- TEL:
+86-574-63269198
+86-574-63261058
- FAKS:
+86-574-63269198
+86-574-63261058
- E-MAIL:
- ADRES:
Strefa przemysłowa Henghe Ningbo, Zhejiang, Chiny.
- Śledź nas:
Łożyska wałeczkowe skośne dwurzędowe są używane głównie w aplikacjach wymagających jednoczesnej obsługi duże obciążenia promieniowe, znaczne obciążenia osiowe z obu kierunków i obciążenia momentowe — wszystko w kompaktowym, jednozespołowym układzie łożysk. Stanowią one rozwiązanie inżynieryjne z wyboru, gdy wał lub zespół obrotowy musi być sztywno podparty w jednym miejscu, bez konieczności łączenia w parę dwóch oddzielnych łożysk jednorzędowych.
W praktyce łożyska te pojawiają się we wrzecionach obrabiarek, czopach walców, ciężkich przekładniach przemysłowych, wałach pomp i sprężarek, układach skoku turbin wiatrowych i precyzyjnych siłownikach lotniczych – wszędzie tam, gdzie łączna nośność, sztywność osiowa i precyzyjna dokładność pracy muszą współistnieć w jednym położeniu łożyska. Ich kąty zwilżania zazwyczaj mieszczą się w zakresie od 25° do 40° , przy czym wyższe kąty zapewniają większą nośność osiową, a niższe kąty sprzyjają większym prędkościom i nośności promieniowej.
Aby zrozumieć zastosowania, warto zrozumieć, co strukturalnie wyróżnia ten typ łożyska. Łożysko wałeczkowe skośne dwurzędowe składa się z dwóch rzędów elementów tocznych — albo rolek stożkowych, albo rolek cylindrycznych z bieżniami ustawionymi pod kątem — ułożonych w przeciwnej konfiguracji (przeciwstawnie lub czołowo) w obrębie pojedynczego pierścienia zewnętrznego i często pojedynczego zespołu pierścienia wewnętrznego.
To przeciwne ustawienie tworzy dwie linie obciążenia, które zbiegają się (układ twarzą w twarz / układ O) lub rozchodzą się (układ tyłem do tyłu / układ X) względem osi łożyska. Rezultatem jest zespół łożyskowy, który może:
Układ back-to-back (X) zapewnia doskonałą odporność na obciążenia momentowe ponieważ linie obciążenia rozchodzą się na zewnątrz, tworząc szerszą wirtualną rozpiętość łożyska. Układ czołowy (O) jest bardziej tolerancyjny na niewspółosiowość wałów i rozszerzalność cieplną. Wybór pomiędzy tymi konfiguracjami określa przydatność dla określonych środowisk aplikacji.
Jednym z najbardziej wymagających i powszechnych zastosowań łożysk wałeczkowych skośnych dwurzędowych są wrzeciona obrabiarek — obrotowe wały, które utrzymują i napędzają narzędzia skrawające lub przedmioty obrabiane w tokarkach, frezarkach, szlifierkach i centrach obróbkowych.
W tym kontekście łożysko musi jednocześnie spełniać sprzeczne wymagania: musi być wystarczająco sztywne, aby wytrzymać siły skrawania (które wytwarzają zarówno obciążenia promieniowe, jak i osiowe oraz momenty zginające), pracując z wystarczającą dokładnością, aby wytworzyć obrobione powierzchnie z tolerancjami na poziomie mikrometrów. Łożyska wrzeciona w szlifierkach precyzyjnych mogą być wymagane do utrzymania bicia promieniowego poniżej 1 mikrometra (0,001 mm) przy prędkościach roboczych, które mogą przekraczać 15 000 obr./min.
Dwurzędowe łożyska kulkowe skośne o kącie działania od 15° do 25° dominują w szybkoobrotowym końcu tego zastosowania, podczas gdy dwurzędowe łożyska stożkowe o kącie działania od 30° do 40° służą do wrzecion o większych obciążeniach i niższych prędkościach, spotykanych w ciężkich centrach tokarskich i wytaczarkach. Kluczową zaletą w obu przypadkach jest to, że pojedyncze łożysko obsługuje wszystkie kierunki obciążenia, co upraszcza konstrukcję wrzeciona, zmniejsza długość oprawy i poprawia zarządzanie temperaturą w porównaniu z układami z dwoma łożyskami.
