Co to są zbiorniki kulkowe skośne dwurzędowe?

Łożyska kulkowe skośne dwurzędowe to konstrukcja łożyska, która łączy w sobie dwa rzędy kulek skośnych w jednym pierścieniu wewnętrznym i zewnętrznym, ułożonych tyłem do siebie, dzięki czemu mogą jednocześnie przenosić obciążenia promieniowe, obciążenia osiowe w obu kierunkach i obciążenia momentowe. Kąt zwilżania każdego rzędu jest ustawiony w taki sposób, że linie obciążenia z przeciwnych stron łożyska zbiegają się na osi łożyska, tworząc samodzielny zespół, który jest odporny na siły przechylające bez konieczności stosowania drugiego oddzielnie montowanego łożyska do obsługi przeciwnego kierunku osiowego. Pod względem zasady konstrukcyjnej dwurzędowe łożysko kulkowe skośne jest zasadniczo odpowiednikiem dopasowanej względem siebie pary dwóch jednorzędowych łożysk kulkowych skośnych zintegrowanych w jeden węższy, bardziej zwarty zespół mający wspólny pierścień wewnętrzny i zewnętrzny (źródło: Globalna Biblioteka Techniczna NSK; Katalog łożysk NTN 2203E). Standardowy kąt działania łożysk dwurzędowych serii 5200 i 5300 wynosi 25 stopni , podczas gdy Schaeffler i niektóre inne rodziny konstrukcji stosują kąt zwilżania 30 stopni, co zwiększa nośność osiową w stosunku do nośności promieniowej (źródło: NSK; Schaeffler TPI 213). Kompaktowa geometria oznacza, że ​​zespół dwurzędowy zajmuje znacznie mniej przestrzeni osiowej niż dwa oddzielnie montowane jednorzędowe łożyska skośne o tym samym otworze i średnicy zewnętrznej, co czyni go preferowanym rozwiązaniem wszędzie tam, gdzie potrzebne jest dwukierunkowe ograniczenie osiowe w wąskiej przestrzeni montażowej. Łożyska kulkowe skośne dwurzędowe w seriach 30 i 38 obejmują szeroki zakres rozmiarów otworów i opcji uszczelnienia, które odpowiadają dokładnie tego rodzaju kompaktowym, wielokierunkowym obciążeniom.

Jak kąt zwilżania definiuje zachowanie łożyska

Kąt działania to najważniejszy parametr geometryczny, który odróżnia łożysko kulkowe skośne od łożyska kulkowego zwykłego i bezpośrednio określa stosunek nośności osiowej do promieniowej, jaką może zapewnić łożysko.

Geometryczne znaczenie kąta zwilżania

W każdym łożysku tocznym kulki przenoszą obciążenie pomiędzy bieżnią pierścienia wewnętrznego a bieżnią pierścienia zewnętrznego poprzez punkty styku. W łożysku poprzecznym te punkty styku leżą na linii prostopadłej do osi wału, co oznacza, że ​​łożysko jest dobrze przystosowane do obciążeń promieniowych, ale może przenosić obciążenia osiowe jedynie incydentalnie. W łożysku skośnym bieżnie są przesunięte w taki sposób, że linia łącząca dwa punkty styku tworzy kąt z płaszczyzną promieniową. Kąt ten jest kątem zwilżania, oznaczonym alfa. Kiedy do łożyska skośnego przykładane jest obciążenie czysto osiowe, jest ono przenoszone przez tę nachyloną linię styku, która rozkłada siłę na składową promieniową i składową osiową w obrębie geometrii łożyska. Im wyższy kąt działania, tym większa część przyłożonego obciążenia osiowego, które jest efektywnie przenoszone, i tym większy stosunek obciążenia osiowego do promieniowego, jakie łożysko może wytrzymać, zanim naprężenie stykowe stanie się krytyczne (źródło: katalog łożysk NTN 2203E; brkbearings.com).

