- TEL:
+86-574-63269198
+86-574-63261058
- FAX:
+86-574-63269198
+86-574-63261058
- E-MAIL:
- ADRESA:
Priemyselná zóna Henghe Ningbo, Zhejiang, Čína.
- SLEDUJTE NÁS:
Dvojradové valčekové ložiská s kosouhlým stykom ponúkajú kombináciu výhod, ktoré žiadny iný typ jedného ložiska úplne nenapodobňuje: súčasná manipulácia s vysokým radiálnym zaťažením, obojsmerným axiálnym zaťažením a momentovým zaťažením v rámci jednej kompaktnej ložiskovej jednotky . Táto viacsmerná nosnosť v kombinácii s vysokou tuhosťou, dlhou životnosťou a zníženou zložitosťou inštalácie z nich robí jedno z najuniverzálnejších a cenovo najefektívnejších riešení ložísk dostupných pre náročné priemyselné, automobilové a presné strojárske aplikácie.
Z praktického inžinierskeho hľadiska tieto ložiská umožňujú konštruktérom nahradiť dve samostatné jednoradové ložiská – alebo kombináciu radiálneho ložiska a axiálneho ložiska – jednou jednotkou, ktorá zaberá menej axiálneho priestoru, vyžaduje menšiu zložitosť puzdra a poskytuje rovnaký alebo lepší výkon kombinovaného zaťaženia. Výhody zahŕňajú nosnosť, presnosť chodu, jednoduchosť systému a ekonomickú hodnotu životného cyklu, z ktorých všetky sú podrobne preskúmané nižšie.
Najzásadnejšou výhodou dvojradových valčekových ložísk s kosouhlým stykom je ich schopnosť súčasne a efektívne prenášať kombinované zaťaženia – radiálne, axiálne a momentové. Vyplýva to priamo z geometrie uhlového kontaktu: kontaktný uhol medzi valivým prvkom, vnútornou obežnou dráhou a vonkajšou obežnou dráhou vytvára záťažovú líniu, ktorá je naklonená vzhľadom na os ložiska, čo umožňuje prenos sily v radiálnom aj axiálnom smere prostredníctvom jediného valivého kontaktu.
S dvoma radmi valivých prvkov usporiadaných v protiľahlej konfigurácii ložisko generuje dve takéto naklonené čiary zaťaženia – jednu v rade – smerujúce v opačných axiálnych smeroch. To znamená:
Napríklad dvojradové kuželíkové ložisko s kontaktným uhlom 30° a priemerom otvoru 150 mm môže niesť dynamické radiálne zaťaženie 750 kN a axiálne zaťaženie presahujúce 400 kN – výkonové údaje, ktoré by vyžadovali dve samostatné ložiská plus dodatočné axiálne ložisko, ktoré by bolo možné replikovať s použitím čisto radiálnych alebo čisto axiálnych typov ložísk.
Tuhosť ložísk – odolnosť voči elastickej deformácii pri zaťažení – priamo určuje presnosť polohovania akéhokoľvek rotujúceho hriadeľa. V presných zariadeniach, ako sú vretená obrábacích strojov, súradnicové meracie stroje a zariadenia na výrobu polovodičov, sú dokonca odchýlky hriadeľa v mikrometrovej mierke neprijateľné, pretože sa priamo premietajú do rozmerových chýb v hotovom výrobku alebo do neistoty merania v prístroji.
Dvojradové valčekové ložiská s kosouhlým stykom poskytujú vysokú tuhosť prostredníctvom dvoch mechanizmov, ktoré spolupracujú:
Tieto ložiská sa vyrábajú a dodávajú s definovaným vnútorným predpätím – tlakovou silou pôsobiacou na valivé prvky počas montáže, ktorá eliminuje všetku vnútornú vôľu. Pri prevádzke s nulovou vnútornou vôľou sa elastická deformácia ložiska pri vonkajšom zaťažení výrazne zníži v porovnaní s ložiskom s kladnou vnútornou vôľou. Predpäté dvojradové guľkové ložiská s kosouhlým stykom používané vo vretenách brúsok môžu dosiahnuť hodnoty radiálnej a axiálnej tuhosti presahujúce 200 N/µm , čo znamená, že zaťaženie 200 N vytvára iba 1 mikrometer posunutia hriadeľa – úroveň presnosti, ktorá umožňuje tolerancie povrchovej úpravy Ra 0,1 µm alebo lepšie pri operáciách presného brúsenia.
