Was ist das Drehmoment eines Großwälzlagers? Reibung, Formeln und Auswahlhilfe

Wenn die Oberkonstruktion eines Krans an einem kalten Morgen beim ersten Schwenken zögert, liegt das Problem selten allein am Motor. Viel häufiger hat niemand den Antrieb auf das im Lager selbst verborgene Drehmoment ausgelegt. Das Drehmoment eines Großwälzlagers ist kein fester Wert, der neben den Tragzahlen auf einem Datenblatt steht. Dabei handelt es sich um den Widerstand, den das Lager der Drehung entgegensetzt: Reibung von Wälzkörpern, die die Last tragen, von Dichtungslippen, die am Ring entlang gleiten, und von Zahnradzähnen, wenn ein integriertes Zahnrad eingebaut ist. Die kurze Antwort lautet: Das Drehmoment eines Großwälzlagers ist eine variable Reibungslast, die bei Losbrechung normalerweise 1,5- bis 2-mal höher ist als bei Dauerbetrieb, und sie gehört in die Mitte der Antriebsdimensionierung und nicht in den Randbereich.

Drei verschiedene „Drehmomente“ geraten bei Schwenkanwendungen durcheinander

Bevor Sie etwas berechnen, trennen Sie die drei Größen, die Ingenieure salopp als „Schwenkdrehmoment“ bezeichnen, da der Wert für eine davon fast nichts über die anderen aussagt.

• Lagerreibungsmoment — der Widerstand, der im Lager selbst durch Wälzkörper, Dichtungen und Zahnräder erzeugt wird. Das ist es, was der Begriff normalerweise bedeutet.
• Erforderliches Antriebsmoment — alles, was der Motor oder das Ritzel leisten muss: Lagerreibung plus Trägheit beim Beschleunigen plus Arbeitswiderstand wie Windlast oder Grabreaktion.
• Halte- oder Bremsmoment – das statische Drehmoment, dem ein Antrieb standhalten kann, ohne Schaden zu nehmen. Dies ist eine Antriebsspezifikation, keine Lagerspezifikation.

In einem Datenblatt eines Großwälzlagers wird nur selten eine einzelne Reibungsdrehmomentzahl angegeben, und diese Weglassung ist absichtlich. Die Reibung hängt von der tatsächlich ausgeübten Axiallast, Radiallast und dem Kippmoment, von der von Ihnen bestellten Spiel- oder Vorspannungsklasse, von der Schmiermittelviskosität und von der Temperatur ab. Der gemessene Widerstand zweier identischer Ringe kann sich je nach Einsatz um den Faktor drei unterscheiden. Daher beginnen die meisten Auswahlfehler, wenn man ihn als Konstante betrachtet.

Die drei Komponenten des Reibungsmoments eines Großwälzlagers

Hersteller modellieren das gesamte Reibungsdrehmoment als Summe aus drei Teilen: M = Mf Frau Mg. Jeder verhält sich im Dienst anders, weshalb die Aufteilung wichtig ist.

Tragendes Reibungsmoment (Mf)

Rollwiderstand entsteht dort, wo Kugeln oder Rollen unter der aufgebrachten Axiallast, Radiallast und dem Kippmoment auf die Laufbahnen treffen. Es wächst mit der Belastung, steil, also bei großen Momentbelastungen, die eine Seite der Laufbahn hart in Kontakt bringen. Balldesigns weisen Punktkontakt und im Allgemeinen einen geringeren Widerstand auf; Rollenkonstruktionen tragen bei voller Belastung mehr Last pro Größe auf Kosten einer höheren Reibung.

Reibungsmoment der Dichtung (Ms)

Auf der Ringoberfläche gleitende Dichtlippen erzeugen einen nahezu lastunabhängigen Widerstand. Bei einem kleinen oder leicht belasteten Lager können Dichtungen den Großteil der Gesamtreibung ausmachen, und jede zusätzliche Lippe trägt dazu bei. Zwei Lager mit identischen Gehäusen, aber unterschiedlichen Dichtungsanordnungen können daher deutlich unterschiedliche Antriebe erfordern.

Zahnradeingriffsreibung (Mg)

Verzahnte Ringe erhöhen die Reibung an der Schnittstelle zwischen Ritzel und Ring, abhängig von der Getriebequalität, dem Modul, der Schmierung und der Eingriffsausrichtung. Bei Einheiten mit Außenverzahnung macht sich ein falsch ausgerichtetes Ritzel sowohl durch ein erhöhtes Drehmoment als auch durch lokalen Zahnverschleiß bemerkbar.

