Jak wybrać łożysko

Obecnie dostępnych jest wiele różnych typów łożysk, a informacji na temat różnic między nimi jest bardzo niewiele.Być może zadawałeś sobie pytanie „które łożysko będzie najlepsze dla Twojego zastosowania?”Lub „jak wybrać łożysko?”Ten artykuł pomoże Ci odpowiedzieć na te pytania.
Przede wszystkim musisz wiedzieć, że większość łożysk z elementem tocznym można podzielić na dwie szerokie grupy:

Łożyska kulkowe
Łożyska toczne
W ramach tych grup istnieją podkategorie łożysk, które mają unikalne cechy lub zoptymalizowaną konstrukcję w celu zwiększenia wydajności.
W tym artykule omówimy cztery rzeczy, które musisz wiedzieć o swoim zastosowaniu, aby wybrać odpowiedni typ łożyska.

Znajdź obciążenie i nośność łożyska
Obciążenia łożysk są ogólnie definiowane jako siła reakcji, jaką element wywiera na łożysko podczas użytkowania.
Wybierając odpowiednie łożysko do swojego zastosowania, najpierw powinieneś określić nośność łożyska.Nośność to wielkość obciążenia, jakie może wytrzymać łożysko, i jest jednym z najważniejszych czynników przy wyborze łożyska.
Obciążenia łożysk mogą być osiowe (wzdłużne), promieniowe lub stanowić kombinację.
Obciążenie osiowe (lub wzdłużne) łożyska występuje, gdy siła jest równoległa do osi wału.
Obciążenie łożyska promieniowego występuje, gdy siła jest prostopadła do wału.Zatem kombinowane obciążenie łożyska ma miejsce, gdy siły równoległe i prostopadłe wytwarzają siłę kątową względem wału.

Jak łożyska kulkowe rozkładają obciążenia
Łożyska kulkowe są zaprojektowane z kulkami sferycznymi i mogą rozkładać obciążenia na średniej wielkości powierzchni.Zwykle sprawdzają się lepiej w przypadku ładunków małych i średnich, rozkładając obciążenia w jednym punkcie styku.
Poniżej znajduje się krótki przegląd rodzaju obciążenia łożyska i najlepszego łożyska kulkowego do danego zadania:
Promieniowe (prostopadle do wału) i niewielkie obciążenia: Wybierz promieniowe łożyska kulkowe (znane również jako łożyska kulkowe zwykłe).Łożyska promieniowe to jedne z najpopularniejszych typów łożysk dostępnych na rynku.
Obciążenia osiowe (wzdłużne) (równoległe do wału): Wybierz łożyska kulkowe wzdłużne
Obciążenia kombinowane, zarówno promieniowe, jak i osiowe: Wybierz łożysko skośne.Kulki stykają się z bieżnią pod kątem, który lepiej wytrzymuje obciążenia kombinowane.
Łożyska toczne i obciążenie łożyska
Łożyska wałeczkowe są zaprojektowane z rolkami cylindrycznymi, które mogą rozkładać obciążenia na większej powierzchni niż łożyska kulkowe.Zwykle sprawdzają się lepiej w zastosowaniach wymagających dużych obciążeń.

Poniżej znajduje się krótki przegląd rodzaju obciążenia łożyska i najlepszego łożyska wałeczkowego do danego zadania:
Obciążenia promieniowe (prostopadle do wału): Wybierz standardowe łożyska walcowe
Obciążenia osiowe (wzdłużne) (równoległe do wału): Wybierz łożyska walcowe wzdłużne
Obciążenia kombinowane, zarówno promieniowe, jak i osiowe: Wybierz łożysko stożkowe
Prędkości obrotowe
Prędkość obrotowa Twojego zastosowania to kolejny czynnik, na który należy zwrócić uwagę przy wyborze łożyska.
Jeśli Twoje zastosowanie będzie działać przy dużych prędkościach obrotowych, wówczas preferowanym wyborem są łożyska kulkowe.Działają lepiej przy wyższych prędkościach i oferują większy zakres prędkości niż łożyska toczne.
Jednym z powodów jest to, że styk pomiędzy elementem tocznym a bieżniami w łożysku kulkowym jest punktem, a nie linią styku, jak w łożyskach tocznych.Ponieważ elementy toczne wciskają się w bieżnię podczas toczenia się po powierzchni, odkształcenie powierzchni występujące pod wpływem obciążeń punktowych pochodzących od łożysk kulkowych jest znacznie mniejsze.

