Budowa i rodzaje łożysk kulkowych

Jednym z podstawowych elementów używanych w budowie maszyn są łożyska. Ich głównym zadaniem jest zapewnienie płynnej pracy mechanizmu. Specjalna konstrukcja łożysk umożliwia zminimalizowanie tarcia występującego pomiędzy poruszającymi się względem siebie elementami. Odpowiedni profil pierścieni pozwala uzyskać precyzyjną pozycję oraz przenosić siły działające w różnych kierunkach. O tym jak dokładnie działa oraz jakie funkcje pełni dowiecie się przy w następnym poście konstrukcyjnym dlatego też polecam śledzi je na bieżąco. Bardzo często spotykam inżyniera, który pomimo doświadczenia w branży nadal nie jest w stanie precyzyjnie określić budowy łożyska, a opowiadając o nim używa bardzo ogólnej nomenklatury. Tak więc, przybliżę dzisiaj ten wątek, aby nasza przyszła rozmowa wyglądała trochę lepiej.

Kulki łożyskowe

Czymże byłoby łożysko kulkowe bez swoich kulek ? Pewnie po prostu łożyskiem i na pewno posiadającym znaczne luzy. Mogłoby też być łożyskiem ślizgowym, ale o tym kiedy indziej. Podstawowym elementem wszystkich łożysk kulkowych są kulki. Bardzo precyzyjnie wykonane, posiadające kilka klas dokładności, mówiących o jej chropowatości oraz tolerancji średnicy. Kulki łożyskowe najczęściej wykonane są ze stali chromowanej AISI 52100 poddawanej obróbce cieplnej, w celu uzyskania twardości w okolicy 62HRC, którą charakteryzuje wysoka wytrzymałość na ścieranie i długi okres zmęczeniowy. Stali węglowej AISI 1010/ 1045, powierzchniowo utwardzanej, przeznaczonej do średnich obciążeń. Stali nierdzewnej AISI 304, wykazującej bardzo dobrą odporność na korozję, a ze względu na swój skład chemiczny, nie wymagającej utwardzania. Wykonanie ceramiczne – z dwutlenku cyrkonu ZrO2 czyli materiału o dużej konduktywności, elastyczności i wysokiej odporności na ścieranie.

Łożyska kulkowe zwykłe

• Łożyska kulkowe zwykłe jednorzędowe

Jednorzędowe łożyska kulkowe charakteryzują się głębokimi, ciągłymi bieżniami, które są idealnie pasowane z kulkami łożyskowymi. Ta konstrukcja umożliwia im efektywne przenoszenie zarówno obciążeń promieniowych (głównie), jak i osiowych w obu kierunkach. Łożyska te dostępne są zarówno w wersji otwartej, jak i uszczelnionej. Warianty uszczelnione mogą zawierać elastomery lub być zabezpieczone blaszkami ochronnymi, co zwiększa ich trwałość i odporność w wymagających warunkach pracy. Ponadto, łożyska otwarte w wersjach uszczelnionych, często produkowane są również, z dodatkowym wyposażeniem w pierścieniu zewnętrznym w postaci specjalnych wybrań, co dodatkowo podnosi ich funkcjonalność i adaptacyjność do różnorodnych zastosowań.

• Łożyska kulkowe zwykłe jednorzędowe z rowkiem

Jednorzędowe łożyska kulkowe z kanałkami do wkładania kulek, wyposażone w kanałki w obu pierścieniach – wewnętrznym i zewnętrznym, pozwalają na umieszczenie większej liczby kulek niż w standardowych łożyskach o tych samych wymiarach. To zwiększa ich zdolność do przenoszenia obciążeń promieniowych. Jednakże, ich zdolność do przenoszenia obciążeń osiowych jest ograniczona. Ponadto, łożyska te nie mogą pracować z tak wysokimi prędkościami, jak ich odpowiedniki bez kanałków.

Łożyska kulkowe z kanałkami do wkładania kulek dostępne są w wersji otwartej oraz uszczelnionej przy pomocy blaszek ochronnych. Istnieje również opcja wykonania z rowkiem pod pierścień osadczy. W przypadku łożysk otwartych, które produkowane są także z blaszkami ochronnymi, można spotkać modele z wybraniami w pierścieniu zewnętrznym.