Walcarki stosowane w produkcji stali, aluminium i miedzi poddają łożyska jedne z najcięższych łącznych warunków obciążenia w maszynach przemysłowych. Walce robocze i walce podporowe w walcowni gorącej lub zimnej podlegają ogromnym siłom promieniowym wynikającym z nacisku walcowania — siły, które w walcowniach blach grubych mogą osiągnąć kilka milionów Newtonów — przy jednoczesnym działaniu znacznych sił osiowych od bocznego wierzchołka walca i kształtowanego materiału.
Czterorzędowe łożyska stożkowe (które zasadniczo składają się z dwóch połączonych ze sobą zespołów dwurzędowych) są dominującym wyborem w przypadku pozycji czopów walców ciężkich, ale dwurzędowe łożyska wałeczkowe skośne odgrywają kluczową rolę w położeniach pośrednich, położeniach wzdłużnych i układach regulacji tych walcarek. Ich zdolność do kompensowania przemieszczeń osiowych na skutek wzrostu temperatury, przy jednoczesnym przenoszeniu pełnego obciążenia promieniowego, sprawia, że są one szczególnie przydatne w systemach pozycjonowania rolek zapasowych, gdzie wymagane jest dokładne osiowe położenie rolki.
W zastosowaniach związanych z walcowaniem na zimno, gdzie jakość wykończenia powierzchni jest najważniejsza, niskie ugięcie i wysoka sztywność dwurzędowych łożysk skośnych bezpośrednio przyczyniają się do spójności szczeliny walca, co przekłada się na jednakową grubość taśmy na całej szerokości walcowanego produktu.
W przekładniach przemysłowych i wysokoobciążonych zazębienie przekładni generuje jednocześnie siły promieniowe (prostopadle do wału) i siły osiowe (wzdłuż osi wału). Przekładnie śrubowe, spiralne przekładnie stożkowe i przekładnie ślimakowe wytwarzają nacisk osiowy, który musi być pochłaniany przez łożyska wału. Do tych pozycji wałów idealnie nadają się dwurzędowe łożyska wałeczkowe skośne ponieważ wytrzymują łączne obciążenie w jednym kompaktowym urządzeniu, bez konieczności stosowania oddzielnego łożyska wzdłużnego obok łożyska promieniowego.
W typowej przekładni śrubowej kąt pochylenia linii śrubowej zębów tworzy składową siły osiowej proporcjonalną do siły stycznej pomnożonej przez tangens kąta pochylenia linii śrubowej. Dla kąta pochylenia linii śrubowej wynoszącego 20° i siły stycznej wynoszącej 50 kN siła osiowa wyniesie około 18 kN — jest to znaczne obciążenie, które musi w sposób ciągły oddziaływać przez łożysko na oprawę. Dwurzędowe łożysko skośne w tym położeniu wału eliminuje potrzebę stosowania oddzielnego kołnierza oporowego lub dodatkowego łożyska, zmniejszając zarówno liczbę części, jak i ogólną obwiedni skrzyni biegów.
Przekładnie napędu okrętowego, główne przekładnie turbin wiatrowych, napędy trakcyjne lokomotyw i przekładnie dużych mieszalników przemysłowych to zastosowania, w których dwurzędowe łożyska wałeczkowe skośne zapewniają tę połączoną funkcję przenoszenia obciążenia w pozycjach wałów krytycznych dla niezawodności systemu.
Pompy odśrodkowe i sprężarki wytwarzają znaczne osiowe siły ciągu na wałach wirnika w wyniku różnicy ciśnień na wirniku. W jednostopniowej pompie odśrodkowej nacisk osiowy netto jest zwykle pochłaniany przez dedykowane łożysko oporowe na nienapędowym końcu wału. W przypadku pomp wielostopniowych lub sprężarek wysokociśnieniowych ten nacisk osiowy może osiągnąć dziesiątki kiloniutonów i może zmienić kierunek w pewnych warunkach pracy, co sprawia, że dwurzędowe łożyska wałeczkowe skośne są właściwym typem łożyska dla tego położenia.
