжижается при высокой температуре и вытекает, оставляя металлический контакт, который проявляется в виде сухого рычания. Смещение происходит тише, но так же дорого, потому что наклонный шкив нагружает подшипник с одной стороны и полирует неровную ленту на ремне. Обратите внимание, что причины, связанные с установкой, в совокупности составляют примерно один из четырех отказов, поэтому характеристики крутящего момента и правильные пресс-инструменты имеют большее значение, чем предполагает большинство покупателей.

Пять симптомов, требующих замены

Грубое рычание или скрежет, усиливающийся с увеличением скорости вала, легко отличить от обычного шипения ремня.
Температура корпуса, которая устанавливается более чем на 20 градусов выше температуры окружающей среды, когда линия нагревается.
Видимое колебание обода шкива при медленном торможении машины.
Мелкий черный мусор, покрывающий раму под натяжным роликом, который раньше работал чисто
Запотевание или плоские пятна на поверхности ремня в местах проскальзывания шкива.

Считайте любой из них триггером плановой замены; ожидание захвата обычно обходится лентой, валом и производственным окном одновременно.

Как выбрать шкив подшипника для своих задач

Начните с нагрузки и скорости

Умножьте натяжение ремня, на которое должен реагировать шкив, на коэффициент эксплуатации при запуске, остановке и ударах, а затем сравните результат с номинальной динамической нагрузкой подшипника при расчетной скорости. Широко используемым целевым показателем является срок службы L10 от 20 000 до 40 000 часов для натяжных роликов на непрерывных линиях, что обеспечивает соответствие замен плановым периодам технического обслуживания. Скорость имеет значение и в другом направлении: чем быстрее вращается шкив, тем больше трение уплотнения и сдвиг смазки нагревают подшипник, поэтому очень высокоскоростные направляющие шкивы обычно перемещаются от контактных уплотнений к металлическим щиткам.

Уплотнение решает срок службы

Выбор уплотнения часто влияет на продолжительность жизни больше, чем на марку или цену. Открытый подшипник работает прохладно, но требует повторной смазки и очистки воздуха; металлические щитки удерживают жир, но вдыхают пыль; резиновые контактные уплотнения типа 2RS блокируют загрязнение с небольшим трением; а заводские пакеты смазки, запечатанные на весь срок службы, исключают всю задачу из графика технического обслуживания.

Типичный срок службы одного и того же шкива в зависимости от конфигурации подшипников

8000 ч

15 000 ч

24 000 ч

30 000 ч

Открыть Экранированный ZZ Герметичный 2RS Герметичный плюс пакет смазки

В столбцах сравниваются опубликованные и наблюдаемые на местах сроки службы для идентичных корпусов шкивов, оснащенных подшипниками различной конфигурации, при одинаковом легком загрязнении. На пыльных предприятиях зазор между открытым подшипником и современным подшипником с уплотнением и смазкой обычно увеличивается в два-четыре раза. Резиновые контактные уплотнения требуют небольшого рабочего крутящего момента, поэтому сверхскоростные шпиндели по-прежнему предпочитают щитки, но натяжные шкивы редко вращаются достаточно быстро, чтобы этот штраф имел значение. Установленные на заводе пакеты смазки также стандартизируют объем заполнения, устраняя риск как недостаточного, так и чрезмерного заполнения. Преобразуйте дополнительные затраты на уплотнение в возможность избежать демонтажа, и вариант с уплотнением обычно окупается в течение первой же предотвращенной остановки.

Герметичная прецизионная конструкция в сравнении с базовой конструкцией

Не все каталожные шкивы одинаковы даже при одинаковом внешнем диаметре и ширине. На приведенной ниже диаграмме сравнивается прецизионный подшипниковый узел с уплотнением и базовой негерметичной конструкцией по шести характеристикам, которые покупатели действительно ощущают в работе.

Шкив с герметичным прецизионным подшипником и базовый шкив без уплотнения (шкала от 0 до 10)

Герметичная прецизионная сборка Базовая негерметичная конструкция

Считайте, что оранжевый многоугольник — это герметичная прецизионная сборка, а серый — базовая незапечатанная деталь. Герметичный узел имеет наибольшие преимущества по устойчивости к загрязнениям, интервалам технического обслуживания и сроку службы — трем осям, которые определяют, как часто вы останавливаете линию для замены подшипников. Базовая деталь удерживает явное преимущество только по экономической эффективности, и это лидерство сохраняется в основном в условиях чистой, сухой и легкой нагрузки. Точность вращения благоприятствует герметичному агрегату, поскольку контролируемая предварительная нагрузка и заводская смазка обеспечивают стабильность тел качения при изменениях скорости. В пыльной или волокнистой среде два коротких серых пика вверху и внизу диаграммы указывают именно на то место, где могут возникнуть незапланированные простои.

