Čo sú to dvojradové guľkové ložiská s kosouhlým stykom?

Dvojradové guľkové ložiská s kosouhlým stykom sú ložiskovou konštrukciou, ktorá kombinuje dva rady guľôčok s kosouhlým stykom v rámci jedného vnútorného a vonkajšieho krúžku, usporiadaných chrbtom k sebe tak, aby mohli súčasne znášať radiálne zaťaženie, axiálne zaťaženie v oboch smeroch a momentové zaťaženie. Kontaktný uhol každého radu je nastavený tak, aby sa línie zaťaženia z protiľahlých strán ložiska zbiehali k osi ložiska, čím sa vytvorila samostatná jednotka, ktorá odoláva nakláňacím silám bez toho, aby bolo potrebné druhé samostatne namontované ložisko na zvládnutie opačného axiálneho smeru. Z hľadiska konštrukčného princípu je dvojradové guľôčkové ložisko s kosouhlým stykom v podstate ekvivalentom k sebe priliehajúcemu páru dvoch jednoradových guľkových ložísk s kosouhlým stykom integrovaných do jednej užšej, kompaktnejšej jednotky zdieľajúcej spoločný vnútorný a vonkajší krúžok (zdroj: Globálna technická knižnica NSK; Katalóg ložísk NTN 2203E). Štandardný kontaktný uhol pre dvojradové ložiská série 5200 a 5300 je 25 stupňov , zatiaľ čo Schaeffler a niektoré ďalšie konštrukčné rodiny používajú 30 stupňový kontaktný uhol, ktorý zvyšuje axiálnu nosnosť v porovnaní s radiálnou nosnosťou (zdroj: NSK; Schaeffler TPI 213). Kompaktná geometria znamená, že dvojradová jednotka zaberá podstatne menej axiálneho priestoru ako dve samostatne namontované jednoradové ložiská s kosouhlým stykom s rovnakým otvorom a vonkajším priemerom, čo z nej robí preferované riešenie všade tam, kde je potrebné obojsmerné axiálne obmedzenie v úzkom inštalačnom obale. Dvojradové guľkové ložiská s kosouhlým stykom v sériách 30 a 38 pokrývajú celý rad veľkostí otvorov a možností tesnení, ktoré presne vyhovujú tomuto druhu kompaktného, viacsmerného zaťaženia.

Ako kontaktný uhol definuje správanie ložiska

Kontaktný uhol je jediným najdôležitejším geometrickým parametrom, ktorý odlišuje guľkové ložisko s kosouhlým stykom od guľkového ložiska s hlbokou drážkou a priamo určuje pomer axiálnej a radiálnej únosnosti, ktorú môže ložisko poskytnúť.

Geometrický význam kontaktného uhla

V akomkoľvek ložisku s valivými prvkami guľôčky prenášajú zaťaženie medzi obežnou dráhou vnútorného krúžku a obežnou dráhou vonkajšieho krúžku cez kontaktné body. V ložiskách s hlbokou drážkou ležia tieto kontaktné body na priamke, ktorá je kolmá na os hriadeľa, čo znamená, že ložisko je vhodné pre radiálne zaťaženie, ale môže niesť axiálne zaťaženie len náhodne. V ložisku s kosouhlým stykom sú obežné dráhy posunuté tak, že čiara spájajúca dva dotykové body zviera uhol s radiálnou rovinou. Tento uhol je kontaktný uhol, označovaný ako alfa. Keď na ložisko s kosouhlým stykom pôsobí čisto axiálne zaťaženie, prenáša sa cez túto naklonenú kontaktnú čiaru, ktorá rozdeľuje silu na radiálnu zložku a axiálnu zložku v rámci geometrie ložiska. Čím vyšší je kontaktný uhol, tým väčší je podiel aplikovaného axiálneho zaťaženia, ktoré je efektívne prenášané, a tým väčší je pomer axiálneho a radiálneho zaťaženia, ktoré ložisko dokáže vydržať, kým sa kontaktné napätie stane kritickým (zdroj: Katalóg ložísk NTN 2203E; brkbearings.com).

