Publikacje

Rodzaje łożysk i ich zastosowanie

Charakterystyczne cechy konstrukcyjne łożysk sprawiają, że są one bardziej lub mniej przydatne do określonych zastosowań. Jedne dobrze przenoszą obciążenia promieniowe (np. kulkowe proste), inne radzą sobie z obciążeniami osiowymi (np. stożkowe), jeszcze inne są używane do rekompensacji niewspółosiowości w węźle łożyskowym (samonastawne, wahliwe). Prawidłowy dobór łożyska to skomplikowany, wieloetapowy proces poparty wnikliwą analizą warunków  w jakich będzie ono pracować. W niniejszym artykule przybliżamy kilka opisowo ujętych cech łożysk oraz ich przydatność w zależności od zastosowania. Wiadomości te są wystarczające jedynie dla ogólnego rozeznania w temacie i mogą okazać się przydatne przy projektowaniu mało skomplikowanych urządzeń. Projekt profesjonalnego łożyskowania bowiem poparty jest obliczeniami nadającymi konkretne wartości liczbowe cechom, o których mowa. Do cech tych należą:

  • Przestrzeń montażowa,
  • Rodzaj i wielkość obciążeń,
  • Niewspółosiowość,
  • Dokładność,
  • Prędkości obrotowe,
  • Cichobieżność,
  • Sztywność,
  • Przemieszczenia osiowe,
  • Łatwość montażu i demontażu,
  • Smarowanie i uszczelnienia;

Przestrzeń do dyspozycji

Zwykle przed przystąpieniem do projektowania węzła łożyskowego część urządzenia jest już wykonana i determinuje co najmniej jeden wymiar (np. średnica wewnętrzna łożyska = średnica wału). Planując kolejne wymiary łożyska należy wiedzieć, że na jego proporcje duży wpływ ma kształt elementów tocznych. Przykładowo łożysko kulkowe będzie miało większą średnicę zewnętrzną niż wałeczkowe, mimo, że ich średnica wewnętrzna będzie taka sama. Trzecim wymiarem typowego łożyska jest szerokość, która w zależność od kierunku obciążenia, może być bardziej lub mniej istotna.

 

Wielkość i kierunek obciążenia

Zakładając, że znane są siły działające na łożysko, można obliczyć wielkość obciążenia jakiemu będzie ono poddane. Służą do tego wzory o różnym stopniu skomplikowania, jednak o tym w innym artykule. Chcąc dobrać odpowiednie łożysko do znanego już obciążenia należy pamiętać o jednej, podstawowej zasadzie: kształt elementów tocznych znowu ma znaczenie. Kulki poprzez niewielki kontakt z bieżnią łożyska nie są w stanie przenieść tak dużego obciążenia jak baryłki czy wałeczki, zakładając oczywiście, że wymiary łożysk będą podobne.

Kierunek obciążenia ma zasadnicze znaczenie przy wyborze rodzaju łożyska. W zależności od kierunku działania sił, obciążenie może być promieniowe, osiowe lub złożone. Przydatność poszczególnych typów łożysk w zależności od kierunku obciążenia przedstawia tabela.

 

Niewspółosiowość wału

Brak współosiowości pojawia się, gdy wał ugina się pod obciążeniem, a także gdy odległość połączonych wałem łożysk jest znaczna. Powodem może być także różnica w obrobieniu gniazd łożysk. Do pracy w takich warunkach używa się łożysk: kulkowych wahliwych, samonastawnych, baryłkowych, toroidalnych, baryłkowych wzdłużnych. W wymienionych typach łożysk występuje dynamiczna zmiana położenia płaszczyzny wzdłużnej pierścienia wewnętrznego względem zewnętrznego. Pozwala to rekompensować odchylenia wału w stopniu umożliwiającym prawidłową pracę całej konstrukcji. Takiej cechy nie posiadają tzw. łożyska sztywne, tj. kulkowe zwykle i walcowe.

