Wiadomości wstępne o łożyskach
Wiadomości wstępne o łożyskach
Łożysko jest to zespół elementów
konstrukcyjnych, którego zadaniem jest
podtrzymanie poruszających się elementów
maszyn (np.
wałów, osi
), zapewnienie im jak
najmniejszego tarcia oraz przenoszenie ich
obciążeń.
Łożyska dzieli się na dwa podstawowe
rodzaje:
• ślizgowe,
• toczne
W łożyskach ślizgowych powierzchnia czopa
wału ślizga się po powierzchni panewki (części
łożyska
współpracującej
z
czopem)
lub
bezpośrednio po powierzchni otworu łożyska,
zatem w czasie pracy występuje tarcie ślizgowe.
W łożyskach tocznych powierzchnie czopa i
gniazda są rozdzielone częściami tocznymi, które
umożliwiają ruch obrotowy czopa bez poślizgu
względem oprawy dzięki przetaczaniu się.
Wówczas zamiast tarcia ślizgowego występuje
tarcie toczne.
Łożyska toczne są najczęściej stosowane:
• gdy zależy nam na uzyskaniu bardzo małych
oporów w czasie pracy, a zwłaszcza podczas
rozruchu,
• przy zmiennych prędkościach obrotowych wału
(ponieważ współczynnik tarcia łożysk tocznych w
bardzo małym stopniu zależy od prędkości
obrotowej),
• przy częstszym zatrzymywaniu i uruchamianiu
maszyn (gdyż w takich warunkach pracy łożyska
ślizgowe zbyt szybko ulegają zużyciu),
• gdy wymagana jest duża niezawodność pracy i
duża trwałość łożyska,
• gdy ze względu na wymiary korpusu maszyny
konieczne jest stosowanie łożysk o małych
wymiarach wzdłużnych.
Łożyska można też podzielić ze względu na
rodzaj ruchu:
• łożyska umożliwiające wzajemny ruch obrotowy,
• łożyska wahliwe, umożliwiające ruch tylko po
ograniczonej amplitudzie kątowej,
• prowadnice, umożliwiające wzajemny przesuw
prosto lub krzywoliniowy.
Ze względu na kierunek siły obciążającej
łożysko:
• poprzeczne, przejmujące obciążenia
prostopadłe do osi łożyskowanego elementu,
• poprzeczno-wzdłużne, przejmujące obciążenia
zarówno prostopadłe jak i zgodne z kierunkiem
ruchu,
• wzdłużne, przenoszące obciążenia zgodne z
kierunkiem ruchu osi.
Łożyska toczne, ich budowa i podział
Podstawowymi elementami łożyska
tocznego są:
części toczne,
koszyk
pierścienie z bieżniami.
Przykładowe koszyki łożysk
Nazwy poszczególnych rodzajów łożysk
tocznych wynikają z ich klasyfikacji według
następujących kryteriów:
• nominalnego kąta działania a (promieniowe i
osiowe),
• kształtu części tocznych (kulkowe, walcowe,
igiełkowe stożkowe, baryłkowe),
• możliwości wzajemnego wychylanie się pierścieni
(zwykłe, wahliwe i samonastawne),
• uzupełniających cech konstrukcyjnych, jak np.
liczby rzędów części tocznych, rozmieszczenia
bieżni pomocniczych, uszczelek, blaszek
ochronnych, kształtu powierzchni osadczych itp.
Nominalny kąt działania łożysk kulkowych jest
zawarty między prostą łączącą punkty styku kulki z
bieżniami w nieobciążonym łożysku a płaszczyzną
prostopadłą do osi łożyska.