Hodnoty kontaktného uhla v dvojradových dizajnoch

Jednoradové guľkové ložiská s kosouhlým stykom sú dostupné v štyroch štandardných konfiguráciách kontaktného uhla: 15 stupňov, 25 stupňov, 30 stupňov a 40 stupňov. 15 stupňový variant uprednostňuje vysokorýchlostnú prevádzku a nízku axiálnu tuhosť; 40-stupňový variant uprednostňuje maximálnu axiálnu zaťažiteľnosť za cenu zníženej rýchlosti a vyššieho vývinu tepla. Dvojradové guľkové ložiská s kosouhlým stykom v štandardnej sérii 5000 (séria 5200, 5300) sa vyrábajú s 25 stupňový kontaktný uhol na rad, usporiadané chrbtom k sebe, takže každý rad znesie axiálne zaťaženie z jedného smeru. Veľkokapacitné varianty, vrátane konštrukčnej rodiny Schaeffler, využívajú a 30 stupňový kontaktný uhol ktorý poskytuje vyšší podiel axiálneho zaťaženia, ale vytvára zodpovedajúce zníženie rýchlostného limitu pre nepretržitú prevádzku (zdroj: NSK Global; Schaeffler TPI 213).

Schopnosť momentového zaťaženia

Kriticky dôležitou vlastnosťou, ktorú umožňuje dvojradové usporiadanie, je odolnosť voči momentovým zaťaženiam, nazývaným aj klopné momenty. Momentové zaťaženie pôsobí na otáčanie hriadeľa vzhľadom na puzdro okolo osi kolmej na stred hriadeľa. Jednoradové ložisko s kosouhlým stykom alebo jednoduché ložisko s hlbokou drážkou nemôže spoľahlivo odolať tomuto typu zaťaženia, pretože kontaktná zóna na jednej strane by bola preťažená, zatiaľ čo opačná strana by stratila kontakt. Usporiadanie dvojradového ložiska chrbtom k sebe vytvára široké efektívne rozpätie medzi dvoma líniami zaťaženia, dokonca aj v rámci šírky jedného ložiska, čo poskytuje mechanické momentové rameno, ktoré odoláva klopným silám. To je dôvod, prečo sú dvojradové guľkové ložiská s kosouhlým stykom špecifikované pre aplikácie, kde ohyb hriadeľa, priečne zaťaženie alebo gyroskopické sily generujú momentové zaťaženie v polohe ložiska (zdroj: Katalóg ložísk NTN 2203E).

Vnútorná štruktúra a materiály komponentov

Pochopenie vnútornej konštrukcie dvojradového guľôčkového ložiska s kosouhlým stykom vysvetľuje, prečo špecifický dizajn a výber materiálu ovplyvňujú výkon spôsobom, ktorý nie je vždy zjavný len z katalógovej nosnosti.

Krúžky a obežné dráhy

Vnútorné a vonkajšie krúžky štandardných dvojradových guľkových ložísk s kosouhlým stykom sú vyrobené z ložiskovej ocele s vysokým obsahom uhlíka, najčastejšie 52100 alebo ekvivalentných národných štandardných tried, ktorá je priebežne kalená na povrchovú tvrdosť typicky v rozsahu 58 až 65 HRC. Obežné dráhy sú brúsené s prísnymi toleranciami priemeru, kruhovitosti a drsnosti povrchu, pretože kvalita povrchu v kontaktnej zóne priamo určuje rozloženie napätia pri zaťažení a úroveň hluku a vibrácií pri prevádzke. Geometria ramena na každom krúžku je navrhnutá tak, aby generovala posun medzi dvoma radovými obežnými dráhami, ktorý vytvára zamýšľaný kontaktný uhol, a táto výška ramena tiež nastavuje maximálne axiálne zaťaženie, ktoré môžu krúžky niesť predtým, než kontaktné napätie migruje do ramena krúžku namiesto toho, aby zostalo na obežnej dráhe.

