导轮系统:特性、选型及尺寸

 作者:BRETT FREDERICK,C.G. BRETTING MANUFACTURING 公司项目工程师,KEVIN KEGEL,C.G. BRETTING MANUFACTURING 公司装配专家  发表时间:2007-03-13
  纸质灰尘中的微颗粒会严重破坏纸张转换机的几乎所有部分,尤其是轴承。直线导轨、光杠轴承,甚至防尘圈、润滑器、刮刀或者风箱等部件都有将微颗粒卷入轴承的可能。一旦缺乏恰当的保护,纸质灰尘就会与轴承润滑剂混杂在一起,从而破坏轴承的滚道和滚珠。我们发现Bishop Wisecarver公司的DualVee导轮托架可以保护轴承和导轨免受微颗粒影响,以便在不牺牲精度的前提下,获得更高的机器性能等级。
  滑动托架可能无法均衡地分配载荷,而通过利用具有较小相对分离距离的四组高承载能力的滚轮和轴承,导轮托架系统则能够处理这些不均衡程度高达两到三英尺的非均衡载荷分布。如果是光杠轴承,在这种条件下就有可能产生弯曲。
  甚至于在导轨安装表面不够平坦的条件下,我们也能够保持预紧间隙,使导轮托架正确运行,产生平滑的滚动动作。另外,平行轨道也便于更轻松更快捷地安装,这是由于导轮轨道的调整要求非常宽松。
  导轮托架结构
  在导轮托架结构中,采用偏心导轮和同心导轮的恰当组合可以确保设计的稳固性。直线系统总要具有两组同心轮,并保持导向轮为偏心轮。偏心轮可以通过预紧去除轮子和导轨之间的间隙,使所有轮子获得均衡的载荷,从
而在加减速过程中以纯滚动替代在导轨上的滑动或者空程。当导轮托架承受径向载荷时,同心轮承受主要负载(如下图所示)。

  有必要着重指出的是,偏心轮的具体安装位置取决于导轨滚道是位于导轮托架之内还是之外。右面给出了不同的导轮托架结构。

  负载
  一开始,我们需要明确负载类型,即径向负载还是轴向负载,径向负载(LR)的施力方向垂直于支撑轴,轴向负载(LA)的施力方向则平行于支撑轴。我们发现Bishop Wisecarver公司提供的确定预期使用寿命和尺寸的公式非常容易使用。
  导轮的轴向负载属于瞬态负载,因为它偏于一侧。由于滚珠支撑元件的载荷不够均衡,当滚轮的一侧处于自由状态时,另一侧则与导轨发生相互作用,这样就产生了滚轮的瞬态负载,并进而构成支撑状态。要抵消瞬态负载,我们可以增加径向预紧,以允许更高的轴向负载。不过,增加径向预紧也会加速磨损。
  负载/寿命方程——尺寸与选择
  要估算负载/寿命,需要理解静力学原理,比如具备自由体受力图的分析能力,以及将托架的外部受力转化为每个导轮的径向和轴向反作用力的能力。为计算系统寿命,我们需要考虑滚轮的最高载荷。
  选择滚轮托架部件并确定相关尺寸的过程包括三个步骤:
  1.确定径向和轴向载荷;
  2.以最高载荷计算滚轮的载荷系数;
  3.应用安全系数补偿速度、振动、冲击和环境因素。
  步骤一
  计算导轮系统设计中每个支撑元件的径向载荷(LR)与轴向载荷(LA),该计算过程是将静力学原理应用于具体实践。
  典型导轮的负载级别:

  步骤二
  所有标准的静力学计算都必须考虑,包括惯性力、重力以及工装压力、支撑元件间隔和有效载荷大小及运行方向等诸如此类的外部力。另外,外部力通过滚轮和轨道接触面产生的反作用力也必须考虑进去。
  LF = LA / LAmax + LR / LRmax
  其中:
  LF = 载荷系数 LA = 导轮上的轴向载荷
  LAmax = 滚轮的最高轴向承载能力
  LR =导轮上的径向载荷
  LRmax =滚轮的最高径向承载能力
  轴承尺寸需根据LF确定。
  必须在最大轴向承载能力(LAmax)和最大径向承载能力(LRmax)基础上使用安全系数,这是由于载荷、速度、冲击、振动、污染程度和工作占空比等的要求可能会有所不同。

  *上述级别和计算值是基于理想条件下的理论值。我们的大多数应用未必包含最佳条件,因此我们采用下一级的最大尺寸,以确保机器决不会达到导轮的临界极限。
  步骤三
  将载荷系数应用到下面的方程上,以确定系统的预期寿命。
  寿命= Lc / (LF)3
  其中:
  LF = 载荷系数 Lc = 寿命常数

  计算举例:
  LA = 50 磅力LR = 200 磅力
  滚轮尺寸:2
  使用环境:中等冲击载荷及有污染的间歇式运动
  滚轮的预期使用寿命是多少?
  依照前面列出的计算过程,我们已经知道了应该由步骤一获取的信息,即每个滚轮的径向载荷(LR)及轴向载荷(LA),因此我们可以计算如下:
  LA = 50 磅力 LAmax = 140 磅力
  LR = 200 磅力 LRmax = 625 磅力
  LF = 50/140 + 200/625 = 0.68
  Life = 3.47×106 /(0.68)3×0.6 = 6.621×106 英寸行程长度
  *注意:使用调整系数0.6是出于对使用环境的考虑。


纸质灰尘对这台Bretting
纸张转换机中可能不再是
什么问题,这一切得益于可使
轴承免受
















































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