Jak wybrać łożysko

Obecnie dostępnych jest wiele różnych rodzajów 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 wałeczkowe
W ramach tych grup istnieją podkategorie łożysk, które mają unikalne cechy lub zoptymalizowane konstrukcje w celu zwiększenia wydajności.
W tym artykule omówimy cztery rzeczy, które musisz wiedzieć o swojej aplikacji, aby wybrać odpowiedni typ łożyska.

Znajdź obciążenie łożyska i nośność
Obciążenia łożysk są ogólnie definiowane jako siła reakcji wywierana przez element na łożysko podczas użytkowania.
Wybierając odpowiednie łożysko do swojego zastosowania, należy najpierw 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 (oporowe), promieniowe lub kombinowane.
Obciążenie osiowe (lub wzdłużne) łożyska występuje, gdy siła jest równoległa do osi wału.
Obciążenie promieniowe łożyska występuje, gdy siła jest prostopadła do wału.Następnie obciążenie złożone łożyska występuje, gdy siły równoległe i prostopadłe wytwarzają siłę kątową względem wału.

Jak łożyska kulkowe rozkładają obciążenia
Łożyska kulkowe są zaprojektowane z kulistymi kulkami i mogą rozkładać obciążenia na średniej wielkości powierzchni.Zwykle działają lepiej w przypadku małych i średnich ładunków, rozkładając obciążenia za pośrednictwem jednego punktu styku.
Poniżej znajduje się skrócona instrukcja dotycząca rodzaju obciążenia łożyska i najlepszego łożyska kulkowego do danego zadania:
Obciążenia promieniowe (prostopadłe do wału) i niewielkie obciążenia: Wybierz łożyska kulkowe poprzeczne (znane również jako łożyska kulkowe zwykłe).Łożyska promieniowe to jedne z najpowszechniejszych typów łożysk na rynku.
Obciążenia osiowe (wzdłużne) (równoległe do wału): Wybierz łożyska kulkowe wzdłużne
Połączone obciążenia promieniowe i osiowe: wybierz łożysko skośne.Kulki stykają się z bieżnią pod kątem, który lepiej wytrzymuje obciążenia kombinowane.
Łożyska wałeczkowe i obciążenie łożyska
Łożyska wałeczkowe są zaprojektowane z walcowymi rolkami, które mogą rozkładać obciążenia na większej powierzchni niż łożyska kulkowe.Zwykle lepiej sprawdzają się w zastosowaniach o dużym obciążeniu.

Poniżej znajduje się skrócona instrukcja dotycząca rodzaju obciążenia łożyska i najlepszego łożyska wałeczkowego do danego zadania:
Obciążenia promieniowe (prostopadłe do wału): Wybierz standardowe łożyska walcowe
Obciążenia osiowe (oporowe) (równoległe do wału): Wybierz cylindryczne łożyska wzdłużne
Połączone obciążenia promieniowe i osiowe: wybierz łożysko stożkowe
Prędkości obrotowe
Prędkość obrotowa Twojej aplikacji to kolejny czynnik, na który należy zwrócić uwagę przy wyborze łożyska.
Jeśli Twoja aplikacja będzie działać przy dużych prędkościach obrotowych, zwykle preferowanym wyborem są łożyska kulkowe.Działają lepiej przy wyższych prędkościach i oferują większy zakres prędkości niż łożyska wałeczkowe.
Jednym z powodów jest to, że styk między elementem tocznym a bieżniami w łożysku kulkowym jest punktem, a nie linią styku, jak w łożyskach tocznych.Ponieważ elementy toczne wciskają się w bieżnię, gdy toczą się po powierzchni, występuje znacznie mniejsze odkształcenie powierzchni w obciążeniach punktowych od łożysk kulkowych.

Siła odśrodkowa i łożyska
Innym powodem, dla którego łożysko kulkowe jest lepsze do zastosowań z dużymi prędkościami, są siły odśrodkowe.Siła odśrodkowa jest definiowana jako siła, która wypycha na zewnątrz ciało poruszające się wokół środka i wynika z bezwładności ciała.
Siła odśrodkowa jest głównym czynnikiem ograniczającym prędkość łożyska, ponieważ przekłada się na obciążenia promieniowe i osiowe działające na łożysko.Ponieważ łożyska wałeczkowe mają większą masę niż łożysko kulkowe, łożysko wałeczkowe wytwarza większą siłę odśrodkową niż łożysko kulkowe tego samego rozmiaru.

Zmniejsz siłę odśrodkową dzięki materiałowi z 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 o około 25% wyższą prędkość znamionową.Ponieważ materiał ceramiczny jest lżejszy niż stal, kulki ceramiczne wytwarzają mniejszą siłę odśrodkową przy danej prędkości.

Aplikacje o dużych prędkościach działają najlepiej z łożyskami skośnymi
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 obracania się.Łożyska skośne mają również wbudowane napięcie wstępne łożysk, które działa z siłami odśrodkowymi, aby prawidłowo toczyć kulki w łożysku.
Jeśli projektujesz aplikację o dużej prędkości, będziesz potrzebować łożyska o wysokiej precyzji, zwykle w klasie precyzji ABEC 7.
Łożysko o niższej precyzji ma podczas produkcji większe pole manewru niż łożysko o wysokiej precyzji.Dlatego, 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 z surowymi normami i mają bardzo niewielkie odchylenia od specyfikacji podczas produkcji.Łożyska o wysokiej precyzji są niezawodne w szybkich zastosowaniach, ponieważ zapewniają dobrą interakcję między kulką a bieżnią.

