Selection of preload in tapered roller bearings arrangement according to durability criterion

• Autorzy: Kaczor Jaroslaw

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0053.9434

Warianty tytułu

PL

Dobór zacisku wstępnego w układzie łożysk stożkowych według kryterium trwałości

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The main purpose of using tapered roller bearings is to obtain high bearing stiffness. High bearing stiffness is achieved by using an appropriate mounting clamp in the bearing system. The mounting clamp, or in other words, the pre-clamp, is currently selected based on experience. The literature lacks precise indications regarding the size of the initial clamp of the bearing arrangement depending on the external load, and it is selected intuitively. The wrong choice of preload can have a disastrous effect on the life of the entire bearing arrangement. This study aims to determine the maximum preload in the tapered roller bearing system, taking into account its durability and the elasticity of the bearings and the shaft. In this article, different load variants are analysed, considering the effect of preload on the fatigue life of the bearing system, and recommendations are proposed for the acceptable preload value depending on the size of the bearings used.

PL

Głównym celem stosowania łożysk stożkowych jest uzyskanie dużej sztywności łożyskowania. Uzyskanie dużej sztywności łożyskowania osiąga się poprzez zastosowanie odpowiedniego zacisku montażowego w układzie łożysk. Zacisk montażowy czy inaczej mówiąc – zacisk wstępny dobierany jest obecnie w oparciu o doświadczenie. W literaturze brakuje dokładnych wskazówek dotyczących wielkości zacisku wstępnego układu łożysk w zależności od obciążenia zewnętrznego i jest on dobierany intuicyjnie. Zły dobór zacisku wstępnego może mieć katastrofalny wpływ na trwałość całego układu łożyskowego. Celem tej pracy jest określenie maksymalnego napięcia wstępnego w układzie łożysk stożkowych, biorąc pod uwagę jego trwałość przy uwzględnieniu sprężystości łożysk oraz sprężystości wału. W artykule przeanalizowano różne warianty obciążenia z uwzględnieniem wpływu napięcia wstępnego na trwałość zmęczeniową układu łożyskowego oraz zaproponowano zalecenia dotyczące dopuszczalnej wartości napięcia wstępnego w zależności od rozmiaru zastosowanych łożysk.

Słowa kluczowe

EN

tapered roller bearing; preload; shaft loading; durability of bearing; elasticity of bearing

PL

łożysko stożkowe; zacisk występny; obciążenie wału; trwałość łożyskowania; sprężystość łożysk

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2023
• Tom: nr 3
• Strony: 31--42
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., tab., wz.

Twórcy

autor

Kaczor Jaroslaw

• Technical University of Lodz, Institute of Sanitary Engineering and Building Installations, Żeromskiego 116 Street, 90-924 Łódź, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-2315-980X

