SKF självinställande lagersystem

Transkript

1 SKF självinställande lagersystem

2 Innehåll Varumärket SKF står idag för fler värden än någonsin tidigare och betyder alltmer för dig som kund. SKF behåller sin internationellt ledande ställning som kännetecknet för kvalitetslager över hela världen, men nya epokgörande framsteg inom teknik, produktunderhåll och tjänster har utvecklat SKF till en viktig leverantör av helhetslösningar som genererar allt större värden för kunderna. Dessa lösningar innefattar metoder för att öka produktiviteten hos våra kunder, inte bara med banbrytande skräddarsydda produkter utan även genom de allra senaste verktygen för simulering av maskiners egenskaper redan på konstruktionsstadiet. Dessutom erbjuder SKF konsulttjänster och underhållsprogram för att öka effektiviteten hos befintliga anläggningar samt industrins mest avancerade teknik för leveransstyrning. Namnet SKF står, nu som förr, för det absolut främsta inom rullningslager men idag även för mycket mera. SKF kunskapsföretaget 3 Sammanfattning 4 Det konventionella självinställande lagersystemet 4 Lager i roterande utrustning 4 Det konventionella självinställande lagersystemet 5 Orsaker till lagerhaverier 6 Friktionens inverkan 6 Instabil belastningsfördelning 7 Ett typiskt exempel på axelexpansion och dess konsekvenser 8 Axiella krafter över tiden typiska exempel 9 SKF självinställande lagersystem 10 CARB toroidrullager 10 Prestanda vid liten belastning 12 Förbättring av driftsförhållanden och tillförlitlighet 14 Reducerade kostnader genom minskade dimensioner 14 Små belastningar, höga varvtal 15 Eliminerad risk för dåliga driftsförhållanden 15 Den kompromisslösa lösningen 16 Förbättringar med SKF självinställande lagersystem 18 Inverkan av SKF självinställande lagersystem på olika typer av maskiner 20 SKF kunskapsföretaget 2

3 Sammanfattning Problemet Lagersystemet i en typisk industriapplikation måste ta upp såväl snedställning som utböjning och termisk längdändring av axeln. För att klara av snedställning och axelutböjningar måste konstruktörer vanligen använda ett självinställande lagersystem, som består av två sfäriska kullager eller två sfäriska rullager. Termisk längdändring av axeln är dock en mer komplex fråga, som kräver att ett av lagren är axiellt styrande och det andra är axiellt frigående. I de flesta fall måste det styrande lagret låsas i lagerhuset och på axeln. Det frigående lagret däremot ska kunna röra sig axiellt i lagerhusets läge. När det frigående lagret rör sig axiellt inne i lagerhuset sker det under betydande friktion, som sedan ger upphov till vibrationer, axiella tillskottskrafter i lagersystemet och värme vilka alla kan märkbart försämra lagrets brukbarhetstid. Lösningen Lösningen för det konventionella styrande/ frigående lagersystemet är att använda ett självinställande lager i den styrande positionen och ett CARB toroidrullager i den frigående positionen. CARB toroidrullager är ett självinställande radiallager med en innerring som rör sig oberoende av ytterringen även i axiell riktning, såsom i ett cylindriskt rullager vilket möjliggör termisk förlängning och förkortning av axeln eller konstruktionen på grund av temperaturvariationer, utan att några interna axialbelastningar uppstår. Eftersom både inner- och ytterringen i CARB toroidrullager kan monteras med en fast passning, undviks de problem som är förbundna med en lös passning för ytterringen, till exempel passningsrost och deformation av ringen. SKF självinställande lagersystem består av ett CARB toroidrullager i den frigående positionen och ett sfäriskt kullager eller ett sfäriskt rullager i den styrande positionen. Det här lagersystemet tar upp såväl snedställning som axiell förskjutning, praktiskt taget utan friktion, så att problemen förorsakade av inducerade interna axialbelastningar elimineras. SKF självinställande lagersystem är kompromisslöst och ger konstruktörerna alternativ som avsevärt kan sänka kostnaderna genom att minska dimensionerna, eliminera komponenter, underlätta monteringen och samtidigt förbättra driftsäkerheten och prestandan. Beroende på maskin och applikation är fördelarna med SKF självinställande lagersystem följande: Säkrare och mer optimerade konstruktioner. Ökad brukbarhetstid för lagren. Förlängda underhållsintervall. driftstemperatur. vibrations- och ljudnivåer. Högre maskineffekt. Oförändrad produktion med lättare eller enklare maskin. Ökad produktkvalitet/mindre kassation. 3