Valivé prvky

Guľôčky v oboch radoch sú zvyčajne vyrobené z rovnakej ložiskovej ocele 52100 ako krúžky, alebo z keramiky, ako je nitrid kremíka (Si3N4) vo vysokorýchlostných alebo korózii kritických aplikáciách. Priemer guľôčky a počet guľôčok v rade sa vyberajú počas procesu návrhu, aby sa optimalizovala dynamická únosnosť, statická únosnosť a rýchlostná schopnosť ložiska pre zamýšľanú sériu aplikácií. V rámci danej série väčší priemer gule zvyšuje nosnosť, ale znižuje maximálnu povolenú rýchlosť, pretože odstredivá sila na každú guľôčku sa mení s hmotnosťou gule a druhou mocninou rýchlosti. Presné guľôčky majú odchýlku priemeru menšiu ako 0,00025 mm medzi guľôčkami v rovnakom rade, pretože aj malé rozdiely v priemere spôsobujú nerovnomerné rozdelenie zaťaženia, ktoré znižuje efektívnu nosnosť pod katalógový údaj.

Možnosti klietky

Klietka oddeľuje guľôčky a zachováva konzistentné obvodové rozostupy, aby sa zaťaženie rozložilo rovnomerne po obvode ložiska. Dvojradové guľkové ložiská s kosouhlým stykom sú dostupné s dvoma hlavnými typmi klietok (zdroj: NSK Global; NTN):

• Lisovaná oceľová klietka, ktorá je štandardnou voľbou pre väčšinu stredne a vysokorýchlostných aplikácií a je vylisovaná z nízkouhlíkového oceľového plechu s vreckami vytvorenými na vedenie guľôčok; lisované oceľové klietky sú vhodné pre väčšinu aplikácií mazaných olejom a mazivom v rámci štandardných otáčok ložiska
• Polyamidová alebo nylonová klietka, ktorá ponúka nižšiu hmotnosť a nižšiu hlučnosť pri zvýšených rýchlostiach, lepší výkon v tukom mazaných utesnených ložiskách, kde je zdrojom tepla viskózny odpor z maziva, a znížené riziko rozmazania počas chvíľkovej straty mazania pri vysokej rýchlosti

Možnosti tesnenia a tienenia

Otvorené dvojradové guľkové ložiská s kosouhlým stykom vyžadujú externé mazanie prostredníctvom pravidelného dopĺňania maziva alebo tlakového olejového systému. K dispozícii sú utesnené a tienené varianty, ktoré sú čoraz viac špecifikované pre aplikácie, kde je obmedzený prístup k údržbe alebo je problémom vniknutie kontaminácie (zdroj: Katalóg ložísk NTN 2203E; NSK). Najčastejšie používané označenia prípon sú:

Konvencia pomenovania sérií 30-2RS, 38-2RS, 30-ZZ a 38-ZZ používaná v Dvojradové guľkové ložiská s kosouhlým stykom Sortiment produktov priamo zakóduje sériové číslo a typ tesnenia do označenia ložiska, vďaka čomu je ľahké identifikovať, ktorý variant je vhodný pre danú aplikáciu, už podľa čísla dielu.

Hodnoty zaťaženia a špecifikácie výkonu

Výkon každého valivého ložiska je charakterizovaný predovšetkým tromi menovitými hodnotami: základná dynamická únosnosť, základná statická únosnosť a medzná rýchlosť. Tieto hodnoty sú určené vnútornou geometriou ložiska a musia byť správne interpretované vzhľadom na skutočný zaťažovací cyklus a rýchlosť aplikácie, aby bolo možné predpovedať spoľahlivú životnosť.

Základné dynamické zaťaženie

Základná dynamická zaťažiteľnosť (C) je definovaná ako konštantné radiálne zaťaženie, pri ktorom skupina identických ložísk dosiahne menovitú únavovú životnosť 1 milión otáčok pri 90-percentnej spoľahlivosti podľa výpočtovej metódy definovanej v ISO 281. Pre dvojradové guľkové ložisko s kosouhlým stykom je dynamické zaťaženie vyššie ako jednoradové ložisko s rovnakým otvorom, pretože dva rady guľôčok zdieľajú aplikované zaťaženie väčším počtom kontaktných bodov. Ako praktická referencia, ložisko série 5200 s dierou 10 mm (ložisko číslo 5200) má dynamické zaťaženie 7 150 N , zatiaľ čo séria 5203 s dierou 17 mm nesie približne 12 700 N a séria 5204 s dierou 20 mm nesie približne 15 900 N (zdroj: katalóg dvojradových guľkových ložísk s kosouhlým stykom typu NSK, dokument e1249b).