Da diese Komponenten je nach Größe und Leistung unterschiedlich skalieren, beeinflusst die Wahl der Struktur das Drehmomentbudget. In leichten und mittelschweren Geräten wie Solartrackern, kleinen Stellungsreglern und Lebensmittelmaschinen, a einreihiges Kugeldrehlager Hält die Roll- und Dichtungsreibung so niedrig, dass kompakte Antriebe mit geringer Leistung weiterhin nutzbar sind.

Einreihiges Kugeldrehlager für leichte Rotation Mit einer Reihe gehärteter Stahlkugeln sorgt dieses Lager dafür, dass die Roll- und Dichtungsreibung niedrig bleibt, sodass kompakte Antriebe in Solartrackern, kleinen Positionierern und Lebensmittelmaschinen funktionsfähig bleiben. Wärmebehandelte Laufbahnen, Dichtungsoptionen und eine einfache Installation sorgen für einen langen, stabilen Betrieb. Produkt anzeigen →

So berechnen Sie das Drehmoment eines Großwälzlagers

Ernsthafte Projekte bearbeiten die Zahlen aus beiden Richtungen.

Aus verfügbarer Leistung

Die praktische antriebsseitige Formel lautet M = P / ω, wobei P die am Ring abgegebene Leistung und ω die Winkelgeschwindigkeit im Bogenmaß pro Sekunde ist. Eine mit 1 U/min rotierende Plattform dreht sich mit ω = 2π/60 ≈ 0,105 rad/s. Wenn bei dieser Drehzahl 1,5 kW den Ring erreichen, beträgt das verfügbare Drehmoment etwa 1.500 / 0,105 ≈ 14.300 N·m, also etwa 14 kNm. Führen Sie die Berechnung in umgekehrter Reihenfolge durch, um zu prüfen, ob ein vorgeschlagener Motor und ein vorgeschlagenes Getriebe tatsächlich die Anforderungen der Anwendung bei realen Drehgeschwindigkeiten erfüllen können.

Aus Reibung

Eine Schätzung im ersten Durchgang multipliziert die äquivalente Kontaktlast mit dem Laufbahnradius und einem kombinierten Reibungskoeffizienten: M ≈ µ × F × d/2. Arbeitswerte von µ zwischen etwa 0,005 und 0,015 decken Rollkontakt plus Dichtungen ab, wobei der untere Wert für leicht vorgespannte Kugelkonstruktionen in warmen, gut geschmierten Bedingungen und der obere Wert für stark belastete oder kalt laufende Einheiten gilt. Herstellerformeln verfeinern dies in Polynome, die die Axial-, Radial- und Momentterme separat gewichten. Verwenden Sie sie daher für die endgültige Überprüfung und nicht für die Schätzung.

Den Rest der Pflicht hinzufügen

Der Gesamtbedarf beträgt M_Antrieb = M_Reibung, M_Trägheit und M_Arbeit. Bei schnell schaltenden Automatisierungs- und Nachführsystemen dominiert das Trägheitsdrehmoment. Bei Baggern und Kränen dominiert der Arbeitswiderstand. Wenn ein Schneckengetriebe ein offenes Ritzel ersetzt, wandelt das geschlossene Übersetzungsverhältnis ein bescheidenes Motordrehmoment in das große Ausgangsdrehmoment um, das der Ring benötigt wie das Übersetzungsverhältnis das Drehmoment und die Drehzahlabgabe beeinflusst verdient einen eigenen Überprüfungsschritt, bevor Sie die Motorgröße festlegen.

Anlaufdrehmoment im Vergleich zum Laufdrehmoment

Das gemessene Losbrechmoment an einem Großwälzlager beträgt typischerweise das 1,5- bis 2-fache seines Wertes im Dauerbetrieb, und der Spalt vergrößert sich bei kaltem Wetter. Drei Effekte verursachen es: Die Haftreibung unter Last ist höher als die Bewegungsreibung, das Fett versteift sich, bis die Wälzkörper bei den ersten paar Umdrehungen einen dickeren Film durchdringen, und die Dichtlippen greifen fester, bevor sie sich erwärmen und anpassen. Für die Antriebsauswahl bedeutet dies, dass die Motor-, Getriebe- und Entlastungsventileinstellungen die Abreißspitze und nicht den laufenden Durchschnitt überschreiten müssen – eine Überprüfung, die am wichtigsten bei Geräten ist, die unter Volllast starten, wie z. B. Oberkonstruktionen von Baggern und Pfannenträgern.

Was drückt das Drehmoment des Großwälzlagers nach oben oder unten?