Сопоставление шкива с направляющими ремня

Шкив — это только половина подобранной пары. Натяжные ролики ремня ГРМ никогда не должны сгибать ремень назад ниже минимального диаметра натяжного ролика, разрешенного для этого шага, а на участках с сильным натяжением натяжной ролик должен перемещаться по ремню назад, а не со стороны зубьев. Натяжным роликам с плоскими ремнями необходимы выпуклые поверхности, чтобы лента направлялась по центру, а для прижимных роликов конвейера необходим достаточный диаметр, чтобы удерживать изгиб каркаса в определенных пределах. Надежный порядок действий — начинать с шага ремня и двигаться наружу, а опубликованные Рекомендации по проектированию синхронного ременного привода Опытные производители ремней указывают минимальные диаметры натяжных роликов для каждого шага. Если сторона водителя также нуждается в поиске, соедините ремень с правильно обработанным синхронным шкивом, а не с обычной заготовкой.

Синхронный шкив для ременных передач Этот синхронный шкив, изготовленный для точного соответствия шагу ремня, является подходящим аналогом для привода ремня ГРМ со стороны привода, обеспечивая надежное зацепление зубьев и постоянное натяжение во всей системе. Посмотреть продукт →

Где шкивы подшипников работают сильнее всего

Конвейерные и логистические рамы содержат наибольшее количество подшипниковых шкивов в промышленности. Возвратные ролики, прижимные ролики и приемные ролики непрерывно вращаются под постоянной нагрузкой, поэтому по умолчанию используются герметичные радиальные подшипники, а лента, которую они несут, обычно представляет собой конвейерную ленту для легких условий эксплуатации, соответствующую весу продукта и стилю загрузки. Поскольку эти ролики многочисленны и часто труднодоступны, качество уплотнений и заводские пакеты смазки окупаются здесь быстрее, чем в любом другом применении.

Легкая конвейерная лента для роликов Эта конвейерная лента, адаптированная к весу продукта и стилю загрузки, подходит для возвратных роликов, упорных роликов и приемных роликов, которые доминируют в логистических рамах, где постоянные непрерывные нагрузки требуют ленты, подходящей для шкивов на подшипниках. Посмотреть продукт →

Высокоскоростные плоские ременные приводы в печатных, бумагоперерабатывающих и упаковочных машинах добавляют еще одно требование: натяжной ролик должен двигаться на заданной скорости, иначе ремень сойдет с линии. Бесконечные резиновые плоские ремни естественным образом сочетаются с венцовыми натяжными роликами, установленными на подшипниках, поскольку бесшовная конструкция позволяет избежать периодических импульсов, которые механическое соединение посылает через подшипник натяжителя. Приобретение расходных материалов, таких как резиновые ремни ГРМ и синхронные шкивы от того же специализированного производителя также обеспечивает соответствие допусков по всему приводу.

Бесконечный резиновый плоский ремень Его бесшовная конструкция позволяет избежать периодических импульсов, которые механическое соединение посылает через подшипник натяжителя, что делает его естественным выбором для натяжных роликов с коронками на подшипниках в высокоскоростных печатных, бумагоперерабатывающих и упаковочных машинах. Посмотреть продукт →

Процедура технического обслуживания, основанная на фактических данных

При замене по календарю тратятся хорошие подшипники и не учитываются вышедшие из строя. Мониторинг температуры и шума обходится дешевле и работает лучше, поскольку неисправный подшипник сигнализирует о себе за несколько недель до поломки, если кто-то проводит измерения.

Повышение температуры корпуса выше температуры окружающей среды (градусы Цельсия) во время 500-часового испытания на износ

Исправный герметичный подшипник 2RS Подшипник с деградировавшей смазкой

Две кривые показывают повышение температуры корпуса выше температуры окружающей среды, зафиксированное в ходе контролируемого 500-часового испытания на износ на идентичных в остальном шкивах. Здоровый герметичный подшипник выдерживает температуру около 20 градусов Цельсия выше температуры окружающей среды и остается ровным, что является показателем, который вам нужен во время обычной термографии. Подшипник с деградировавшей смазкой постепенно поднимается вверх по мере истончения смазочной пленки, преодолев температуру на 40 градусов выше температуры окружающей среды около 300 часов и продолжая подниматься оттуда. Практический порог срабатывания сигнализации для многих предприятий — это повышение температуры окружающей среды примерно на 30 градусов или скачок на 10 градусов по сравнению с предыдущим показанием на том же шкиве. Таким образом, изменение температуры дает предупреждение за несколько недель до того, как акустические симптомы станут достаточно очевидными, чтобы операторы могли сообщить об этом.

Короткая процедура поддерживает здоровье шкива:

Прослушивайте каждое окно снятия защиты и записывайте, какие шкивы изменили характер с момента последней проверки.
Раз в квартал термографируйте корпуса натяжных роликов и сравнивайте каждое показание с предыдущим значением того же шкива.
Проверяйте соосность с помощью линейки после каждой замены ремня, поскольку даже небольшой наклон нагружает один край дорожки качения.
Замените весь узел шкива вместо того, чтобы запрессовывать новые подшипники в потертый корпус.
Записывайте часы работы и характер неисправности для каждой замены, чтобы спецификация следующей покупки отражала реальную нагрузку.

Подшипниковые шкивы – это недорогие детали, защищающие дорогие машины. Укажите подшипник перед корпусом, уплотните его с учетом реальных условий эксплуатации, соблюдайте минимальные диаметры натяжных роликов для используемого ремня и заменяйте его на основании результатов измерений, а не в случае неисправности. Выполняйте эти четыре действия последовательно, и ежеквартальный демонтаж превратится в ежегодную проверку.