Základné statické zaťaženie

Základná statická únosnosť (C0) definuje zaťaženie, pri ktorom maximálne kontaktné napätie medzi guľôčkou a obežnou dráhou dosiahne približne 4 000 MPa, čo je úroveň, pri ktorej lokálna plastická deformácia obežnej dráhy začína produkovať trvalé vtlačenie, ktoré zvyšuje vibrácie a hluk počas následnej prevádzky. S použitím rovnakých referenčných údajov NSK má séria 5200 (vŕtanie 10 mm) statickú zaťažiteľnosť 3 900 N, zatiaľ čo 5203 (vŕtanie 17 mm) má 8 300 N a 5204 (vŕtanie 20 mm) má 10 700 N (zdroj: katalóg NSK e12499). Aplikácie zahŕňajúce rázové zaťaženie, veľké statické zaťaženie počas montáže alebo veľké momentové zaťaženie pri nízkej rýchlosti sa musia hodnotiť skôr na základe statického hodnotenia ako dynamického hodnotenia.

Výpočet ekvivalentného dynamického zaťaženia

Ak je ložisko vystavené kombinovanému radiálnemu a axiálnemu zaťaženiu a nie čisto radiálnemu zaťaženiu, musí sa pred aplikáciou rovnice životnosti ISO 281 vypočítať ekvivalentné dynamické zaťaženie P. Pre dvojradové guľkové ložiská s kosouhlým stykom je štandardný vzorec P = XFr YFa, kde Fr je radiálna sila, Fa je axiálna sila a X a Y sú zaťažovacie faktory, ktoré závisia od pomeru axiálnej a radiálnej sily vo vzťahu k prahovej hodnote e. Pre utesnené a tienené dvojradové série sú typické hodnoty, keď je Fa/Fr menšia alebo rovná e, X = 1, Y = 0,92 a keď Fa/Fr presiahne e, X = 0,67 a Y = 1,41, pričom e je približne 0,68 (zdroj: katalóg NSK e1249b). Tieto hodnoty sa menia s kontaktným uhlom a sériou ložísk a konštruktéri by mali vždy použiť hodnoty z údajového listu konkrétneho výrobcu pre použitú sériu ložísk.

Schopnosť rýchlosti

Obmedzenie rýchlosti dvojradového guľôčkového ložiska s kosouhlým stykom je nastavené teplom generovaným na valivých kontaktoch a na rozhraní klietka – guľôčka a bežne sa vyjadruje buď ako rýchlostný limit maziva alebo ako limit rýchlosti oleja, pričom limit oleja je zvyčajne o 20 až 30 percent vyšší ako limit maziva. Utesnené a tienené varianty majú nižší limit otáčok ako ekvivalentné otvorené ložiská, pretože trenie tesniaceho okraja alebo blízkosť štítu pridáva teplo, ktoré musí pevná náplň maziva rozptýliť bez vonkajšieho chladenia. Norma DIN 628-3, ktorá upravuje hlavné rozmery dvojradových guľkových ložísk s kosouhlým stykom, stanovuje rozmerové limity, ktoré zabezpečujú zameniteľnosť medzi výrobcami ložísk v rámci rovnakej série (zdroj: Schaeffler TPI 213).

Systém označovania a sériová identifikácia

Správne prečítanie označenia dvojradového guľôčkového ložiska s kosouhlým stykom umožňuje technikovi alebo nákupnému špecialistovi potvrdiť priemer otvoru, sériu (a teda vonkajší priemer a šírku) a konfiguráciu tesnenia z čísla dielu bez toho, aby bolo potrebné konzultovať úplnú tabuľku rozmerov.

Odkazy na série 30 a 38 v označení produktu sa vzťahujú na klasifikáciu série vonkajších priemerov ložiska. Série 30 a 38 v dvojradových guľkových ložiskách s kosouhlým stykom označujú špecifickú rozmerovú obálku a sprievodné varianty s príponou 2RS a ZZ priamo identifikujú, či sa používajú kontaktné tesnenia alebo oceľové kryty, čo umožňuje špecifikovať správny variant pre utesnené alebo tienené prevádzky.

