Zespoły łożyskowe a problemy z przenoszeniem obciążeń – jak je poprawnie dobierać?
Łożyska należą do podzespołów, w największej mierze wpływających na sprawność układów przenoszenia napędu. Nieprawidłowo dobrane lub wadliwe zespoły łożyskowe mogą powodować więc problemy w działaniu systemów. Aby ich uniknąć, konstruktorzy powinni wiedzieć, jak dobierać łożyska do danego układu. Ten temat omawiamy w poniższym poradniku.
Rodzaje obciążeń i ich wpływ na pracę łożysk
Warto zacząć od najważniejszej kwestii – omówienia poszczególnych rodzajów obciążeń w układach i ich wpływu na pracę łożysk. Jednym z nich jest obciążenie miejscowe. Tym mianem określa się obciążenia stale przyjmowane przez ten sam odcinek lub punkt bieżni. Mamy z nim do czynienia, jeśli wirowanie pierścienia łożyska i obciążenia mają te same parametry oraz kiedy pierścień nie porusza się ruchem obrotowym względem obciążenia. By zapewnić trwałość i niezawodność układu, w takim przypadku konieczne jest ciasne pasowanie zewnętrznego pierścienia łożyska.
Obciążeniem wirującym nazywa się zaś takie oddziaływanie, w którym obciążenie stwierdzane jest w każdym punkcie jego obrotu. Występuje ono, jeśli w jednej aplikacji obciążenie porusza się ruchem obrotowym wokół nieruchomego pierścienia lub jeżeli pierścień obraca się wokół obciążenia stałego. W aplikacjach poddawanych obciążeniu wirującemu rekomendowane jest ciasne pasowanie pierścienia wewnętrznego.
Ostatni typ to obciążenie oscylujące, czyli zmieniające kierunek (zawracające). Występuje ono w aplikacjach, w których oba pierścienie łożyska wykonują ruch nawrotny. W przypadku obciążenia oscylującego najlepszym rozwiązaniem jest zastosowanie pasowania ciasnego obu pierścieni, minimalizującego wpływ drgań i dużych obciążeń.
Najczęstsze problemy z przenoszeniem obciążeń w zespołach łożyskowych
Nie tylko nieprawidłowe pasowanie elementów łożysk może negatywnie wpłynąć na trwałość i efektywność układu. Konstruktor powinien zwrócić uwagę również ustawienie zespołu. Nieprawidłowa pozycja łożysk może prowadzić do współosiowości i, co za tym idzie, przegrzewania lub uszkodzenia. Wewnętrzne wibracje na łożysku powodują ponadto fałszywy obieg kulek, co skutkuje przyspieszonym zużywaniem smaru.
Zespoły łożyskowe i całe układy muszą poza tym być projektowane i utrzymane w sposób zapobiegający:
- przepływowi prądu przemiennego lub stałego przez łożyska;
- korozji;
- suchej pracy (konieczne są regularne inspekcje i uzupełnianie środków smarnych);
- przedostawaniu się zanieczyszczeń do łożysk.
Dobór zespołów łożyskowych – na co zwrócić uwagę?
Zespół łożyskowy powinien być odpowiednio dobrany do specyfiki aplikacji. Przy jego wyborze szczególną uwagę należy zwrócić na rodzaj użytych w nim łożysk. Pod tym względem wyróżnia się:
- zespoły łożyskowe z łożyskami baryłkowymi: dobrze sprawdzają się w aplikacjach ogólnego zastosowania, przenosząc obciążenia promieniowe i tolerując niewspółosiowość do 1,5 stopnia;
- zespoły łożyskowe z łożyskami stożkowymi: przejmują zarówno obciążenia poprzeczne, jak i wzdłużne. Nadają się do przenośników ślimakowych i wentylatorów oraz innych aplikacji, w których wymagana jest wysoka sztywność;
- zespoły łożyskowe z łożyskami kulkowymi: stosowane w mniej wymagających aplikacjach.
Duże znaczenie ma też typ oprawy zespołu łożyskowego. Elementy te dzielimy na następujące grupy:
- oprawy dzielone: ułatwiają dostęp do łożyska i innych elementów, ułatwia prace konserwacyjne. Są zalecane przy średnicach wałów powyżej 125 mm;
- oprawy niedzielone: kompaktowe rozwiązanie gotowe do zabudowy, ale zwykle wymagające wymiany całego zespołu w razie awarii. Stosowane przy średnicach wałów poniżej 125 mm;
Oprawy najczęściej wykonywane są z żeliwa, ale w trudniejszych warunkach lepszym wyborem może być żeliwo sferoidalne, zapewniające większą wytrzymałość.
Kolejny krok to wybór uszczelnienia zabezpieczającego łożysko przed zanieczyszczeniami i wyciekami smaru. Do najczęściej stosowanych typów należą:
- uszczelnienia dwuwargowe: odporne na zużycie przy niskich prędkościach obrotowych;
- uszczelnienia trójwargowe: skuteczne przy małych i średnich prędkościach;
- uszczelnienia labiryntowe: bezstykowe, dedykowane aplikacjom wysokotemperaturowym i wysokoobrotowym.
- uszczelnienia takonitowe: polecane w środowisku silnie zanieczyszczonym.
Dobierając uszczelnienie, uwagę należy zwrócić na to, z jakiego materiału zostało wykonane. Standardowe gumowe uszczelnienia mogą nie wytrzymać ekstremalnych warunków pracy. W takim przypadku lepszym wyborem będą uszczelnienia z politetrafluoroetylenu (PTFE) lub kauczuku silikonowego.
Odpowiednio dobrany zespół łożyskowy zapewnia trwałość i sprawność całego układu przenoszenia napędu. By uniknąć problemów, konstruktor powinien uwzględnić rodzaj obciążeń, typ łożyska, konstrukcję oprawy oraz właściwe uszczelnienie, dopasowane do warunków pracy. Właściwe pasowanie elementów, zabezpieczenie przed zanieczyszczeniami i odpowiednia konserwacja minimalizują ryzyko awarii i zwiększają efektywność całego systemu.
Art. Sponsorowany