Поворотный круг (опорно-поворотное кольцо) — это замкнутая система шариков или роликов, защищенных корпусом, дорожки качения, монтажные элементы, и не редко — интегральная передача.

Эти большие изделия предназначены для передачи осевых, радиальных и опрокидывающих моментных нагрузок. А поскольку они обрабатывают нагрузки (и различные их комбинации) в одном узле, эти подшипники берут на себя вес, пространство и затраты на работу других вращательных конструкций.

Выбор поворотного круга под конкретное применение зависит от от статических и динамических нагрузок, требований к болтам и технических характеристик зубчатой передачи.

Типы поворотных кругов и их мощность

Расчет нагрузок, которые будут приходиться на поворотный круг, позволяет получить основные технические характеристики необходимого вам изделия, на основе чего уже можно получить основные данные для выбора одного или нескольких возможных типов подшипников.

Для иллюстрации:

• Некоторые кольца разработаны для использования в качестве рулевых шарниров тележки пятого колеса на прицепах.
• Другие поворотные кольца подходят для общего применения в поворотных столах; их моментная способность обеспечивает устойчивость поворотных столов, имеющих диаметры, значительно превышающие диаметр подшипника.
• Наконец, поворотные кольца с высокими углами контакта и увеличенным внутренним зазором подходят для применений, где центр силы остается в пределах диаметра дорожки качения.

Перечисленные мощности дорожек качения часто являются статическими номинальными значениями. Поскольку большинство применений колец большого диаметра связано с прерывистым поворотом и широким спектром нагрузок, разумно выбирать кольцо на основе его статической емкости и рекомендуемого коэффициента обслуживания.

Перечисленные мощности не являются одновременными: другими словами, каталожная тяговая мощность не учитывает моментальную или радиальную нагрузку. Аналогично, моментная емкость не предполагает никакой тяги или радиальной нагрузки, а указанная радиальная емкость не учитывает никакой тяги или момента. Когда приложения включают комбинацию нагрузок, компоненты нагрузки должны быть объединены в эквивалентную нагрузку. (Для статических расчетов дорожки качения эта эквивалентная нагрузка принимается за нагрузку, наиболее нагруженного элемента качения).

Точный рабочий цикл машины и монтажная конструкция оказывают огромное влияние на долговечность кольца. В приложениях с высоким циклом динамическая емкость, а не статическая емкость, может доминировать при выборе поворотного круга.

Крутящий момент проворота

Крутящий момент проворота может быть значительным на поворотных кругах большого диаметра. Классическая теория и эмпирические данные из уравнений и каталожных значений помогают оценить это значение. Факторы, влияющие на крутящий момент поворота, включают коэффициент трения, приложенные нагрузки и их распределение, ориентацию установки, сепараторы элементов качения, плоскостность и жесткость несущей конструкции, вязкость и количество смазки в кольце, тип уплотнения и предварительный натяг, а также наличие смазки на границе уплотнения. Крутящий момент, необходимый для вращения поворотных колец, является функцией всех этих воздействий.

Крутящий момент в свободном состоянии

Крутящий момент свободного состояния — это момент трения подшипника, когда он выходит из коробки до того, как будет приложена какая-либо другая нагрузка. Когда нагрузки на подшипник высоки, этот показатель обычно не рассматривается. Однако при относительно небольших нагрузках необходимо учитывать значения крутящего момента в свободном состоянии.

Поворотные кольца с уплотнениями — и вызванное ими сопротивление — обычно демонстрируют более высокий крутящий момент в свободном состоянии. Предварительно нагруженные кольца (изготовленные с отрицательным внутренним зазором) также демонстрируют больший крутящий момент в свободном состоянии. Для специальных конструкций эта величина должна оцениваться индивидуально.

Момент трения под нагрузкой

Пусковой момент обычно на треть больше рабочего. Напротив, крутящий момент — может значительно варьироваться даже между предположительно идентичными подшипниками. Наибольшее значение расчетного момента трения под нагрузкой следует использовать, когда опорные поверхности находятся в верхней части пределов плоскостности и жесткости, а также для конструкций, эксплуатируемых до достижения максимально допустимого предела износа.

Другие крутящие нагрузки

В дополнение к крутящему моменту трения, при калибровке приводного устройства необходимо учитывать и другие источники крутящего момента. Они могут включать в себя воздействие ветровых нагрузок, гравитационных сил, сил сопротивления, инерции ускорения и т. д.

Кольца с зацеплением

Поворотные круги выпускаются в разных модификациях:

• без зацепления
• с внешним или внутренним зацеплением

Кольца с зацеплением (интегрирированные шестерни) исключают необходимость дополнительных болтовых передач, что помогает снизить проектные работы и затраты.

Как и в случае любой зубчатой передачи, зубья поворотного кольца должны соответствовать номинальным нагрузкам. В высокоэффективных или постоянно вращающихся приложениях могут потребоваться специальные динамические расчеты.

Некоторые поворотные кольца имеют индукционно закаленные зубья для обеспечения износостойкости. Индукционная закаленная зубчатая передача может существенно улучшить срок службы зубчатых колес, предотвращая поверхностный износ и усталость.

Применяются различные виды закалки зубьев поворотных кругов:

• объемная закалка зубьев
• закалка боковых кромок зубьев
• контурная закалка

Для зубчатых поворотных кругов наиболее часто применяется контурная закалка. Она обеспечивает повышение прочности через основание зубьев и вдоль их боковых поверхностей. Контурная закалка повышает сопротивление усталости зубьев в их основании.

Закалка боковых кромок зубьев не распространяется на область основания зубьев. Этот тип закалки применяется к колесам с зубчатым зацеплением в абразивных средах, где нагрузка на зубья относительно невелика.

Определение нагрузок на поворотные круги

Осевая нагрузка действует параллельно оси вращения. Сжимающие осевые нагрузки сжимают монтажные поверхности вместе; это также называют осевым давлением. С другой стороны, растягивающая осевая нагрузка действует так, что подшипники отрываются от несущих конструкций. Растягивающим осевым нагрузкам, называемым также натяжными нагрузками, противостоят элементы крепления поворотных кругов.

Радиальная нагрузка действует перпендикулярно оси вращения. Радиальные нагрузки, часто называемые боковыми или сдвиговыми нагрузками, сопротивляются фрикционной удерживающей силе зажатых интерфейсов. В некоторых случаях для передачи высоких радиальных нагрузок используются прецизионные цилиндрические установочные стержни или штифты.

Моментальные или опрокидывающие нагрузки действуют вокруг линии, перпендикулярной оси вращения. Они возникают в результате осевой нагрузки, приложенной на расстоянии от оси вращения, радиальной нагрузки, приложенной на перпендикулярном расстоянии от плоскости подшипника, или комбинации того и другого. Мгновенная нагрузка вызывает тягу на одной половине подшипника и напряжение на другой.

Осевые, радиальные и моментные нагрузки, действующие одновременно, будут определять единую несущую нагрузку попоротного круга.

«Атанор-Инжиниринг» является официальным дистрибьютором TGB Group (Испания) в России.