Łożysko

Łożysko walcowe

Uszczelnione łożysko kulkowe zwykłe

Łożysko kulkowe

Łożysko (zwane również łożyskiem wałeczkowym ) jest rodzajem łożyska , które przenosi obciążenia z obracającego się wału, który obsługuje, na ramę za pomocą elementów tocznych (takich jak kulki lub wałeczki) zamkniętych między dwoma pierścieniami wyposażonymi w rowki . by pozwolić mu się obrócić. Względny ruch rowków powoduje, że elementy toczne wykazują małe opory toczenia i bardzo mały poślizg .

Łożyska mają tę zaletę, że są dobrym rozwiązaniem kompromisowym pomiędzy takimi czynnikami jak koszt, rozmiar, waga, nośność, trwałość, precyzja lub wynikające z tego tarcie.

Różne konstrukcje mogą być lepsze do określonego celu, ale gorsze w większości innych przypadków, chociaż łożyska płynowe mogą czasami łączyć jednocześnie nośność, trwałość, precyzję, zmniejszone tarcie, wysoką prędkość obrotową, a czasami akceptowalny koszt.

Tylko łożyska ślizgowe są stosowane tak szeroko, jak łożyska wałeczkowe, które są szeroko obecne w powszechnych komponentach mechanicznych w różnych zastosowaniach w dziedzinie motoryzacji, przemysłu, żeglugi i lotnictwa. Ze względu na swoje znaczenie stały się podstawowymi produktami nowoczesnej technologii.

Wyznania w języku hiszpańskim

Różne typy łożysk

Łożysko ​ (nazwa zwyczajowa w Hiszpanii i Chile) otrzymuje różne nazwy w różnych krajach hiszpańskojęzycznych: wałek (w Argentynie i Wenezueli); nieformalnie lub wulgarnie bolillero , rulemán lub rulimán (w Argentynie, Paragwaju i Urugwaju, wywodzące się z francuskiego „roulement”); rolinera , rodacho , balinera lub balero (w Kolumbii, Meksyku, Panamie, Nikaragui i reszcie Ameryki Środkowej); filmowanie (w Peru); pudełko na piłki (na Kubie, Dominikanie i Portoryko); rola (w Kostaryce) lub też bolillero , strzelanie lub rulimán (w Ekwadorze); lub po prostu namiar (jak to się nazywa w Gwatemali).

Podobnie łożyska montowane w jednym kawałku są znane jako łożyska czopowe w Kolumbii, Ekwadorze i innych krajach Ameryki Łacińskiej. Łożyska osiowe są również nazywane łożyskami wzdłużnymi i łożyskami podporowymi promieniowymi.

Fundament mechaniczny

Zasada działania łożyska

Jednym z najwcześniejszych i najbardziej znanych łożysk tocznych są zestawy kłód ułożonych na ziemi z dużym kamiennym blokiem na wierzchu. Gdy kamień jest ciągnięty, kłody toczą się po ziemi z niewielkim poślizgiem, unikając tarcia wynikającego z ciągnięcia go bezpośrednio po ziemi. Gdy każda kłoda wychodzi z tyłu, przesuwa się do przodu, gdzie blok toczy się z powrotem na nim.

Łożysko obrotowe z elementami tocznymi wykorzystuje wałek umieszczony w otworze większym niż jego średnica i wykorzystuje szereg cylindrów zwanych „rolkami”, którymi wypełnia się przestrzeń między wałem a otworem na całym obwodzie. Gdy wał się obraca, każdy wałek zachowuje się jak kłody z poprzedniego przykładu. Jednakże, ponieważ łożysko jest okrągłe, rolki nigdy nie są odciążone.

Historia

Studium łożyska kulkowego Leonarda da Vinci ( 1452 - 1519 )

Zobacz także: Historia łożyska

Łożysko powstało na solidnych fundamentach budowanych przez tysiące lat, a jego historia sięga ponad siedem wieków pne. Podczas wykopalisk celtyckich rydwanów wojennych w pobliżu piast odkryto małe cylindryczne kawałki drewna bukowego . Naukowcy doszli do wniosku, że Celtowie już w 700 r. p.n.e. C. wiedział o łożysku walcowym. ]

Koncepcja powstała w swojej prymitywnej formie w starożytnym Rzymie . Łożyska zostały opisane przez Witruwiusza , a pod koniec Republiki w wciągnikach stosowano łożyska kulkowe .

Podczas ratowania statków Nemi obok willi cesarza Kaliguli (panującej 37-41 ne) znaleziono łożysko , które mogło należeć do podstawy obracającego się posągu. ]

Po długim okresie uśpienia w średniowieczu łożysko zostało wskrzeszone w okresie renesansu przez Leonarda da Vinci , stale rozwijane w XVII i XVIII wieku.

W toku uprzemysłowienia pojawiło się zapotrzebowanie na łożysko, które działałoby lepiej niż łożyska ślizgowe, które zużywają się bardzo szybko nawet przy niskich prędkościach i/lub przy niedostatecznym smarowaniu. Na przykład we wczesnych lokomotywach parowych często wymieniano łożyska kół .

Zintegrowane łożysko wałeczkowe (1904)

Postępowe postępy w metalurgii pozwoliły na wprowadzenie szeregu znaczących ulepszeń i udoskonaleń:

• W 1759 roku brytyjski zegarmistrz John Harrison wynalazł łożysko wałeczkowe klatkowe do swojego trzeciego chronometru morskiego H3 . ]
• W 1794 roku Philip Vaughan , również Brytyjczyk, uzyskał pierwszy patent na wałek z łożyskiem kulkowym.
• W 1869 roku Francuz Jules Suriray otrzymał patent na łożyska kulkowe do stosowania w rowerach.
• W 1883 roku Niemcy Friedrich Fischer i Wilhelm Höpflinger opracowali w Schweinfurcie w Niemczech szlifierkę do kulek stalowych , osiągając sukces w produkcji kulek o bardzo małych odchyleniach od idealnego kształtu. To osiągnięcie uważane jest za historyczny początek przemysłu łożyskowego. ]
• 1890-1910: Patenty na łożyska kulkowe od przemysłowców z miasta Schweinfurt, takich jak Friedrich Fischer, Wilhelm Höpflinger, Ernst Sachs i August Riebe .
• W 1898 roku Henry Timken złożył wniosek patentowy na łożysko stożkowe w Stanach Zjednoczonych, skąd pochodzi firma Timken Company .
• 1898-1901: Podstawy technologii elementów tocznych zostały po raz pierwszy zbadane naukowo przez Instytut Badań Technicznych w Poczdamie - Neubabelsberg pod kierownictwem Richarda Stribecka .
• 1907: Sven Wingquist wynalazł samonastawne łożysko kulkowe i założył szwedzką firmę SKF w Göteborgu .
• 1934: Erich Franke wynalazł łożysko z obrzeżem drucianym oparte na zasadzie włożonych kabli.