W łożyskach wałeczkowych mieści się on między
prostą prostopadła do tworzącej bieżni zewnętrznej
a płaszczyzną prostopadła do osi łożyska.
a
b
c
Kąt działania łożyska
Łożyska ze względu na wartość
nominalnego kąta działania (rys. a) można
podzielić na:
• promieniowe (poprzeczne) o kącie działania
0° ≤ a < 45°
• osiowe (wzdłużne) o kącie działania
45° ≤ a < 90°
• skośne, są to łożyska promieniowe, które do
poprawnej pracy wymagają osiowego podparcia
pierścieni.
promieniowe
(poprzeczne)
osiowe
(wzdłużne)
skośne
Rodzaje łożysk ze względu na wartość nominalnego kąta działania łożyska
Łożyska ze względu na kształt części
tocznych można podzielić na:
• kulkowe,
• wałeczkowe:
◦ walcowe,
◦ igiełkowe,
◦ stożkowe,
◦ baryłkowe i inne.
kulka
wałeczek walcowy
igiełka
wałeczek stożkowy
baryłka
Rodzaje części tocznych
kulkowe walcowe
igiełkowe stożkowe baryłkowe
Rodzaje łożysk tocznych ze względu na kształt części tocznych
Łożyska ze względu na możliwość
wzajemnego wychylenia się pierścieni można
podzielić na:
zwykłe,
wahliwe,
samonastawne.
zwykłe
wahliwe
samonastawne
Łożyska ze względu na ilość rzędów części
tocznych można podzielić na:
jednorzędowe,
dwurzędowe,
wielorzędowe.
jednorzędowe
dwurzędowe
wielorzędowe
Łożyska promieniowe kulkowe
Jednorzędowe promieniowe łożysko kulkowe
zwane kulkowym łożyskiem zwykłym jest ze
względu na swoje wielorakie zastosowanie i
korzystna cenę najczęściej stosowanym rodzajem
łożyska tocznego.
Łożyska kulkowe zwykłe jednorzędowe przejmują
siły promieniowe i osiowe, mogą być również
użytkowanie
przy
dużych
prędkościach
obrotowych.
Łożyska te uszczelnione nie wymagają dozoru i
umożliwiają proste rozwiązania konstrukcyjne.
Zdolność do wychyleń kątowych łożyska
kulkowego zwykle jest stosunkowo nieznaczna.
Z
2Z
RS
2RS
N
NR
ZNR
Odmiany konstrukcyjne łożysk kulkowych zwykłych
Łożysko kulkowe skośne jednorzędowe
Łożyska
kulkowe
skośne
jednorzędowe
są
obciążalne promieniowo i osiowo, jednak siły
osiowe przenoszą tylko w jednym kierunku są one
nastawialne względem drugiego łożyska, które
przejmuje obciążenie osiowe o przeciwnym
zwrocie.
Łożyska kulkowe skośne nie są rozłączne. Ich
przydatność do wychyleń kątowych jest bardzo
nieznaczna.
tandem
X
O
Sposoby zestawienia łożyska skośnego w parach
Łożysko kulkowe skośne dwurzędowe
Łożysko kulkowe skośne dwurzędowe odpowiada
pod względem budowy parze łożysk kulkowych
skośnych jednorzędowych w układnie O.
Łożysko może przejmować duże obciążenia
promieniowe oraz obciążenia osiowe w obu
kierunkach. Jest ono szczególnie przydatne dla
łożyskowań, od których wymagane jest sztywne
prowadzenie w kierunku osiowym.
Zdolność do wychyleń kątowych tak jak w
przypadku skośnych jednorzędowych też jest
bardzo nieznaczna.
Łożysko kulkowe o styku czteropunktowym
Łożyska kulkowe o styku czteropunktowym
należą
do
łożysk
kulkowych
skośnych
jednorzędowych, przejmują one duże obciążenia
osiowe w obu kierunkach i nieznaczne siły
promieniowe,
Aby uzyskać nieznaczne tarcie, szczególnie przy
dużych prędkościach obrotowych wymagane jest
minimalne obciążenie osiowe.
Pierścień wewnętrzny łożyska jest dzielony z
tego powodu daje się umieścić duża liczbę kulek.
Pierścień zewnętrzny z wieńcem kulek i połówki
pierścieni mogą być oddzielnie zabudowane.
Wychylenie
kątowe
łożyska
jest
bardzo
nieznaczne.