Siła odśrodkowa i łożyska
Innym powodem, dla którego łożysko kulkowe jest lepsze w zastosowaniach wymagających dużych prędkości, są siły odśrodkowe.Siłę odśrodkową definiuje się jako siłę, która wypycha na zewnątrz ciało poruszające się wokół środka i wynika z bezwładności ciała.
Siła odśrodkowa jest głównym czynnikiem ograniczającym prędkość łożyska, ponieważ przekształca się w obciążenia promieniowe i osiowe działające na łożysko.Ponieważ łożyska wałeczkowe mają większą masę niż łożysko kulkowe, łożysko wałeczkowe będzie wytwarzać większą siłę odśrodkową niż łożysko kulkowe tego samego rozmiaru.

Zmniejsz siłę odśrodkową dzięki materiałowi kulek ceramicznych
Czasami prędkość aplikacji przekracza prędkość znamionową łożyska kulkowego.
Jeśli tak się stanie, prostym i powszechnym rozwiązaniem jest zmiana materiału łożyska kulkowego ze stali na ceramikę.Dzięki temu rozmiar łożyska pozostaje taki sam, ale oferuje on o około 25% wyższą prędkość znamionową.Ponieważ materiał ceramiczny jest lżejszy od stali, kulki ceramiczne wytwarzają mniejszą siłę odśrodkową przy dowolnej prędkości.

Zastosowania wymagające dużych prędkości najlepiej sprawdzają się w przypadku łożysk skośnych
Łożyska skośne to najlepszy wybór łożysk do zastosowań wymagających dużych prędkości.Jednym z powodów jest to, że kulki są mniejsze, a mniejsze kulki ważą mniej i wytwarzają mniejszą siłę odśrodkową podczas obrotu.Łożyska skośne mają również wbudowane napięcie wstępne, które działa pod wpływem sił odśrodkowych, aby prawidłowo toczyć kulki w łożysku.
Jeśli projektujesz aplikację charakteryzującą się dużą szybkością, będziesz potrzebować łożyska o wysokiej precyzji, zwykle mieszczącego się w klasie precyzji ABEC 7.
Łożysko o niższej precyzji ma bardziej wymiarową „swobodę drgań” w momencie produkcji niż łożysko o wysokiej precyzji.Dlatego też, gdy łożysko jest używane przy dużych prędkościach, kulki szybko toczą się po bieżni łożyska z mniejszą niezawodnością, co może prowadzić do uszkodzenia łożyska.
Łożyska o wysokiej precyzji są produkowane zgodnie ze ścisłymi normami i podczas produkcji wykazują bardzo niewielkie odchylenia od specyfikacji.Łożyska o wysokiej precyzji są niezawodne w zastosowaniach wymagających dużej szybkości, ponieważ zapewniają dobrą interakcję kulki i bieżni.

Bicie i sztywność łożyska
Bicie łożyska to odległość, o jaką wał okrąża swój geometryczny środek podczas obrotu.W niektórych zastosowaniach, np. wrzecionach narzędzi skrawających, na obracających się elementach może wystąpić jedynie niewielkie odchylenie.
Jeśli projektujesz takie zastosowanie, wybierz łożysko o wysokiej precyzji, ponieważ będzie ono powodować mniejsze bicie w układzie ze względu na wąskie tolerancje, z jakimi łożysko zostało wyprodukowane.
Sztywność łożyska to opór działający na siłę, która powoduje odchylenie wału od swojej osi i odgrywa kluczową rolę w minimalizowaniu bicia wału.Sztywność łożyska wynika z interakcji elementu tocznego z bieżnią.Im bardziej element toczny jest wciskany w bieżnię, powodując odkształcenie sprężyste, tym większa jest sztywność.

Sztywność łożyska jest zwykle klasyfikowana według:
Sztywność osiowa
Sztywność promieniowa
Im wyższa sztywność łożyska, tym większa siła potrzebna do poruszenia wału podczas użytkowania.
Przyjrzyjmy się, jak to działa w przypadku precyzyjnych łożysk skośnych.Łożyska te są zazwyczaj dostarczane z fabrycznym przesunięciem pomiędzy bieżnią wewnętrzną i zewnętrzną.Po zamontowaniu łożysk skośnych przesunięcie jest usuwane, co powoduje, że kulki wciskają się w bieżnię bez zewnętrznej siły przyłożenia.Nazywa się to napięciem wstępnym i proces ten zwiększa sztywność łożyska jeszcze zanim łożysko doświadczy jakichkolwiek sił przyłożenia.