4 Det konventionella självinställande lagersystemet Lager i roterande utrustning I typisk industriell utrustning lagras roterande axlar vanligtvis i två rullningslager, ett i vardera änden av axeln. Förutom att ta upp radiella belastningar har det ena lagret till uppgift att positionera axeln axiellt i förhållande till dess hus och ta upp de axialbelastningar som axeln utsätts för. Detta lager betecknas som det styrande lagret. Det andra lagret, vilket betecknas som det frigående lagret, ska också ta upp radiella belastningar, men samtidigt kunna röra sig axiellt för att medge: Termiska längdändringar hos axeln eller konstruktionen, på grund av temperaturvariationer. Tillverkningstoleranser i konstruktionen. Toleransområden som staplas på varandra. Det konventionella självinställande lagersystemet Det konventionella självinställande lagersystemet, som består av två sfäriska kullager eller två sfäriska rullager, har länge utgjort grunden för många industriella självinställande lagersystem. Det här lagersystemet, som kan överföra stora radiella belastningar och axialbelastningar, är också väl anpassat för att ta upp snedställningar, termisk deformation och axel utböjningar vid belastning. Det finns dock vissa negativa konsekvenser vid användning av sfäriska kullager eller sfäriska rullager i den frigående positionen ( fig. 1). Det frigående lagret måste kunna förskjutas axiellt, vanligtvis i sitt läge i lagerhuset, för att medge termiska längdändringar hos axeln. För att denna rörelse ska kunna ske måste lagrets ytterring vara monterad med lös passning och med fritt axiellt utrymme för den förväntade rörelsen. Den lösa passningen innebär konstruktionskompromisser hos maskinen, eftersom lagrets ytterring under vissa belastningsförhållanden kan komma att rotera i sitt läge och därmed skada lagerhuset. Detta i sin tur accelererar slitaget, ökar vibrationsnivån och ger axeln ett mindre styvt stöd i radiell riktning. Dessa mindre gynnsamma sidoeffekter innebär ökade underhålls- och reparationskostnader. Konventionellt självinställande lagersystem med två sfäriska rullager. Lagret till höger är axiellt fritt Fig. 1 4

5 Orsaker till lagerhaverier Eftersom det frigående lagret behöver en lös passning för att ta upp längdändringar hos axeln måste passningen förbli lös även under drift. Att upprätthålla denna lösa passning är inte så enkelt som det kanske låter och kan begränsas på grund av någon av följande orsaker: Vid igångkörning, när maskinkomponenterna värms upp, expanderar lagrets ytterring vanligtvis snabbare än husets hål. Denna skillnad i expansionshastighet kan eliminera den lösa passningen mellan lagret och lagerläget och förhindra den axiella rörelsen. Om lagerlägets form i huset inte uppfyller specifikationen kan lagerringen fastna och kan då inte röra sig axiellt. Detta kan bero på att lagerläget är behäftat med ovalitet eller konicitet, men vanligare är att det har deformerats på grund av att underlaget inte varit tillräckligt plant eller styvt. Under ofördelaktiga belastningsförhållanden kan en lös lagerring ge upphov till ett fenomen som kallas passningsrost, med följd att lagerringen rostar fast i sitt läge. Slitage av lagerläget kan även låsa fast lagret. Om det frigående lagret inte kan röra sig jämnt eller hindras från att röra sig i sitt läge för att ta upp termiska längdändringar hos axeln, kommer båda lagren att utsättas för stora inducerade interna axialbelastningar ( fig. 2). Inverkan av dessa tillkommande inducerade axialbelastningar kommer att visa sig som förhöjda lagertemperaturer, alltför höga vibrationsnivåer, ökad förbrukning av smörjmedel och så småningom ett lagerhaveri i förtid. Stora axialbelastningar och påkännningar införs i lagersystemet om det frigående lagret inte kan förskjutas axiellt Fig. 2 F r 5

6 Friktionens inverkan En vanligare men mindre välkänd konsekvens av att ett lager monteras med lös passning är att det alltid finns ett visst mått av friktion mellan den lösa lagerringen och lagerhuset (eller axeln). I ett konventionellt lagersystem måste axeln först övervinna detta friktionsmotstånd innan lagret kan röra sig axiellt i lagerläget. Motståndet har storleksordningen F a = F r m, där F a är den axiella kraften, F r är den radiella belastningen som tas upp av lagret i den frigående positionen och m är friktionskoefficienten mellan den lösa lagerringen och huset eller axeln. (För kontakter mellan stål/stål och stål/gjutjärn ligger värdena på m typiskt mellan 0,12 och 0,16 för ytor i gott skick och är mycket högre om någon av kontaktytorna är sliten eller skadad). Tills den axiella belastningen på axeln övervinner friktionsmotståndet, utsätts båda lagren på axeln för en tillkommande axialbelastning, som motsvarar flera procent av den radiella belastningen ( fig. 3). Som en följd av dessa inre inducerade axialbelastningar påverkas belastningsfördelningen inom lagren negativt, så att rullraderna bär olika stora belastningar ( fig. 4). Instabil belastningsfördelning I applikationer med relativt höga varvtal kan belastningsfördelningen på lagren bli varierande och instabil. För att visa detta kan man föreställa sig hur innerringen till ett lager blir något snedställd på axeln i förhållande till den verkliga rotationsaxeln. Detta är en vanlig situation och en typisk följd av bristande bearbetningsnoggrannhet för axeln, böjning av axeln, toleransområden som staplas på varandra för axel, klämhylsa och lagerring samt en bristande noggrannhet vid monteringen. När något av dessa förhållande råder kommer innerringen att wobbla lätt när den roterar, vilket ger upphov till en axiell svängning hos axeln. Denna svängning överförs sedan till innerringen på det andra lagret i axelarrangemanget. När innerringarna rör sig fram och tillbaka med en frekvens som motsvarar axelns varvtal kommer lagrens båda rullrader att växelvis belastas och avlastas (eller åtminstone få varierande belastning). I vissa fall överförs den axiella rörelsen till ytterringen i det frigående lagret och ger då upphov till passningsrost i lagerhuset. De typiska följderna av denna ojämna belastningsfördelning kan generaliseras enligt följande: I applikationer med stora belastningar stora inre spänningar, hög temperatur, försämrad smörjning, accelererat slitage av lagren och minskade lagerlivslängder (minskningen i livslängd kan beräknas). I applikationer med höga varvtal hög driftstemperatur, omväxlande acceleration och retardation av rullsatserna med varierande belastningsfördelning, stora krafter på hållarna, ökat slitage, höga vibrationsoch ljudnivåer, snabb försämring av fettet och allmänna problem med driftsäkerheten. (Det går inte att beräkna dessa effekters storlek). Dessa faktorer uppstår i större eller mindre omfattning i alla konventionella lagersystem, även när komponenterna är nya och toleranserna ligger inom specifikationen. Om det finns något annat än den normala friktionen, som förhindrar axiell förskjutning hos den frigående lagerringen, är situationen likvärdig med en mycket hög friktionskoefficient (m) mellan lagret och dess läge, varvid de negativa effekterna under drift är i motsvarande grad svårare. Friktion mellan ytterringen och lagerhuset inducerar axialbelastning Ojämn belastningsfördelning på grund av inre axiella friktionskrafter Fig. 3 Fig. 4 F r F a = F r µ F a F r 6