Łożysko kulkowe wahliwe
Łożysko
kulkowe
wahliwe
jest
łożyskiem
dwurzędowym z kulistą bieżnia na pierścieniu
zewnętrznym.
Dzięki temu łożysko ma możliwość wychylenia
kątowego
i
może
wyrównywać
odchyłki
współosiowości, ugięcia wałów i odkształcenia
oprawy.
Łożyska te są nierozłączne.
Łożysko walcowe
jednorzędowe
Łożysko walcowe jednorzędowe
Łożyska mające bieżnię pomocniczą na obu
pierścieniach typu NJ mogą ustalać wał w jednym
kierunku, natomiast z dodatkowymi pierścieniami
NUP lub NH w obu kierunkach.
Łożyska odmiany RNU bez pierścienia
wewnętrznego przeznaczone są do współpracy z
bieżnia wykonaną na wale i stosowane w
przypadkach, gdy wymagany jest duży przekrój
wału przy małej średnicy zewnętrznej łożyska oraz
gdy konieczne jest zmniejszenie prędkości
obwodowej.
NJ
NH
(NJ+HJ)
NUP
NU
N
RNU
Odmiany konstrukcyjne łożysk walcowych
Łożysko walcowe dwurzędowe
Łożysko walcowe dwurzędowe
Podobne właściwości jak łożyska walcowe
jednorzędowe mają łożyska walcowe dwurzędowe
i wielorzędowe. Dzięki małej średnicy zewnętrznej
przy bardzo dużej nośności oraz wyjątkowej
sztywności stosowane są one do łożyskowań
wrzecion obrabiarek do metali oraz walców
walcarek.
Łożysko igiełkowe
Łożysko igiełkowe
Łożyskami igiełkowymi są łożyska walcowe z
bardzo cienkimi pierścieniami i dużą liczbą
stosunkowo długich wałeczków, często
zaokrąglonymi czołami, o średnicy nie
przekraczającej 5 [mm]. Wałeczki takie zwane są
igiełkami.
Łożyska igiełkowe wykonywane są w bardzo
licznych odmianach wymiarowych i
konstrukcyjnych.
NA
RBNA
RNA
NA69
Odmiany konstrukcyjne łożysk igiełkowych.
NA - pełne, RBNA - cienkościenne,
RNA - bez pierścienia wewnętrznego,
NA69 - dwurzędowe
Łożysko stożkowe
Łożysko stożkowe
Zależność przenoszenia obciążeń osiowych od kąta
działania
a
b
Łożyska stożkowe. a - dwurzędowe, b - czterorzędowe
Łożyska osiowe
Łożysko kulkowe wzdłużne
a
b
Łożyska wzdłużne. a - kulkowe jednokierunkowe,
b - kulkowe jednokierunkowe samonastawne
a
b
Łożyska wzdłużne.
a - kulkowe dwukierunkowe,
b kulkowe dwukierunkowe samonastawne
Łożysko kulkowe skośne wzdłużne
Łożysko kulkowe skośne wzdłużne
Normalizacja i główne wymiary łożysk tocznych
Przykłady budowy numeru łożyska
Rodzaj łożyska
Symbol
rodzaju
Rodzaj + grupa wymiarowa
Łożyska promieniowe :
kulkowe zwykłe
6, 16
6119, 618, 160, 60, 62, 63, 64
kulkowe dwurzędowe
4
kulkowe wahliwe
1, 2
10, 12, 13, 22, 23
kulkowe do iskrowników
E, Bo, L,
M
kulkowe skośne jednorzędowe
7
kulkowe skośne dwurzędowe
3
32, 33
kulkowe skośne jednorz.