V dvojradových konfiguráciách chrbtom k sebe (usporiadanie X) sa dve línie zaťaženia rozchádzajú smerom von od stredovej čiary ložiska, čím vytvárajú širšie efektívne rozpätie podpory, než je samotná fyzická šírka ložiska. Toto rozšírené virtuálne rozpätie výrazne zlepšuje odolnosť voči momentovému zaťaženiu a nakloneniu hriadeľa, čo prispieva k celkovej tuhosti systému hriadeľa. V usporiadaniach back-to-back, efektívne momentové rameno môže byť 1,5 až 2-krát väčšie ako skutočná čelná šírka ložiska poskytujúci vynikajúci odpor proti nakloneniu bez zvýšenia fyzického obalu ložiska.
Jednou z prakticky najvýznamnejších konštrukčných výhod dvojradových valčekových ložísk s kosouhlým stykom je ich schopnosť nahradiť viacložiskové usporiadanie jedinou kompaktnou jednotkou. V tradičných konštrukciách hriadeľov si prispôsobenie kombinovaného radiálneho a axiálneho zaťaženia často vyžadovalo samostatné polohy ložísk – napríklad valčekové ložisko pre radiálne zaťaženie kombinované s axiálnym ložiskom pre axiálne zaťaženie alebo dve jednoradové ložiská s kosouhlým stykom namontované v tandeme alebo proti sebe.
Nahradenie takýchto usporiadaní jedným dvojradovým ložiskom prináša merateľné výhody na úrovni systému:
Napríklad v zostavách nábojov automobilového kolesa sa zavedením integrovanej dvojradovej ložiskovej jednotky kolesa s kosouhlým stykom (Hub Bearing Unit) znížil počet komponentov ložísk z približne 100 jednotlivých dielov v skorých konštrukciách samostatných ložísk na menej ako 10 v modernej zjednotenej zostave — 90 % zníženie počtu dielov súvisiacich s ložiskami so súčasným zlepšením účinnosti tesnenia a životnosti.
Dvojradové valčekové ložiská s kosouhlým stykom pri správnom výbere, inštalácii a mazaní ponúkajú životnosť, ktorá je priaznivá v porovnaní s akýmkoľvek alternatívnym usporiadaním ložísk pre aplikácie s kombinovaným zaťažením. Teoretická životnosť je vypočítaná pomocou štandardnej metodiky L10 — počet prevádzkových hodín alebo otáčok, ktoré dosiahne alebo prekročí 90 % populácie ložísk pred únavou.
Niekoľko konštrukčných prvkov týchto ložísk priamo prispieva k dlhej životnosti:
Dvojradové kuželíkové a valčekové valčekové ložiská s kosouhlým stykom využívajú skôr líniový kontakt medzi valčekom a obežnou dráhou než geometriu bodového kontaktu guľkových ložísk. Linkový kontakt rozdeľuje aplikované zaťaženie na dlhšiu kontaktnú plochu, čím sa znižuje Hertzovské kontaktné napätie – primárny faktor únavy povrchu. Pri ekvivalentných veľkostiach ložísk ponúkajú valivé ložiská s priamym stykom zvyčajne 2 až 4-násobok dynamickej únosnosti guľôčkových ložísk , čo sa priamo premietne do dlhšej životnosti L10 pri rovnakom zaťažení alebo schopnosť niesť výrazne ťažšie zaťaženie pri rovnakej vypočítanej životnosti.
Pretože radiálne zaťaženia sú zdieľané medzi dvoma radmi valivých telies a nie sú sústredené v jednom rade, špičkové kontaktné napätie pri každom kontakte jednotlivých valivých prvkov je nižšie ako v ekvivalentnom jednoradovom ložisku nesúcom plné zaťaženie. Nižšie kontaktné napätie sa exponenciálne premieta do dlhšej únavovej životnosti podľa teórie životnosti ložísk – 20 % zníženie kontaktného napätia môže predĺžiť životnosť L10 približne o 70 % podľa klasického Lundberg-Palmgrenovho modelu únavy.