Wartości kąta zwilżania w projektach dwurzędowych

Łożyska kulkowe skośne jednorzędowe są dostępne w czterech standardowych konfiguracjach kąta działania: 15 stopni, 25 stopni, 30 stopni i 40 stopni. W wariancie 15 stopni priorytetem jest praca z dużą prędkością i niska sztywność osiowa; w wariancie 40 stopni priorytetem jest maksymalna nośność osiowa kosztem zmniejszonej prędkości znamionowej i wyższego wytwarzania ciepła. Łożyska kulkowe skośne dwurzędowe standardowej serii 5000 (seria 5200, 5300) produkowane są z Kąt zwilżania 25 stopni na rząd, ułożone tyłem do siebie, tak aby każdy rząd wytrzymywał obciążenie osiowe z jednego kierunku. Warianty o dużej wydajności, w tym rodzina konstrukcji Schaeffler, wykorzystują: Kąt zwilżania 30 stopni co zapewnia wyższy udział obciążenia osiowego, ale powoduje odpowiednie zmniejszenie ograniczenia prędkości dla pracy ciągłej (źródło: NSK Global; Schaeffler TPI 213).

Możliwość obciążenia momentem

Niezwykle ważną właściwością, jaką zapewnia układ dwurzędowy, jest odporność na obciążenia momentowe, zwane także momentami przechylającymi. Obciążenie momentowe powoduje obrót wału względem obudowy wokół osi prostopadłej do linii środkowej wału. Łożysko skośne jednorzędowe lub pojedyncze łożysko zwykłe nie jest w stanie wytrzymać tego typu obciążeń w sposób niezawodny, ponieważ strefa styku po jednej stronie byłaby przeciążona, podczas gdy strona przeciwna utraciłaby kontakt. Układ łożyska dwurzędowego jeden do tyłu tworzy szeroką efektywną rozpiętość pomiędzy dwiema liniami obciążenia, nawet w obrębie szerokości pojedynczego łożyska, co zapewnia mechaniczne ramię momentowe odporne na siły przechylające. Z tego powodu łożyska kulkowe skośne dwurzędowe są przeznaczone do zastosowań, w których zginanie wału, obciążenia poprzeczne lub siły żyroskopowe generują obciążenia momentowe w położeniu łożyska (źródło: Katalog łożysk NTN 2203E).

Struktura wewnętrzna i materiały składowe

Zrozumienie wewnętrznej konstrukcji dwurzędowego łożyska kulkowego skośnego wyjaśnia, dlaczego specyficzna konstrukcja i wybór materiałów wpływają na wydajność w sposób, który nie zawsze wynika z samego katalogu nośności.

Pierścienie i bieżnie

Pierścienie wewnętrzne i zewnętrzne standardowych łożysk kulkowych skośnych dwurzędowych są produkowane ze stali łożyskowej o wysokiej zawartości węgla, najczęściej 52100 lub równoważnych gatunków zgodnych z normami krajowymi, która jest hartowana na wskroś do twardości powierzchniowej, zwykle w zakresie od 58 do 65 HRC. Bieżnie są szlifowane z zachowaniem wąskich tolerancji średnicy, okrągłości i chropowatości powierzchni, ponieważ jakość powierzchni w strefie styku bezpośrednio determinuje rozkład naprężeń pod obciążeniem oraz poziom hałasu i wibracji podczas pracy. Geometria występu każdego pierścienia została zaprojektowana w taki sposób, aby generować przesunięcie pomiędzy bieżniami dwóch rzędów, które wytwarza zamierzony kąt zwilżania, a wysokość występu wyznacza również maksymalne obciążenie osiowe, jakie pierścienie mogą wytrzymać, zanim naprężenia kontaktowe przeniosą się na występy pierścienia, a nie pozostaną na bieżni.

Elementy toczne

Kulki w obu rzędach są zazwyczaj wykonane z tej samej stali łożyskowej 52100 co pierścienie lub z materiału ceramicznego, takiego jak azotek krzemu (Si3N4), do zastosowań wymagających dużych prędkości lub zastosowań krytycznych pod względem korozji. Średnicę kulek i liczbę kulek w rzędzie wybiera się podczas procesu projektowania, aby zoptymalizować nośność dynamiczną, nośność statyczną i prędkość łożyska dla zamierzonej serii zastosowań. W danej serii większa średnica kulki zwiększa nośność, ale zmniejsza maksymalną dopuszczalną prędkość, ponieważ siła odśrodkowa działająca na każdą kulkę rośnie wraz z masą kulki i kwadratem prędkości. Kulki klasy precyzyjnej mają różnicę średnicy mniejszą niż 0,00025 mm pomiędzy kulkami w tym samym rzędzie, ponieważ nawet małe różnice średnic powodują nierówny rozkład obciążenia, co zmniejsza nośność efektywną poniżej wartości katalogowej.

