Belastning på lager i boggilåda.

[a.Holm]

Håller på att rita upp en boggilåda till ett skogsmaskinsbygge som jag planerar.
Maskinen bli midjestyrd, 4 boggilådor, 8 hjul.

Har fastnat lite då jag är rädd att ett par lager till ingående axeln kommer belastas väldigt hårt när man utnyttjar mycket dragkraft.
Skulle bli glad om fler vill ge sin syn på saken, ifall jag tänker och räknar hyfsat rätt.

Lite fakta:
Maskinvikt ca 2,5 ton, lastkapacitet 2-2,5 ton.
Hjulstorlek Ø 740mm (r=370 = 0,37m))
Utväxling boggilåda 2,11 (38/18)
Lilla drevet i lådan = 1" duplex 18T, deln Ø 146,2 (r=73,1=0,073m)
Kullager på ingående axeln SKF6208 (40/80/18), klarar radiellt 32,5 kN dynamiskt, 19 kN statiskt.
Max moment som kan komma från drivlinan 7000Nm, men en låda kommer aldrig behöva ta allt moment.
Bild på lådan invändigt:



Tänker så här:
Det kommer vara fästet för hjulen som bestämmer hur mycket påfrestning det blir på delarna i lådan, kedjor lager etc.
Bakre delen av maskin kommer ha mest last, säg som mest 4 ton.
2 ton på varje låda, i extremfall kanske den ena lådan tar 1 ton och den andra 3 ton, om maskin lutar tex.
Friktionen mot underlaget vet jag inte vad man ska räkna med. Gummi mot asfalt har friktionsvärde nånstans mellan 0,7-1.
Vad ska man gissa att man har i skogen? 0,5? 0,7 i vissa fall?

Jag räknar med 3 ton på lådan och 0,7 i friktion, då får man en dragkraft på 21000 N innan det slirar.
För att få 21kN i dragkraft behövs 21000x0,37 (hjulradie) = 7770 Nm på utgående axel i boggilådan.
Med utväxling 2,11 i boggilådan behövs 7770/2,11= 3682Nm på ingående axeln.

Det är nu jag börja bli osäker.
För att få fram dragkraften som påverkar ingående axeln och som bör bli detsamma som dragkraften som kedjan får ta räknar jag så här:
Vridmomentet på ingående axeln / delningsradien på drevet som är monterat på axeln=
3682/0,073= 50438, ca 50kN.
Låter som en rimlig dragkraft för kedjan.
Men det betyder att lagren till axeln får ta samma dragkraft.

Sen kommer nästa steg, som jag känner att jag har väldigt dålig koll på.
Hävstångsverkan eftersom drevet sitter på utsidan av lagren.
Nedan är genomskärning med lite mått på ingående axeln i lådan.
Röda pilen är kraftriktningen.


Anar att hävstångsverkan gör att lagret innanför drevet belastas väldigt hårt, men hur räknar man på det??
Ska man tänka att lagret längst till vänster håller emot?
Totala längden från yttre lagret till centrum på drevet är 90mm.
90/38= ca.2,37 blir det den utväxlingen som blir för kraften i lagret innanför drevet?
Eller tänker jag helt galet?
Känns i vilket fall som helst att dessa lager får leva ett hårt liv de stunder man utnyttjar mycket dragkraft.

Tacksam för hjälp!
Jörgen Ottosson brukar ju vara vass på att räkna...

[ja-bond77]

Vilken härligt problem, utförligt beskrivet å allt. Har inga spontana visdomar men är det uteslutet att montera ett lager inne i yttre boggiupphängning?

[a.Holm]

Tackar!

Nej helt uteslutet att ha ett lager i den yttre upphängningen är det inte.
Tror jag hade det från början, har filat på denna låda ett par år nu från och till.
Det är mest av tillverkningsmässiga skäl som jag i dagsläget har båda lagren på ena sidan.
Enklare att svarva lagerlägena i en bit än att få de båda upphängningarna att linjera perfekt.

[ja-bond77]

En möjlighet skulle vara att arborra lagerlägena på plats. Du får se det som ytterigare en utmaning i bygget.

[a.Holm]

Tidigare när jag ritat så har jag utgått från att göra allt så enkelt som möjligt tillverkningsmässigt, då jag inte hade tillgång till större fräsar och styrda maskiner.
Nu råkar jag ha tillgång till det mesta på nya jobbet, så möjligheten finns.
Att arborra genom båda upphängningstapparna är nog inga större problem med våra maskiner. Det som blir lite värre blir nog att få till stoppar/lägen för lagren.

Ett annat sätt, som nog är det enklaste är att bearbeta hålen i plåten för boggitapparna.
De ska vara Ø105.
Man kan då skära hålen 95-100, svetsa ihop boggilådan, sedan upp med den i bäddfräsen och köra 105 genom båda plåtarna.
Då är hålen centrerade mitt för varandra.
Gör man då klart med lagerlägen i båda boggitapparna och svetsar in dom så bör de vara så pass centrerade mot varandra att det duger.
Vad tror ni?