Keď sa použijú dve samostatné jednoradové ložiská s kosouhlým stykom ako pár, rozdielna tepelná rozťažnosť, odchýlka tolerancie otvoru v puzdre a chyby inštalácie môžu spôsobiť, že jedno ložisko bude niesť neúmerný podiel zaťaženia – čo skráti životnosť preťaženej jednotky. Továrenské dvojradové ložisko eliminuje toto riziko tým, že zabezpečuje presné prispôsobenie oboch radov z hľadiska veľkosti valivých telies, vnútornej geometrie a predpätia počas výroby, zaručuje rovnomerné rozdelenie zaťaženia medzi radmi počas celej životnosti ložiska .
Inštalácia páru protiľahlých jednoradových ložísk s kosouhlým stykom si vyžaduje starostlivú pozornosť nastaveniu predpätia - procesu aplikovania správnej tlakovej sily na valivé prvky, aby sa dosiahla požadovaná vnútorná vôľa alebo úroveň predpätia. Zvyčajne sa to robí nastavením poistnej matice, podložky alebo dištančného krúžku pri meraní krútiaceho momentu hriadeľa alebo vychýlenia ložiska, čo je proces, ktorý si vyžaduje skúsených technikov, kalibrované nástroje a značný čas nastavenia.
Dvojradové valčekové ložiská s kosouhlým stykom úplne eliminovať túto požiadavku nastavenia predpätia. Predpätie je nastavené pri výrobe ložiska na presné tolerancie vo výrobe , pomocou riadeného brúsenia vnútorných a vonkajších krúžkov na dosiahnutie špecifikovanej vnútornej geometrie. Inštalatér jednoducho namontuje ložisko so správnym uložením hriadeľa a puzdra – ložisko sa dodáva s už zabudovaným predpätím a nevyžaduje žiadne ďalšie nastavovanie pred uvedením stroja do prevádzky.
Toto predpätie integrované vo výrobe ponúka niekoľko praktických výhod oproti nastaveniam prispôsobeným na mieste:
Presnosť chodu – schopnosť ložiska udržiavať os hriadeľa v presne definovanej polohe počas otáčania – je kritickým výkonnostným parametrom v obrábacích strojoch, meracích prístrojoch a akýchkoľvek aplikáciách, kde presnosť polohy určuje kvalitu produktu alebo platnosť merania.
Dvojradové ložiská s kosouhlým stykom sa vyrábajú podľa noriem rozmerovej presnosti definovaných medzinárodnými normalizačnými organizáciami s triedami tolerancie od normálnej (PN) po čoraz presnejšie triedy. Najpresnejšie triedy – ekvivalentné triedam presnosti P4 a P2 – poskytujú špecifikácie presnosti chodu, ktoré zahŕňajú:
Dvojradový dizajn prispieva k presnosti chodu spriemerovaním geometrických nedokonalostí jednotlivých valivých prvkov naprieč väčšou populáciou valivých prvkov. S dvojnásobným počtom valivých telies v kontakte v porovnaní s jednoradovým ložiskom znižuje efekt štatistického spriemerovania kolísanie medzi vrcholmi polohy hriadeľa, keď jednotlivé valčeky alebo guľôčky prechádzajú cez zaťažovaciu zónu, čím sa dosiahne hladšia a konzistentnejšia rotácia pri všetkých rýchlostiach hriadeľa.
Významnou výhodou konštrukčnej flexibility dvojradových valčekových ložísk s kosouhlým stykom je to, že sú k dispozícii vo vnútornej konfigurácii chrbtom k sebe (usporiadanie X) aj čelnej strane (usporiadanie O) – a v niektorých konštrukciách môže byť usporiadanie výrobcom prispôsobené špecifickým požiadavkám aplikácie.