• Spiel- oder Vorspannungsklasse: vorgespannte Ringe laufen steifer und widerstehen der Drehung mehr; Sie kaufen Genauigkeit auf Kosten des Drehmoments.
• Lastgröße und Kippmoment: Schwerere, außermittige Lasten erhöhen den Kontaktdruck und die Reibung auf der Laufbahn.
• Temperatur und Schmiermittel: Niedrigtemperatur- oder hochviskoses Fett erhöht sowohl das Anlauf- als auch das Laufdrehmoment.
• Dichtungsdesign: Zusätzliche Lippen und engerer Kontakt sorgen für einen konstanten Luftwiderstand.
• Montagegenauigkeit: Eine unebene Montagefläche oder ein ungleichmäßiges Anziehen der Schrauben führt zu einer Verformung der Ringe und einer ungleichmäßigen Belastung der Laufbahn.
• Ausrichtung des Zahneingriffs: Ein falsch ausgerichtetes Ritzel erhöht die Getriebereibung und beschleunigt den Verschleiß.

Der Ladungscharakter ist ebenso wichtig wie die Ladungsgröße. Pendelnde oder umgekehrte Arbeitszyklen sorgen dafür, dass sich die Kontaktzone um die Laufbahn bewegt, sodass sich der Widerstand im Laufe des Zyklus ändert. Es ist eine Überprüfung wert wie einreihige Kugelkonstruktionen mit schwankenden Belastungen umgehen bevor Sie ein Aufgabenprofil festlegen.

Am oberen Ende der Skala – Hafenkräne, Tunnelbaumaschinen, große Bagger – wird eine höhere Reibung als Kapazitätspreis akzeptiert, wo a Dreireihiges Rollendrehlager der Serie 13 verdient seinen Platz: Separate Laufbahnen tragen unabhängig voneinander Axial-, Radial- und Momentlasten, sodass keine einzelne Reihe beeinträchtigt wird.

Dreireihiges Rollendrehlager der Serie 13 für schwere Lasten Separate Laufbahnen tragen unabhängig voneinander Axial-, Radial- und Momentlasten, wodurch sich dieses Lager der Serie 13 für Hafenkräne, Tunnelbaumaschinen und große Bagger eignet, bei denen die Kapazität die zusätzliche Reibung überwiegt. Die Konstruktion aus legiertem Stahl und die vereinfachte Wartung unterstützen anspruchsvolle Arbeitszyklen. Produkt anzeigen →

Was Sie vor der Bestellung mit Ihrem Lieferanten klären sollten

1. Reibungsdrehmomentdaten bei Ihren Lasten – Start- und Betriebswerte, kein einheitlicher Wert.
2. Testbedingungen – die Last, Geschwindigkeit und Temperatur, bei der diese Werte gemessen wurden.
3. Spiel- oder Vorspannungsklasse – und wie sie sich auf den erwarteten Widerstand auswirkt.
4. Dichtungs- und Fettspezifikationen – Lippenanzahl, Fetttyp und Füllstand sowie Verhalten bei kaltem Klima.
5. Zahnradqualität und Spiel – für Zahnkränze, da die Maschenqualität direkt in Mg einwirkt.
6. Akzeptanzkriterien – ein gemessenes Drehmomentlimit beim Schleudertest vor dem Versand.

Wenn Reibung und Arbeitsdrehmoment die Wirtschaftlichkeit einer Ritzel- und Untersetzungsanordnung übersteigen, entscheiden sich viele Käufer für integrierte Einheiten. a horizontaler Schwenkantrieb verpackt das Lager, das geschlossene Getriebe und das Montagegehäuse als eine aufeinander abgestimmte Baugruppe, sodass die Drehmomentkette als System konstruiert und nicht aus Einzelteilen zusammengebaut wird.

Horizontaler Schwenkantrieb mit Selbsthemmung Diese integrierte Einheit vereint Lager, geschlossenes Getriebe und Montagegehäuse als eine aufeinander abgestimmte Baugruppe, sodass die Drehmomentkette als System konzipiert ist. Selbsthemmend hält die Position unter Last ohne Strom, nützlich, wenn Reibung und Arbeitsdrehmoment die Anordnung von Stift und Reduzierstück übersteigen. Produkt anzeigen →

Das Drehmoment eines Großwälzlagers sollte am besten als Systemeigenschaft und nicht als Katalogkonstante behandelt werden. Es ist die Summe aus Last, Dichtungs- und Getriebereibung; beim Start treten Spitzenwerte auf; und es bewegt sich mit Vorspannung, Temperatur, Schmierung und Montagequalität. Teilen Sie dem Lagerhersteller frühzeitig Ihre realen Lastfälle – axial, radial, Moment, Geschwindigkeit und Temperaturbereich – mit und fragen Sie nach Anlauf- und Betriebsdrehmomentdaten für diese Lasten. Dieser einzelne Schritt verhindert den teuersten Fehlermodus bei Schwenkanwendungen: eine Maschine, die sich dreht, aber nie ganz so leicht, wie die Zeichnung es verspricht.