Smarowanie łożysk
Znajomość potrzeb w zakresie smarowania łożysk jest ważna przy wyborze właściwych łożysk i należy ją uwzględnić na wczesnym etapie projektowania zastosowania.Niewłaściwe smarowanie jest jedną z najczęstszych przyczyn uszkodzeń łożysk.
Smarowanie tworzy warstwę oleju pomiędzy elementem tocznym a bieżnią łożyska, która pomaga zapobiegać tarciu i przegrzaniu.
Najpopularniejszym rodzajem smaru jest smar, który składa się z oleju ze środkiem zagęszczającym.Środek zagęszczający utrzymuje olej na miejscu, dzięki czemu nie opuszcza on łożyska.Gdy kulka (łożysko kulkowe) lub rolka (łożysko wałeczkowe) toczy się po smarze, środek zagęszczający oddziela się, pozostawiając jedynie warstwę oleju pomiędzy elementem tocznym a bieżnią łożyska.Po przejściu elementu tocznego olej i środek zagęszczający łączą się ponownie.
W przypadku zastosowań wymagających dużych prędkości ważna jest znajomość prędkości, z jaką olej i zagęszczacz mogą się rozdzielić i ponownie połączyć.Nazywa się to zastosowaniem lub wartością łożyska n*dm.
Zanim wybierzesz smar, musisz znaleźć wartość ndm dla swojego zastosowania.Aby to zrobić, pomnóż obroty aplikacji przez średnicę środka kulek w łożysku (dm).Porównaj wartość ndm z maksymalną wartością prędkości smaru podaną w arkuszu danych.
Jeśli wartość n*dm jest wyższa niż wartość maksymalnej prędkości smaru podana w arkuszu danych, wówczas smar nie będzie w stanie zapewnić wystarczającego smarowania i nastąpi przedwczesna awaria.
Inną opcją smarowania do zastosowań wymagających dużych prędkości są systemy mgły olejowej, które mieszają olej ze sprężonym powietrzem, a następnie wtryskują go do bieżni łożyska w odmierzonych odstępach czasu.Ta opcja jest droższa niż smarowanie smarem plastycznym, ponieważ wymaga zewnętrznego układu mieszania i dozowania oraz filtrowanego sprężonego powietrza.Jednakże systemy mgły olejowej umożliwiają łożyskom pracę przy wyższych prędkościach, generując jednocześnie mniejszą ilość ciepła niż łożyska smarowane.
W przypadku zastosowań z niższymi prędkościami powszechna jest kąpiel olejowa.Kąpiel olejowa polega na zanurzeniu części łożyska w oleju.W przypadku łożysk, które będą pracować w ekstremalnych warunkach, zamiast smaru na bazie ropy naftowej można zastosować suchy smar, ale żywotność łożyska jest zwykle krótsza ze względu na charakter filmu smarnego, który z czasem się rozpada.Jest kilka innych czynników, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze środka smarnego do danego zastosowania. Zobacz nasz szczegółowy artykuł „Wszystko, co musisz wiedzieć o smarowaniu łożysk”.

Podsumowanie: Jak wybrać łożysko
Jak wybrać odpowiednie łożysko do swojego zastosowania:

Znajdź obciążenie i nośność łożyska
Po pierwsze, należy znać rodzaj i wielkość obciążenia łożyska, jakie będzie wywierane na łożysko w danym zastosowaniu.Małe i średnie obciążenia zwykle najlepiej sprawdzają się w przypadku łożysk kulkowych.Zastosowania wymagające dużych obciążeń zwykle najlepiej sprawdzają się w przypadku łożysk tocznych.

Poznaj prędkość obrotową swojej aplikacji
Określ prędkość obrotową swojej aplikacji.Wysokie prędkości (RPM) zwykle najlepiej sprawdzają się w przypadku łożysk kulkowych, a niższe prędkości zwykle najlepiej sprawdzają się w przypadku łożysk tocznych.

Uwzględnij bicie i sztywność łożyska
Chcesz także określić, na jaki rodzaj bicia pozwoli Twoja aplikacja.Jeśli zastosowanie pozwala na wystąpienie jedynie niewielkich odchyleń, najprawdopodobniej najlepszym wyborem będzie łożysko kulkowe.

Znajdź odpowiedni smar do swoich potrzeb
W przypadku zastosowań wymagających dużych prędkości oblicz wartość n*dm, a jeśli jest ona wyższa niż maksymalna prędkość smaru, smar nie będzie w stanie zapewnić wystarczającego smarowania.Istnieją inne opcje, takie jak mgła olejowa.W przypadku zastosowań wymagających niskich prędkości dobrym wyborem jest kąpiel olejowa.
Pytania?Nasi inżynierowie na miejscu chętnie porozmawiają z Tobą i pomogą Ci wybrać najlepsze łożysko do Twojego zastosowania.