• Łożyska kulkowe zwykłe dwurzędowe

Konstrukcyjnie, dwurzędowe łożyska kulkowe są zbliżone do jednorzędowych. Posiadają głębokie, ciągłe bieżnie, które dokładnie przylegają do kulek, umożliwiając przenoszenie obciążeń promieniowych i osiowych w obu kierunkach. Są one szczególnie przydatne w zastosowaniach, gdzie nośność jednorzędowych łożysk jest niewystarczająca. Przy zachowaniu tych samych wymiarów wału oraz oprawy, dwurzędowe łożyska są nieco szersze niż jednorzędowe, ale ich nośność jest znacznie wyższa. Dwurzędowe łożyska kulkowe dostępne są tylko w wersji otwartej, bez uszczelnień lub blaszek ochronnych.

Łożyska Y – Kulkowe samonastawne

• Łożyska Y z wkrętami mocującymi 

Łożyska Y z wkrętami mocującymi są nowoczesnym rozwiązaniem w dziedzinie mechaniki, stabilizowane na wale dzięki dwóm wkrętom dociskowym z sześciokątnym gniazdem HEX, umieszczonym pod kątem 120° względem siebie. Są one doskonale przystosowane do zastosowań wymagających stałego lub zmiennego kierunku obrotów.

Wyróżniamy dwie podstawowe konstrukcje tych łożysk:

1. Łożyska z pierścieniem wewnętrznym poszerzonym z jednej strony: Ta konstrukcja zapewnia odpowiednią stabilność i dopasowanie do różnych zastosowań.
2. Łożyska z pierścieniem wewnętrznym poszerzonym z obu stron: Ta wersja minimalizuje wychylenie pierścienia na wale, co przekłada się na płynniejszą pracę łożyska.

Oba typy łożysk są wyposażone w standardowe, mechanicznie odporne uszczelnienia zintegrowane z łożyskiem oraz tarcze odrzutnikowe, dostępne w dwóch opcjach: zwykłe z blachy stalowej lub powlekane kauczukiem dla lepszego uszczelnienia. Standardowo, te łożyska mają dwa otwory smarowe w pierścieniu zewnętrznym, umieszczone 120° względem siebie, ułatwiając tym samym smarowanie.

• Łożyska Y z mimośrodowym pierścieniem mocującym

Łożyska Y z mimośrodowym pierścieniem mocującym stanowią specjalistyczne rozwiązanie, przystosowane głównie do zastosowań z jednokierunkowym obrotem. Ich wyjątkowa cecha to poszerzenie na jednej stronie pierścienia wewnętrznego, które służy do zamocowania pierścienia mocującego. Dzięki temu, po dokręceniu pierścienia mocującego na poszerzeniu w kierunku obrotów, zarówno pierścień mocujący, jak i łożysko są skutecznie unieruchomione na wale. Dodatkowo, stabilność na wale zapewnia pojedynczy wkręt dociskowy.

W zależności od typu łożyska, mimośrodowy pierścień mocujący może być poddany różnym obróbkom. Dla łożysk z otworem metrycznym stosuje się ocynkowanie, natomiast dla łożysk z otworem calowym – oksydację, czyli czernienie. Konstrukcja łożysk Y z mimośrodowym pierścieniem mocującym sprawia, że są one niezastąpione w specyficznych zastosowaniach, gdzie wymagana jest precyzyjna kontrola kierunku obrotów.

• Łożyska Y z otworem stożkowym 

Łożyska Y z otworem stożkowym wyróżniają się symetrycznym poszerzeniem pierścienia wewnętrznego z obu stron oraz otworem stożkowym o zbieżności 1:12. Ta konstrukcja umożliwia montaż łożysk na standardowych tulejach wciąganych, umożliwiająca wysoce precyzyjne wypozycjonowanie na wale. Umożliwia osiąganie maksymalnych prędkości granicznych, nawet przy stosowaniu niskiej jakości wałów klasy handlowej.

Łożyska te są przystosowane do pracy w zastosowaniach, gdzie kierunek obrotów może być stały lub zmienny, co dodaje im wszechstronności. Ważne jest jednak podkreślenie, że odpowiednie tuleje centrujące nie znajdują się w zestawach, a więc konstruktor pamiętać musi o ich osobnym wyspecyfikowaniu.