Opcje klatek

Koszyk oddziela kulki i utrzymuje stały odstęp na obwodzie, dzięki czemu obciążenie rozkłada się równomiernie na obwodzie łożyska. Łożyska kulkowe skośne dwurzędowe są dostępne z dwoma głównymi typami koszyków (źródło: NSK Global; NTN):

• Klatka z tłoczonej stali, która jest standardową opcją w większości zastosowań średnio i wysokoobrotowych i jest wytłoczona z blachy ze stali niskowęglowej z kieszeniami uformowanymi do prowadzenia kulek; Tłoczone koszyki stalowe nadają się do większości zastosowań smarowanych olejem i smarem w ramach standardowej prędkości znamionowej łożyska
• Koszyk poliamidowy lub nylonowy zapewniający niższą masę i niższy poziom hałasu przy wyższych prędkościach, lepszą wydajność w uszczelnionych łożyskach smarowanych smarem plastycznym, w których lepki opór smaru jest źródłem ciepła, oraz zmniejszone ryzyko rozmazywania podczas chwilowej utraty smarowania przy dużych prędkościach

Opcje uszczelniania i ekranowania

Otwarte dwurzędowe łożyska kulkowe skośne wymagają zewnętrznego smarowania poprzez okresowe uzupełnianie smaru lub układ oleju pod ciśnieniem. Dostępne są warianty uszczelnione i ekranowane, coraz częściej wybierane do zastosowań, w których dostęp konserwacyjny jest ograniczony lub istnieje obawa przedostawania się zanieczyszczeń (źródło: Katalog łożysk NTN 2203E; NSK). Najczęściej używane oznaczenia przyrostków to:

Konwencja nazewnictwa serii 30-2RS, 38-2RS, 30-ZZ i 38-ZZ stosowana w Łożyska kulkowe skośne dwurzędowe asortyment produktów bezpośrednio koduje zarówno numer seryjny, jak i typ uszczelnienia w oznaczeniu łożyska, co ułatwia identyfikację, który wariant jest odpowiedni dla danego zastosowania, na podstawie samego numeru części.

Nośność i specyfikacje wydajności

Działanie każdego łożyska tocznego charakteryzują się przede wszystkim trzema wartościami znamionowymi: podstawową nośnością dynamiczną, podstawową nośnością statyczną i prędkością graniczną. Wartości te zależą od wewnętrznej geometrii łożyska i należy je prawidłowo zinterpretować w odniesieniu do rzeczywistego cyklu obciążenia i prędkości w danym zastosowaniu, zanim będzie można przewidzieć niezawodną trwałość eksploatacyjną.

Podstawowe obciążenie dynamiczne

Podstawową nośność dynamiczną (C) definiuje się jako stałe obciążenie promieniowe, pod którym grupa identycznych łożysk osiągnie znamionową trwałość zmęczeniową wynoszącą milion obrotów przy 90% niezawodności, zgodnie z metodą obliczeniową określoną w normie ISO 281. W przypadku łożyska kulkowego skośnego dwurzędowego nośność dynamiczna jest wyższa niż w przypadku łożyska jednorzędowego z tym samym otworem, ponieważ dwa rzędy kulek dzielą przyłożone obciążenie, rozkładając naprężenie Hertza na większą liczbę punktów styku. Jako praktyczne odniesienie, łożysko serii 5200 z otworem 10 mm (numer łożyska 5200) ma nośność dynamiczną wynoszącą 7150 N , podczas gdy seria 5203 z otworem 17 mm przenosi około 12 700 N, a seria 5204 z otworem 20 mm przenosi około 15 900 N (źródło: katalog uszczelnionych i ekranowanych dwurzędowych łożysk kulkowych skośnych NSK, dokument e1249b).