Kluczowe zalety w zastosowaniach z pompami i sprężarkami obejmują:
Turbiny wiatrowe stanowią wyjątkowy zestaw wyzwań związanych z łożyskami ze względu na połączenie niskich prędkości obrotowych, bardzo dużych obciążeń, odwracających się kierunków obciążenia i konieczności bezobsługowej żywotności przez dziesięciolecia. Łożyska wałeczkowe skośne dwurzędowe są szeroko stosowane w dwóch kluczowych podukładach turbin wiatrowych: łożysku nachylenia łopat i łożysku odchylenia gondoli.
Każda łopata wirnika jest połączona z piastą za pomocą łożyska skośnego, które umożliwia obrót łopaty wokół jej osi wzdłużnej, regulując kąt nachylenia łopatek w celu kontrolowania mocy wyjściowej i ochrony turbiny przy silnym wietrze. Łożysko podziałowe musi unieść cały ciężar ostrza (który może przekroczyć 20 ton dla ostrzy dłuższych niż 60 metrów ) jako obciążenie promieniowe/momentowe, jednocześnie przyjmując osiowy ciąg aerodynamiczny i umożliwiając kontrolowany obrót w celu regulacji nachylenia.
Łożyska wieńcowe skośne dwurzędowe — zasadniczo wersje o dużej średnicy (1,5 do 3 metrów) oparte na zasadzie dwurzędowego skośnego styku — są standardowym rozwiązaniem w tym zastosowaniu. Ich sztywność momentowa zapobiega przechylaniu się łopatek pod asymetrycznym obciążeniem, a ich nośność osiowa wytrzymuje siły naporu wiatru.
Łożysko odchylenia łączy gondolę (obudowę zawierającą generator i układ napędowy) z wieżą, umożliwiając obracanie się całej gondoli i śledzenie zmieniających się kierunków wiatru. To łożysko o dużej średnicy — zazwyczaj Średnica od 2 do 4 metrów w turbinach na skalę przemysłową — musi utrzymać cały ciężar zespołu gondoli i wirnika (często 100 ton lub więcej), jednocześnie wytrzymując moment wywracający wynikający z obciążenia wiatrem i umożliwiając powolny, kontrolowany obrót napędzany silnikami napędowymi odchylania. Konfiguracje dwurzędowych styków kątowych zapewniają niezbędną kombinację nośności promieniowej, osiowej i momentowej w jednej zintegrowanej konstrukcji łożyska pierścieniowego.
W inżynierii lotniczej waga, niezawodność i wydajność są najważniejsze, a dwurzędowe łożyska wałeczkowe skośne spełniają wszystkie trzy wymagania. Ich zastosowanie obejmuje akcesoria do silników lotniczych, siłowniki sterowania lotem, punkty obrotu podwozia, elementy głowicy wirnika helikoptera i przeguby Cardana systemu naprowadzania rakiet.
Skrzynie biegów akcesoriów do silników lotniczych, które napędzają pompy hydrauliczne, pompy paliwowe, generatory i pompy usuwające olej z rdzenia silnika, w dużym stopniu opierają się na dwurzędowych łożyskach skośnych na wałach przekładni. Łożyska te muszą działać niezawodnie w ekstremalnych zakresach temperatur — od -54°C podczas rejsu na dużych wysokościach do ponad 150°C w środowisku oleju w skrzyni biegów — przy obsłudze pełnego zakresu połączonych obciążeń oczek kół zębatych.
W mechanizmach siłowników sterowania lotem, gdzie uruchomienie powierzchniowe powoduje dwukierunkowe obciążenia osiowe na śrubach kulowych i zespołach drążków siłowników, dwurzędowe łożyska skośne zapewniają niezbędną sztywność osiową, aby zminimalizować błąd położenia powierzchni sterowej pod obciążeniem – co jest wymogiem krytycznym dla bezpieczeństwa w podstawowych systemach sterowania lotem.
Ciężki sprzęt górniczy i budowlany działa w warunkach poważnych wstrząsów i przeciążeń, które szybko niszczą lżejsze typy łożysk. Łożyska stożkowe skośne dwurzędowe są szeroko stosowane w tych środowiskach, ponieważ ich kontakt liniowy pomiędzy rolkami stożkowymi a bieżniami zapewnia znacznie wyższa obciążalność udarowa niż łożyska kulkowe o porównywalnej wielkości .
