- 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 oferują kombinację zalet, których nie zapewnia w pełni żaden inny pojedynczy typ łożyska: jednoczesna obsługa dużych obciążeń promieniowych, dwukierunkowych obciążeń osiowych i obciążeń momentowych w ramach jednego, kompaktowego zespołu łożyskowego . Ta wielokierunkowa nośność w połączeniu z wysoką sztywnością, długą żywotnością i zmniejszoną złożonością instalacji sprawia, że są to jedne z najbardziej wszechstronnych i opłacalnych rozwiązań łożyskowych dostępnych dla wymagających zastosowań przemysłowych, motoryzacyjnych i inżynierii precyzyjnej.
Z praktycznego punktu widzenia, łożyska te umożliwiają projektantom zastąpienie dwóch oddzielnych łożysk jednorzędowych — lub kombinacji łożyska promieniowego i łożyska wzdłużnego — pojedynczym zespołem, który zajmuje mniej przestrzeni osiowej, wymaga mniejszej złożoności obudowy i zapewnia równą lub lepszą łączną wydajność obciążenia. Zalety obejmują nośność, dokładność działania, prostotę systemu i ekonomiczną wartość w cyklu życia. Wszystkie te zalety szczegółowo omówiono poniżej.
Najbardziej podstawową zaletą łożysk wałeczkowych skośnych dwurzędowych jest ich zdolność do jednoczesnego i wydajnego przenoszenia połączonych obciążeń — promieniowych, osiowych i momentowych. Wynika to bezpośrednio z geometrii styku kątowego: kąt styku pomiędzy elementem tocznym, bieżnią wewnętrzną i bieżnią zewnętrzną tworzy linię obciążenia nachyloną względem osi łożyska, umożliwiając przenoszenie siły zarówno w kierunku promieniowym, jak i osiowym poprzez pojedynczy styk toczny.
Dzięki dwóm rzędom elementów tocznych rozmieszczonych w przeciwnej konfiguracji łożysko generuje dwie takie nachylone linie obciążenia – po jednej w każdym rzędzie – skierowane w przeciwnych kierunkach osiowych. To oznacza:
Na przykład dwurzędowe łożysko stożkowe o kącie działania 30° i średnicy otworu 150 mm może przenosić dynamiczne obciążenie promieniowe wynoszące 750 kN i obciążenie osiowe przekraczające 400 kN – parametry, które wymagałyby dwóch oddzielnych łożysk plus dodatkowe łożysko wzdłużne do odtworzenia przy użyciu łożysk czysto promieniowych lub wyłącznie osiowych.
Sztywność łożyska — odporność na odkształcenia sprężyste pod obciążeniem — bezpośrednio określa dokładność pozycjonowania dowolnego obracającego się wału. W urządzeniach precyzyjnych, takich jak wrzeciona obrabiarek, współrzędnościowe maszyny pomiarowe i urządzenia do produkcji półprzewodników, nawet ugięcie wału w skali mikrometrycznej jest niedopuszczalne, ponieważ przekładają się bezpośrednio na błędy wymiarowe gotowego produktu lub niepewność pomiaru w przyrządzie.
Łożyska wałeczkowe skośne dwurzędowe zapewniają wysoką sztywność dzięki współpracy dwóch mechanizmów:
Łożyska te są produkowane i dostarczane z określonym wewnętrznym napięciem wstępnym — siłą ściskającą przykładaną do elementów tocznych podczas montażu, która eliminuje wszelki luz wewnętrzny. Dzięki pracy z zerowym luzem wewnętrznym ugięcie elastyczne łożyska pod obciążeniem zewnętrznym jest radykalnie zmniejszone w porównaniu z łożyskiem z dodatnim luzem wewnętrznym. Wstępnie naprężone dwurzędowe łożyska kulkowe skośne stosowane we wrzecionach szlifierek mogą osiągać wartości sztywności promieniowej i osiowej przekraczające 200 N/µm , co oznacza, że obciążenie 200 N powoduje przemieszczenie wału o zaledwie 1 mikrometr – poziom precyzji umożliwiający tolerancję wykończenia powierzchni Ra 0,1 µm lub lepszą w precyzyjnych operacjach szlifowania.
W konfiguracjach dwurzędowych typu back-to-back (układ X) dwie linie obciążenia rozchodzą się na zewnątrz od linii środkowej łożyska, tworząc szerszą efektywną rozpiętość podparcia niż sama fizyczna szerokość łożyska. Ta zwiększona rozpiętość wirtualna znacznie poprawia odporność na obciążenia momentowe i przechylenie wału, przyczyniając się do ogólnej sztywności układu wałów. W układach back-to-back, efektywne ramię momentowe może być 1,5 do 2 razy większe niż rzeczywista szerokość czołowa łożyska , zapewniając doskonałą odporność na przechylanie bez zwiększania fizycznej powłoki łożyska.