Men även i detta fall så tror jag man belastar lagerna hårt, även om "hävstångseffekten" försvinner

[ja-bond77]

Jo, personligen skulle jag vara helt nöjd med svetsade lagerlägen enligt din beskrivning. Ändå om du fixerar drivaxeln axiellt med ena (kul-)lagret och byter det andra(det större belastade) till rullager? Vad har ett sådant för specs, det måste ju ha en betydligt större bärförmåga?

[jörgen.ottosson]

Så här borde det bli med lagren, om 50kN kraft från kedjan stämmer.

[a.Holm]

Jo, personligen skulle jag vara helt nöjd med svetsade lagerlägen enligt din beskrivning. Ändå om du fixerar drivaxeln axiellt med ena (kul-)lagret och byter det andra(det större belastade) till rullager? Vad har ett sådant för specs, det måste ju ha en betydligt större bärförmåga?

Tror också det skulle bli så pass exakt att det duger. Det blir ju ändå inte exakt efter skolboken eftersom man bearbetar lagerlägen i tapparna först, sedan när man svetsar in dom krymper dom troligtvis så man kan få slipa ur dom lite. Ska det vara riktigt kör man ju lagerpassning efter svetsning, men jag kommer inte åt att göra det i detta fall.
Har funderat på rullager också, ett rullager i samma storlek klarar ganska precis dubbelt så mycket jämfört med ett kullager.

Kanon Jörgen.
Då var jag på rätt spår.

Totala längden från yttre lagret till centrum på drevet är 90mm.
90/38= ca.2,37 blir det den utväxlingen som blir för kraften i lagret innanför drevet?

50x2,37 = 118,5

Hade dock inte koll på det andra lagret men nu är det glasklart.
Ser dock ut som man måste ha ett lager på var sida om drevet för att slippa hävstången.

Edit.
Har dock ett till spår att gå på, som jag glömde nämna.
Det är att flytta lagret närmare drevet. Måttet 18.7 fins där för att visa att man skulle kunna flytta ut lagret 18mm.

Lagret närmast drevet skulle då få : 50 (56+34) / 56 = 80,4 kN
Yttre drevet skulle få 80,4-50=30,3.
Med ett rullager 40x80x23 skulle man klara maxmomentet då lagret klarar 81,5 kN dynamiskt.
Det yttre kullagret skulle också hålla sig inom tillåten belastning, dynamiskt iallafall.

[Davids Trädvård]

Hej,
Vad kul ett riktig skolexempel på lager design, vill inte vara kaxig men det var det jag var bäst på i skolan ..
Det var ju nästan 30 sen, från vad jag har sett har det inte varit någon större evolution lager världen sen dess, snarare att en hel del maskinbyggare skulle ha nytta av lite idee lmbyte ibland.
Skulle behöva fräscha upp o leta i mina böker lite för att komma med ett konkret förslag,
det jag tänker på är att man ha kedjedrivhjul på ena sidan och däck/hjul på andra.
Jag skulle nog satsa på en rejäl överdimensionerad sats med två "koniska rull lager" som liger emot varan (typ ->-<-) montage. svensk är inte mitt modersmål, hoppas ni förstår vilken sorts lager jag menar, jag är tacksam om någon kan det riktiga namnet på detta montage.
Fördelen är att man kan förspänna lagren och behöver bara svarva en enda lagerhylsa. Mycket enklare att bygga rätt och serva om det rasar...

Jag återkommer när jag har läst på lite...med ev lager storlek och avstånd.

Mvh David

[Davids Trädvård]

Oops inser nu att jag läst för fort, Sorry, det var ju inte hjullageet det handlar om,
Du har ju ritad hylsor på varje sida av drivhjulet, om jag förstår rätt är det huvudskeligen för boogie upphängning eller?
Da måste ju både vara ganska koncentriska, då är det ju bäst med lager på varje sida av drivhjulet,
det svåra är att göra så att det går att skruva/montera ihop detta på ett smidig sätt.

Lycka till!! jag ska följa detta med spänning !

David

[ja-bond77]

Du har säkert redan begrundat alternativet med att lägga ytterlagret "inne i" kedjehjulet, typ mitt i kedjans draglinje. Men du kanske inte får in dessa lager i ett sånt begränsat utrymme? Detta förutsätter då ett omarbetat kedjehjul med "livplåten" ute kring kanten av dubbelhjulet nånstans.

[Åsa-Nisse]

Tror inte problemet är dragkraften och friktionen. ( 0,7 är väldigt bra värde på torr asfalt och slicks)
Tänk istället vad som händer när du svänger mellan ett par stenar med fullt lass. Alternativt att du går emot en sten/ stubbe med sidan på däcket som vill trycka kärran sidledes.
Då kan du snacka belastning.
Rotationsmoment på boggilådan åt " fel" håll med 4 ton på och en stubbe som hållet emot på andra sidan. Men nån gång ska det ju gå sönder.
Frågan är vad fälg/däck kan ge för krafter i sidled innan de blir skeva.