Konkretne zastosowania obejmują:
W inżynierii samochodowej dwurzędowe łożyska kulkowe skośne są standardowym typem łożysk do piast przednich kół samochodów osobowych i lekkich pojazdów użytkowych. Łożysko piasty koła przedniego musi jednocześnie przenosić ciężar pojazdu (promieniowy), siły boczne na zakrętach (osiowe i momentowe) oraz siły hamowania (osiowe) – a wszystko to przy prędkościach odpowiadających jeździe po autostradzie i pozwalających przetrwać cały okres eksploatacji pojazdu bez wymiany.
Nowoczesne zespoły łożysk piast kół (HBU — Hub Bearing Unit generacji 1, 2 i 3) integrują dwurzędowe łożysko skośne z kołnierzem piasty koła, pierścieniem czujnika ABS, a czasami z interfejsem przegubu homokinetycznego, w jeden uszczelniony, bezobsługowy zespół. Jednostki te zaprojektowano na okres użytkowania wynoszący 200 000 km lub więcej i zostały zaprojektowane tak, aby działać bez smarowania przez cały okres ich użytkowania.
W ciężkich pojazdach użytkowych — ciężarówkach, autobusach i sprzęcie budowlanym — łożyska stożkowe dwurzędowe skośne na rolkach są nadal powszechne, szczególnie w osiach napędzanych, gdzie łączne obciążenie promieniowe, osiowe i momentowe jest poważniejsze niż w typowych warunkach samochodu osobowego. Zespoły te wymagają okresowej kontroli i ponownej regulacji napięcia wstępnego, w przeciwieństwie do uszczelnionych zespołów samochodowych.
Wybór odpowiedniego typu łożyska wymaga zrozumienia, jak dwurzędowe łożyska wałeczkowe skośne wypadają w porównaniu z alternatywami dla wymagań dotyczących obciążenia i prędkości w danym zastosowaniu.
| Typ łożyska | Nośność promieniowa | Obciążenie osiowe (w obu kierunkach) | Odporność na obciążenie momentowe | Możliwość prędkości | Typowe zastosowanie |
|---|---|---|---|---|---|
| Dwurzędowy kontakt kątowy (kulka) | Wysoka | Wysoka | Dobrze | Bardzo wysoki | Wrzeciona obrabiarek, piasty kół |
| Rolka stożkowa dwurzędowa | Bardzo wysoki | Bardzo wysoki | Znakomicie | Umiarkowane | Walcarki, skrzynie biegów, ciężkie osie |
| Jednorzędowa kula z głębokim rowkiem | Umiarkowane | Niski | Biedny | Bardzo wysoki | Silniki elektryczne, wspornik wału lekkiego |
| Wałek cylindryczny (jednorzędowy) | Bardzo wysoki | Brak (swobodna osiowa) | Biedny | Wysoka | Wysoka-speed spindles, floating shaft positions |
| Wałek sferyczny | Bardzo wysoki | Umiarkowane (both directions) | Umiarkowane (self-aligning) | Umiarkowane | Napędy przenośników, wentylatory, niewyosiowane wały |
| Sparowany jednorzędowy kontakt kątowy | Wysoka | Wysoka | Dobrze to Excellent | Wysoka | Wrzeciona wymagające regulacji napięcia wstępnego |
Kluczową cechą wyróżniającą dwurzędowe łożysko skośne jest to, że wytrzymuje ono wszystkie trzy rodzaje obciążeń — promieniowe, dwukierunkowe osiowe i momentowe — w jednym zespole o zwartej obudowie osiowej. Tam, gdzie łożysko walcowe wymaga zamontowania obok siebie dodatkowego łożyska wzdłużnego i gdzie dwa jednorzędowe łożyska skośne wymagają starannego ustawienia napięcia wstępnego i dodatkowej przestrzeni osiowej, zespół dwurzędowy osiąga równoważną lub lepszą łączną wydajność obciążenia przy mniejszej liczbie elementów i prostszej instalacji.
