Co to jest łożysko skośne i jak działa?

Co to jest łożysko skośne

Łożysko skośne to rodzaj łożyska kulkowego lub wałeczkowego zaprojektowanego z bieżniami ustawionymi pod kątem przesuniętym w stosunku do osi łożyska, umożliwiającym podparcie jednocześnie połączone obciążenia promieniowe i osiowe (wzdłużne). zamiast przenosić tylko jeden rodzaj obciążenia, jak standardowe łożysko zwykłe. To przesunięcie, zwane kątem zwilżania, zwykle mieści się w zakresie od 15° do 40° i określa, jak duże obciążenie osiowe łożysko może wytrzymać w porównaniu z obciążeniem promieniowym.

Łożyska kulkowe skośne w szczególności wykorzystują kulki jako element toczny i są najpowszechniejszą formą tego typu łożysk, szeroko stosowaną we wrzecionach obrabiarek, pompach i skrzyniach biegów, gdzie na wały działają siły wzdłużne pochodzące od zazębienia przekładni lub ciśnienia płynu wraz z normalnymi obciążeniami promieniowymi. Łożysko z Kąt zwilżania 40° może wytrzymać w przybliżeniu dwukrotnie większe obciążenie osiowe niż łożysko o kącie 15° przy tym samym rozmiarze łożyska, dlatego też wybór prawidłowego kąta działania jest pierwszą decyzją w każdym zastosowaniu.

Jak działają łożyska kulkowe skośne

Wewnątrz standardowego łożyska zwykłego bieżnie wewnętrzna i zewnętrzna są ustawione tak, że kontakt pomiędzy kulką a bieżnią następuje bezpośrednio w płaszczyźnie promieniowej. W łożysku skośnym bieżnie są szlifowane asymetrycznie, tak że linia łącząca punkty styku na bieżni wewnętrznej i zewnętrznej tworzy kąt względem promieniowej płaszczyzny łożyska.

Dlaczego kąt umożliwia siłę ciągu

Ponieważ ścieżka obciążenia przebiega przez kulkę ukośnie, a nie prosto, część dowolnego obciążenia promieniowego przekształca się w składową siły osiowej i odwrotnie, łożysko może wytrzymać obciążenia osiowe popychające wał w jednym kierunku. Z tego powodu łożyska skośne są prawie zawsze montowane parami lub zestawami, ponieważ pojedyncze łożysko wytrzymuje nacisk tylko w jednym kierunku osiowym.

Jednokierunkowe ograniczenie ciągu

Pojedyncze łożysko skośne może przenosić jedynie obciążenie osiowe, popychając wał w stronę, w której „otwiera się” kąt działania. Odwrotny ciąg nie będzie obsługiwany, co jest głównym powodem, dla którego łożyska te są zwykle łączone w pary w rzeczywistych zespołach tyłem do siebie lub twarzą w twarz.

Klasy kąta zwilżania i ich nośność

Producenci produkują łożyska kulkowe skośne w kilku znormalizowanych klasach kąta działania, z których każda jest dostosowana do innego bilansu prędkości i nośności osiowej.

Co do zasady, niższe kąty zwilżania obsługują wyższe prędkości ponieważ mniejsza siła nacisku kuli jest skierowana osiowo, co zmniejsza wytwarzanie ciepła, podczas gdy wyższe kąty zwilżania zamieniają pewną prędkość na rzecz większego wsparcia obciążenia wzdłużnego.

Konfiguracje łożysk i ustalenia montażowe

Ponieważ pojedyncze łożysko skośne przenosi tylko ciąg jednokierunkowy, producenci dostarczają je w wstępnie dobranych zestawach, szlifowanych w celu dopasowania do siebie z odpowiednim luzem wewnętrznym. Wybrana konfiguracja wpływa na sztywność, tolerancję niewspółosiowości i obsługiwane kierunki obciążenia.

W przypadku wrzecion obrabiarek ogólnie preferowane są układy typu back-to-back (DB), ponieważ szersza efektywna odległość środkowa między dwoma łożyskami zapewnia znacznie większa odporność na przechylanie wału pod obciążeniem momentowym w porównaniu z ustawieniem twarzą w twarz.

Łożyska skośne a inne typy łożysk

Inżynierowie często porównują łożyska kulkowe skośne z łożyskami kulkowymi zwykłymi i łożyskami stożkowymi, gdy wał musi wytrzymać zarówno obciążenia promieniowe, jak i osiowe.

Łożyska kulkowe skośne znajdują się w praktycznym położeniu pośrednim: tolerują prędkości około 20-30% wyższy niż łożyska stożkowe porównywalnej wielkości ze względu na mniejsze tarcie toczne, a jednocześnie radzą sobie ze znaczącym obciążeniem wzdłużnym, którego łożyska zwykłe nie są w stanie wytrzymać niezawodnie.

Typowe zastosowania łożysk kulkowych skośnych

Połączenie zdolności promieniowej i wzdłużnej z dobrą wydajnością przy dużych prędkościach sprawia, że łożyska skośne są standardowym wyborem w kilku gałęziach przemysłu.