 

Dokładność

Jest to cecha mająca znaczenie przy pracy na bardzo dużych prędkościach obrotowych, gdzie dodatkowo precyzja biegu powinna być wyższa niż normalna. Tego typu łożyska stosuje się np. do wrzecion obrabiarek. Do łożysk o podwyższonej dokładności zalicza się: łożyska kulkowe skośne (również wzdłużne) oraz łożyska walcowe jedno- i dwurzędowe.

 

Prędkość obrotowa

Temperatura pracy łożyska jest podstawowym ograniczeniem jego prędkości obrotowej. Wydzielanie ciepła towarzyszy tarciu, dlatego zmniejszenie kontaktu elementów tocznych z bieżnią pozytywnie wpływa na możliwości obrotowe łożyska. Zastosowanie mają tutaj łożyska kulkowe, które dodatkowo mogą posiadać powiększony luz promieniowy co zapobiega napięciom przy rozszerzalności cieplnej stali. Coraz większą popularnością cieszą się także łożyska ceramiczne, bardzo odporne na działanie wysokich temperatu, tu jednak barierą przed ich powszechnym zastosowaniem jest bardzo wysoka cena zakupu.

 

Cichobieżność

Łożyska stosowane w AGD czy urządzeniach biurowych są cichobieżne. Można powiedzieć, że cechują się wysoką kulturą pracy. Są to w zasadzie wyłącznie niewielkich rozmiarów łożyska kulkowe.

 

Sztywność

Sztywność czyli ugięcie obciążonego łożyska to cecha istotna w przypadku łożyskowania wrzecion obrabiarek lub zębnika. Często jednak przy projektowaniu nie trzeba brać sztywności pod uwagę ponieważ  odkształcenia są bardzo małe. Generalna zasada jest taka, że sztywność wzrasta wprost proporcjonalnie do powierzchni styku elementów tocznych z bieżnią.

 

Przemieszczenia osiowe

Na łożyskowanie wału składają się zwykle łożyska ustalające i swobodne. Pierwsze z nich ma za zadanie ustalić osiowo element maszyny w obu kierunkach. Drugie może przemieszczać się swobodnie wzdłuż osi, dzięki czemu zapobiega obustronnemu napinaniu się łożysk np. w wyniku rozszerzalności cieplnej wału. Jak można łatwo wywnioskować, oba łożyska mają inną konstrukcję, przystosowaną do pełnionej funkcji.

 

Montaż i demontaż

Należy tu zwrócić uwagę na otwór łożyska. Może on być walcowy (wówczas łożysko zakłada się bezpośrednio na wał) lub stożkowy (montaż przy użyciu tulei rozprężnej). Kolejnym istotnym elementem przy wymianie łożyska jest jego rozłączność. Część łożysk została zaprojektowana tak, by możliwe było ich rozłożenie na mniejsze elementy. Umożliwia to wymianę np. tylko części zużytej, bez konieczności demontażu całego łożyska. Ma to zwłaszcza znaczenie przy dużych łożyskach baryłkowych.

 

Smarowanie i uszczelnienie

Odpowiednie smarowanie łożysk ma zasadnicze znaczenie dla długiej i bezawaryjnej pracy. Część łożysk, zwłaszcza tych ze zintegrowanym uszczelnieniem, jest nasmarowana fabrycznie. Wówczas należy zadbać o ewentualne uzupełnianie środka smarnego jeżeli producent przewidział taką możliwość (łożyska kulkowe zwykłe z nacięciem N,  zespoły łożyskowe UCF, UCP, UCPA, UCT, itd.). Łożyska tzw. otwarte nie posiadają uszczelnienia i powinny być permanentnie smarowane. Przykładem mogą być łożyska wału w skuterach 2T, gdzie środkiem smarnym jest odpowiedni olej dodawany do paliwa.

Uszczelnienia jak wspomniano, mogą być zintegrowane z łożyskiem lub założone dodatkowo jeśli uznamy, że są potrzebne. Rodzajów uszczelnień jest bardzo wiele. Najpopularniejsze są sylikonowe, dwuwargowe pierścienie Simmera (tzw. simmeringi), ale zarówno wielkość, budowę i materiał z jakiego są wykonane należy dobrać indywidualnie.

 TABELA