7 Ett typiskt exempel på axelexpansion och dess konsekvenser Diagram 1 visar temperaturvärden som tagits på ytterringen till ett oljesmort sfäriskt rullager i den frigående positionen av en pappersmaskinvals i samband med uppstart av maskinen. Diagrammet visar tydligt att friktionen mellan lagrets ytterring och lagerläget verkligen existerar och har en betydande inverkan på hur mycket värme som lagret genererar. Efterhand som driftstemperaturen ökar och axeln börjar expandera, ökar också lagrets temperatur tills friktionsmotståndet övervinns och lagret gör en plötslig rörelse, vilket kännetecknas av att temperaturen sjunker märkbart. Denna process, känd som stick-slip, fortgår till dess att axeln når normal driftstemperatur. Även efter det att maskinen nått normal driftstemperatur kan det förekomma kvarvarande inducerad axialbelastning på lagren, som då kan orsaka en ojämn belastningsfördelning mellan rullsatserna. Processen kommer att upprepas (i omvänd ordning) vid varje temperaturminskning hos axeln eller konstruktionen på grund av ändrade processparametrar, t.ex. tomgång. Observera att för SKFs sfäriska rullager av typen CC och E, hinner förhållandet mellan axiell och radiell belastning bli ganska stort (15 % eller mera) innan det uppstår någon betydande ökning av den totala rullfriktionen inne i lagret (total friktion = belastningsberoende friktion + viskös friktion från smörjmedlet). I lager som utsätts för rent radiell belastning måste det därför finnas en betydande axialkraft, som är resultatet av friktionen mellan lagrets ytterring och lagerläget. Annars skulle inte märkbara temperaturvariationer, som de i diagrammet, uppstå. Det faktum att temperaturförändringen är enkel att mäta visar att den verkande friktionskoefficienten är större än 0,1. Axiell position för ytterringen och motsvarande lagertemperatur under uppstart Diagram 1 Temperatur Ytterringens axiella position Tid 7

8 Axiella krafter över tiden typiska exempel Storleken hos den inducerade inre axialbelastningen i ett traditionellt självinställande lagersystem kan variera beroende på ett antal parametrar som är relativt svåra att förutsäga. Dessa parametrar, som bestämmer medelkraften och den genomsnittliga ekvivalenta friktionskoefficienten över lagersystemets livslängd, inkluderar: Det kvarvarande radialglappet i varje monterat lager. Den axiella förskjutningen mellan inneroch ytterringarna i varje lager efter montering. Storleken hos den radiella belastningen på det frigående lagret. Typen av radiell belastning på det frigående lagret (konstant eller varierande, enkelriktad eller med slumpmässig riktning). Vibrationsnivåer från externa källor. Ytfinhet hos lagrets och lagerlägets kontaktytor (endast frigående position). Smörjförhållanden mellan det frigående lagrets kontaktyta och dess läge i huset. Passningens spel (individuell diametertolerans för lagret i den frigående positionen och dess läge i huset). Formtolerans för det frigående lagerläget (ovalitet och konicitet). Deformation av det frigående lagerläget vid belastning. Deformation hos det frigående lagerläget orsakad av termiska ändringar. Relativ termisk axiell längdändring för roterande och stationära komponenter (axel och omgivande konstruktion). Relativ termisk radiell längdändring för ytterringen i det frigående lagret och dess läge. Axiell styvhet i den omgivande konstruktionen. Större lagerglapp minskar risken för stora inducerade axiella belastningar. Alltför stora glapp innebär att färre rullkroppar bär belastningen. Detta leder i sin tur till en kortare utmattningslivslängd för lagret och ökad risk för ogynnsamma driftsförhållanden inne i lagren. I exemplen nedan antas att axeln utvidgar sig i förhållande till den omgivande konstruktionen. Utan ytterst noggranna toleranser och omsorgsfulla mätningar vid monteringen är det omöjligt att veta vad som faktiskt kommer att hända i varje enskild maskin. Diagram 2 Diagram 3 Litet initialt axialglapp (ringarna centrerade vid montering) uppstartsperiod Inducerad axiell belastning/radiell belastning Lagret har fastnat i lagerhuset 1,5 Inducerad axiell belastning/radiell belastning Drift under fortvarighetstillstånd med stor axialbelastning 0,2 0,1 Fortvarighetstillstånd 1 0,5 Frigående lager har fastnat i lagerhuset 0 0 Tid Till en början axialglapp Tid 8