Od końca XIX  wieku niemiecki przemysł metalurgiczny odegrał ważną rolę w rozwoju łożysk, zdobywając znaczącą rolę w tej precyzyjnej technologii, którą utrzymuje przez lata:

Siedziba FAG Kugelfischer w Schweinfurcie (do 2001 r.), dziś Schaeffler pod marką FAG

Siedziba SKF Niemcy w Schweinfurt

• Jak już wspomniano, w 1883 r. Friedrich Fischer zbudował w Schweinfurcie pierwszą szlifierkę kulową i położył podwaliny pod przemysłową produkcję okrągłych stalowych kulek z wystarczającą precyzją dla przemysłu łożyskowego. W tym samym roku założył firmę Kugelfischer . Jego pracownik Wilhelm Höpflinger poczynił znaczne postępy w rozwoju szlifierki kulowej, aw 1890 roku założył firmę Fries & Höpflinger wraz z Engelbertem Friesem, również w Schweinfurcie. „Wielka Trójka” Kugelfischer, Fries & Höpflinger i Fichtel & Sachs umocniły pozycję Schweinfurtu jako centrum niemieckiego i europejskiego przemysłu łożyskowego.
• Około 1910: pojawiają się inni niemieccy producenci łożysk tocznych, tacy jak Deutsche Waffen- und Munitionsfabriken AG Berlin-Karlsruhe (DWM) , Maschinenfabrik Rheinland ( Dusseldorf ), Riebe-Werk ( Berlin ), Deutsche Kugellagerfabrik (DKF, Lipsk), Fritz Hollmann ( Wetzlar ) oraz G. i J. Jäger ( Wuppertal ).
• 1912: SKF nabywa udziały w Norma-Compagnie, założonej przez Alberta Hirtha w Stuttgarcie-Cannstatt .
• 1929: Pod naciskiem SKF sześciu niemieckich producentów łożysk (Fichtel & Sachs, Berlin-Karlsruher Industriewerke (DWF), Fries & Höpflinger, Maschinenfabrik Rheinland, Riebe-Werk i SKF-Norma) połączyło się pod kierownictwem Szwecji, tworząc fabrykę łożysk kulkowych United AG (VKF, Schweinfurt). FAG Kugelfischer był jedynym renomowanym niemieckim producentem łożysk, który pozostał niezależny. Dwie firmy ze Schweinfurtu, VKF i FAG Kugelfischer, były przez kilka następnych dziesięcioleci wiodącymi niemieckimi producentami łożysk tocznych.
• 1933: Kugelfischer nabywa G. & J. Jaeger GmbH z Wuppertal-Elberfeld.
• 1943–1945: Podczas II wojny światowej piętnaście dużych nalotów brytyjskich i amerykańskich poważnie uszkodziło miasto Schweinfurt i jego zakłady produkcyjne przemysłu łożyskowego.
• 1946: Georg i Wilhelm Schaeffler zakładają firmę INA-Nadellager w Herzogenaurach .
• W 1949 roku Erich Franke i Gerhard Heydrich założyli w Aalen firmę Franke & Heydrich KG, dziś Franke GmbH . Erich Franke wynalazł łożysko w oprawce drucianej w 1934 roku, oparte na zasadzie wsuwanych kabli.
• 1953: Zjednoczona Fabryka Łożysk Kulkowych (VKF) została przemianowana na SKF Deutschland GmbH z siedzibą w Schweinfurcie.
• 1991: FAG Kugelfischer przejmuje od trustu producenta łożysk DKF z NRD z Lipska. Zobowiązanie to okazało się finansowo nie do utrzymania iw 1993 roku FAG Kugelfischer znalazł się w poważnej sytuacji finansowej, która zagrażała jego istnieniu.
• 2001: INA-Holding Schaeffler KG, dotychczas mało znana firma, przejęła kontrolę poprzez wrogie przejęcie grupy FAG Kugelfischer, pierwszej po wojnie spółki notowanej na giełdzie DAX w Niemczech.
• 2006: FAG Kugelfischer i INA połączyły się w Schaeffler KG i tym samym stały się drugą co do wielkości grupą łożyskową na świecie po SKF, która z kolei posiada największy na świecie zakład produkcyjny, który znajduje się również w Niemczech (Schweinfurt).

Z biegiem czasu do konstrukcji łożysk dodano wiele wariantów. W szczególności kontynuowane są badania mające na celu zwiększenie precyzji produkcji i opracowywanie coraz bardziej wydajnych środków smarnych. Różne normy ustaliły również standardowe wymiary dla jego ogólnego zastosowania, co uprościło jego konstrukcję i produkcję. Obecnie łożyska przemysłowe o surowych wymaganiach konserwacyjnych są oferowane ze zintegrowanymi czujnikami elektronicznymi , zdolnymi do monitorowania naprężeń i pomiaru zużycia elementów mechanicznych.

Projekt

Różne łożyska wałeczkowe: (od wewnątrz na zewnątrz) łożysko igiełkowe, łożysko walcowe wzdłużne i łożyska kulkowe w przekładni hydrokinetycznej

Rolki w kształcie Diabolo

łożyska kulkowe wzdłużne

Koło wózka sklepowego z osiowym łożyskiem kulkowym (A) i promieniowym łożyskiem kulkowym (R). W osi, która obsługuje obciążenie pionowe, kulki toczą się między dwoma równymi i równoległymi pierścieniami; natomiast w promieniu, który przenosi obciążenie toczne, pierścienie (zewnętrzne i wewnętrzne) są koncentryczne i mają różne rozmiary

Łożyska są często stosowane do podpierania wałów elementów wirujących ze względu na ich niskie tarcie toczne. Ich wielkość może wahać się od 10 mm do kilku metrów średnicy, a ich nośność waha się od kilkudziesięciu gramów do wielu tysięcy ton. W większości przypadków mają koszyki, które zmniejszają tarcie i zużycie, zapobiegając ocieraniu się rolek o siebie. Biorąc pod uwagę różnorodność zastosowań, w których mogą być używane, ich konstrukcja ewoluowała w kierunku różnych konfiguracji, mających na celu wytrzymanie obciążeń osiowych lub promieniowych lub kombinacji obu. W tym sensie łożyska kulkowe są zwykle ogólnego przeznaczenia, ale gdy trzeba przeciwstawić się dużym obciążeniom promieniowym, zwykle stosuje się wałeczki walcowe, gdy jednocześnie ważne są siły promieniowe i osiowe, stosuje się zwykle elementy stożkowe, a w przypadku znacznych obciążeń osiowych obciążenia łożyska oporowe są stosowane.

Z drugiej strony bieżnie są zwykle pierścieniowe, jak w przypadku łożysk kulkowych, walcowych lub stożkowych, ale jeśli chodzi o ustawienie wału, aby nieznacznie odbiegało od jego teoretycznego wyrównania bez uszkodzenia łożyska (zachowując się jak przegub kulowy ), bieżnie kuliste lub toroidalne są zwykle ułożone. Szczególnym przypadkiem są zębate tory pierścieniowe, których działanie jest podobne do mechanizmu epicyklicznego.

Na podstawie ich geometrii można wyróżnić pięć podstawowych typów elementów tocznych stosowanych w łożyskach:

• kule sferyczne
• Cylindryczne lub igiełkowe (bardzo wydłużone cylindryczne)
• W kształcie beczki (zarówno symetryczne, jak i z podstawami o różnych promieniach)
• Diabolo (w kształcie klepsydry)
• zwężający się

Ścieżki lub rowki, przez które toczą się, mogą być na pięć podstawowych sposobów:

• Anulować
• pierścień zębaty
• stożkowy
• kulisty
• Toroidalny

A względne położenie bieżni względem osi obrotu dopuszcza dwie główne konfiguracje:

• Bieżnik promieniowy (bieżniki to dwa koncentryczne pierścienie wpisane w dwie cylindryczne powierzchnie, których oś pokrywa się z osią obrotu)
• Bieżnik osiowy (bieżniki to dwa równoległe pierścienie umieszczone w dwóch płaszczyznach prostopadłych do osi obrotu)

Jeśli chodzi o kombinację rolek i bieżni, nie wszystkie z nich są możliwe. Kulkowe i cylindryczne stosowane są z bieżniami pierścieniowymi (w przypadku bieżni zębatych z cylindrami zębatymi); stożkowe rolki wymagają stożkowej bieżni, a rolki w kształcie beczki są używane z bieżniami kulistymi lub toroidalnymi (chociaż istnieją również sferyczne konstrukcje bieżni z dwoma rzędami kulek). Poniżej opisano najczęstsze typy.