Bibliografia

• 1. Aguirrebeitia J., Plaza J., Abasolo M., Vallejo J.: Effect of the preload in the general static load-carrying capacity of four-contact-point slewing bearings for wind turbine generators: theoretical model and finite element calculations, Wind Energy 2014, Vol. 17, Issue 10, pp. 1605–162.
• 2. Chi-Hyuk Ch., Choon-Man L.: A variable preload device using liquid pressure for machine tools spindles, International Journal of Precision Engineering and Manufacturing 2012, 13(6), pp. 1009–1012.
• 3. Changqing B., Hongyan Z., Xu Qingyu X.: Effects of axial preload of ball bearing on the nonlinear dynamic characteristics of a rotor-bearing system, Nonlinear Dynamics: International Journal of Nonlinear Dynamics and Chaos in Engineering Systems 2008, 53(3), pp. 173–190.
• 4. Cao H., Holkup T., Altintas Y.: A comparative study on the dynamics of high speed spindles with respect to different preload mechanisms, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology 2011, 57(9–12), pp. 871–883.
• 5. Hongchuan C., Yimin Z., Wenjia L., Yang Z.: Research on the effect of structural and material parameters on vibrations based on quasi-static model of bearings, Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering 2020, 42(11).
• 6. Hu G., Gao W., Chen Y., Zhang D., Tian Y., Zhang H.: An experimental study on the rotational accuracy of variable preload spindle-bearing system, Advances in Mechanical Engineering 2018, Vol. 10, Issue 5, pp. 1–14.
• 7. Jianguo G., Yimin Z., Haiyang L.: Influences of wear on dynamic characteristics of angular contact ball bearings, Meccanica: An International Journal of Theoretical and Applied Mechanics AIMETA 2019, 54(7), pp. 945–965.
• 8. Gaofeng H., Dawei Z., Weiguo G., Ye Ch., Teng L., Yanling T.: Study on variable pressure/position preload spindle-bearing system by using piezoelectric actuators under close-loop control, International Journal of Machine Tools and Manufacture 2018, 125, pp. 68–88.
• 9. Jui-Pin H., Yuan-Lung L., Tzuo-Liang L., Hsin-Chuan S.: Analysis of the machining stability of a milling machine considering the effect of machine frame structure and spindle bearings: experimental and finite element approaches, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology 2013, 68(9–12), pp. 2393–2405.
• 10. Young-Kug H., Choon-Man L.: A review on the preload technology of the rolling bearing for the spindle of machine tools, International Journal of Precision Engineering and Manufacturing 2010, 11(3), pp. 491–498.
• 11. Kyuho S., Yong-Bok L.: Effects of Mechanical Preload and Bearing Clearance on Rotordynamic Performance of Lobed Gas Foil Bearings for Oil-Free Turbochargers, Tribology Transactions 2013, Vol. 56, Issue 2, pp. 224–235.
• 12. Young-Kug H., Choon-Man L.: Development of a simple determination method of variable preloads for high speed spindles in machine tools, International Journal of Precision Engineering and Manufacturing 2015, 16(1), pp. 127–134.
• 13. Dong Hyeon K., Choon Man L.: A study on the development of a new conceptual automatic variable preload system for a spindle bearing, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology 2013, 65(5–8), pp. 817–824.
• 14. Jinhua Z., Bin F., Yongsheng Z.: A comparative study and stiffness analysis of angular contact ball bearings under different preload mechanisms, Mechanism & Machine Theory 2017, Vol. 115, pp. 1–17.
• 15. Jiandong L., Yongsheng Z., Ke Y., Xiaoyun Y., Yuwei, L., Jun H.: Research on the axial stiffness softening and hardening characteristics of machine tool spindle system, International Journal of Advanced Manufacturing Technology 2018, 99 (1–4), pp. 951–963.
• 16. Kaczor J.: Analysis of the influence of shaft load on the value of acceptable preload in a system of angular ball bearings, Tribologia 2020, 290 (2), pp. 25–35.
• 17. Kaczor J., Raczynski A., The influence of preload on the work of angular contact ball bearings, Archive of Mechanical Engineering 2016, Vol. 63, Issue 3, pp. 319–336.
• 18. Kaczor J.: Analysis of influence of the load plane combined with preload on durability of bearing, Mechanical Engineering in Transport, Communications 2022, 24, 3, pp. 170–188.
• 19. Kaczor J., Raczynski A.: The effect of preload of angular contact ball bearings on durability of bearing system. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part J: Journal of Engineering Tribology 2015, Vol. 229, pp. 6723–732.
• 20. Dong Hyeon K., Choon Man L.: A study on the development of a new conceptual automatic variable preload system for a spindle bearing, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology 2013, 65(5–8), pp. 817–824.
• 21. Kaczor J., Determination of tapered roller bearing system life index considering bearings preload and shaft stiffness, Tribologia – Finnish Journal of Tribology 2022, 39 (1–2).
• 22. Kaczor J., Effect of tapered roller bearings preload on bearing system durability, Tribologia 2022, pp. 298 (4).
• 23. CATALOG SKF 1991.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).