9 SKF självinställande lagersystem Tills helt nyligen var en kompromiss en del av varje lagersystem som måste ta upp axiell expansion hos axeln. CARB toroidrullager, som utvecklats av SKF, ändrade på det. I dag kan maskinkonstruktörer med hjälp av ett CARB toroidrullager som frigående lager och ett sfäriskt kul- eller rullager i styrande position optimera sina applikationer och ge sina kunder mervärde med ökad driftsäkerhet och brukbarhetstid. Toroidrullagret fick sitt namn från kurvformen för kontaktytorna inom lagret. CARB toroidrullager är enradigt och har långa rullar med svagt krökt profil. Konstruktionen tillåter lagret att ta upp axiell förskjutning inne i lagret, på samma sätt som ett cylindriskt rullager eller ett nålrullager, praktiskt taget utan friktion, så att problemet med inducerad inre axialbelastning undviks. Detta eliminerar behovet av lös passning för någon av lagerringarna ( fig. 1). Förutom att eliminera axiell interaktion mellan de båda lagren är rull- och löpbaneprofilerna i CARB toroidrullager konstruerade för att automatiskt anpassa rullarnas position inne i lagret så att belastningen fördelas optimalt längs rullarnas kontaktlängd, oberoende av eventuell snedställning. På detta sätt undviks också stora kantspänningar så att lagret arbetar på optimal spänningsnivå och uppnår därför sin teoretiska utmattningslivslängd under alla driftsförhållanden ( fig. 2). Kombinationen av de självinställande egenskaperna och den nästan friktionslösa axiella förskjutningen inne i CARB toroidrullager fördelar hela tiden belastningen jämnt mellan de två rullraderna i det sfäriska rullagret. Den faktiska belastningsfördelningen beror på de yttre verkande radiella och axiella belastningarna. En optimerad belastnings fördelning innebär att spänningarna blir låga, temperaturen minimeras, maximal utmattningslivslängd uppnås och risken för vibrationer och skador på hållare minskas. Dessutom, eftersom fast passning kan användas för samtliga lagerringar i systemet, elimineras risken för husskador på grund av att ringen roterar i lagerläget ( fig. 3). Rullarnas position i ett CARB toroidrullager anpassas automatiskt så att belastningen fördelas optimalt längs hela rullens längd Frånvaron av internt inducerad axialbelastning säkerställer jämn belastningsfördelning i båda lagren Normal Ingen axialbelastning induceras vid användning av CARB toroidrullager Snedställd ytterring F r Snedställd innerring Observera att vid användning av CARB toroidrullager som frigående lager måste dess ytterring också fixeras axiellt! F r Fig. 1 Fig. 2 Axiellt förskjutna ringar Fig. 3 9