Klasyfikacja

Ogólna klasyfikacja łożysk jest ustalana według rodzaju elementów tocznych (kulki lub wałeczki o różnych kształtach), kierunku obciążenia i możliwego uwzględnienia niewspółosiowości wału (toczenie sferyczne):

Radiały	promieniowo-osiowe	Osiowy
Łożyska kulkowe
Łożysko kulkowe zwykłe oraz pojedyncze i podwójne łożyska kulkowe wahliwe	Łożyska kulkowe skośne pojedyncze i podwójne oraz łożysko czteropunktowe	Łożyska kulkowe wzdłużne poprzeczne zwykłe
łożyska wałeczkowe
Łożyska walcowe (również igiełkowe) oraz łożyska baryłkowe jedno- lub dwubębnowe	Łożysko stożkowe , skrzyżowane łożysko walcowe i osiowe łożysko baryłkowe	Łożysko walcowe wzdłużne

W zależności od kierunku obciążenia rozróżnia się łożyska poprzeczne i wzdłużne (lub wzdłużne). „Kąt nacisku” utworzony pomiędzy „płaszczyzną promieniową” a „linią ciśnienia” służy do ustalenia różnych kategorii. Położenie linii ciśnieniowej w dużym stopniu zależy od elementów tocznych i układu bieżni. $?$

• Łożyska promieniowe:$0^{\circ}<\alfa <45^{\circ}$
• Łożyska osiowe:${\ Displaystyle 45 ^ {\ circ} <\ alfa <90 ^ {\ circ}}$
• Łożyska promieniowo-osiowe: o konstrukcji pośredniej, która wprowadza ograniczenia geometryczne do bieżni

Rodzaje

Bieżnik promieniowy

Ta kategoria obejmuje wszystkie łożyska, w których bieżnie są koncentrycznymi pierścieniami, które nie są rozmieszczone w dwóch wzajemnie równoległych płaszczyznach, chociaż niektóre z nich są w stanie wytrzymać zarówno obciążenia promieniowe, jak i osiowe.

Łożyska kulkowe

Otwarte jednorzędowe łożysko kulkowe zwykłe

Łożysko kulkowe

Szczególnie powszechnym typem łożyska tocznego jest łożysko kulkowe . Posiada dwa rowki , jeden wewnętrzny i jeden zewnętrzny, pomiędzy którymi toczy się zestaw kulek . Każdy rowek ma profil rowkowany, ogólnie ukształtowany w taki sposób, aby kulki leżały lekko luźno. Tak więc w zasadzie kulki stykają się z każdym bieżnikiem przez bardzo wąski obszar. Jednak nieskończenie małe obciążenie punktowe powodowałoby nieskończenie wysoki nacisk stykowy. W praktyce kulki lekko się odkształcają (spłaszczają) w miejscu, w którym stykają się z każdym torem (podobnie jak opona spłaszcza się w miejscu, w którym styka się z drogą). Z kolei rowki dają też lekko miejsce, w którym są dociskane przez każdą kulkę. Dlatego kontakt między piłką a torem ma skończoną wielkość i skończony nacisk. Odkształcona piłka i bieżnia nie toczą się całkowicie płynnie, ponieważ różne części piłki poruszają się z różnymi prędkościami podczas toczenia. Dlatego przy każdym kontakcie między kulką a rowkiem występują przeciwstawne siły i ruchy ślizgowe, co powoduje efekt oporu na łożyskach.

łożysko kulkowe zwykłe

Łożysko kulkowe poprzeczne dwurzędowe

łożyska kulkowe barkowe i

kontakt kątowy jednorzędowy

Istnieją dwa podstawowe typy:

• Łożyska kulkowe promieniowe:

Znane również jako łożyska kulkowe zwykłe , aby odróżnić je od łożysk kulkowych wahliwych, są używane w wielu różnych zastosowaniach. Są łatwe do zaprojektowania, nierozłączne, zdolne do pracy z dużymi, a nawet bardzo dużymi prędkościami i wymagają niewielkiej uwagi lub konserwacji w serwisie. Te cechy, wraz z ich korzystną ceną, sprawiają, że są to najczęściej stosowane łożyska. Są w stanie wytrzymać duże obciążenia promieniowe, ale nie duże naciski osiowe. Stosowane są np. w rowerach .

• Łożyska kulkowe promieniowo-osiowe:

Posiadają rząd kulek, których bieżnie są zaprojektowane tak, aby ułatwić kontakt kątowy, dzięki czemu nacisk wywierany przez kulki jest przykładany ukośnie względem osi. W konsekwencji takiego rozmieszczenia, łożysko jest szczególnie odpowiednie do przenoszenia nie tylko obciążeń promieniowych, ale także dużych obciążeń osiowych i musi być montowane przeciwnie do innego łożyska, które może przenosić obciążenia osiowe w przeciwnym kierunku.

Rozkład obciążenia (siła normalna na rolkę) w łożysku walcowym typu NU206. Pierścień wewnętrzny i rolki obracają się w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara; statyczne obciążenie promieniowe 3000 N działa na pierścień wewnętrzny w kierunku do dołu. Łożysko ma 13 rolek, z których 4 są cały czas obciążone.

Łożyska walcowe

Łożysko walcowe

Łożyska walcowe to pierwszy typ łożyska z elementami tocznymi, którego początki sięgają co najmniej 40 roku p.n.e. C. W najpopularniejszych konstrukcjach stosuje się cylindry, których długość jest nieco większa niż średnica. Mają one zazwyczaj wyższą nośność promieniową niż łożyska kulkowe, ale niższą nośność i wyższe tarcie przy obciążeniach osiowych. Jeśli bieżnia wewnętrzna i zewnętrzna są niewspółosiowe, nośność często gwałtownie spada w porównaniu z łożyskiem kulkowym lub łożyskiem baryłkowym .

Podobnie jak w przypadku wszystkich łożysk promieniowych, obciążenie zewnętrzne jest stale redystrybuowane między wałkami (szczególnie w przypadku kół ustawionych pionowo). Często mniej niż połowa całkowitej liczby rolek przenosi znaczną część ładunku. Animacja po prawej pokazuje, w jaki sposób rolki łożyskowe przenoszą statyczne obciążenie promieniowe podczas obracania się pierścienia wewnętrznego.

Łożysko walcowe zwykle ma rząd wałeczków prowadzonych przez obrzeża na jednym z pierścieni, podczas gdy drugi pierścień może, ale nie musi być obrzeżony.