Podstawowe obciążenie statyczne

Podstawowe obciążenie statyczne (C0) określa obciążenie, pod którym maksymalne naprężenie stykowe pomiędzy kulką a bieżnią osiąga około 4000 MPa, czyli poziom, przy którym lokalne odkształcenie plastyczne bieżni zaczyna powodować trwałe wgniecenie, które zwiększa wibracje i hałas podczas późniejszej eksploatacji. Korzystając z tych samych danych referencyjnych NSK, seria 5200 (otwór 10 mm) ma nośność statyczną 3900 N, podczas gdy 5203 (otwór 17 mm) ma 8300 N, a 5204 (otwór 20 mm) ma 10700 N (źródło: katalog NSK e1249b). Zastosowania obejmujące obciążenia udarowe, duże obciążenia statyczne podczas montażu lub duże obciążenia momentowe utrzymujące się przy niskiej prędkości należy oceniać pod kątem parametrów statycznych, a nie dynamicznych.

Obliczanie równoważnego obciążenia dynamicznego

Jeżeli łożysko poddawane jest połączonemu obciążeniu promieniowemu i osiowemu, a nie czysto promieniowemu, przed zastosowaniem równania trwałości ISO 281 należy obliczyć równoważne obciążenie dynamiczne P. W przypadku łożysk kulkowych skośnych dwurzędowych standardowy wzór to P = XFr YFa, gdzie Fr to siła promieniowa, Fa to siła osiowa, a X i Y to współczynniki obciążenia zależne od stosunku siły osiowej do promieniowej w stosunku do wartości progowej e. W przypadku uszczelnionych i ekranowanych serii dwurzędowych typowe wartości, gdy Fa/Fr jest mniejsze lub równe e, to X = 1, Y = 0,92, a gdy Fa/Fr przekracza e, X = 0,67 i Y = 1,41, przy e około 0,68 (źródło: katalog NSK e1249b). Wartości te zmieniają się wraz z kątem działania i serią łożysk, a projektanci powinni zawsze korzystać z wartości z arkusza danych konkretnego producenta dla stosowanej serii łożysk.

Możliwość prędkości

Prędkość graniczna łożyska kulkowego skośnego dwurzędowego jest ustalana na podstawie ciepła wytwarzanego na stykach tocznych oraz na styku koszyka z kulką i jest zwykle wyrażana albo jako graniczna prędkość smaru, albo granica prędkości oleju, przy czym granica oleju jest zwykle o 20 do 30 procent wyższa niż granica smaru. Warianty uszczelnione i ekranowane charakteryzują się niższym ograniczeniem prędkości niż równoważne łożyska otwarte, ponieważ tarcie wargi uszczelniającej lub bliskość tarczy zwiększają ciepło, które stałe wypełnienie smarem musi rozproszyć bez zewnętrznego chłodzenia. Norma DIN 628-3, która reguluje główne wymiary łożysk kulkowych skośnych dwurzędowych, ustanawia ograniczenia wymiarowe, które zapewniają zamienność pomiędzy producentami łożysk w ramach tej samej serii (źródło: Schaeffler TPI 213).

System oznaczeń i identyfikacja serii

Prawidłowe odczytanie oznaczenia łożyska kulkowego skośnego dwurzędowego umożliwia inżynierowi lub specjaliście ds. zakupów potwierdzenie średnicy, serii otworu (a tym samym średnicy zewnętrznej i szerokości) oraz konfiguracji uszczelnienia na podstawie numeru części bez konieczności sprawdzania pełnej tabeli wymiarów.

Odniesienia do serii 30 i 38 w oznaczeniu produktu odnoszą się do klasyfikacji serii średnicy zewnętrznej łożyska. Seria 30 i 38 w łożyskach kulkowych skośnych dwurzędowych wskazuje określoną obwiednię wymiarową, a towarzyszące im warianty z przyrostkami 2RS i ZZ bezpośrednio identyfikują, czy stosowane są uszczelnienia stykowe, czy stalowe osłony, umożliwiając określenie odpowiedniego wariantu odpowiednio dla uszczelnionego smarem plastycznym lub z osłoną.