10 CARB toroidrullager CARB toroidrullager lanserades av SKF Det kan levereras i en mängd ISO-dimensionsserier, motsvarande sfäriska kullager och sfäriska rullager, som används i lagerhus av standardtyp och andra vanligt förekommande lagerarrangemang. Sortimentet täcker även breda lager med låg sektionshöjd, som motsvarar ISO-dimensionsserier för nålrullager ( fig. 4). Detta gör det möjligt för maskintillverkare och användare att optimera lagersystemen, helt enkelt genom att ersätta det aktuella frigående lagret med ett CARB toroidrullager av motsvarande dimension. Det styrande lagret förblir oförändrat liksom lagerhusen men för vissa av klämhylsorna måste låsanordningarna bytas ut mot nya, som är anpassade för CARB toroidrullager. Prestanda vid liten belastning Förutom att fungera bra under drift med stora radiella belastningar fungerar CARB toroidrullager även utmärkt vid små belastningar. Låg erforderlig minsta radialbelastning är viktig, då denna nivå är den lägsta gränsen för jämn gång hos rullarna och minimum risk för smetning på rullar och i löpbanor, hamrande belastning på hållarna, ökad vibration, nedbrytning av fett och förhöjd temperatur. Rätt minsta belastning kan förutbestämmas utifrån rullkropparnas storlek, varvtal och smörjmedlets viskositet. I ett sfäriskt rullager som arbetar med ren radiell belastning delar de båda rullraderna belastningen jämnt (nödvändig radiell belastningsfaktor = 1 enligt diagram 1). I applikationer där radiella belastningar verkar tillsammans med axiella belastningar, som ändrar en lagerrings position i förhållande till den andra, förändras belastningsfördelningen så att belastningen på en rullkroppsrad minskar. För att bibehålla erforderlig minsta belastning på den minst belastade rullraden, måste den totala radiella belastningen på lagret ökas (dvs. multipliceras med en radiell belastningsfaktor, diagram 1) för en given friktionskoefficient μ mellan ytterringen och lagerhuset när axiell förskjutning inträffar (givet förhållande mellan axiell och radiell belastning). I diagram 1 är e beräkningsfaktorn för sfäriska rullager, som visas i produkttabellerna i SKFs huvudkatalog. Faktorn e varierar mellan 0,15 och 0,40 beroende på lagrets kontaktvinkel. I ett konventionellt självinställande lagersystem med två sfäriska rullager leder friktionen mellan det frigående lagrets ytterring och lagerhuset till att belastningsfördelningen inte blir optimal. Då måste den radiella belastningen, som krävs för tillfredsställande drift, ökas drastiskt för att kompensera för den tillkommande friktionen. Det finns dock begränsningar. När den ekvivalenta friktionskoefficienten för det frigående lagret närmar sig 0,89 är det inte möjligt att på ett tillfredställande sätt belasta lagren. I ett SKF självinställande lagersystem, med ett sfäriskt rullager och ett CARB toroidrulllager, blir den del av de yttre verkande rena radialbelastningarna som verkar på det sfäriska rullagret alltid jämnt fördelad mellan de båda rullraderna. Därför är radialfaktorn, som ska användas för att bestämma den belastning vilken krävs för att uppnå tillfredställande drift, alltid lika med 1, såsom visas i diagram 1. Fig. 4 CARB toroidrullager finns tillgängliga i olika ISOdimensionsserier 10

11 Diagram 1 5 Radiell belastningsfaktor 4 3 Konventionellt självinställande lagersystem 2 Erforderlig radiell belastning för jämn drift av ett konventionellt självinställande lagersystem med två sfäriska rullager, som funktion av friktionen i lagerläget SKF självinställande lagersystem ,25 0,5 0,75 0,89 1 m e 11

12 Förbättringar av driftsförhållanden och driftsäkerhet Fläkt med sfäriska rullager CC/C3W33 i båda positionerna Diagram 2 Följande tre exempel visar var SKF självinställande lagersystem gav omedelbara driftsförbättringar genom bättre intern belastningsfördelning mellan det styrande och det frigående lagret. Det första fallet ( diagram 2 och 3) är en mycket stor axialfläkt, ursprungligen utrustad med 22244/C3W33 sfäriska rullager i båda positionerna ( diagram 2). Det frigående lagret ersattes med ett CARB toroidrullager med samma dimensioner (C 2244/C3). Resultatet blev att de höga vibrationstopparna eliminerades och lagertemperaturen snabbt stabiliserades på en nivå ca 20 C över omgivningstemperaturen ( diagram 3). Vibration, mm/s 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 Vibration Temperatur Ökning av lagertempera - turen över omgivningstemperaturen, C ,0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 Timmar Samma fläkt med CARB toroidrullager C 2244/C3 i den frigående positionen Diagram 3 Vibration, mm/s Ökning av lagertempera - turen över omgivningstemperaturen, C Temperatur 20,0 0 0,6 0,4 0,2 Vibration 0 0 0,5 1,0 1,5 2,0 Timmar 12

13 Diagram 4 Industrifläkt, ombyggd med CARB toroidrullager C 2216 K. Fettsmörjning, varvtal r/min Ökning av lagertemperaturen över omgivningstemperaturen 16 C 12 C 9 C Ytterligare två fall av ombyggnader av industrifläktar visas i diagram 4 och 5. Båda exemplen är konventionella centrifugalfläktar där det frigående sfäriska rullagret ersattes med toroidrullager av samma storlek. I båda fläktarna sjönk driftstemperaturen för det frigående lagret dramatiskt. Det styrande lagrets temperatur minskade också, om än inte lika mycket. Detta är vad som kunde förväntas, eftersom det styrande lagret bär en viss axiell belastning från fläkthjulet och därför arbetar vid något högre temperatur än det fri gående lagret. 4 C EK EK EK + C 2216 K Industrifläkt, ombyggd med C 2216 CARB toroidrullager. Oljesmörjning, varvtal r/min Diagram 5 Ökning av lagertemperaturen över omgivningstemperaturen 26 C 26 C 18 C 12 C E E E + C