W zależności od rozmieszczenia kołnierzy istnieje kilka typów łożysk walcowych:

• Typ NU: z dwoma obrzeżami na pierścieniu zewnętrznym i bez obrzeży na pierścieniu wewnętrznym. Przenoszą tylko obciążenia promieniowe, są demontowalne i umożliwiają względne osiowe przemieszczenia obudowy i wału w obu kierunkach.
• Typ N: z dwoma obrzeżami na pierścieniu wewnętrznym i bez obrzeży na pierścieniu zewnętrznym. Jego cechy są podobne do poprzedniego typu.
• Typ NJ: z dwoma obrzeżami na pierścieniu zewnętrznym i jednym obrzeżem na pierścieniu wewnętrznym. Może być stosowany do osiowego mocowania wału w jednym kierunku.
• Typ NUP: z dwoma stałymi obrzeżami na pierścieniu zewnętrznym oraz z jednym stałym obrzeżem i dwoma obrzeżami na pierścieniu wewnętrznym. Jeden z kołnierzy pierścienia wewnętrznego nie jest integralny, tj. jest podobny do podkładki, aby umożliwić montaż i demontaż. Służą do osiowego mocowania wału w obu kierunkach.

Łożyska wałeczkowe są sztywniejsze niż łożyska kulkowe i są używane do dużych obciążeń i wałów o dużej średnicy.

Łożyska igiełkowe

łożysko igiełkowe

Łożyska igiełkowe wykorzystują bardzo długie i cienkie cylindry o małej średnicy. Często końce rolek są zwężone w punkty, które są używane do trzymania ich w niewoli, lub mogą być półkuliste i nie uwięzione, ale podtrzymywane przez sam wał lub inny podobny układ. Ponieważ rolki są cienkie, średnica zewnętrzna łożyska jest tylko nieznacznie większa niż otwór środkowy. Jednak rolki o małej średnicy wyginają się ostro w miejscach, w których stykają się z bieżniami i dlatego stosunkowo szybko mogą wystąpić problemy zmęczeniowe .

Pomimo małego przekroju łożyska te charakteryzują się dużą nośnością i są szczególnie odpowiednie do zastosowań, w których przestrzeń promieniowa jest ograniczona. Ten typ łożyska jest powszechnie stosowany w pedałach rowerowych oraz w wielu typach samolotów.

Łożyska zębate

łożysko przekładni

W łożysku zębatym wałki zębate są połączone w przekładnię obiegową. Składa się z rolek, których uzębienie powoduje, że wchodzą one w rowki toczne, które mają również system sprzężonych zębów, zwykle w kształcie jodełki lub ukośnie ułożonych w celu uzyskania bardziej wydajnego osiowego kontaktu tocznego. Główną wadą tego łożyska jest jego złożoność produkcyjna. Wykorzystywano je do zawieszania elementów wirujących oraz jako uproszczony kinematycznie mechanizm przekładni planetarnej w przyrządach pomiarowych i zegarkach mechanicznych.

Łożyska stożkowe

Łożysko stożkowe

Łożyska te wykorzystują stożkowe rolki poruszające się po stożkowych bieżniach. Większość łożysk przyjmuje tylko obciążenia promieniowe lub osiowe, ale łożyska stożkowe przenoszą zarówno obciążenia promieniowe, jak i osiowe i generalnie mogą przenosić większe obciążenia niż łożyska kulkowe ze względu na ich większą powierzchnię styku. Stosowane są np. w kołach większości pojazdów lądowych. Wadą tego łożyska jest to, że ze względu na złożoność produkcji są one zwykle droższe niż łożyska kulkowe; a ponadto, pod dużymi obciążeniami, wałek stożkowy zachowuje się jak klin, a obciążenia, które obsługuje, mają tendencję do wypychania wałka. W konsekwencji siła kołnierza utrzymującego wałeczek w łożysku zwiększa tarcie łożyska w porównaniu z łożyskami kulkowymi.

Łożysko stożkowe, ze względu na skośne położenie wałeczków i bieżni, jest szczególnie odpowiednie do wytrzymywania jednoczesnych obciążeń promieniowych i osiowych. W przypadkach, w których obciążenie osiowe jest bardzo ważne, istnieje szereg łożysk, których kąt jest bardzo otwarty. Łożysko to musi być zamontowane w opozycji do innego łożyska, które jest w stanie wytrzymać siły osiowe działające w przeciwnym kierunku. Łożysko jest zdejmowane; pierścień wewnętrzny z rolkami i pierścień zewnętrzny są montowane oddzielnie.

Łożyska baryłkowe

Łożysko baryłkowe

samonastawne łożysko kulkowe

Łożysko baryłkowe zachowuje się częściowo jak przegub kulowy, dzięki temu, że posiada pierścień zewnętrzny z bieżnią o sferycznym profilu. Rolki w kształcie beczki są grubsze w środku i cieńsze na końcach. Może pomieścić zarówno statyczne, jak i dynamiczne niewspółosiowość. Są one jednak trudnym typem do produkcji, a zatem drogim i wykazują większe tarcie niż idealne łożyska walcowe lub stożkowe, ponieważ muszą tolerować pewien poślizg między elementami tocznymi a pierścieniami, które je zawierają.

Stosowane są w aplikacjach, w których mogą wystąpić znaczne niewspółosiowości, np. ze względu na efekt rozszerzania, zginania w osi lub ze względu na sposób budowy. W ten sposób mają one dwa stopnie swobody odpowiadające obrotowi pierścienia wewnętrznego względem dwóch osi geometrycznych prostopadłych do osi pierścienia zewnętrznego. Łożyska tego typu mają mniejsze tarcie niż inne typy, więc nagrzewają się mniej przy tym samym obciążeniu i prędkości, dzięki czemu są odpowiednie do wyższych prędkości.

Istnieją dwa główne typy:

• Łożysko baryłkowe:

Jego rolki mają kształt beczki. Ma dwa rzędy wałeczków ze wspólną sferyczną bieżnią na pierścieniu zewnętrznym, dzięki czemu jest samonastawny. Ilość i wielkość rolek zapewnia bardzo dużą nośność. Większość serii może wytrzymać silne obciążenia promieniowe, a także znaczne obciążenia osiowe w obu kierunkach.

• Łożysko kulkowe wahliwe:

Ma dwa rzędy kulek, które spoczywają na kulistej bieżni na pierścieniu zewnętrznym, umożliwiając kątową niewspółosiowość osi w stosunku do podpory.

Łożyska toroidalne (CARB)

CARB są łożyskami toroidalnymi, podobnymi do łożysk baryłkowych , ale mogą kompensować zarówno niewspółosiowość kątową, jak i przemieszczenie osiowe. W porównaniu do łożysk baryłkowych, ich promień krzywizny jest większy, co czyni je pośrednim kształtem pomiędzy rolkami baryłkowymi i cylindrycznymi. Zwykle stosuje się je w parze z innym łożyskiem, które ustala osiowo wał, którym zwykle jest łożysko baryłkowe . To swobodne walcowanie może być zaletą, ponieważ może być stosowane w celu umożliwienia niezależnej rozszerzalności cieplnej wału i wspornika, w którym jest on umieszczony.

Łożyska toroidalne zostały wprowadzone w 1995 roku przez firmę SKF jako „łożyska CARB”. Jej wynalazcą był inżynier Magnus Kellström. ]

Toczenie osiowe

łożysko oporowe z cylindrami

sferyczne łożysko oporowe

łożysko wzdłużne igiełkowe

łożysko kulkowe wzdłużne

Ta kategoria obejmuje te łożyska, w których pierścienie toczne są takie same i są rozmieszczone w dwóch równoległych płaszczyznach, pomiędzy którymi toczą się wałeczki lub kulki.

Łożyska oporowe

Łożyska oporowe lub osiowe, jak sugeruje ich nazwa, są przeznaczone do przenoszenia sił osiowych, takich jak te przenoszone przez wały pionowe. Popularne konstrukcje to łożyska wzdłużne, łożyska baryłkowe wzdłużne , łożyska stożkowe wzdłużne lub łożyska walcowe wzdłużne.