| Nehnuteľnosť | Back-to-Back (usporiadanie X) | Tvárou v tvár (O-usporiadanie) |
|---|---|---|
| Orientácia línie zaťaženia | Divergovať smerom von (širšie virtuálne rozpätie) | Konvergovať dovnútra (užšie virtuálne rozpätie) |
| Odolnosť voči momentovému zaťaženiu | Vynikajúce – lepšie ako pri osobnom stretnutí | Mierne — nižšie ako chrbtom k sebe |
| Citlivosť na tepelnú rozťažnosť | Zvyšuje predpätie, keď sa hriadeľ zahrieva | Znižuje predpätie pri zahrievaní hriadeľa |
| Tolerancia nesúosovosti hriadeľa | Nižšie — citlivejšie na uhlové chyby | Vyššie — zhovievavejšie k nesúladu |
| Typické aplikácie | Výstupné hriadele prevodovky, ťažké vretená, náboje náprav | Hriadele čerpadiel, aplikácie s odchýlkou tolerancie skrine |
Táto flexibilita konfigurácie znamená, že jeden typ ložiska – dvojradové valčekové ložisko s kosouhlým stykom – možno optimalizovať pre špecifické tepelné, zaťažovacie a súosové podmienky každej aplikácie jednoduchým výberom vhodného vnútorného usporiadania. Žiadny iný typ ložiska neponúka túto úroveň prispôsobenia špecifického pre aplikáciu v rámci jednej skupiny produktov.
Dvojradové guľkové ložiská s kosouhlým stykom – ktoré používajú guličky ako valivé prvky a nie kužeľové alebo valcové valčeky – kombinujú výhody kombinovanej nosnosti opísané vyššie s charakteristikou rýchlosti guľkových ložísk. Bodový kontakt medzi guľôčkami a obežnými dráhami generuje nižšie valivé trenie ako kontakt s vedením, čo umožňuje týmto ložiskám pracovať pri výrazne vyšších rýchlostiach.
Vysoko presné dvojradové guľkové ložiská s kosouhlým stykom s 15° kontaktným uhlom môžu pracovať pri limitných rýchlostiach presahujúcich 15 000 ot./min. v konfiguráciách mazaných tukom a nad 25 000 ot./min s olejovo-vzduchovým mazacím systémom. Táto rýchlostná schopnosť v kombinácii s ich kombinovanou manipuláciou so záťažou ich robí jedinečne vhodnými pre vysokorýchlostné presné vretenové aplikácie, kde musí byť súčasne splnený axiálny ťah (od síl rezného nástroja alebo ťahu remeňa), ako aj požiadavka na presnosť hádzania na úrovni mikrónov.
Výhoda rýchlosti oproti alternatívam založeným na valcoch je podstatná. Dvojradové kuželíkové ložisko s rovnakým priemerom otvoru môže mať medznú rýchlosť 3 000 – 5 000 otáčok za minútu, zatiaľ čo ekvivalentné dvojradové guľôčkové ložisko s kosouhlým stykom môže bežať pri 3 až 5-násobku rýchlosti, vďaka čomu je guľôčkový variant jednoznačnou voľbou pre vretenové aplikácie a iné vysokorýchlostné rotačné zariadenia s kombinovaným zaťažením.
Mnohé priemyselné aplikácie nefungujú pri stálom, konštantnom zaťažení – zažívajú kolísavé sily, nárazové zaťaženia a náhle preťaženia, ktoré môžu rýchlo poškodiť ložiská s nedostatočnou dynamickou kapacitou. Dvojradové valčekové ložiská s kosouhlým stykom, najmä varianty s kužeľovými valčekmi, ponúkajú v týchto podmienkach výnimočnú odolnosť.
Geometria líniového kontaktu valčekových dvojradových ložísk s kosouhlým stykom im umožňuje odolávať krátkodobým špičkovým zaťaženiam, ktoré môžu byť 2 až 3-násobok menovitej dynamickej zaťažiteľnosti ložiska bez trvalej deformácie obežnej dráhy – schopnosť definovaná menovitým statickým zaťažením ložiska (C0). Táto odolnosť je kritická v aplikáciách, ako sú:
Predpätá vnútorná geometria tiež poskytuje výhodu pri kolísajúcom zaťažení: pretože neexistuje žiadna vnútorná vôľa, ktorú je potrebné zaberať pred prenosom zaťaženia, ložisko okamžite reaguje na zmeny zaťaženia bez nárazu, ku ktorému dochádza, keď sa valivé prvky ložiska s vôľou náhle dostanú do kontaktu po predchádzajúcom chode bez zaťaženia.