Bicie i sztywność łożyska
Bicie łożyska to wielkość, o jaką wał obiega swój środek geometryczny podczas obrotu.Niektóre zastosowania, takie jak wrzeciona narzędzi skrawających, pozwalają na występowanie tylko niewielkich odchyleń na obracających się elementach.
Jeśli projektujesz takie zastosowanie, wybierz łożysko o wysokiej precyzji, ponieważ spowoduje ono mniejsze bicie układu ze względu na wąskie tolerancje, z którymi łożysko zostało wyprodukowane.
Sztywność łożyska to odporność na siłę, która powoduje odchylenie wału od jego 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 więcej siły potrzeba do poruszenia wału podczas użytkowania.
Przyjrzyjmy się, jak to działa w przypadku precyzyjnych łożysk skośnych.Łożyska te są zwykle dostarczane z fabrycznym przesunięciem między wewnętrzną i zewnętrzną bieżnią.Po zamontowaniu łożysk skośnych przesunięcie jest usuwane, co powoduje, że kulki wciskają się w bieżnię bez żadnej zewnętrznej siły.Nazywa się to napięciem wstępnym, a proces ten zwiększa sztywność łożyska, zanim łożysko zostanie poddane działaniu sił.

Smarowanie łożysk
Znajomość potrzeb w zakresie smarowania łożysk jest ważna przy wyborze odpowiednich łożysk i należy ją wziąć pod uwagę na wczesnym etapie projektowania aplikacji.Niewłaściwe smarowanie jest jedną z najczęstszych przyczyn uszkodzeń łożysk.
Smar tworzy warstwę oleju między 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 tylko warstwę oleju między elementem tocznym a bieżnią łożyska.Po przejściu elementu tocznego olej i środek zagęszczający ponownie się łączą.
W przypadku zastosowań wymagających dużych prędkości ważna jest znajomość szybkości, z jaką olej i zagęszczacz mogą się rozdzielać i ponownie łączyć.Nazywa się to wartością użytkową lub łożyskową n*dm.
Zanim wybierzesz smar, musisz znaleźć wartość ndm dla swoich zastosowań.Aby to zrobić, pomnóż obroty swojej aplikacji przez średnicę środka kulek w łożysku (dm).Porównaj swoją wartość ndm z maksymalną wartością prędkości smaru, podaną w arkuszu danych.
Jeśli wartość n*dm jest wyższa niż maksymalna prędkość smaru podana w arkuszu danych, 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 określonych odstępach czasu.Ta opcja jest bardziej kosztowna niż smarowanie smarem plastycznym, ponieważ wymaga zewnętrznego układu mieszania i dozowania oraz przefiltrowanego sprężonego powietrza.Jednak systemy mgły olejowej umożliwiają łożyskom pracę z wyższymi prędkościami, generując przy tym mniejszą ilość ciepła niż łożyska smarowane.
W zastosowaniach o niższych prędkościach powszechna jest kąpiel olejowa.Kąpiel olejowa polega na zanurzeniu części łożyska w oleju.W przypadku łożysk, które będą pracować w ekstremalnych środowiskach, zamiast smaru na bazie ropy naftowej można zastosować suchy środek smarny, ale żywotność łożyska jest zwykle skracana ze względu na charakter filmu smarnego, który z czasem ulega zniszczeniu.Istnieje kilka innych czynników, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze środka smarnego do danego zastosowania. Zapoznaj się z naszym szczegółowym artykułem „Wszystko, co musisz wiedzieć o smarowaniu łożysk.

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

Znajdź obciążenie łożyska i nośność
Najpierw należy znać typ i wielkość obciążenia łożyska, jakie będzie wywierać na łożysko w przypadku zastosowania.Małe i średnie ładunki zwykle działają najlepiej z łożyskami kulkowymi.Zastosowania z dużymi obciążeniami zwykle najlepiej sprawdzają się w przypadku łożysk tocznych.

Poznaj prędkość obrotową swojej aplikacji
Określ prędkość obrotową swojej aplikacji.Wysokie prędkości (obr./min.) zwykle działają najlepiej z łożyskami kulkowymi, a niższe prędkości zwykle najlepiej sprawdzają się z łożyskami wałeczkowymi.

Współczynnik bicia i sztywności łożyska
Chcesz również określić, na jaki rodzaj bicia pozwoli Twoja aplikacja.Jeśli aplikacja pozwala na występowanie tylko niewielkich odchyleń, łożysko kulkowe jest najprawdopodobniej najlepszym wyborem.

Znajdź odpowiednie smarowanie do swoich potrzeb w zakresie łożysk
W przypadku zastosowań z dużymi prędkościami oblicz swoją wartość n*dm, a jeśli jest ona wyższa niż maksymalna prędkość smaru, wówczas smar nie będzie w stanie zapewnić wystarczającego smarowania.Istnieją inne opcje, takie jak mgła olejowa.W przypadku zastosowań przy niskich prędkościach dobrym wyborem jest kąpiel olejowa.
Pytania?Nasi inżynierowie na miejscu z przyjemnością pomogą Ci wybrać najlepsze łożysko do Twojego zastosowania.