• Łożyska Y ze standardowym pierścieniem wewnętrznym

Łożyska Y ze standardowym pierścieniem wewnętrznym cechują się normalnymi tolerancjami średnicy otworu łożyska, przeznaczonymi to do współpracy z wałem na wcisk. Te łożyska, o tych samych wymiarach i właściwościach co standardowe łożyska kulkowe, wyróżniają się kulistą powierzchnią zewnętrzną, która jest główną cechą różnicującą je od tradycyjnych modeli.

Te łożyska posiadają zdolność do przenoszenia większych obciążeń osiowych niż inne konstrukcje łożysk, przy jednoczesnym zachowaniu zdolności do pracy z prędkościami porównywalnymi do standardowych łożysk kulkowych. Istotne jest, że łożyska te nie posiadają otworów smarowych w pierścieniu zewnętrznym. Dostępne są w szerokim zakresie średnic, od 17 do 60 mm, dla wałów metrycznych, co zapewnia im uniwersalność i szerokie zastosowanie w różnego rodzaju mechanizmach.

Łożyska kulkowe wahliwe

• Łożyska kulkowe wahliwe podstawowe

Podstawowe łożyska kulkowe wahliwe są zaprojektowane do różnorodnych zastosowań, dostępne zarówno z otworem walcowym, jak i w niektórych rozmiarach z otworem stożkowym o zbieżności 1:12. Te łożyska, pierwotnie przeznaczone do przemysłu papierniczego, sprawdzają się również w innych aplikacjach, gdzie niski opór tarcia ma większe znaczenie niż zdolność do przenoszenia dużych obciążeń.

Charakterystyczną cechą tych łożysk jest pierścieniowy rowek oraz system smarowania, który obejmuje trzy równomiernie rozmieszczone otwory smarowe w pierścieniu zewnętrznym i sześć w pierścieniu wewnętrznym. Dodatkowo, w niektórych modelach, kulki wystają poza powierzchnie boczne łożyska. Jest to aspekt, który należy brać pod uwagę podczas projektowania elementów umiejscowionych blisko łożyska.

• Łożyska z szerokim pierścieniem wewnętrznym

Łożyska kulkowe wahliwe z szerokim pierścieniem wewnętrznym są zaprojektowane do mniej wymagających zastosowań, gdzie stosuje się wały nieszlifowane. Ich wyjątkowa tolerancja otworu, klasa JS7, ułatwia proces montażu i demontażu.

Te łożyska charakteryzują się unikalnym systemem ustalania osiowego na wale. Wykorzystują do tego element ustalający w postaci kołka lub wkręta, który współpracuje z wycięciem w pierścieniu wewnętrznym. To rozwiązanie nie tylko ułatwia montaż, ale także zapobiega obracaniu się wału w otworze łożyska.

Istotnym aspektem przy montażu dwóch takich łożysk na jednym wale jest odpowiednie ustawienie wycięć w pierścieniach wewnętrznych – powinny one być skierowane do siebie lub od siebie, w przeciwnym razie wał będzie ustalony osiowo tylko w jednym kierunku. Ta cecha konstrukcyjna powinna być uwzględniona w procesie projektowania i montażu, dla prawidłowego funkcjonowania całego mechanizmu.

Łożyska kulkowe wzdłużne

• jednokierunkowe

Łożyska kulkowe wzdłużne jednokierunkowe to komponenty, opracowane do przenoszenia obciążeń osiowych w jednym kierunku. Ich konstrukcja wyklucza możliwość poddawania ich obciążeniom promieniowym. Te łożyska są rozłączne, co oznacza, że ich poszczególne elementy – pierścień wewnętrzny, pierścień zewnętrzny oraz złożenie kulkowe – mogą być montowane niezależnie.

Pierścień wewnętrzny charakteryzuje się szlifowanym otworem, który umożliwia pasowanie z wałem, podczas gdy otwór pierścienia zewnętrznego jest toczony i zawsze ma większą średnicę niż otwór pierścienia wewnętrznego. Łożyska te składają się z pierścienia wewnętrznego osadzanego na wale, pierścienia zewnętrznego osadzanego w oprawie i złożenia kulkowego. Jak wynika z ich nazwy, łożyska jednokierunkowe są zdolne do przenoszenia obciążeń osiowych i ustalania wału osiowo tylko w jednym kierunku. Projektując i montując mechanizm pamiętać trzeba o prawidłowym usytuowaniu pierścienia ze szlifowaną średnicą zewnętrzną i toczonym (większym) otworze, w oprawie łożyska.