Istnieje wiele rodzajów:

• Łożysko kulkowe wzdłużne jednokierunkowe:

Składa się z rzędu kulek pomiędzy dwoma pierścieniami, z których jeden, osadzony na wale, ma płaskie gniazdo, a drugi, osadzony na podporze, może mieć płaskie lub kuliste gniazdo. W tym drugim przypadku łożysko spoczywa na kontrpłycie. Łożyska ślizgowe z pewnością powinny być preferowane w większości zastosowań, ale łożyska sferyczne są bardzo przydatne w niektórych przypadkach, aby zrekompensować drobne niedokładności wykonania obudowy. Łożysko jest przeznaczone do wytrzymania obciążenia osiowego tylko w jednym kierunku. Przykładem są łożyska osi obrotu kierownicy roweru.

• Łożyska oporowe igiełkowe:

Zaprojektowane do przenoszenia dużych obciążeń osiowych, są niewrażliwe na obciążenia udarowe i są używane w zastosowaniach wymagających dużej wytrzymałości, wymagających minimalnej przestrzeni osiowej.

• Łożyska walcowe wzdłużne:

Nadają się do zastosowań, które muszą wytrzymać duże obciążenia osiowe. Ponadto są również odporne na wstrząsy, mocne i wymagają niewielkiej przestrzeni osiowej. Mogą przyjmować obciążenia osiowe tylko w jednym kierunku (w którym rolki są ściskane). Jego główne zastosowanie znajduje się w aplikacjach, w których nośność łożysk kulkowych wzdłużnych jest niewystarczająca.

• Łożyska baryłkowe wzdłużne:

Łożysko baryłkowe wzdłużne posiada rząd ukośnie umieszczonych wałeczków, które prowadzone przez kołnierz na pierścieniu zamocowanym do wału obracają się po kulistej powierzchni pierścienia spoczywającego na podporze. W konsekwencji łożysko ma dużą nośność i jest samonastawne. Ze względu na konstrukcję powierzchni nośnej rolek na kołnierzu prowadzącym, rolki obracają się oddzielone od kołnierza cienką warstwą oleju. Łożysko może więc obracać się z dużą prędkością, jednocześnie przenosząc duże obciążenia. W przeciwieństwie do innych łożysk oporowych może również wytrzymać obciążenia promieniowe.

Łożyska ruchu liniowego

Łożyska do ruchu liniowego są zazwyczaj przeznaczone do wałów lub płaskich powierzchni. Często są to cylindry montowane na ramie, którą następnie umieszcza się pomiędzy dwiema płaskimi powierzchniami. Typowym przykładem jest sprzęt do obsługi szuflad. Istnieją również specjalne łożyska, które umożliwiają liniowe przemieszczenie wału za pomocą kulek łożyskowych włożonych w rowek zaprojektowany tak, aby recyrkulował z jednego końca na drugi, gdy wał porusza się względem łożyska. Nazywa się je liniowymi łożyskami kulkowymi ​ lub łożyskami recyrkulacyjnymi .

Klatki

Części łożyska kulkowego:
1. Pierścień
zewnętrzny 2. Rowek zewnętrzny
3. Kulki
4. Koszyk
5. Rowek
wewnętrzny 6. Pierścień wewnętrzny

łożysko stożkowe

W nowoczesnych łożyskach elementy toczne (kulki, cylindry, igiełki, bębny lub stożki) są utrzymywane w tej samej odległości od siebie przez koszyk . Starsze typy łożysk tocznych i konstrukcje specjalne nie wymagają tego elementu. W szczególności łożyska w systemach sterowania samolotami są bezklatkowe. W rezultacie na łożysko można zastosować więcej elementów tocznych, co znacznie zwiększa nośność. Nadają się jednak tylko do dużych prędkości.

Materiał koszyka był kiedyś mosiądzem ze względu na płynniejszą pracę. Obecnie, ze względu na cenę i wagę, klatka jest zwykle wykonana z tworzywa poliamidowego (najczęściej wzmocnionego włóknem szklanym). Koszyk z niehartowanej stali niskostopowej jest stosowany w wielu typach łożysk. Koszyki mosiężne są nadal używane, zwłaszcza w większych łożyskach, gdzie koszty sprzętu wymagane do produkcji koszyków z tworzywa sztucznego lub blachy stalowej nie są tego warte.

Materiały

Łożyska są zwykle wykonane z bardzo twardej, ale łatwo utlenialnej stali chromowej (typ 100Cr6), stali o zawartości ok. 1% węgla i 1,5% chromu. Inne stale to np. 100CrMnSi6-4 i 100CrMo7, do których dodaje się mangan (Mn) i molibden (Mo) w celu uzyskania większej twardości i odporności na zużycie.

Do zastosowań w środowiskach korozyjnych stosuje się stale wysokostopowe , takie jak X65Cr13 i X30CrMoN15-1. Te ostatnie można również stosować w organizmie człowieka, przynajmniej przez kilka dni. Stale do hartowania nigdy nie są całkowicie „nierdzewne”, a jedynie przez pewien czas mają zwiększoną odporność na korozję.

Istnieją łożyska do specjalnych warunków pracy:

• Wykonany ze stali nierdzewnej do środowisk agresywnych
• Dwumateriałowy, gdzie pierścienie łożyskowe wykonane są ze stali, a elementy toczne z ceramiki ( azotek krzemu lub dwutlenek cyrkonu), np. w łożyskach do wrzecion obrabiarek
• Łożyska ceramiczne, w których zarówno pierścienie łożyskowe, jak i elementy toczne wykonane są z azotku krzemu , dwutlenku cyrkonu lub węglika krzemu
• Łożyska z tworzyw sztucznych ze szklanymi lub ceramicznymi elementami tocznymi odporne na agresywne kwasy lub zasady w przemyśle chemicznym i spożywczym
• Łożyska z koszykiem z tworzywa sztucznego zapewniają cichą pracę
• Łożyska z powłoką izolującą prąd na pierścieniu zewnętrznym lub wewnętrznym, aby zapobiec niepożądanemu przepływowi prądu przez łożysko, a tym samym uszkodzeniom spowodowanym korozją elektryczną, np. przy użyciu przetwornic częstotliwości do sterowania prędkością silników trójfazowych

Aplikacje

Łożyska są używane w aplikacjach, które wymagają niskiego tarcia przy niskich prędkościach i dużych obciążeniach oraz gdzie prędkości często się zmieniają.

Zalety łożysk tocznych nad łożyskami ślizgowymi	Wady łożysk wałeczkowych w porównaniu z łożyskami ślizgowymi
Niskie tarcie, a zatem niskie wytwarzanie ciepła Brak efektu stick-slip (moment rozruchowy nieco wyższy niż moment roboczy) Niskie zapotrzebowanie na smar Prawie nie wymaga pielęgnacji i konserwacji Dobra podstawa do standaryzacji i oceny, dlatego łatwo wymienialna Kierunek obrotu można zmienić bez zmian konstrukcyjnych	Wrażliwy na wstrząsy i wibracje podczas postoju i przy niskich prędkościach Ograniczona prędkość maksymalna i życie wrażliwy na zabrudzenia kompleksowa konstrukcja najwyższy poziom dźwięku

Instalacja

Piedestał kołnierz z czterema śrubami; dwa kołnierze śrubowe; mocowanie dolne

Łożyska są zwykle montowane na półosiach lub wałach .

