Witamy w świecie gdzie wszystko może się gładko kręcić
Na przykładzie łożyska kulkowego
6 podstawowych rodzajów
Najprostszy typ łożyska, składającym się tylko z powierzchni łożyska, bez elementów tocznych. Dlatego czop (część wału stykająca się z łożyskiem) ślizga się po powierzchni łożyska. Najprostszym zastosowaniem będzie wał obracający się w uprzednio nasmarowanym otworze. Proste łożysko liniowe może być parą płaskich powierzchni zaprojektowanych tak, aby umożliwić ruch, np. szuflada z prowadnicami, na których się opiera, czy prowadnice na łożu tokarki.
Łożysko, które przenosi obciążenie poprzez umieszczenie elementów tocznych (takich jak kuleczki lub wałeczki) pomiędzy dwoma pierścieniami łożyskowymi zwanymi bieżniami. Względny ruch bieżni powoduje, że elementy toczne toczą się z bardzo małym oporem i niewielkim poślizgiem. Elementy toczne szczelnie wypełniają przestrzeń pomiędzy wałem a powierzchnią, w której się obraca. Ponieważ łożysko jest okrągłe, kuleczki (bądź wałeczki) nie wypadają spod obciążenia.
Łożysko klejnotowe to rodzaj łożyska ślizgowego, w którym metalowy trzpień obraca się w wysadzanym klejnotami otworze obrotowym. Otwór ma zwykle kształt torusa i jest nieco większy niż średnica wału. Klejnoty są zazwyczaj wykonane z mineralnego korundu, syntetycznego szafiru lub syntetycznego rubinu. Łożyska jubilerskie są stosowane w precyzyjnych instrumentach, w których ważne są niskie tarcie, długa żywotność i dokładność wymiarowa. Ich największe zastosowanie to zegarki mechaniczne.
Łożyska płynne (inaczej hydrostatyczne) to łożyska, w których obciążenie jest podtrzymywane przez cienką warstwę szybko poruszającej się cieczy lub gazu pod ciśnieniem między powierzchniami łożyska. Ponieważ nie ma kontaktu między ruchomymi częściami, nie ma tarcia ślizgowego, dzięki czemu łożyska mają mniejsze tarcie, zużycie i wibracje niż wiele innych typów łożysk. W związku z tym możliwe jest, że niektóre łożyska hydrostatyczne mają prawie zerowe zużycie, jeśli są obsługiwane prawidłowo. Można podzielić łożyska na dwa rodzaje: płynne łożyska dynamiczne (inaczej hydrodynamiczne) i łożyska hydrostatyczne. Te drugie to łożyska płynowe pod ciśnieniem zewnętrznym, w których płynem jest zwykle olej, woda lub powietrze i jest pod ciśnieniem za pomocą pompy. Łożyska hydrodynamiczne opierają się na dużej prędkości czopu (część wału spoczywająca na płynie) w celu zwiększenia ciśnienia płynu w klinie między powierzchniami czołowymi.
Rodzaj łożyska, które obsługuje obciążenie za pomocą lewitacji magnetycznej. Łożyska magnetyczne wspierają ruchome części bez kontaktu fizycznego. Na przykład są w stanie lewitować obracający się wał i umożliwiają ruch względny przy bardzo niskim tarciu i bez zużycia mechanicznego. Łożyska magnetyczne obsługują najwyższe prędkości dowolnego rodzaju łożyska i nie mają maksymalnej prędkości względnej. Łożyska aktywne mają kilka zalet: nie ulegają zużyciu, charakteryzują się niskim tarciem i często mogą automatycznie kompensować nieregularności w rozkładzie masy, umożliwiając wirnikom obracanie się wokół środka masy z bardzo niskimi wibracjami. Pasywne łożyska magnetyczne wykorzystują magnesy trwałe i dlatego nie wymagają żadnej mocy wejściowej, ale są trudne do zaprojektowania ze względu na ograniczenia opisane przez twierdzenie Earnshawa.