14 Reducering av kostnader genom minskade dimensioner Förutom de uppenbara förbättringarna av prestanda och produktivitet finns det ytterligare fördelar med SKF självinställande lagersystem. Med CARB toroidrullager i den frigående positionen är den inducerade axialbelastningen F a = 0 för båda lagren. I ett konventionellt självinställande lagersystem måste inducerade axiella belastningar för båda lagren beräknas med formeln F a = F r m. När dessa belastningar väl är kända är det sedan enkelt att beräkna skillnaden i utmattningslivslängd för varje lagersystem. I applikationer där livslängden för ett konventionellt självinställande lagersystem innebär begränsningar i prestanda kan en övergång till ett CARB toroidrullager i den frigående positionen öka brukbarhetstiden betydligt. I fall där även ett konventionellt självinställande lagersystem ger tillräcklig brukbarhetstid är det i många fall möjligt att använda SKF självinställande lagersystem för att minska applikationens dimensioner och ändå uppnå den livslängd som krävs ( diagram 6). Detta ger konstruktörer avsevärda möjligheter att använda lager med mindre dimensioner och lägre kostnad, utan de risker som förknippas med inducerade inre axialbelastningar. Detta lagersystem med CARB toroidrullager gör det även möjligt för konstruktörer att minska storlek och vikt för övriga komponenter i konstruktionen. Fördelarna med SKF självinställande lagersystem inkluderar minskad kostnad och vikt för lagringen minskning av axelns diameter, längd, vikt och kostnad den omgivande konstruktionens storlek och vikt kan minskas 1) mindre stränga krav på bearbetnings- och monteringstoleranser 1) minskning av transportkostnad som följd av den minskade maskinvikten. Små belastningar, höga varvtal I applikationer med höga varvtal, små belastningar och risk för snedställning har sfäriska kullager i både styrande och frigående position varit standardlösningen. Flera av dessa applikationer skapar dock tillräckligt med värme för att axelns längdändringar ska bli ett betydande problem. Här kan CARB toroidrullager ge stora fördelar av alla de skäl som beskrevs tidigare. Sfäriska kullager är mycket känsligare för skador på grund av axiell förspänning än vad sfäriska rullager är. Möjligheten finns att praktiskt taget eliminera risken för att de av friktionen inducerade axialbelastningarna ska orsaka lagerhaverier i förtid, genom att CARB toroidrullager används i den frigående lagerpositionen ( diagram 7). SKF självinställande lagersystem kan öka livslängden även med mindre lager Relativ livslängd L 10 för lagersystem 1 1,20 Minskade dimensioner 0,70 0,37 C 3148 C 3144 Diagram CC/W CC/W CC/W CC/W33 1) Eftersom det inte finns risk för inbördes axialbelastning mellan lagren på grund av den friktionsfria interna axiella förskjutningen i ett CARB toroidrullager ställs lägre krav på form och styvhet av konstruktionen kring lagret. Det betyder att komponeneter, som är lättare, flexiblare och har lägre precision kan tolereras utan risk för minskning av lagrens prestanda ,05 0,1 0,15*) 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 Friktionskoefficient µ *) µ = 0,15 för stål mot gjutjärn 14

15 Eliminerad risk för dåliga driftsförhållanden Diagrammen som jämför lagersystemens livslängder ( diagram 6 och 7) är förenklingar. Beräkningarna förutsätter att det inte förekommer någon yttre axialbelastning av axeln och att båda lagren bär den nominella radiella belastningen (exempelvis en remskiva till en bandtransportör, pappersmaskinvals, stränggjutningsrulle, registervals). De axialkrafter som används för att fastställa utmattningslivslängden L 10 är endast de som genereras inom själva lagersystemet. Om det förekommer externa axialkrafter (vilket ofta är fallet) skulle den beräknade skillnaden mellan de båda typerna av lagersystem minskas. Lutningen för kurvan som representerar det konventionella arrangemanget skulle minska, ibland i avsevärd grad. Icke desto mindre gäller samma grundprincip, så tillvida att det konventionella lagersystemet fortfarande skulle utsättas för variationer i den interna belastningsfördelningen på grund av internt inducerade axialbelastningar, förutom de nominella externt applicerade belastningarna. Medan SKF självinställande lagersystem inte skulle utsättas för några variationer i den interna belastningsför delningen. För varje specifikt fall är det nästan omöjligt att veta vilket ekvivalent medelvärde för m som ska gälla under lagersystemets livslängd (dvs. vilken position på grafens x-axel som är relevant). Som visats tidigare finns det ett oändligt antal kombinationer som t.ex. lagerglapp, uppriktningsfel, hushålets tolerans och tillstånd etc. Vissa maskiner kan arbeta med lågt medelvärde för m, men det finns alltid en betydande sannolikhet för att en enskild maskin kan ha ett högt medelvärde för m av ett antal icke kvantifierbara skäl. SKF självinställande lagersystem, med ett CARB toroidrullager i den frigående positionen, eliminerar risken för en hög friktionskoefficient då den per definition alltid är lika med noll. Diagram 7 Den kompromisslösa lösningen Med SKF självinställande lagersystem, med CARB toroidrullager i den frigående positionen, kan de många utmärkta konstruktiva fördelarna och driftsmässiga egenskaperna hos SKFs sfäriska rull- och kullager utnyttjas till fullo. Med det här lagersystemet kommer maskinkonstruktörer att kunna optimera sina kontruktioner och förse kunderna med de pålitligaste lösningarna. Jämförelse av systemlivslängder för sfäriska kullager , M C 2222 Relativ livslängd L 10 för lagersystem 3 2 2, M C 2220 Obs! Utmattningslivslängd för lagersystem = L 10, sys 1 0, = + (L 10, sys ) e (L 10, styr ) e (L 10, frig ) e M 2222 M 0,05 0,1 0,15 *) 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 Friktionskoefficient µ För rullager, e = 9/8 För kullager, e = 10/9 *) µ = 0,15 för stål mot gjutjärn 15