Porównanie z alternatywnymi typami łożysk

Wybór łożyska kulkowego skośnego dwurzędowego do danego zastosowania wymaga zrozumienia, czym różni się ono od innych typów łożysk, które można potencjalnie rozważyć dla tego samego położenia.

vs jednorzędowe łożysko kulkowe skośne

Łożysko kulkowe skośne jednorzędowe może przenosić obciążenie osiowe tylko w jednym kierunku, ponieważ przesunięta geometria bieżni tworzy linię styku, która zbiega się na osi tylko z jednej strony. Aby wytrzymać dwukierunkowe obciążenia osiowe za pomocą łożysk jednorzędowych, dwa łożyska muszą być zamontowane przeciwstawnie, albo względem siebie (DB), czołowo (DF), albo w tandemie (DT w celu zwiększenia obciążenia osiowego w tym samym kierunku). Łożysko dwurzędowe osiąga to samo dwukierunkowe wiązanie osiowe w jednym, węższym zespole z jednym pierścieniem wewnętrznym i jednym pierścieniem zewnętrznym, co upraszcza konstrukcję oprawy i zmniejsza wymaganą przestrzeń osiową. Kompromis polega na tym, że zespół dwurzędowy ma stały kąt działania i układ rozstawionych tyłem do siebie, którego nie można zmienić, podczas gdy sparowany układ jednorzędowy pozwala inżynierowi wybrać montaż twarzą w twarz, jeśli geometria zastosowania wymaga innej charakterystyki ramienia momentowego (źródło: NSK Global; katalog łożysk NTN 2203E).

w porównaniu z łożyskiem kulkowym zwykłym

Łożysko kulkowe zwykłe ma symetryczny rowek bieżni na obu pierścieniach, który pozwala mu przenosić umiarkowane obciążenia osiowe w obu kierunkach, ale linia obciążenia pozostaje zasadniczo promieniowa przy małych obciążeniach osiowych, a łożysko nie ma określonego kąta zwilżania. W przypadku małych i średnich łącznych obciążeń przy dużej prędkości łożysko zwykłe jest często bardziej ekonomiczne i osiąga wyższe prędkości znamionowe niż łożysko skośne tego samego rozmiaru. Jednakże łożyska zwykłe nie zapewniają sztywnego osiowego pozycjonowania wału, jakie zapewnia łożysko skośne, i nie nadają się do zastosowań, w których należy przeciwstawić się obciążeniom momentowym lub gdzie częścią projektu systemu jest precyzyjna sztywność osiowa (źródło: brkbearings.com).

w porównaniu z łożyskiem stożkowym

Łożysko stożkowe przenosi większe obciążenia promieniowe i osiowe niż łożysko kulkowe skośne o tym samym rozmiarze otworu, ponieważ kontakt liniowy pomiędzy rolkami a bieżniami rozkłada obciążenie na większym obszarze, zmniejszając szczytowe naprężenia kontaktowe. Łożyska stożkowe wymagają jednak precyzyjnej regulacji napięcia wstępnego osiowego podczas montażu, generują więcej ciepła przy dużych prędkościach w wyniku tarcia ślizgowego między kołnierzem końcowym wałeczków i mają niższą granicę prędkości obrotowej niż łożyska kulkowe skośne. W zastosowaniach wymagających średnich prędkości, gdzie głównymi wymaganiami są umiarkowane obciążenia kombinowane i zwarta geometria, dwurzędowe łożyska kulkowe skośne są na ogół preferowane w stosunku do łożysk stożkowych.

Tabela porównawcza

Typowe zastosowania i przypadki użycia w branży

Łożyska kulkowe skośne dwurzędowe można znaleźć w zastosowaniach, które mają wspólne wymagania: dwukierunkowe wiązanie osiowe w kompaktowej przestrzeni przy prędkościach umiarkowanych do dużych, gdzie obciążenia momentowe lub obciążenia złożone powodują, że łożysko zwykłe jest niewystarczające.

Silniki elektryczne i dmuchawy

W silnikach elektrycznych często stosuje się dwurzędowe łożyska kulkowe skośne po stronie napędu, gdzie siły osiowe wynikające z naprężenia paska, ciągu przekładni śrubowej lub obciążenia łopatek wentylatora tworzą dwukierunkowe obciążenie osiowe w zależności od kierunku start-stop. Kompaktowa, jednoelementowa konstrukcja upraszcza konstrukcję obudowy silnika w porównaniu z układem dwułożyskowym, a kąt działania 25 stopni w standardowych seriach 5200 i 5300 zapewnia połączenie rozsądnej sztywności osiowej i znamionowej prędkości obrotowej dostosowanej do większości zastosowań silników indukcyjnych. NSK wymienia pompy, silniki elektryczne i dmuchawy jako główne typowe zastosowania tego typu łożysk (źródło: Globalna Biblioteka Techniczna NSK).