W przypadku konstrukcji specjalnych (bez oddzielnych pierścieni wewnętrznych i zewnętrznych), szlifowane lub walcowane i hartowane bieżnie można wciskać bezpośrednio na wał i/lub w obudowę łożyska, a tym samym łożysko można zintegrować z tymi elementami. To rozwiązanie jest wybierane głównie ze względu na przestrzeń. Dlatego szczególnie nadają się do tego wałki igiełkowe.

Łożyska są często zabezpieczone przed poślizgiem za pomocą pierścienia ustalającego, przeciwnakrętki lub tulei dystansowej. W celu ochrony przed zanieczyszczeniami montuje się je z obudową lub przykrywa uszczelką zabezpieczającą smar .

Aby nie uszkodzić łożyska, nacisk wywierany podczas montażu nie może być przenoszony przez elementy toczne. Dzięki specjalnym narzędziom, takim jak tuleja napędowa, łożysko jest przepychane tylko przez pierścień zewnętrzny. Łożyska igiełkowe należy dociskać trzpieniem.

W przypadku dużych łożysk siły nacisku są również wyższe, dlatego przed montażem są one podgrzewane do 80-100°C w kąpieli olejowej lub grzałką elektryczną. Pierścienie rozszerzają się minimalnie i dzięki temu można je łatwiej wcisnąć na wał.

Z kolei przy demontażu łożysk należy upewnić się, że używane jest właściwe narzędzie. Istnieje wiele typów znormalizowanych podpór, które pozwalają na umieszczenie łożysk wewnątrz, stosowanych w projektowaniu wielu typów maszyn.

Awaria łożyska

Uszkodzony pierścień wewnętrzny tylnego łożyska roweru górskiego z powodu kombinacji warunków wysokiej wilgotności, niedostatecznego smarowania, nieprawidłowej regulacji napięcia wstępnego i zmęczenia spowodowanego częstymi obciążeniami udarowymi

Łożyska często działają dobrze w mniej niż idealnych warunkach, ale drobne problemy czasami powodują ich szybką i tajemniczą awarię. Na przykład, przy obciążeniu stacjonarnym (nie obracającym się), niewielkie wibracje mogą stopniowo wypychać smar pomiędzy bieżnie a rolki lub kulki ( fałszywe ścinanie ). Bez smaru łożysko ulega awarii, mimo że się nie obraca i dlatego najwyraźniej nie jest używane. Z tego rodzaju powodów znaczna część konstrukcji łożysk jest związana z analizą uszkodzeń. Analiza zarejestrowanych drgań może być wykorzystana do identyfikacji uszkodzeń łożysk. ]

Istnieją trzy wspólne granice trwałości łożyska lub nośności: ścieranie, zmęczenie i spawanie ciśnieniowe. Ścieranie występuje, gdy powierzchnia jest ścierana przez twarde zanieczyszczenia, które rysują materiały łożyska. Zmęczenie występuje, gdy materiał staje się kruchy po wielokrotnym załadunku i rozładunku. Tam, gdzie kulka lub rolka dotyka toru, zawsze występuje pewne odkształcenie, a zatem istnieje ryzyko zmęczenia. Mniejsze kulki lub rolki odkształcają się bardziej gwałtownie i dlatego mają tendencję do szybszego zmęczenia. Spawanie indukowane ciśnieniem może wystąpić, gdy dwa stykające się ze sobą kawałki metalu zostaną poddane bardzo wysokiemu naciskowi i staną się jednym. Chociaż kulki, rolki i gąsienice mogą wydawać się gładkie, są one mikroskopijnie szorstkie. Dlatego w łożysku znajdują się punkty wysokiego ciśnienia, z których środek smarny ma tendencję do wypierania . Czasami powstały styk metal-metal przyspawa mikroskopijną część kuli lub rolki do toru. Gdy łożysko nadal się obraca, spoina pęka, ale może pozostawić fragment bieżni przyspawany do łożyska lub kawałek materiału łożyska przyspawany do bieżni.

Chociaż istnieje wiele innych widocznych przyczyn awarii łożysk, większość z nich można zawęzić do tych trzech. Na przykład łożysko pracujące na sucho ulegnie awarii nie dlatego, że jest „zagłodzone”, ale dlatego, że brak smarowania powoduje zmęczenie i spawanie, a powstałe szczątki zużycia mogą powodować ścieranie. Podobne zjawiska występują przy fałszywym uszkodzeniu przez przebicie. W zastosowaniach o dużej prędkości przepływ oleju obniża również temperaturę metalu łożyska poprzez konwekcję i staje się radiatorem generowanym przez straty spowodowane tarciem w łożysku.

ISO sklasyfikowało awarie łożysk w dokumencie o numerze ISO 15243. ]

Modele obliczeniowe trwałości

Żywotność łożyska jest wyrażona jako liczba obrotów lub liczba godzin pracy przy danej prędkości, którą łożysko jest w stanie wytrzymać, zanim pojawią się pierwsze oznaki zmęczenia metalu (znanego również jako odpryskiwanie ) po wewnętrznej lub zewnętrznej stronie bieżnie lub na elemencie tocznym. Możliwe jest obliczenie żywotności łożysk za pomocą tak zwanych modeli życia. Dokładniej, do określenia rozmiaru łożyska stosuje się modele żywotności, ponieważ musi to być wystarczające, aby zapewnić, że łożysko jest wystarczająco mocne, aby zapewnić wymaganą żywotność w określonych określonych warunkach pracy.

Jednak w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych pozornie identyczne łożyska pracujące w identycznych warunkach mogą mieć różną indywidualną żywotność łożyska. Dlatego trwałość łożyska nie może być obliczona na podstawie konkretnych łożysk, ale jest powiązana statystycznie, w odniesieniu do populacji łożysk. Wszystkie informacje dotyczące nośności bazują wówczas na przewidywanym okresie użytkowania, który osiągnie lub przekroczy 90% wystarczająco dużej grupy pozornie identycznych łożysk. Daje to jaśniejszą definicję pojęcia trwałości łożyska, która jest niezbędna do obliczenia jego prawidłowego rozmiaru. Dlatego modele życia mogą pomóc w bardziej realistycznym przewidywaniu osiągów łożysk.

Przewidywanie trwałości łożysk jest opisane w normie ISO 281 i normach 9 i 11 American Bearing Manufacturers Association przez American National Standards Institute . ]

Tradycyjny model przewidywania trwałości łożysk wykorzystuje podstawowe równanie trwałości: ]

$${\ Displaystyle L_ {10} = (C / P) ^ {p}}$$

Gdzie:

• ${\ Displaystyle L_ {10}}$to „podstawowa żywotność” (zwykle wyrażona w milionach obrotów) dla 90% niezawodności, tj. nie więcej niż 10% łożysk może ulec awarii
• $C$jest indeksem obciążenia dynamicznego łożyska, wskazanym przez producenta
• $P$jest równoważnym obciążeniem dynamicznym przyłożonym do łożyska
• $p$jest stałą: 3 dla łożysk kulkowych, 4 dla czystego kontaktu liniowego i 3,33 dla łożysk wałeczkowych

Trwałość podstawowa to okres, który ma osiągnąć lub przekroczyć 90% łożysk. Średnia lub średnia trwałość, czasami nazywana średnim czasem między awariami (MTBF), jest w przybliżeniu pięciokrotnością obliczonej podstawowej trwałości znamionowej. ] ${\ Displaystyle L_ {10}}$