Porovnanie s alternatívnymi typmi ložísk

Výber dvojradového guľôčkového ložiska s kosouhlým stykom pre aplikáciu vyžaduje pochopenie toho, ako sa líši od iných typov ložísk, ktoré by sa potenciálne mohli považovať za rovnakú polohu.

vs jednoradové guľkové ložisko s kosouhlým stykom

Jednoradové guľôčkové ložisko s kosouhlým stykom môže niesť axiálne zaťaženie iba v jednom smere, pretože geometria obežnej dráhy s odsadením vytvára kontaktnú čiaru, ktorá sa zbieha na osi iba z jednej strany. Na podporu obojsmerných axiálnych zaťažení s jednoradovými ložiskami musia byť dve ložiská namontované proti sebe, buď chrbtom k sebe (DB), čelne k sebe (DF) alebo v tandeme (DT pre zvýšenie axiálneho zaťaženia v rovnakom smere). Dvojradové ložisko dosahuje rovnaké obojsmerné axiálne obmedzenie v jednej, užšej jednotke s jedným vnútorným krúžkom a jedným vonkajším krúžkom, čo zjednodušuje konštrukciu puzdra a zmenšuje potrebný axiálny priestor. Kompromisom je, že dvojradová jednotka má pevný kontaktný uhol a usporiadanie chrbtom k sebe, ktoré nie je možné zmeniť, zatiaľ čo párové jednoradové usporiadanie umožňuje technikovi zvoliť montáž tvárou v tvár, ak geometria aplikácie vyžaduje iné charakteristiky momentového ramena (zdroj: NSK Global; Katalóg ložísk NTN 2203E).

vs guličkové ložisko s hlbokou drážkou

Guľkové ložisko s hlbokou drážkou má symetrickú drážku obežnej dráhy na oboch krúžkoch, ktorá mu umožňuje znášať mierne axiálne zaťaženie v oboch smeroch, ale čiara zaťaženia zostáva v podstate radiálna pri nízkych axiálnych zaťaženiach a ložisko nemá definovaný kontaktný uhol. Pre nízke až stredné kombinované zaťaženie pri vysokej rýchlosti je ložisko s hlbokou drážkou často hospodárnejšie a dosahuje vyššie otáčky ako ložisko s kosouhlým stykom rovnakej veľkosti. Ložiská s hlbokými drážkami však nemôžu poskytnúť pevné axiálne umiestnenie hriadeľa, ktoré poskytuje ložisko s kosouhlým stykom, a nie sú vhodné pre aplikácie, kde je potrebné odolávať momentovým zaťaženiam alebo kde je súčasťou návrhu systému presná axiálna tuhosť (zdroj: brkbearings.com).

verzus kuželíkové valčekové ložisko

Kuželíkové ložisko nesie vyššie radiálne a axiálne zaťaženie ako guľkové ložisko s kosouhlým stykom s rovnakou veľkosťou otvoru, pretože líniový kontakt medzi valčekmi a obežnými dráhami rozdeľuje zaťaženie na väčšiu plochu, čím sa znižuje špičkové kontaktné napätie. Kuželíkové ložiská však vyžadujú presné nastavenie axiálneho predpätia počas montáže, vytvárajú viac tepla pri vysokých rýchlostiach v dôsledku klzného trenia na koncoch valčekov a majú nižší limit rýchlosti ako guľkové ložiská s kosouhlým stykom. Pre aplikácie so strednou rýchlosťou, kde sú primárnymi požiadavkami mierne kombinované zaťaženie a kompaktná geometria, sa vo všeobecnosti uprednostňujú dvojradové guľkové ložiská s kosouhlým stykom pred kuželíkovými ložiskami.

Porovnávacia tabuľka

Typické aplikácie a prípady použitia v priemysle

Dvojradové guľkové ložiská s kosouhlým stykom sa nachádzajú v aplikáciách, ktoré majú spoločnú požiadavku: obojsmerné axiálne obmedzenie v kompaktnom priestore so strednou až vysokou rýchlosťou, kde momentové zaťaženie alebo kombinované zaťaženie spôsobujú, že ložisko s hlbokou drážkou je nedostatočné.