• Wrzeciona obrabiarek – Łożyska o kącie działania 15° w parach ustawionych tyłem do siebie wspierają siły skrawania, zachowując jednocześnie dokładność obrotową niezbędną do uzyskania precyzji submikronowej
• Samochodowe piasty kół przednich – łożyska o kącie działania 40° wytrzymują obciążenia wzdłużne na zakrętach wraz z masą pojazdu
• Pompy odśrodkowe i sprężarki – łożyska 25–30° zarządzają naciskiem osiowym generowanym przez różnicę ciśnień w wirniku
• Przekładnie z przekładniami śrubowymi lub stożkowymi – zestawy styków kątowych pochłaniają nieodłączny nacisk osiowy, jaki te typy przekładni wytwarzają podczas zazębiania
• Przeguby ramion robotów i stoły obrotowe – sparowane łożyska zapewniają sztywność niezbędną do przeciwstawienia się momentom przechylania w przegubie

Wstępne ładowanie i wybór klasy precyzji

Dwie dodatkowe specyfikacje określają działanie łożyska skośnego po zamontowaniu: poziom napięcia wstępnego i klasa precyzji.

Wstępnie załaduj

Zastosowanie małego, kontrolowanego obciążenia wewnętrznego (naprężenia wstępnego) podczas montażu pary łożysk eliminuje luz wewnętrzny i poprawia dokładność obrotu. Lekkie napięcie wstępne nadaje się do zastosowań wrzecion o dużej prędkości, natomiast duże napięcie wstępne stosuje się tam, gdzie maksymalna sztywność ma większe znaczenie niż prędkość maksymalna, np. we wrzecionach szlifierek.

Klasa precyzji

Łożyska są klasyfikowane zgodnie z normami ISO lub ABEC, z ABEC 7 lub ABEC 9 (ISO P4/P2) klasy zarezerwowane dla wysoce precyzyjnych prac wrzecionowych, podczas gdy standardowe łożyska ABEC 1 (ISO P0) są wystarczające do ogólnych przemysłowych skrzyń biegów i pomp, gdzie nie jest wymagana ekstremalna dokładność obrotu.

Najlepsze praktyki dotyczące instalacji i konserwacji

Ponieważ dopasowane zestawy łożysk są szlifowane parami, niewłaściwa obsługa podczas montażu jest jedną z najczęstszych przyczyn przedwczesnych awarii.

1. Nigdy nie mieszaj łożysk z różnych dopasowanych zestawów, ponieważ luz wewnętrzny jest szlifowany specjalnie dla tej pary
2. Przed montażem sprawdź, czy oznaczenia orientacji są prawidłowe (często strzałka lub litera na pierścieniu zewnętrznym), ponieważ odwrócenie łożyska w zestawie rozstawnym powoduje niezamierzone ustawienie rozbieżne
3. Rozprowadź równomiernie siłę montażową na powierzchni pierścienia wewnętrznego za pomocą tulei lub prasy, nigdy nie uderzając bezpośrednio w kulki lub koszyk
4. Sprawdź, czy tolerancje wału i obudowy odpowiadają zaleceniom producenta łożyska, ponieważ zbyt duży otwór w oprawie może zmniejszyć zamierzone napięcie wstępne
5. Dosmaruj ponownie w odstępach czasu określonych przez producenta; Łożyska wrzecion o dużej prędkości często wymagają układów olej-powietrze lub smar na cały okres eksploatacji, zamiast okresowego smarowania ręcznego

Dane terenowe od producentów łożysk konsekwentnie to pokazują nieprawidłowe ustawienie napięcia wstępnego jest przyczyną dużej części wczesnych uszkodzeń łożysk wrzeciona więcej niż wady materiałowe czy normalne zużycie, dlatego też procedury montażu z kontrolowanym momentem obrotowym są tak samo ważne, jak sam dobór łożyska.

Jak wybrać odpowiednie łożysko skośne

Wybór odpowiedniego łożyska sprowadza się do dopasowania kąta działania, konfiguracji i klasy precyzji do rzeczywistego profilu obciążenia i prędkości w danym zastosowaniu.

• Oblicz oczekiwany stosunek obciążenia osiowego do promieniowego; stosunki powyżej 0,5 zazwyczaj wymagają kąta zwilżania 30-40° zamiast 15°
• Wybierz montaż tyłem do siebie (DB), gdy największe znaczenie ma wytrzymałość na obciążenia momentowe i sztywność, oraz montaż czołowy (DF), gdy spodziewana jest niewielka niewspółosiowość wału
• Dopasuj klasę precyzji do wymagań dokładności aplikacji, zamiast domyślnie ustawiać najwyższą dostępną klasę, ponieważ niepotrzebnie mała precyzja zwiększa znaczne koszty bez korzyści funkcjonalnych w ogólnych zastosowaniach przemysłowych
• Potwierdzić, że prędkość znamionowa łożyska (często wyrażana jako wartość dn, średnica otworu razy obr./min) znacznie przekracza prędkość roboczą aplikacji
• Współpracuj z dostawcą, który zapewnia dokumentację dopasowanego zestawu i wyraźne oznaczenia orientacyjne, ponieważ nieoznakowane lub niedopasowane łożyska są trudne do prawidłowego montażu w terenie

Dokonanie tych wyborów już na etapie projektowania pozwala uniknąć znacznie droższego problemu diagnozowania przedwczesnego uszkodzenia łożyska, gdy maszyna jest już w eksploatacji.