Pompy i kompresory

Pompy odśrodkowe wytwarzają osiowe siły ciągu, które odwracają kierunek wraz ze zmianami natężenia przepływu i różnicy ciśnień, a to dwukierunkowe obciążenie osiowe jest dokładnie warunkiem, dla którego projektuje się dwurzędowe łożyska kulkowe skośne. Konstrukcje pomp o dużej wydajności wykorzystujące łożysko o kącie działania 30 stopni mogą wytrzymać wyższe obciążenia osiowe typowe dla wielostopniowych pomp odśrodkowych, zachowując jednocześnie odpowiednią prędkość dla większości warunków pracy pomp. Uszczelnione i ekranowane warianty z oznaczeniami 2RS lub ZZ są szeroko stosowane w zastosowaniach pomp, gdzie wgłębienie łożyska nie jest dostępne w celu okresowego smarowania.

Skrzynie biegów i przekładnie

Przekładnie śrubowe wytwarzają osiową składową obciążenia zęba, która działa wzdłuż osi wału, a kierunek tego ciągu zmienia się pomiędzy zębnikiem a kołem zębatym w dopasowanej parze. Łożyska kulkowe skośne dwurzędowe na końcach wału ograniczają ten nacisk w obu kierunkach, bez konieczności stosowania oddzielnych pozycji łożyska wzdłużnego lub dodatkowych układów napięcia wstępnego osiowego. W kompaktowych przekładniach przemysłowych, gdzie priorytetem projektowym jest minimalizacja długości obudowy, jednozespołowe łożysko dwurzędowe w każdym położeniu wału pozwala zaoszczędzić znaczną obwiednię osiową w porównaniu z sparowanym układem jednorzędowym.

Wrzeciona obrabiarek i sprzęt precyzyjny

We wrzecionach obrabiarek CNC, zwłaszcza pracujących w średnim zakresie prędkości obrotowych, zastosowano dwurzędowe łożyska kulkowe skośne, które zapewniają sztywne osiowe i promieniowe pozycjonowanie wrzeciona względem obudowy wrzeciennika. Wytrzymałość na obciążenie momentowe jest szczególnie cenna w tym zastosowaniu, ponieważ siły skrawania przykładane na końcówkę narzędzia wytwarzają moment zginający w przednim położeniu łożyska, który spowodowałby niedopuszczalne ugięcie wrzeciona, gdyby zastosowano standardowe łożysko zwykłe. Precyzyjne, wstępnie naprężone łożyska dwurzędowe z węższym niż normalny luzem wewnętrznym (klasa luzu C2) spełniają najwyższe wymagania dotyczące sztywności w tej kategorii zastosowań.

Sprzęt samochodowy i rolniczy

W przekładniach maszyn rolniczych, skrzyniach biegów ciągników i niektórych napędach akcesoriów samochodowych stosuje się dwurzędowe łożyska kulkowe skośne w położeniach, w których połączone obciążenia promieniowe i osiowe z elementami momentowymi muszą być przenoszone w kompaktowym, bezobsługowym, uszczelnionym zespole. Warianty z osłoną ZZ lub uszczelnione 2RS są szczególnie odpowiednie do tych zastosowań, ponieważ dostęp serwisowy jest zazwyczaj ograniczony i wymagana jest ochrona przed zanieczyszczeniami z gleby, resztek pożniwnych lub żwiru drogowego przez cały okres międzyobsługowy wynoszący setki godzin pracy.

Wymagania dotyczące smarowania i okresy konserwacji

Smarowanie jest najczęstszą przyczyną uszkodzeń łożysk tocznych, a zrozumienie wymagań dotyczących smarowania charakterystycznych dla dwurzędowych łożysk kulkowych skośnych jest niezbędne do osiągnięcia oczekiwanej trwałości użytkowej w każdym zastosowaniu.