Elektromotory a dúchadlá

Elektromotory často používajú dvojradové guľkové ložiská s kosouhlým stykom v polohe pohonu, kde axiálne sily z napnutia remeňa, ťahu špirálového ozubeného kolesa alebo zaťaženia lopatiek ventilátora vytvárajú obojsmerné axiálne zaťaženie v závislosti od smeru štart-stop. Kompaktný dizajn jednej jednotky zjednodušuje konštrukciu krytu motora v porovnaní s usporiadaním dvoch ložísk a 25-stupňový kontaktný uhol štandardných sérií 5200 a 5300 poskytuje kombináciu primeranej axiálnej tuhosti a menovitých otáčok vhodných pre väčšinu aplikácií indukčných motorov. NSK uvádza čerpadlá, elektromotory a dúchadlá ako primárne typické aplikácie pre tento typ ložísk (zdroj: Globálna technická knižnica NSK).

Čerpadlá a kompresory

Odstredivé čerpadlá generujú axiálne tlakové sily, ktoré obracajú smer so zmenami prietoku a tlakového rozdielu, a toto obojsmerné axiálne zaťaženie je presne stav, pre ktorý sú navrhnuté dvojradové guľkové ložiská s kosouhlým stykom. Konštrukcie vysokokapacitných čerpadiel s 30-stupňovým kontaktným uhlom ložiska dokážu pokryť vyššie axiálne zaťaženia typické pre viacstupňové odstredivé čerpadlá, pričom si stále zachovávajú primeranú rýchlosť otáčok pre väčšinu prevádzkových podmienok čerpadiel. Utesnené a tienené varianty s označením 2RS alebo ZZ sú široko používané v aplikáciách čerpadiel, kde dutina ložiska nie je prístupná na pravidelné domazávanie.

Prevodovky a prevodové jednotky

Špirálové ozubené kolesá vytvárajú axiálnu zložku zaťaženia zubov, ktorá pôsobí pozdĺž osi hriadeľa, a smer tohto ťahu sa obráti medzi pastorkom a ozubeným kolesom v páre. Dvojradové guľkové ložiská s kosouhlým stykom na koncoch hriadeľa obmedzujú tento tlak v oboch smeroch bez toho, aby vyžadovali samostatné polohy axiálnych ložísk alebo dodatočné usporiadanie axiálneho predpätia. V kompaktných priemyselných prevodovkách, kde je minimalizácia dĺžky skrine prioritou konštrukcie, jednojednotkové dvojradové ložisko v každej polohe hriadeľa šetrí značnú axiálnu obálku v porovnaní s párovým jednoradovým usporiadaním.

Vretená obrábacích strojov a presné zariadenia

Vretená CNC obrábacích strojov, najmä tie, ktoré pracujú v rozsahu stredných otáčok, používajú dvojradové guľkové ložiská s kosouhlým stykom na zabezpečenie pevného axiálneho a radiálneho polohovania vretena vzhľadom na puzdro vreteníka. Odolnosť voči momentovému zaťaženiu je v tejto aplikácii obzvlášť cenná, pretože rezné sily pôsobiace na hrot nástroja vytvárajú ohybový moment v polohe predného ložiska, ktorý by spôsobil neprijateľné vychýlenie vretena, ak by sa použilo štandardné ložisko s hlbokou drážkou. Presné predpäté dvojradové ložiská s väčšou než normálnou vnútornou vôľou (trieda vôle C2) sú špecifikované pre najvyššie požiadavky na tuhosť v tejto kategórii použitia.

Automobilové a poľnohospodárske zariadenia

Prevodovky poľnohospodárskych strojov, prevodovky traktorov a niektoré aplikácie pohonu príslušenstva pre automobilový priemysel používajú dvojradové guľkové ložiská s kosouhlým stykom v polohách, kde sa kombinované radiálne a axiálne zaťaženia s momentovými komponentmi musia zvládnuť v rámci kompaktnej, bezúdržbovej utesnenej jednotky. Tienené varianty ZZ alebo utesnené varianty 2RS sú obzvlášť vhodné pre tieto aplikácie, pretože prístup k servisu je zvyčajne obmedzený a počas servisného intervalu stoviek prevádzkových hodín sa vyžaduje ochrana pred kontamináciou pôdou, úlomkami z plodín alebo cestným posypom.

Požiadavky na mazanie a intervaly údržby

Mazanie je jednou z najčastejších príčin zlyhania valivých ložísk a pochopenie požiadaviek na mazanie špecifických pre dvojradové guľkové ložiská s kosouhlým stykom je nevyhnutné na dosiahnutie očakávanej životnosti v akejkoľvek aplikácii.