16 Optimal och likformig belastningsfördelning Mindre risk för alltför liten belastning Små hållarkrafter Minskad risk för hållarskador Inga axiella vibrationer Längre fettlivslängd Ingen vibration Förbättringar med SKF självinställande lagersystem (med säkerställd axiell rörelsefrihet) Fast passning möjlig Inget slitage i husets lagerläge Minskade underhållskostnader komponentkostnader Mindre friktion Ökad produktivitet Inre axiella krafter eliminerade Optimal belastningsfördelning Låga spänningsnivåer Längre utmattningslivslängd Minskat underhåll Lager med mindre dimensioner 16

17 fettkostnader temperatur Förbättrad produktkvalitet fettkostnader Minskat underhåll Ökad produktivitet vibrationsnivå Låg ljudnivå Längre fettlivslängd Minskad risk för smetning Förbättrad tillförlitlighet hos lager Ökad tjocklek hos smörjfilmen Ökad produktivitet kassationskostnader Minskat underhåll Ökad produktivitet Allmänna maskinförbättringar pris Mindre risk för alltför liten minsta belastning Minskat underhåll Minskad risk för hållarskador Längre fettlivslängd Minskat slitage Ökad produktivitet energiförbrukning temperatur Låg friktion Ökad tjocklek hos smörjfilmen fettkostnader Minskat underhåll energiförbrukning vibrationsnivå ljudnivå Längre fettlivslängd Minskad risk för smetning Allmänna maskinförbättringar Förbättrad produktkvalitet Minskat underhåll Ökad produktivitet kassationskostnader fettkostnader Förbättrad tillförlitlighet hos lager Längre fettlivslängd Förbättringar med SKF självinställande lagersystem 17

18 Typiska applikationer Driftsförhållanden Temperaturminskning Minskning av vibrations- och ljudnivå Minskning av hus- eller axelslitage Förbättrad driftsäkerhet eliminerar katastrofala haverier Stor belastning Lågt varvtal Hjul Stränggjutningsmaskiner Skruvtransportörer Kvarnar Pressvalsar Axlar till kuggväxlar Medelstor till stor belastning Medelhögt till högt varvtal Torkcylindrar Remskivor till transportörer Rullbord Kalandrar Krossar Marin drivutrustning Mjölkvarnar Axlar till kuggväxlar Filtledvals Viraledvalsar Liten belastning Högt varvtal Industrifläktar Blåsmaskiner Jordbruksmaskiner Axlar till kuggväxlar Sugvalsar Excentrisk rörelse Centrifugalbelastningar Skaksiktar Tvättmaskiner Excenterpressar Obestämd belastningsriktning Medelhögt till högt varvtal Hackmaskiner Flistuggar Industriella gräsklippare Stora elektriska motorer Krossar Blåsmaskiner Blandare Skördemaskiner Pumpar Varma rotorer Stor termisk expansion Torkcylinder Varma kalandrar Kokare Blandare Yankeecylindrar Värmeväxlare Ingen inverkan: Liten inverkan: Viss inverkan: Kraftig inverkan: 18

19 Minskat underhållsbehov Ökad produktivitet Minskad stilleståndstid Ökning av L 10 - livslängd eller mindre dimensioner Enklare och billigare konstruktion Enklare montering Inverkan av SKF självinställande lagersystem för olika typer av maskiner 19

20 SKF kunskapsföretaget Från företaget som uppfann det sfäriska kullagret för mer än 100 år sedan har SKF utvecklats till ett kunskapsföretag som har identifierat fem teknikplattformar, vilka gör det möjligt att skapa unika lösningar för kunderna. Dessa plattformar är lager och lagerenheter, tätningar, smörjmedel och smörjsystem, mekatronik, samt service. Smörjmedel och smörjsystem är viktiga för att uppnå lång lagerlivslängd. Mekatronik kombinerar kunskap inom mekanik och elektronik till system för effektivare lösningar när det gäller linjära rörelser och sensorteknik. Service omfattar tjänster från support vid konstruktion och underhåll till system för tillståndskontroll och driftsäkerhet. Trots att verksamhetsområdet vidgats behåller SKF sin världsledande ställning inom konstruktion, tillverkning och marknadsföring av rullningslager såväl som kompletterande produkter såsom radialtätningar. SKF intar också en allt viktigare position på marknaden för linjära produkter, högprecisionslager för flygoch rymdapplikationer, verktygsmaskinspindlar och underhållsservice för anläggningar. SKF-koncernen är globalt certifierad enligt ISO 14001, den internationella standarden för miljöledning, samt OHSAS 18001, standarden för ledningssystem för arbetsmiljö. Enskilda divisioner har godkänts för kvalitetscertifiering enligt antingen ISO 9001 och andra särskilda kundkrav. Med över 100 fabriker över hela världen och säljbolag i 70 länder är SKF ett verkligt internationellt företag. Dessutom finns våra återförsäljare på cirka platser världen över. En e-handelsplats och ett globalt distributionssystem placerar SKF nära kunden för leverans av både produkter och tjänster närhelst kunden behöver dem. SKFs varumärke och koncernen är starkare än någonsin. Som kunskapsföretag är vi redo att serva dig med produktkompetens, intellektuella resurser i världsklass och visionen att hjälpa dig till framgång. Airbus photo: e x m company, H. Goussé Utvecklingen av mekatronik SKF har unik erfarenhet av och kunskap om den snabbväxande mekatroniken, från användning i flygplan, bilar och vid automatisering av arbetsprocesser. SKF var en pionjär inom mekatronik för flygplan (fly-by-wire) och är en nära samarbetspartner till de ledande företagen inom flyg- och rymdindustrin. Till exempel använder praktiskt taget alla flygplan i Airbus-familjen SKFs system för styrning av flygningen från cockpit. SKF är dessutom ett ledande företag inom tillämpning av mekatronik i fordon och har i nära partnerskap med fordonsingenjörer utvecklat två konceptbilar, som använder SKFs mekatronik för styrning och bromsning. Ytterligare utveckling har gjort det möjligt för SKF att presentera en helt elektrisk driven gaffeltruck, som använder mekatronik istället för hydraulik för alla manöveranordningar. Tätningar Lager och lagerenheter Smörjsystem Mekatronik Service 20