Smarowanie smarem do łożysk uszczelnionych i ekranowanych

Uszczelnione łożyska 2RS i ekranowane łożyska ZZ są fabrycznie napełniane smarem podczas produkcji i zostały zaprojektowane tak, aby były bezobsługowe przez cały przewidziany okres użytkowania w normalnych warunkach pracy. Objętość wypełnienia smarem jest optymalizowana na etapie produkcji, aby zapewnić odpowiednie smarowanie bez nadmiernych strat ubijania, które mogłyby generować ciepło i zmniejszać efektywną żywotność smaru. Wymiana tych łożysk pod koniec ich przewidywanego okresu użytkowania jest na ogół bardziej opłacalna niż próba uzupełnienia smaru, ponieważ uszczelniona lub ekranowana konstrukcja nie ułatwia dostępu do wnęki smaru bez pogorszenia funkcji uszczelniającej.

Smarowanie smarem do łożysk otwartych

Otwarte dwurzędowe łożyska kulkowe skośne wymagają zewnętrznego smarowania. Objętość wypełnienia smarem we wnęce łożyska i obudowie powinna zazwyczaj wypełniać od jednej trzeciej do połowy dostępnej wolnej przestrzeni; przepełnienie powoduje ubijanie ciepła, które przyspiesza degradację smaru i skraca żywotność łożyska. Smary na bazie litu lub smary złożone z litem o konsystencji NLGI Grade 2 są odpowiednie dla większości standardowych warunków prędkości i temperatury. Wytyczne firmy Schaeffler dotyczące okresów wymiany oleju w smarowanych olejem dwurzędowych łożyskach skośnych zalecają przestrzeganie ustalonych odstępów czasu wymienionych w projekcie FVA nr 171 i dostosowywanie ich w oparciu o temperaturę roboczą i poziom zanieczyszczenia (źródło: Schaeffler TPI 213).

Smarowanie olejem do zastosowań wymagających dużych prędkości

Przy wyższych prędkościach, gdy smarowanie smarem mogłoby generować nadmierne ciepło, otwarte dwurzędowe łożyska skośne można smarować olejem poprzez kąpiel olejową, mgłę olejową lub obieg oleju. Olej obiegowy z zewnętrzną chłodnicą i filtrem jest preferowaną metodą w zastosowaniach wymagających największych prędkości i dużych obciążeń, takich jak wrzeciona obrabiarek i wysokoobrotowe sprężarki, ponieważ jednocześnie smaruje, chłodzi i usuwa pozostałości zużycia z wnęki łożyska.

Wskazówki dotyczące instalacji, prześwitu i wstępnego ładowania

Prawidłowy montaż jest tak samo ważny, jak właściwy dobór łożyska dla osiągnięcia znamionowej trwałości użytkowej, szczególnie w przypadku dwurzędowych łożysk kulkowych skośnych, które muszą być montowane z odpowiednim pasowaniem i ustawieniem osiowym.

Pasuje do wału i obudowy

Pierścień wewnętrzny łożyska kulkowego skośnego dwurzędowego jest zwykle montowany na wale z pasowaniem wciskowym, gdy pierścień wewnętrzny obraca się względem kierunku obciążenia, co jest najczęstszą konfiguracją w maszynach wirujących. Pasowanie wciskowe zapewnia, że ​​pierścień nie będzie pełzał po powierzchni wału pod obciążeniem obrotowym, co mogłoby powodować zużycie cierne na wale i generować ciepło. Pierścień zewnętrzny jest zwykle montowany w oprawie z pasowaniem wciskowym lub przejściowym. Wielkość wcisku jest określona w tabelach tolerancji pasowania ISO 286 i wybierana na podstawie rozmiaru łożyska, prędkości obrotowej i wielkości obciążenia; większe łożyska i większe obciążenia wymagają ciaśniejszego pasowania, aby zapobiec pełzaniu pod obciążeniem.

