通過對現(xiàn)有傳動設(shè)計方案進(jìn)行分析及優(yōu)化,使設(shè)備性能得到提升,降低能耗,增加可靠性。
客戶收益——可靠、降耗、增效
1)制造商設(shè)備已完成整體設(shè)計或制造階段
配合設(shè)備制造商,利用軟件分析和相關(guān)應(yīng)用經(jīng)驗,對現(xiàn)有已經(jīng)完成之應(yīng)用設(shè)計方案進(jìn)行分析,優(yōu)化其選用軸承結(jié)構(gòu)及軸承布置方案。滿足其對設(shè)備性能提升、降低能耗,增加穩(wěn)定性可靠性等方面的需要。
2)業(yè)主使用階段,對性能提升需求
針對業(yè)主客戶,對使用過程中需要性能提升的要求,為其提供優(yōu)化的軸承結(jié)構(gòu)及軸承布置解決方案,滿足其提高性能,降低能耗,增加穩(wěn)定性可靠性等方面的需要--可靠、降耗、增效
優(yōu)化設(shè)計案例——自動除塵機(jī)用精密交叉滾子軸承
應(yīng)用背景:
客戶為國外知名品牌除塵設(shè)備制造企業(yè),該項目為特殊行業(yè)用除塵設(shè)備,工作時,除塵機(jī)在軌道上面做直線運(yùn)動,對多個需除塵部位進(jìn)行自動除塵操作。需要除塵傳輸管路可以在一定范圍內(nèi)伸縮回環(huán)并定位,在直線運(yùn)動過程中,保證管路接口位置的穩(wěn)定性。以便可以準(zhǔn)確對接相應(yīng)的除塵接口。
軸承位于連接管路與除塵機(jī)機(jī)箱的連接部位。該設(shè)備承載較輕,軸承軸向受力最大在 300kg,管路連接件最長長度為 2m,軸承工作時候承受一定的傾覆力矩,最大為 50N.M,要求軸承定位穩(wěn)定性要高,因為除塵過程還會有一定的沖擊載荷,因此對軸承的抗沖擊性能以及剛性均有較高的要求。
同時,客戶希望軸承連接與管路及機(jī)箱通過連接法蘭進(jìn)行連接,這樣相當(dāng)于關(guān)節(jié)手臂的運(yùn)動形式??蛻粼O(shè)計采用配對角接觸球軸承,通過設(shè)置預(yù)載荷的大小,提高軸承的剛性,但是因為配對角接觸球軸承安裝需要軸及座孔配合,以及配置預(yù)載荷與安裝后的預(yù)載荷會有一定的差異,造成產(chǎn)品安裝后,回轉(zhuǎn)扭矩會有較大差異,而且安裝周邊制造也較為繁瑣。
因此客戶希望 KIS 根據(jù)其使用工況,提供更適宜的軸承應(yīng)用。
客戶需求:
該產(chǎn)品應(yīng)用于除塵機(jī)可回旋連接管路固定底座,客戶要求使用過程中,管路在手持操作定位時,旋轉(zhuǎn)靈活,同時整體管壁要定位穩(wěn)定,并保持一定的阻尼感,避免設(shè)軸承備自動工作直線移動時,因管路端部位置變化,對連接管件準(zhǔn)確性造成影響??蛻粢蟮妮S承旋轉(zhuǎn)定位精度在 0.005mm,同時在連接管路前端的位置變量不超過 1mm。同時旋轉(zhuǎn)扭矩要求在 5±0.5N.M 范圍內(nèi)。使用壽命要求,擺動壽命兩萬次以上(±90°),測試擺動頻次 10 次每分鐘。
客戶痛點(diǎn):
客戶原使用配對角接觸球軸承,雖然產(chǎn)品精度和剛度可以達(dá)到使用要求,但是因為需要軸承與軸及座孔之間進(jìn)行配合,配合量的大小偏差,對軸承的預(yù)緊量有一定影響,造成管路連接件批量回轉(zhuǎn)扭矩穩(wěn)定性差,相互差在 1N.M 以上,需要多次調(diào)整才可以滿足使用要求,而且安裝過程較為繁瑣,安裝調(diào)試時間久,安裝效率低,嚴(yán)重影響產(chǎn)品的批量生產(chǎn)效率。 因此客戶現(xiàn)在迫切需要我們解決其痛點(diǎn),為其提供最合適的產(chǎn)品應(yīng)用。
方案確定:
根據(jù)與客戶充分溝通,了解客戶的工況要求,KIS 為客戶選擇精密交叉滾子型軸承,該產(chǎn)品滾動體為圓柱滾子型,呈 90°在內(nèi)外圈滾道內(nèi)間隔分布,這樣既可以承受軸向、徑向載荷,還可以承受一定的傾覆力矩,而且具有精度高、剛性好的特點(diǎn),按照客戶的需要,還可以選用內(nèi)外圈具有安裝孔的形式,這樣可以與客戶的基座與管件法蘭之間直接進(jìn)行聯(lián)系,安裝更便捷。可以采用帶有預(yù)負(fù)載的負(fù)游隙設(shè)計,這樣在轉(zhuǎn)動時,可以提供穩(wěn)定的預(yù)載扭矩,保證客戶使用。該產(chǎn)品的軸向、徑向跳動可以控制在 0.005mm 以內(nèi),完全可以滿足客戶的使用需要。
優(yōu)化后的安裝示意圖參考圖 1 及圖 2
圖1
圖2
圖3
圖4
利用軸承專業(yè)壽命分析軟件對軸承壽命及靜態(tài)安全分析結(jié)果,壽命和靜態(tài)安全系數(shù)可以完全滿足客戶需求。(分析過程圖片參考圖 5~圖 8)
圖5軸承安裝及受力示意圖
圖 6 內(nèi)外圈滾道接觸應(yīng)力
圖 8 軸承壽命及靜態(tài)安全系數(shù)計算結(jié)果
產(chǎn)品交付客戶使用:
產(chǎn)品交付客戶后,客戶反饋,因為軸承自帶安裝孔,簡化周邊安裝結(jié)構(gòu),安裝操作時間由原來四個小時壓縮到兩個小時以內(nèi),管件端部變量不超過 0.3mm,而且轉(zhuǎn)動時扭矩穩(wěn)定,在 4.8~5.2N.M 之間,完全滿足客戶設(shè)計要求。
客戶經(jīng)加強(qiáng)疲勞測試,擺動批次超過 5 萬次以上,定位精度還能保持在設(shè)計范圍以內(nèi)。
目前客戶時間已經(jīng)超過三年,反饋良好。目前該系列產(chǎn)品已經(jīng)批量穩(wěn)定使用。