Zaprojektowane są tak, by mogły się wyginać pod jednym kątem lub pod wieloma kątami. Łożyska zginane pełnią w dużej mierze tę samą funkcję, co łożyska konwencjonalne lub zawiasy w zastosowaniach wymagających podatności kątowej. Jednak elementy giętkie nie wymagają smarowania i wykazują bardzo niskie tarcie lub brak tarcia. Wiele łożysk elastycznych składa się z jednej części: dwóch sztywnych struktur połączonych cienkim obszarem „zawiasowym”. Drzwi na zawiasach mogą być utworzone przez wprowadzenie elastycznego elementu pomiędzy drzwiami a ościeżnicą tak, że elastyczny element wygina się umożliwiając otwieranie się drzwi. Łożyska elastyczne mają tę przewagę nad większością innych łożysk, że są proste, a przez to niedrogie. Są też często kompaktowe, lekkie, charakteryzują się bardzo niskim tarciem i są łatwiejsze w naprawie bez specjalistycznego sprzętu. Łożyska elastyczne mają tę wadę, że zakres ruchu jest ograniczony, a często bardzo ograniczony w przypadku łożysk, które przenoszą duże obciążenia.
Dwa istotne przykłady z szerokim zastosowaniem
Wykorzystuje kulki do utrzymania separacji między bieżniami łożyska. Jego zadaniem jest zmniejszenie tarcia obrotowego i przenoszenie obciążeń promieniowych i osiowych. Osiąga to, używając co najmniej dwóch bieżni do przechowywania kulek i przenoszenia obciążeń przez kulki. W większości zastosowań jedna bieżnia jest nieruchoma, a druga jest przymocowana do zespołu obrotowego (np. piasty lub wału). Gdy jedna z bieżni łożyska obraca się, powoduje to również obrót kulek. Ponieważ kulki toczą się, mają znacznie niższy współczynnik tarcia, niż gdyby dwie płaskie powierzchnie ślizgały się po sobie.
Popularne łożyska wałeczkowe wykorzystują cylindry o nieco większej długości niż średnica. Łożyska wałeczkowe mają zazwyczaj wyższą nośność promieniową niż łożyska kulkowe, ale mniejszą nośność i wyższe tarcie przy obciążeniach osiowych. Jeśli bieżnia wewnętrzna i zewnętrzna są niewspółosiowe, nośność często spada szybko w porównaniu z łożyskiem kulkowym lub baryłkowym. Jak we wszystkich łożyskach promieniowych, obciążenie zewnętrzne jest w sposób ciągły redystrybuowane między wałeczkami. Często mniej niż połowa całkowitej liczby rolek przenosi znaczną część ładunku.
Gniazdo przytrzymujące, chroniące i wzmacniające łożyska
Modułowe zespoły zaprojektowane tak, aby ułatwić montaż łożysk i wałów, jednocześnie chroniąc łożyska, wydłużając ich żywotność i upraszczając konserwację. Obudowy są dostępne w wielu rozmiarach i generalnie dzielą się na pięć standardowych kategorii: dzielone oprawy stojące (lub poduszkowe), niedzielone oprawy stojące, oprawy kołnierzowe, oprawy napinające i oprawy dwułożyskowe. Produkty te można zaprojektować tak, aby spełniały określone wymagania, takie jak obciążenie, prędkość i warunki środowiska pracy. Niestandardowe konstrukcje opraw łożyskowych mogą być również dostarczane do konkretnych wymagań klienta: na przykład tam, gdzie mogą być określone specjalne wysokości osi wału, nietypowe układy uszczelniające lub niestandardowe materiały konstrukcyjne.
Do łożysk różnego typu
Jeśli najważniejsza jest łatwość instalacji i konserwacji, dzielone oprawy stojące są doskonałym wyborem, ponieważ nie tylko mieszczą się w wstępnie zmontowanych wałach, ale także upraszczają inspekcje łożysk i konserwację, ponieważ wał nie musi być demontowany. Zespoły te są przeznaczone do łożysk kulkowych wahliwych, łożysk baryłkowych i łożysk toroidalnych CARB. Niedzielone oprawy stojące są preferowane w przypadku dużych obciążeń działających w kierunku innym niż powierzchnia podparcia. Stosuje się je również, gdy obudowa ma być montowana od końca wału.