Wybierając łożysko wałeczkowe skośne dwurzędowe do konkretnego zastosowania, inżynierowie oceniają kilka współzależnych parametrów, aby zapewnić odpowiednią trwałość i wydajność.
Kąt zwilżania jest najbardziej podstawowym parametrem konstrukcyjnym. Typowe są standardowe kąty działania łożysk kulkowych skośnych dwurzędowych 25°, 30° lub 40° . Kąt 25° zapewnia wyższą prędkość i niższą sztywność osiową — odpowiedni do wrzecion obrabiarek, w których prędkości są wysokie, ale obciążenia osiowe są umiarkowane. Kąt 40° zapewnia wyższą nośność osiową i większą sztywność kosztem zmniejszonej prędkości znamionowej — odpowiedni do zastosowań z dużą prędkością i wolnym toczeniem, takich jak systemy pozycjonowania walcowni.
Łożyska skośne dwurzędowe są zazwyczaj dostarczane z określonym wewnętrznym napięciem wstępnym — niewielką siłą ściskającą przykładaną do elementów tocznych, która eliminuje cały luz wewnętrzny i zwiększa sztywność łożyska. Poziomy napięcia wstępnego dzielą się na lekkie (C), średnie (CA) i duże (CB), przy czym większe napięcie wstępne zwiększa sztywność, ale także zwiększa wytwarzanie ciepła i zmniejsza prędkość. W przypadku wrzecion obrabiarek precyzyjnych najczęściej występuje średnie napięcie wstępne , zapewniając sztywność potrzebną do dokładności wymiarowej bez nadmiernego gromadzenia się ciepła przy prędkościach roboczych.
Dobór łożyska do konkretnego zastosowania rozpoczyna się od obliczenia zastępczego obciążenia dynamicznego łożyska P na podstawie rzeczywistej siły promieniowej Fr i siły osiowej Fa, korzystając ze wzoru P = X·Fr Y·Fa, gdzie X i Y to współczynniki obciążenia zależne od kąta zwilżania i stosunku Fa/Fr. To obciążenie równoważne jest następnie wykorzystywane w połączeniu z nośnością dynamiczną łożyska C do obliczenia trwałości użytkowej L10 — trwałości (w milionach obrotów lub godzinach pracy), którą osiągnie lub przekroczy 90% populacji identycznych łożysk.
W przypadku większości zastosowań przemysłowych minimum Żywotność L10 od 20 000 do 50 000 godzin jest ukierunkowany na warunki operacyjne; w zastosowaniach krytycznych, takich jak czopki walców w stalowniach i urządzenia do wytwarzania energii, często celem trwałości L10 jest przekraczanie 100 000 godzin, co powoduje wybór łożysk dwurzędowych o dużej średnicy i dużej nośności, z dużymi marginesami bezpieczeństwa w zakresie obciążenia dynamicznego.
Metoda smarowania i dobór środka smarnego do łożysk tocznych skośnych dwurzędowych zależą w dużym stopniu od prędkości, obciążenia, temperatury i dostępu do konserwacji w danym zastosowaniu. Trzy podstawowe podejścia do smarowania to:
Prawidłowy montaż ma kluczowe znaczenie dla osiągnięcia znamionowej trwałości łożysk skośnych dwurzędowych. Zły montaż – w szczególności nieprawidłowe tolerancje pasowania, niewystarczające napięcie wstępne lub niewspółosiowy montaż – jest jedną z głównych przyczyn przedwczesnych uszkodzeń łożysk w trakcie eksploatacji.
Kluczowe wymagania instalacyjne obejmują:
W służbie, dwurzędowe łożyska wałeczkowe skośne zapewniają kilka wykrywalnych wskaźników, gdy zbliżają się do końca ich okresu użytkowania lub występują w nich nietypowe warunki pracy. Monitorowanie stanu tych łożysk jest szczególnie ważne w zastosowaniach, w których nieplanowane przestoje są kosztowne.
Planowana wymiana w momencie lub przed obliczoną trwałością L10 – w połączeniu z regularnym monitorowaniem stanu – to najbardziej opłacalna strategia konserwacji łożysk skośnych dwurzędowych w zastosowaniach krytycznych, gdzie koszt nieplanowanych przestojów znacznie przekracza koszt samego łożyska.