dwukierunkowe
- z dzielonym pierścieniem
zewnętrznym
Q
- z dzielonym pierścieniem
wewnętrznym
QJ
jednorzędowe walcowe
N
dwurzędowe walcowe
NN
NN 49 NN 30
wielorzędowe walcowe
NN
NN 60 NN 69 NN 70
Igiełkowe
NA
Stożkowe
3
320, 302, 322, 303, 323, 313
baryłkowe dwurzędowe
2
222, 223, 240, 239, 230, 231, 241
baryłkowe jednorzędowe
2
202, 203
Łożyska osiowe :
Kulkowe
-Jednokierunkowe
5
511, 512, 513, 514
Rodzaj łożyska
Symbol
rodzaju
Rodzaj + grupa wymiarowa
Odmiany konstrukcyjne łożysk
Symbol
Konstrukcja wewnętrzna :
uszczelka gumowa z jednej strony
RS
uszczelki gumowe z obu stron
2RS
blaszka ochronna z jednej strony
Z
blaszki ochronne z obu stron
ZZ, 2Z
otwór stożkowy, zbieżność 1:12
K
otwór stożkowy, zbieżność 1:30
K 30
rowek osadczy na pierścieniu zewnętrznym
N
rowek osadczy na pierścieniu zewnętrznym i pierścień sprężynujący
NR
blaszka ochronna z jednej strony i rowek osadczy z drugiej strony łożyska
ZN
jak wyżej, jednak z pierścieniem osadczym sprężynującym
ZNR
dwa kanałki ustalające na pierścieniu zewnętrznym
N 2
rowek smarowniczy i 3 otwory w pierścieniu zewnętrznym
W 33
łożysko z pełną liczbą części tocznych bez koszyka
V
Elementy łożyska (przedrostek przed numerem łożyska) :
swobodny pierścień wewnętrzny lub zewnętrzny
L
łożysko bez pierścienia wewnętrznego lub zewnętrznego
R
Symbole odmian konstrukcyjnych
Koszyk:
tłoczony z blachy stalowej niehartowanej
J
tłoczony z blachy mosiężnej
Y
masywny mosiężny
M
masywny stalowy lub ze specjalnego żeliwa
F
masywny z lekkiego metalu
L
masywny z tekstolitu
T
masywny z tworzywa sztucznego
TN
Odmiany konstrukcyjne łożysk
Symbol
Symbole odmian konstrukcyjnych
Wymiary główne
Przestrzeń zajmowaną przez łożysko określają wymiary główne w
[mm]. Wymiarami tymi są:
d - średnica otworu w pierścieniu montowanym na wale,
D - średnica zewnętrzna pierścienia montowanego w oprawie,
B lub T - szerokość łożyska poprzecznego lub skośnego,
H - wysokość łożyska wzdłużnego,
Rs - promień zaokrąglenia pierścienia zewnętrznego.
Trwałość, nośność i obciążenie zastępcze łożysk tocznych
Podstawowymi wielkościami charakteryzującymi zdolność
łożyska do trwałego przenoszenia obciążeń przy określonej
prędkości obrotowej są nośność dynamiczna C oraz trwałość L,
a przy bardzo małych prędkościach obrotowych nośność
statyczna Co.
Trwałość łożyska jest to okres pracy w godzinach lub
milionach obrotów, do momentu kiedy w 90% badanych łożysk
pojawią się pierwsze oznaki zmęczenia materiału powierzchni
tocznych.
Nośność dynamiczna jest to wyrażona w jednostkach siły
wartość obciążenia łożyska, przy której jego trwałość równa się 1
milionowi obrotów.
Zależność między trwałością łożyska, jego
nośnością dynamiczną i obciążeniem
zewnętrznym jest określona ogólnym wzorem:
(
1
1
.
1
)
gdzie:
C [N] - nośność dynamiczna (ruchowa) łożyska,
L [mln obr] - trwałość łożyska wyrażona w milionach obrotów,
P [N] - zastępcze obciążenie ruchowe (dynamiczne) łożyska,
p - wykładnik potęgowy dla łożysk:
- kulkowych p = 3,
- wałeczkowych i igiełkowych p = 10/3.
Trwałość może być także wyrażona w godzinach:
gdzie: n . prędkość obrotowa łożyska [min-1]
W katalogu łożysk szukamy łożyska o takiej nośności dynamicznej,
które przy obciążeniu P
zapewni żądaną trwałość i prędkość obrotową a jego nośność
statyczna jest większa od obciążenia.