Zatiaľ čo dvojradové valčekové ložiská s kosouhlým stykom majú zvyčajne vyššiu jednotkovú obstarávaciu cenu ako jednoradové ložiská s rovnakou veľkosťou otvoru, analýza nákladov na celý životný cyklus konzistentne ukazuje, že celkové náklady na vlastníctvo sú nižšie, keď dvojradová jednotka nahrádza usporiadanie s viacerými ložiskami. Ekonomické výhody sa kumulujú v niekoľkých kategóriách nákladov:
| Kategória nákladov | Dvojradový uhlový kontakt (jedna jednotka) | Ekvivalentné usporiadanie viacerých ložísk |
|---|---|---|
| Náklady na nákup ložísk | Vyššie na jednotku | Nižšie na jednotku, ale potrebné sú 2 jednotky |
| Náklady na obrábanie krytu | Dolná – vyžaduje sa jeden vývrt | Vyššie — dva alebo viac presných vývrtov |
| Inštalačné práce | Dolná – jednoduchá inštalácia, bez nastavenia predpätia | Vyššie — viac ložísk, vyžaduje sa nastavenie predpätia |
| Interval údržby | Dlhšie — továrenské predpätie zostáva stabilné | Kratšie – môže byť potrebné pravidelné opätovné nastavenie predpätia |
| Odstávka na výmenu | Dolná — jedna výmena, bez úpravy | Vyššie – viaceré ložiská na výmenu a nastavenie |
| Inventár náhradných dielov | Jediné číslo dielu na sklade | Viaceré čísla dielov, vyššie náklady na sklad |
Štúdie celkových nákladov na vlastníctvo v prostrediach priemyselnej údržby to neustále ukazujú náklady na prestoje súvisiace s poruchou ložísk zvyčajne prevyšujú náklady na samotné ložisko 10 až 100-násobne vo výrobne kritických zariadeniach. Dlhšia životnosť, konzistentnejšie predpätie a jednoduchší postup výmeny dvojradových jednotiek preto prinášajú neúmerne veľké úspory v kategórii nákladov na prestoje – čo z nich robí ekonomickejšiu voľbu, aj keď je jednotková cena vyššia ako pri alternatívnych usporiadaniach.
Dvojradové valčekové ložiská s kosouhlým stykom sa vyrábajú v výnimočne širokej škále veľkostí – od miniatúrnych prístrojových ložísk s priemerom diery pod 10 mm používaných v presných gyroskopoch a leteckých pohonoch, až po masívne otočné ložiská s vonkajším priemerom presahujúcim 4 metre používané v systémoch natáčania veterných turbín a pohonoch veľkých radarových antén. Tento komplexný rozsah veľkostí znamená, že konštrukčné výhody konceptu dvojradového uhlového kontaktu sú dostupné prakticky pre akúkoľvek inžiniersku aplikáciu bez ohľadu na mierku.
V rámci každého rozsahu veľkostí sú tieto ložiská dostupné aj vo viacerých presných triedach:
Táto odstupňovaná dostupnosť presnosti znamená, že inžinieri dokážu prispôsobiť úroveň presnosti ložísk presne požiadavkám aplikácie – platia za presnosť tam, kde je to potrebné, a vyberajú štandardné triedy tam, kde nie je, a súčasne optimalizujú výkon aj náklady.
Priemyselné aplikácie vystavujú ložiská širokému rozsahu prevádzkových teplôt – od arktických ťažobných operácií pri -50 °C až po vybavenie oceliarní v blízkosti pecí pri zvýšených teplotách a od ložísk kryogénnych čerpadiel pri manipulácii so skvapalneným plynom až po prídavné prevodovky prúdových motorov pri teplotách nad 150 °C. Dvojradové valčekové ložiská s kosouhlým stykom môžu byť vyrobené a ošetrené tak, aby spoľahlivo fungovali v týchto extrémoch.
Štandardná ložisková oceľ (chrómová oceľ 52100) si zachováva primeranú tvrdosť a odolnosť proti únave do približne 120°C. Pre prevádzku pri vyšších teplotách sú k dispozícii tepelne stabilizované ložiská (označené ako triedy spracovania S1 až S4), ktoré rozširujú schopnosť nepretržitej prevádzkovej teploty na:
Pre aplikácie pri nízkych teplotách môžu ložiská vyrobené z nehrdzavejúcej ocele alebo špeciálne upravenej uhlíkovej ocele s nízkoteplotnými materiálmi klietky a mazivami spoľahlivo fungovať pri teplotách až do -60 °C alebo menej udržiavaním primeranej húževnatosti oceľových komponentov a tekutosti mazacieho filmu, aby sa zabránilo hladovaniu a opotrebovaniu pri studenom štarte.