Różne czynniki, „ pięcioczynnikowy model ASME ”, można wykorzystać do dalszego dostosowania trwałości eksploatacyjnej w zależności od oczekiwanej niezawodności, smarowania lub zanieczyszczenia. ${\ Displaystyle L_ {10}}$

Główną implikacją tego modelu jest to, że trwałość łożyska jest skończona i jest zmniejszona o moc sześcienną stosunku obciążenia projektowego do obciążenia przyłożonego. Model ten został opracowany na podstawie jego pracy w latach 1924, 1947 i 1952 przez Arvida Palmgrena i Gustafa Lundberga w artykule „Dynamic Capacity of Bearings”. ​ Model pochodzi z 1924 roku, a wartości powojenne są stałe. Wyższe wartości przekładają się na dłuższą żywotność prawidłowo użytkowanego łożyska poniżej jego obciążenia projektowego lub też na wyższy wskaźnik skrócenia żywotności przy przeciążeniu. $p$$p$

Uznano, że ten model stał się niedokładny dla nowoczesnych łożysk. Zwłaszcza ze względu na poprawę jakości stali łożyskowych mechanizmy, dzięki którym awarie rozwijają się w modelu 1924, nie są już tak znaczące. W latach 90. okazało się, że prawdziwe łożyska zapewniają do 14 razy dłuższą żywotność niż oczekiwano. Przedstawiono wyjaśnienie oparte na zmęczeniu materiału ; gdyby łożysko było obciążone tak, aby nigdy nie przekroczyło naprężenia zmęczeniowego , wówczas mechanizm zniszczenia zmęczeniowego Lundberga-Palmgrena po prostu nigdy by nie wystąpił. Zostało to oparte na badaniach przeprowadzonych z jednorodnym odlewem próżniowym, takim jak AISI 52100, w którym uniknięto wtrąceń wewnętrznych, które wcześniej działały jako elementy wzmacniające naprężenia w elementach tocznych, a także na gładszych wykończeniach bieżni łożysk, które zapobiegały obciążeniom udarowym. Stała miała teraz wartości 4 dla łożysk kulkowych i 5 dla łożysk wałeczkowych. Zakładając, że przestrzegano limitów obciążenia, idea „granicy zmęczenia” weszła do obliczeń trwałości łożyska: gdyby łożysko nie było obciążone powyżej tej granicy, jego teoretyczna trwałość byłaby ograniczona jedynie czynnikami zewnętrznymi, takimi jak zanieczyszczenie lub awaria smarowania . $p$

Firma FAG wprowadziła nowy model trwałości łożyska, który został opracowany przez SKF jako model Ioannides-Harris. ​ W ISO 281:2000 po raz pierwszy zastosowano ten model, a ISO 281:2007 jest na nim oparta.

Pojęcie granicy zmęczenia, a tym samym norma ISO 281:2007, pozostaje kontrowersyjne, przynajmniej w USA ]

Uogólniony model trwałości łożyska (GBLM)

W 2015 r. wprowadzono uogólniony model trwałości łożysk SKF (GBLM). W przeciwieństwie do poprzednich modeli życia, metoda GBLM wyraźnie oddziela tryby defektów powierzchni i podpór, dzięki czemu model jest elastyczny, aby uwzględnić kilka różnych rodzajów defektów. Nowoczesne łożyska i aplikacje wykazują mniej awarii, ale są one bardziej związane z naprężeniami powierzchniowymi. Dzięki oddzieleniu powierzchni od podłoża łatwiej można zidentyfikować mechanizmy łagodzące. Metoda wykorzystuje zaawansowane modele tribologiczne do wprowadzenia funkcji trybu zniszczenia dla uszkodzeń powierzchni, uzyskanej z oceny zmęczenia powierzchni. W przypadku zmęczenia podpory metoda GBLM wykorzystuje klasyczny model styku tocznego Hertza. Ponadto obejmuje wpływ smarowania, zanieczyszczenia i właściwości powierzchni bieżni, które razem wpływają na rozkład naprężeń w kontakcie tocznym.

W 2019 r. ponownie uruchomiono Generalized Bearing Life Model. Zaktualizowany model oferuje również obliczenia trwałości eksploatacyjnej łożysk hybrydowych, tj. łożysk ze stalowymi pierścieniami i ceramicznymi (azotku krzemu) elementami tocznymi. ​ Nawet jeśli wersja 2019 GBLM została opracowana przede wszystkim w celu realistycznego określenia żywotności łożysk hybrydowych, koncepcja ta może być również stosowana w przypadku innych produktów i trybów awaryjnych.

Ograniczenia projektowe

Wszystkie części łożyska podlegają wielu ograniczeniom konstrukcyjnym. Na przykład bieżnie wewnętrzna i zewnętrzna często mają skomplikowane kształty, co utrudnia ich produkcję. Kulki i wałeczki, choć prostsze w kształcie, są małe; Ponieważ wyginają się ostro w miejscu biegu, łożyska są podatne na zmęczenie. Na obciążenia w zestawie łożysk wpływa również prędkość robocza: rolki mogą obracać się z prędkością ponad 100 000 obr./min, a główne naprężenie może być związane z pędem , a nie z przyłożonym obciążeniem. Mniejsze elementy toczne są lżejsze i dlatego mają mniejszy pęd, ale mniejsze elementy również wyginają się bardziej ostro w miejscach, w których stykają się z wyścigiem, co powoduje ich szybsze uszkodzenie ze względu na zmęczenie. Maksymalne prędkości łożysk tocznych są często podawane w 'nD _m ', które są iloczynem średniej średnicy (w mm) i maksymalnych obrotów. W przypadku łożysk skośnych, nD _m przekraczające 2,1 miliona okazały się niezawodne w zastosowaniach rakietowych o wysokiej wydajności. ]

Istnieje również wiele problemów z materiałami: twardszy materiał może być bardziej odporny na ścieranie, ale jest bardziej podatny na pęknięcia zmęczeniowe, więc materiał różni się w zależności od zastosowania, a stal jest bardziej powszechna w łożyskach, tworzywach sztucznych, szkle i ceramika jest również w powszechnym użyciu. Niewielka wada (nieregularność) materiału jest zwykle odpowiedzialna za uszkodzenie łożyska; Jednym z największych ulepszeń w zakresie trwałości łożysk w drugiej połowie XX  wieku było zastosowanie bardziej jednorodnych materiałów niż lepszych materiałów lub smarów (chociaż oba były również znaczące). Właściwości smaru zmieniają się w zależności od temperatury i obciążenia, więc najlepszy smar zależy od zastosowania.

Chociaż łożyska mają tendencję do zużywania się podczas użytkowania, projektanci mogą dokonywać kompromisów między rozmiarem łożyska a kosztem i trwałością łożyska. Łożysko może pracować w nieskończoność, dłużej niż reszta maszyny, jeśli jest chłodne, czyste, nasmarowane, pracujące w obciążeniu znamionowym, a materiały łożyskowe są wystarczająco wolne od mikroskopijnych wad. Chłodzenie, smarowanie i uszczelnianie są zatem ważnymi elementami konstrukcji łożyska.

Wymagana trwałość łożyska różni się również w zależności od zastosowania. Na przykład, Tedric A. Harris w swojej „Analizie łożysk” donosi o pompie tlenowej nałożonej na amerykański prom kosmiczny STS , której nie można było właściwie odizolować od pompowanego ciekłego tlenu . Wszystkie smary reagowały z tlenem, powodując pożary i inne awarie. Rozwiązaniem było nasmarowanie łożyska tlenem. Chociaż ciekły tlen jest słabym środkiem smarnym, był odpowiedni, ponieważ żywotność pompy wynosiła tylko kilka godzin.