Mazací tuk pre utesnené a tienené ložiská

Utesnené ložiská 2RS a tienené ložiská ZZ sú vo výrobe naplnené mazivom a sú navrhnuté tak, aby boli bezúdržbové počas svojej plánovanej životnosti za normálnych prevádzkových podmienok. Objem náplne maziva je optimalizovaný vo výrobnej fáze, aby sa zabezpečilo primerané mazanie bez nadmerných strát vírením, ktoré by vytváralo teplo a znížilo efektívnu životnosť maziva. Výmena týchto ložísk na konci ich predpokladanej životnosti je vo všeobecnosti nákladovo efektívnejšia ako pokus o doplnenie maziva, pretože utesnená alebo tienená konštrukcia neuľahčuje prístup do dutiny maziva bez ohrozenia funkcie tesnenia.

Mazací tuk pre otvorené ložiská

Otvorené dvojradové guľkové ložiská s kosouhlým stykom vyžadujú externú aplikáciu maziva. Objem náplne maziva v dutine ložiska a puzdre by mal zvyčajne vyplniť jednu tretinu až polovicu dostupného voľného priestoru; preplnenie spôsobuje víriace teplo, ktoré urýchľuje degradáciu maziva a skracuje životnosť ložísk. Mazivá na báze lítia alebo komplexu lítia s konzistenciou NLGI Grade 2 sú vhodné pre väčšinu štandardných rýchlostných a teplotných podmienok. Pokyny spoločnosti Schaeffler týkajúce sa intervalov výmeny oleja pre dvojradové ložiská s kosouhlým stykom mazané olejom odporúčajú dodržiavať stanovené intervaly uvedené v projekte FVA č. 171 a upravovať ich na základe prevádzkovej teploty a úrovne znečistenia (zdroj: Schaeffler TPI 213).

Olejové mazanie pre vysokorýchlostné aplikácie

Pri vyšších rýchlostiach, pri ktorých by mazanie plastickým mazivom generovalo nadmerné teplo, môžu byť otvorené dvojradové ložiská s kosouhlým stykom mazané olejom prostredníctvom usporiadania olejového kúpeľa, olejovej hmly alebo cirkulujúceho oleja. Cirkulujúci olej s externým chladičom a filtrom je preferovanou metódou pre aplikácie s najvyššími otáčkami a vysokým zaťažením, ako sú vretená obrábacích strojov a vysokorýchlostné kompresory, pretože súčasne maže, chladí a odstraňuje úlomky z opotrebovania z dutiny ložiska.

Návod na inštaláciu, voľný priestor a predpätie

Správna inštalácia je rovnako dôležitá ako správny výber ložiska na dosiahnutie menovitej životnosti, najmä pre dvojradové guľkové ložiská s kosouhlým stykom, ktoré musia byť inštalované s vhodným uložením a axiálnym umiestnením.

Lícovanie hriadeľa a puzdra

Vnútorný krúžok dvojradového guľkového ložiska s kosouhlým stykom je zvyčajne namontovaný na hriadeli s presahom, keď sa vnútorný krúžok otáča vzhľadom na smer zaťaženia, čo je najbežnejšia konfigurácia v rotačných strojoch. Lícovanie s presahom zaisťuje, že krúžok sa pri rotujúcom zaťažení nedotýka povrchu hriadeľa, čo by spôsobilo opotrebovanie hriadeľa trením a vytváralo teplo. Vonkajší krúžok je zvyčajne namontovaný v puzdre s ľahkým interferenčným alebo prechodovým uložením. Veľkosť interferencie je špecifikovaná v tabuľkách tolerancií uloženia podľa normy ISO 286 a vyberá sa na základe veľkosti ložiska, rýchlosti otáčania a veľkosti zaťaženia; väčšie ložiská a väčšie zaťaženie vyžadujú tesnejšie uloženie, aby sa zabránilo tečeniu pri zaťažení.