Wybór luzu wewnętrznego

Łożyska kulkowe skośne dwurzędowe są dostępne w kilku grupach luzów wewnętrznych: C2 (mniejszy niż normalnie), CN (normalne, ustawienie domyślne, jeśli nie podano przyrostka luzu), C3 (większy niż normalny) i C4 (jeszcze większy). Właściwa grupa luzów zależy od pasowania wału i oprawy oraz oczekiwanej temperatury pracy. Pasowanie z wciskiem na wale zmniejsza luz wewnętrzny po montażu, zatem łożysko, w którym przed montażem zmierzono luz normalny, może po montażu pracować przy zerowym luzie lub z niewielkim napięciem wstępnym. Jeżeli temperatura robocza powoduje szybsze rozszerzanie się wału niż oprawy, podczas pracy następuje dalsze zmniejszenie luzu. W zastosowaniach, w których wał pracuje znacznie cieplej niż obudowa, luz początkowy C3 lub C4 kompensuje tę różnicę rozszerzalności cieplnej i zapobiega pracy łożyska przy nadmiernym napięciu wstępnym (źródło: katalog łożysk NTN 2203E).

Uwagi dotyczące wstępnego ładowania

Niewielkie napięcie wstępne, gdy łożysko pracuje z zerowym luzem wewnętrznym lub bardzo małą ilością odkształcenia sprężystego dzielonego między dwa rzędy, zwiększa sztywność promieniową i osiową położenia łożyska oraz zmniejsza wibracje i hałas pod zmiennymi obciążeniami. Łożyska wrzeciona obrabiarek są zwykle wstępnie naprężane w celu poprawy dokładności pozycjonowania. Nadmierne napięcie wstępne generuje ciepło i zwiększa naprężenia zmęczeniowe, skracając żywotność, dlatego napięcie wstępne należy dokładnie określić i zweryfikować podczas montażu za pomocą osiowej siły napięcia wstępnego lub pomiarów momentu rozruchowego.

Tryby awarii i monitorowanie stanu

Zrozumienie trybów awarii łożysk kulkowych skośnych dwurzędowych pozwala inżynierom zajmującym się konserwacją wcześnie wykryć pogorszenie stanu i zaplanować wymianę łożyska, zanim katastrofalna awaria spowoduje wtórne uszkodzenie wału, obudowy lub maszyny.

Odpryski zmęczeniowe

Zmęczenie stykowe toczenia powoduje powstawanie podpowierzchniowych pęknięć w bieżni lub materiale kulki, które rozprzestrzeniają się na powierzchnię i ostatecznie powodują oderwanie się materiału, tworząc odpryski lub wgłębienia. Spalling generuje charakterystyczną sygnaturę drgań o wysokiej częstotliwości, którą można wykryć za pomocą monitorowania drgań w oparciu o akcelerometr i analizę częstotliwości uszkodzeń łożysk. Charakterystyczne częstotliwości defektów pierścienia zewnętrznego, wewnętrznego i kulek zależą od geometrii łożyska i prędkości obrotowej i częstotliwości te można obliczyć na podstawie standardowych parametrów geometrii łożyska, stosując równania określone w normie ISO 15243 i normach pokrewnych.

Zanieczyszczenia i zużycie ścierne

Zanieczyszczenie cząstkami smaru powoduje trójciałowe zużycie ścierne na stykach tocznych, co stopniowo powoduje szorstkość powierzchni bieżni, zwiększa wibracje i hałas, a ostatecznie wprowadza cząstki zużycia, które przyspieszają cykl uszkodzeń. Uszczelnione i ekranowane łożyska dwurzędowe zapewniają znacznie lepszą ochronę przed zanieczyszczeniami niż łożyska otwarte w większości środowisk przemysłowych i jest to jeden z głównych powodów, dla których warianty 2RS i ZZ są preferowane zamiast łożysk otwartych wszędzie tam, gdzie środowisko pracy wiąże się z ryzykiem wnikania pyłu, wiórów lub płynu procesowego.

Błąd smarowania

Niewystarczająca ilość smaru, zdegradowany smar lub smar niewłaściwego rodzaju powoduje kontakt metalu z metalem na powierzchniach styku tocznego, powodując gwałtowny wzrost temperatury, zużycie adhezyjne, rozmazywanie powierzchni kulek i bieżni, a w końcu zatarcie. W przypadku łożysk uszczelnionych i ekranowanych awaria smarowania zwykle pojawia się pod koniec projektowego okresu użytkowania łożyska lub pod jego koniec, gdy fabrycznie napełniony smar uległ rozkładowi w wyniku degradacji termicznej i mechanicznej. Wczesne wykrywanie poprzez monitorowanie temperatury obudowy łożyska lub okresową analizę sygnatur drgań pozwala zaplanować wymianę przed awarią, a nie po niej.