• dwukierunkowe

Łożyska kulkowe wzdłużne dwukierunkowe są skonstruowane do przenoszenia obciążeń osiowych i ustalania wału osiowo w obu kierunkach. Ich budowa obejmuje pierścień wewnętrzny, dwa pierścienie zewnętrzne oraz dwa złożenia kulkowe wzdłużne. Co istotne, pierścienie zewnętrzne i złożenia kulkowe w łożyskach dwukierunkowych są identyczne z tymi wykorzystywanymi w łożyskach jednokierunkowych, jednak ich konstrukcja umożliwia łożyskom dwukierunkowym efektywne przenoszenie obciążeń w obie strony osi.

Łożyska kulkowe skośne

• jednokierunkowe 

Łożyska kulkowe skośne są zaprojektowane do przenoszenia obciążeń złożonych, czyli równocześnie działających obciążeń promieniowych i osiowych. Ich charakterystyczną cechą jest przesunięcie bieżni w pierścieniach wewnętrznym i zewnętrznym względem siebie wzdłuż osi łożyska, co umożliwia efektywne przenoszenie obciążeń.

Zdolność łożysk skośnych do przenoszenia obciążeń osiowych wzrasta wraz ze wzrostem ich kąta działania. Kąt ten definiowany jest jako kąt pomiędzy linią przechodzącą przez punkty styku kulki z bieżniami a linią prostopadłą do osi łożyska.

Jednorzędowe łożyska kulkowe skośne mogą przenosić obciążenia osiowe tylko w jednym kierunku i zwykle są instalowane w parze z drugim łożyskiem, usytuowanym lustrzanie do tego pierwszego. Są to łożyska nierozłączne, z pierścieniami posiadającymi jedno wysokie i jedno niskie obrzeże. Niskie obrzeże umożliwia umieszczenie większej liczby kulek w łożysku. Ta cecha konstrukcyjna sprawia, że łożyska skośne są niezwykle funkcjonalne w szerokim spektrum zastosowań przemysłowych.

• dwukierunkowe

Dwurzędowe łożyska kulkowe skośne są unikalnymi komponentami, które konstrukcyjnie odpowiadają dwóm jednorzędowym łożyskom kulkowym skośnym umieszczonym w układzie rozbieżnym, z tą różnicą, że zajmują mniej miejsca w kierunku osiowym. Te łożyska posiadają zdolność do przenoszenia zarówno obciążeń promieniowych, jak i osiowych działających w obu kierunkach.

Ich szczególna konstrukcja sprawia, że są to łożyska sztywne, zdolne do przenoszenia momentów przechyłowych. To czyni je niezwykle wartościowymi w zastosowaniach, gdzie wymagana jest zarówno precyzja, jak i wytrzymałość na różnorodne obciążenia.

• Łożyska kulkowe skośne jednorzędowe dwukierunkowe

Jednorzędowe dwukierunkowe łożyska kulkowe skośne, znane również jako łożyska o styku czteropunktowym, są ciekawym rozwiązaniem w dziedzinie łożysk. Zaprojektowane z bieżniami umożliwiającymi przenoszenie obciążeń osiowych w obu kierunkach, te łożyska mogą również radzić sobie z ograniczonym obciążeniem promieniowym przy określonym obciążeniu osiowym.

Kluczową cechą tych łożysk jest ich kompaktowa konstrukcja, pozwalająca na zajmowanie znacznie mniejszej przestrzeni w kierunku osiowym ( niższa wysokość) w porównaniu do łożysk dwurzędowych. Dzięki dzielonym pierścieniom wewnętrznym, możliwe jest umieszczenie większej liczby kulek w łożysku, co przekłada się na wyższą nośność.

Podsumowanie

Łożyska kulkowe to kluczowy element w mechanice, znany ze swojej wszechstronności i efektywności. Charakteryzują się one zdolnością do przenoszenia obciążeń promieniowych i osiowych, dostosowując się do różnych potrzeb dzięki różnorodności konstrukcji, takich jak jednorzędowe, dwurzędowe, skośne, wzdłużne czy z mimośrodowym pierścieniem mocującym. Ich projektowanie uwzględnia różne wymogi aplikacyjne, od prędkości obrotowych przez tolerancje montażowe, po wielkości i kierunek obciążeń.

Podziel się swoimi przemyśleniami. Czy uważasz tę informację za przydatne ? Tworzę treści dla Was i to od Was zależeć będzie jakie typu one będą. Dziękuję, że jesteś !