Výber vnútornej vôle

Dvojradové guľkové ložiská s kosouhlým stykom sú dostupné v niekoľkých skupinách s vnútornou vôľou: C2 (menšie ako normálne), CN (normálne, predvolené, ak nie je uvedená prípona vôle), C3 (väčšie ako normálne) a C4 (ešte väčšie). Správna skupina vôle závisí od uloženia hriadeľa a krytu a očakávanej prevádzkovej teploty. Presahové uloženie na hriadeli znižuje vnútornú vôľu po inštalácii, takže ložisko, ktoré meria normálnu vôľu pred montážou, môže po montáži fungovať s nulovou vôľou alebo miernym predpätím. Ak prevádzková teplota spôsobí, že sa hriadeľ roztiahne rýchlejšie ako puzdro, dôjde počas prevádzky k ďalšiemu zmenšeniu vôle. Pri aplikáciách, kde je hriadeľ podstatne teplejší ako puzdro, počiatočná vôľa C3 alebo C4 kompenzuje tento rozdiel v tepelnej rozťažnosti a bráni tomu, aby ložisko fungovalo pri nadmernom predpätí (zdroj: Katalóg ložísk NTN 2203E).

Úvahy o predpätí

Ľahké predpätie, pri ktorom ložisko pracuje s nulovou vnútornou vôľou alebo s veľmi malým množstvom elastickej deformácie zdieľanej medzi dvoma radmi, zvyšuje radiálnu a axiálnu tuhosť ložiska a znižuje vibrácie a hluk pri kolísavých zaťaženiach. Ložiská vretena obrábacích strojov sú bežne predpäté, aby sa zlepšila presnosť polohovania. Nadmerné predpätie vytvára teplo a zvyšuje únavové namáhanie, čím sa skracuje životnosť, takže predpätie musí byť počas montáže starostlivo špecifikované a overené pomocou meraní axiálnej sily predpätia alebo rozbehového momentu.

Režimy porúch a monitorovanie stavu

Pochopenie režimov porúch dvojradových guľkových ložísk s kosouhlým stykom umožňuje technikom údržby včas odhaliť poškodenie a naplánovať výmenu ložiska skôr, ako katastrofická porucha spôsobí sekundárne poškodenie hriadeľa, krytu alebo stroja.

Únava Spalling

Únava pri valiacom kontakte vytvára podpovrchové trhliny v materiáli obežnej dráhy alebo guľôčky, ktoré sa šíria na povrch a nakoniec spôsobia odtrhnutie materiálu, pričom vznikne odlupovanie alebo jamka. Odlupovanie generuje charakteristický vysokofrekvenčný vibračný podpis, ktorý možno detegovať monitorovaním vibrácií na báze akcelerometra pomocou frekvenčnej analýzy defektov ložísk. Charakteristické frekvencie defektov pre vonkajší krúžok, vnútorný krúžok a guľôčky závisia od geometrie ložiska a rýchlosti otáčania a tieto frekvencie je možné vypočítať zo štandardných parametrov geometrie ložiska pomocou rovníc definovaných v ISO 15243 a súvisiacich normách.

Znečistenie a abrazívne opotrebenie

Znečistenie časticami v mazive spôsobuje abrazívne opotrebenie troch telies na valivých kontaktoch, ktoré postupne zdrsňuje povrch obežnej dráhy, zvyšuje vibrácie a hluk a nakoniec vnáša častice opotrebenia, ktoré urýchľujú cyklus poškodenia. Utesnené a tienené dvojradové ložiská poskytujú podstatne lepšiu ochranu pred kontamináciou ako otvorené ložiská vo väčšine priemyselných prostredí, a to je jeden z hlavných dôvodov, prečo sa varianty 2RS a ZZ uprednostňujú pred otvorenými ložiskami všade tam, kde prevádzkové prostredie zahŕňa riziko vniknutia prachu, triesok alebo procesných tekutín.

Zlyhanie mazania

Nedostatočné mazivo, degradované mazivo alebo mazivo nesprávneho typu spôsobuje kontakt kov na kov na valcovacích rozhraniach, čo vedie k rýchlemu nárastu teploty, opotrebeniu lepidla, rozmazaniu povrchu guľôčok a obežných dráh a prípadnému zadretiu. V prípade utesnených a tienených ložísk k poruche mazania zvyčajne dochádza na konci projektovanej životnosti ložiska alebo blízko neho, keď sa v továrni naplnené mazivo rozpadlo v dôsledku tepelnej a mechanickej degradácie. Včasná detekcia prostredníctvom monitorovania teploty ložiskového puzdra alebo periodickej analýzy vibrácií umožňuje naplánovať výmenu skôr pred poruchou ako po nej.