21 Att tämja vindkraften Den växande industrin för vindgenererad elektrisk energi tillhandahåller en ren och miljövänlig elektricitet. SKF arbetar nära ihop med globalt ledande industriföretag för att utveckla effektiva och problemfria vindturbiner. Genom ett brett sortiment av stora, högt specialiserade rullningslager och system för tillståndskontroll kan utrustningens livslängd förlängas hos vindkraftsanläggningar även på de mest avlägsna platser och i ogästvänliga miljöer. Arbete i extrema miljöer Under iskalla vintrar, speciellt i nordliga länder, kan de låga temperaturerna få rullningslager i axelboxar hos järnvägsfordon att kärva på grund av bristande smörjning. SKF har tagit fram en ny familj syntetiska smörjmedel utformade för att bibehålla sin smörjande viskositet även vid dessa extrema temperaturer. SKFs kunskap gör det möjligt för tillverkare och slutanvändare att överkomma problem med prestandan hos sina produkter, som beror på extrema temperaturer vare sig de är höga eller låga. SKFs rullningslager arbetar i många olika miljöer såsom i bakugnar och snabbinfrysning vid livsmedelstillverkning. Rengör renare Elmotorer och dess lager är hjärtat i många hushållsprodukter. SKF har ett nära samarbete med tillverkarna för att förbättra deras produkters prestanda, minska kostnaderna, reducera vikten och energiförbrukningen. Ett färskt exempel på sådan utveckling är en ny generation dammsugare med betydligt bättre sugeffekt än tidigare. SKFs kunskaper på de små lagrens område kommer även till nytta för tillverkare av motordrivna verktyg och kontorsutrustning. Forskning och utveckling i 350 km/h Förutom SKFs välkända forsknings- och utvecklingsanläggningar i Europa och USA ger biltävlingarna i Formel 1-klassen en unik miljö för SKF att flytta fram gränserna för lagerteknologin. I mer än 50 år har SKFs produkter, teknik och kunskap hjälpt Scuderia Ferrari till en förnämlig position i racerklassen F1. (I en genomsnittlig tävlingsbil från Ferrari sitter det mer än 150 SKF-komponenter.) Den kunskap vi får här tillämpas på produkterna vi tillhandahåller för biltillverkare och eftermarknad över hela världen. Leverans av anläggningsoptimering Genom SKF Reliability Systems tillhandahåller SKF ett omfattande utbud av produkter och tjänster, som effektiviserar verksamheten, från utrustning och programvara för tillståndskontroll till underhållsstrategier, maskinteknisk assistans och program för driftsäkerhet hos maskiner. För att optimera verksamheten och öka produktiviteten väljer ledningen för en del industrianläggningar ett resultatbaserat underhållsavtal där SKF levererar all service till ett fast pris. Planering för hållbar tillväxt Tack vare sin konstruktion ger rullningslager ett positivt bidrag till miljön då de gör det möjligt för maskiner att arbeta effektivare, förbruka mindre energi och använda mindre smörjmedel. Genom att höja ribban för prestandan hos våra egna produkter öppnar SKF vägen för en ny generation av högeffektiva produkter och utrustningar. Med blicken riktad mot framtiden och den värld vi lämnar till våra barn är SKF-koncernens miljöpolicy och tillverkningstekniker planerade och förverkligade för att hjälpa till att skydda och bevara jordens begränsade naturtillgångar. Vi förblir engagerade i en hållbar och miljömässigt ansvarsfull tillväxt. 21

22

23

24 SKF och CARB är registrerade varumärken som ägs av SKF-koncernen. SKF-koncernen 2008 Eftertryck även i utdrag får ske endast med SKFs medgivande. Uppgifterna i denna trycksak har kontrolle rats med största noggrannhet, men SKF kan inte påta sig något ansvar för eventuell förlust eller skada, direkt, indirekt eller som en konsekvens av användningen av informationen i denna trycksak. Trycksak 6121 SV September 2008 Denna trycksak ersätter trycksak 4417 S. Tryckt i Sverige på miljövänligt papper. skf.com