Środowisko operacyjne i potrzeby serwisowe są również ważnymi względami projektowymi. Niektóre zespoły łożyskowe wymagają rutynowego dodawania smarów, podczas gdy inne są fabrycznie uszczelnione , co nie wymaga dalszej konserwacji przez cały okres eksploatacji zespołu mechanicznego. Chociaż uszczelnienia są atrakcyjne, zwiększają tarcie, a w trwale uszczelnionym łożysku smar może zostać zanieczyszczony twardymi cząstkami, takimi jak wióry stalowe z bieżni lub łożyska, piasek lub żwir przechodzący przez uszczelnienie. Zanieczyszczenia w smarze są czynnikiem ściernym i znacznie zmniejszają żywotność zespołu łożyska. Inną ważną przyczyną awarii jest obecność wody w oleju smarowym. W ostatnich latach wprowadzono wbudowane monitory typu woda w oleju w celu monitorowania wpływu cząstek stałych i obecności wody w oleju oraz ich łącznego efektu.

Nazwa techniczna

Łożyska toczne o wymiarach metrycznych posiadają oznaczenia alfanumeryczne, zdefiniowane przez ISO 15, które służą do określenia wszystkich ich parametrów fizycznych. Główne oznaczenie to siedmiocyfrowa liczba z opcjonalnymi znakami alfanumerycznymi przed lub po zdefiniowaniu dodatkowych parametrów. Zatem cyfry będą definiowane w postaci: 7654321. Żadne zero na lewo od ostatniej zdefiniowanej cyfry nie jest drukowane; np. oznaczenie 0007208 odbitek jako 7208. ]

Cyfry jeden i dwa razem są używane do określenia średnicy wewnętrznej (ID) łożyska. W przypadku średnic od 20 do 495 mm włącznie oznaczenie należy pomnożyć przez pięć w celu uzyskania identyfikatora; na przykład oznaczenie 08 to ID 40 mm. Dla średnic wewnętrznych mniejszych niż 20 stosuje się następujące oznaczenia: 00 = 10 mm ID, 01 = 12 mm ID, 02 = 15 mm ID i 03 = 17 mm ID. Trzecia cyfra określa „serię średnic”, która określa średnicę zewnętrzną (OD). Szereg średnic, zdefiniowany w porządku rosnącym, to: 0, 8, 9, 1, 7, 2, 3, 4, 5, 6. Czwarta cyfra określa typ łożyska: ]

0. Promieniowy z rzędem kulek

1. Sferyczny radial z dwoma rzędami kulek

2. Promieniowy z cylindrami

3. Sferyczny promieniowy z dwoma rzędami cylindrów

4. Igły lub z długimi cylindrami

5. Promieniowy z cylindrami spiralnymi

6. Promieniowo-osiowe z rzędem kulek

7. Stożkowe

8. Osiowy z kulkami lub osiowo-promieniowy z kulkami

9. Osiowy z cylindrami lub osiowo-promieniowy z cylindrami

Piąta i szósta cyfra określają modyfikacje konstrukcyjne łożyska. Na przykład w łożyskach promieniowo-oporowych cyfry określają kąt działania lub obecność uszczelek w dowolnym typie łożyska. Siódma cyfra określa „serię grubości” lub grubość łożyska. Serie grubości, określone od najlżejszego do najcięższego, to: 7, 8, 9, 0, 1 (seria bardzo lekka), 2 (seria lekka), 3 (seria średnia), 4 (seria ciężka). Trzecia i siódma cyfra określają „szereg wymiarowy” łożyska. ]

Istnieją cztery opcjonalne znaki prefiksu, zdefiniowane tutaj jako A321-XXXXXXX (gdzie X są głównym oznaczeniem), które są oddzielone od głównego oznaczenia myślnikiem. Pierwszy znak, A, to klasa łożyska, określona w porządku rosnącym: C, B, A. Klasa definiuje dodatkowe wymagania dotyczące drgań, odchyłek kształtu, tolerancji bieżni i innych parametrów, które nie są określone przez znak oznaczenia. Drugi znak to moment tarcia (tarcie przeciwstawne do obrotu), który jest określony w kolejności rosnącej liczbą od 1 do 9. Trzeci znak to luz promieniowy, który jest zwykle określany liczbą od 0 do 9 (włącznie), w porządku rosnącym; jednakże w przypadku łożysk promieniowo-oporowych jest on definiowany jako liczba od 1 do 3 włącznie. Czwarty znak to oceny dokładności, które zazwyczaj są w porządku rosnącym: 0 (normalny), 6X, 6, 5, 4, T i 2. Oceny 0 i 6 są najbardziej powszechne; Oceny 5 i 4 są używane w aplikacjach o dużej prędkości; a ocena 2 jest używana w żyroskopach . Dla łożysk stożkowych podane są wartości w kolejności rosnącej: 0, N i X, gdzie 0 to 0, N to „normalne”, a X to 6X. ]

Istnieje pięć opcjonalnych znaków, które można zdefiniować po głównym oznaczeniu: A, E, P, C i T; są one przybijane bezpośrednio do końca głównego oznaczenia. W przeciwieństwie do prefiksu nie wszystkie oznaczenia muszą być zdefiniowane. „A” oznacza zwiększoną nośność dynamiczną. „E” oznacza użycie plastikowej klatki. „P” wskazuje, że zastosowano stal żaroodporną. „C” wskazuje rodzaj użytego smaru (C1–C28). „T” oznacza stopień, w jakim elementy łożyska zostały odpuszczone (T1–T5). ]

Podczas gdy producenci stosują ISO 15 w przypadku oznaczeń numerów części na niektórych swoich produktach, często zdarza się, że producenci przyjmują własne systemy numerów części, które nie odpowiadają ISO 15. ]

Zobacz także

• trybologia
• Łożysko
• łożysko ślizgowe
• Powierzchnia nośna
• nożyce do wykrawania
• Łożysko kulkowe
• łożysko przekładni
• Łożysko baryłkowe
• Smar)
• Załącznik: Części wózka

Dalsze czytanie

• Johannesa Brandleina; Paula Eschmana; Ludwiga Hasbargena; Karla Weiganda (1999). Łożyska kulkowe i wałeczkowe: teoria, konstrukcja i zastosowanie (wydanie trzecie). Wileya. ISBN  0-471-98452-3 . 

Linki zewnętrzne

• Wikimedia Commons zawiera kategorię mediów na Łożyska .
• Wikimedia Commons zawiera kategorię mediów na Łożyska .
• Typy łożysk - Społeczność
• Publikacja techniczna dotycząca smarowania łożysk
• Instrukcja techniczna NASA Łożysko toczne (NASA-RP-1105)
• Instrukcja techniczna NASA Smarowanie elementów maszyn (NASA-RP-1126)
• Jak działają łożyska
• Kinematic Models for Design Digital Library (KMODDL) - Filmy i zdjęcia setek modeli systemów mechanicznych pracujących na Cornell University. Zawiera również bibliotekę e-booków zawierającą klasyczne teksty dotyczące projektowania mechanicznego i inżynierii.
• Charakterystyka tłumienia i sztywności łożysk tocznych: teoria i eksperyment (praca doktorska, Paul Dietl, TU Wiedeń, 1997