Oprawy kołnierzowe stanowią rozwiązanie do zastosowań, w których nie ma ramy równoległej do wału. Są dostępne w formatach owalnych, okrągłych i kwadratowych, które pasują do typów łożysk podobnych do opraw stojących. Tymczasem obudowy nawijające są częściej używane do utrzymywania napięcia w zastosowaniach z przenośnikami taśmowymi i są montowane na ramie prowadzącej.
Oprawy dwułożyskowe mają samoistnie współosiowe gniazda łożyskowe, które umożliwiają umieszczenie łożysk sztywnych, takich jak łożyska kulkowe zwykłe, łożyska kulkowe skośne i łożyska walcowe. Oprawy dwułożyskowe są zwykle używane w zastosowaniach z wystającym obciążeniem.
Zastosowanie łożysk w bronach talerzowych
Starcie łożysk z trudnymi warunkami
Po przygotowaniu gleby wysiewa się ziarno. Podobnie jak wiele sektorów, rolnictwo również doświadcza trendu w kierunku coraz większej mechanizacji i automatyzacji. Dlatego logiczne jest, że producenci próbują połączyć kilka etapów procesu uprawy. Jednemu producentowi zawieszanych narzędzi rolniczych udało się to osiągnąć, opracowując innowacyjną maszynę, która uprawia glebę, a także rozsiewa nasiona. Tutaj również powstaje dużo kurzu, a komponenty są narażone na znaczne obciążenia mechaniczne. Zespół łożysk kołnierzowych jest najlepszym rozwiązaniem w tej sytuacji. W tym zespole uszczelka jest podtrzymywana przez przednią tarczę odśrodkową. Dobrze dopasowane trzyczęściowe uszczelnienie tworzy skuteczną barierę w niesprzyjających warunkach, w jakich pracuje ta maszyna. Podobnie jak niestandardowe łożysko do bron, ta jest dostarczana z maksymalnym wypełnieniem smarem, aby wyeliminować konieczność ponownego smarowania i zagwarantować smarowanie na całe życie. Połączenie tarczy odśrodkowej i trzyczęściowego uszczelnienia umożliwia długą żywotność w bardzo zapylonych warunkach.
Wzmocnione koła pasowe kluczem do sukcesu
Zgrabiarki rotacyjne służą do zbierania plonów, takich jak siano i słoma. Testy wykazały, że koła pasowe często ulegały awarii. Oryginalne koła pasowe zostały zaprojektowane jako para jednorzędowych łożysk kulkowych skośnych ze wzmocnionym pierścieniem zewnętrznym. Dopiero zmiana na koła pasowe ze wzmocnionymi pierścieniami zewnętrznymi i specjalną uszczelką spowodowały ustąpienie problemu. Zoptymalizowany musiał zostać smar, zamiast standardowego, stosuje się specjalnie opracowany smar MA7, który wydłuża żywotność łożysk o około 10% w niekorzystnych warunkach.
Prawdziwy test łożysk w maszynach pracujących w różnych warunkach
Firma NSK opracowała jednostki do układów napędowych ciągników. Oto przykład. Firma zaprojektowała na zamówienie łożysko do skrzyni biegów ciągnika składające się z podwójnego łożyska stożkowego z asymetryczną klatką. Jeden z dwóch rzędów łożysk stożkowych otrzymał dłuższe rolki, dzięki czemu może przenosić bardzo duże obciążenia. W drugim rzędzie wybrano krótszą konstrukcję rolek, aby zminimalizować straty wynikające z tarcia, a tym samym straty energii. Skutkuje to optymalnym kompromisem pomiędzy dwoma celami rozwojowymi, tj. efektywnością energetyczną i pochłanianiem dużych obciążeń. Element dystansowy zapewnia, że luz między dwoma pierścieniami wewnętrznymi nie przekracza pożądanego zakresu tolerancji, a także zapobiega korozji w tym krytycznym obszarze.