[jörgen.ottosson]

Två övriga kommentarer utan att ha helhetsbilden av vad du tänker göra klar för mig. (så du kanske redan tänkt på det....och gjort ett annat val)

1.Vad hindrar dig att sätta ett lager i "struten" du har mitt i drivaxeln? ska något annat sitta där? (jag antat att det är för pendellagringen, men insidan är ju tom....med ett lock dessutom, så lager bör ju gå att montera där. Du får då bara runt hälften av kedjekraften på lagret.)

2. Spännaren blir jätteeffektiv som du gjort den, men tänk på att den får ta kraft från två parter av kedjan som sen är byggd. ( har du 50kN i kedjan blir tryckkraften på spännrullen nära 100kN (beroende på vilken hjul som driver hårdast, och körriktning....men det kan inträffa rätt ofta) . Om du sätter dit en krafrig "fjäder ed. för "automatisk spänning" som klarar kraften så får du i stället kraften över lagringen på drivaxeln, som du redan är orolige för)

Låter du i stället detta hjul vara stumt ( och bara skapa en bra omslutningsvinkel för lilla drevet, om du tror att du behöver det.) och sätter sträckningen så den går nära 90° vinkel in mot kedjan så får du nästan ingen kraft på sträckmekanismen. ( cos 89° = ca 0,017 ....= nästan 50ggr utväxling på kraft på spännaren och i kedjan, till spännarens fördel......)

[a.Holm]

Oj vilken snurr det blev i tråden, kul!

Har nu i princip bestämt mig för att sätta ett lager på var sida om drevet.
Det är ju det bästa, lagren får dela på kraften och fixar det galant.
Det ska inte vara några större problem att göra så tillverkningsmässigt heller.
Så här blir det att se ut då. Det tillkommer hylsa mellan drevet och det högra lagret, samt bricka och mutter i änden på axeln så att man dra ihop lager och drevpaketet mot ansatsen på drivaxeln.

Jag skulle nog satsa på en rejäl överdimensionerad sats med två "koniska rull lager" som liger emot varan (typ ->-<-) montage. svensk är inte mitt modersmål, hoppas ni förstår vilken sorts lager jag menar, jag är tacksam om någon kan det riktiga namnet på detta montage.

Det heter mycket riktigt koniska rullager.
Det blir inte aktuellt på denna axel, men det kan bli aktuellt på utgående axeln till hjulet.
Har vanliga kullager där idag men är medveten om att koniska rullager vore det bästa.
Återkommer med info om detta lite längre fram.

Två övriga kommentarer utan att ha helhetsbilden av vad du tänker göra klar för mig. (så du kanske redan tänkt på det....och gjort ett annat val)

1.Vad hindrar dig att sätta ett lager i "struten" du har mitt i drivaxeln? ska något annat sitta där? (jag antat att det är för pendellagringen, men insidan är ju tom....med ett lock dessutom, så lager bör ju gå att montera där. Du får då bara runt hälften av kedjekraften på lagret.

Redan klart.
Var på grund av enkel tillverkning som jag funderade på att ha båda lagren i samma tapp.
Locket är bara ett täcklock, behövs för att komma åt skruven som drar fast drevet på axeln.

2. Spännaren blir jätteeffektiv som du gjort den, men tänk på att den får ta kraft från två parter av kedjan som sen är byggd. ( har du 50kN i kedjan blir tryckkraften på spännrullen nära 100kN (beroende på vilken hjul som driver hårdast, och körriktning....men det kan inträffa rätt ofta) . Om du sätter dit en krafrig "fjäder ed. för "automatisk spänning" som klarar kraften så får du i stället kraften över lagringen på drivaxeln, som du redan är orolige för)

Låter du i stället detta hjul vara stumt ( och bara skapa en bra omslutningsvinkel för lilla drevet, om du tror att du behöver det.) och sätter sträckningen så den går nära 90° vinkel in mot kedjan så får du nästan ingen kraft på sträckmekanismen. ( cos 89° = ca 0,017 ....= nästan 50ggr utväxling på kraft på spännaren och i kedjan, till spännarens fördel......)

Har tänkt att ha spännhjulet fast, alltså inte fjädrande utan man spänner upp kedjan sedan låses spännhjulet fast.
Mmm, blir stora krafter på detta precis som du säger.
Då lär lagringen i spänn/brythjulet klara 100kN?
Har ju spännhjulet på detta vis för att få närmare 180 grader omslutningsvinkel.

Tror jag är med på hur du menar.
Blir isåfall ytterligare ett drev i lådan...
Hmm...
Får grunna lite på det...

[Trondos]

Hva med sfæriske rullelager? De tåler mye, og tar også opp evt snedstilling av akselen, hvis du tenker å sveise inn lagerhusene etter maskinering.