Jedną z najbardziej znaczących w praktyce zalet konstrukcyjnych łożysk wałeczkowych skośnych dwurzędowych jest ich zdolność do zastąpienia układów wielołożyskowych pojedynczym, kompaktowym zespołem. W tradycyjnych konstrukcjach wałów przejmowanie połączonych obciążeń promieniowych i osiowych często wymagało oddzielnych pozycji łożysk — na przykład łożyska walcowego do obciążenia promieniowego w połączeniu z łożyskiem wzdłużnym do obciążenia osiowego lub dwóch jednorzędowych łożysk skośnych zamontowanych w układzie tandem lub przeciwstawnie.
Zastąpienie takich układów pojedynczym łożyskiem dwurzędowym zapewnia wymierne korzyści na poziomie systemu:
Na przykład w zespołach piast kół samochodowych wprowadzenie zintegrowanego dwurzędowego zespołu łożyska koła skośnego (Hub Bearing Unit) zmniejszyło liczbę elementów łożyska z około 100 pojedynczych części we wczesnych konstrukcjach z oddzielnymi łożyskami do mniej niż 10 w nowoczesnym zespole zunifikowanym — zmniejszenie o 90% liczby części związanych z łożyskami przy jednoczesnej poprawie skuteczności uszczelnienia i żywotności.
Łożyska wałeczkowe skośne dwurzędowe, prawidłowo dobrane, zamontowane i nasmarowane, zapewniają trwałość eksploatacyjną porównywalną z dowolnym alternatywnym układem łożysk do zastosowań przy łącznym obciążeniu. Teoretyczną trwałość użytkową oblicza się przy użyciu standardowej metodologii L10 — liczby godzin pracy lub obrotów, które osiągnie lub przekroczy 90% populacji łożysk, zanim nastąpi uszkodzenie zmęczeniowe.
Kilka cech konstrukcyjnych tych łożysk bezpośrednio przyczynia się do długiej żywotności:
Łożyska stożkowe dwurzędowe i łożyska skośne walcowe wykorzystują kontakt liniowy pomiędzy rolką a bieżnią, a nie geometrię styku punktowego w łożyskach kulkowych. Kontakt liniowy rozkłada przyłożone obciążenie na dłuższą powierzchnię styku, redukując naprężenie kontaktowe Hertza – główny czynnik powodujący zmęczenie powierzchni. W przypadku łożysk o równoważnych rozmiarach łożyska wałeczkowe stykowe oferują zazwyczaj od 2 do 4 razy większą nośność dynamiczną niż łożyska kulkowe , co przekłada się bezpośrednio na dłuższą żywotność L10 przy tym samym przyłożonym obciążeniu lub zdolność do przenoszenia znacznie większych obciążeń przy tej samej obliczonej trwałości.
Ponieważ obciążenia promieniowe rozkładają się pomiędzy dwa rzędy elementów tocznych, a nie skupiają się w jednym rzędzie, szczytowe naprężenie stykowe na każdym indywidualnym styku elementów tocznych jest niższe niż w równoważnym łożysku jednorzędowym przenoszącym pełne obciążenie. Zgodnie z teorią trwałości łożyska, niższe naprężenie kontaktowe przekłada się wykładniczo na dłuższą trwałość zmęczeniową — 20% redukcja naprężenia kontaktowego może wydłużyć żywotność L10 o około 70% w klasycznym modelu zmęczenia Lundberga-Palmgrena.
Kiedy dwa oddzielne jednorzędowe łożyska skośne są używane jako para, różnica rozszerzalności cieplnej, zmiany tolerancji otworu oprawy i błędy montażowe mogą spowodować, że jedno łożysko będzie przenosić nieproporcjonalną część obciążenia, co skraca żywotność przeciążonego zespołu. Fabrycznie dopasowane łożysko dwurzędowe eliminuje to ryzyko, zapewniając dokładne dopasowanie obu rzędów pod względem rozmiaru elementów tocznych, geometrii wewnętrznej i napięcia wstępnego podczas produkcji, gwarantując zrównoważony rozkład obciążenia pomiędzy rzędami przez cały okres użytkowania łożyska .
Montaż pary przeciwstawnych jednorzędowych łożysk skośnych wymaga szczególnej uwagi przy ustawianiu napięcia wstępnego — procesu przykładania właściwej siły ściskającej do elementów tocznych w celu osiągnięcia pożądanego luzu wewnętrznego lub poziomu napięcia wstępnego. Zwykle dokonuje się tego poprzez regulację nakrętki zabezpieczającej, podkładki regulacyjnej lub pierścienia dystansowego podczas pomiaru momentu obrotowego wału lub ugięcia łożyska. Jest to proces wymagający wykwalifikowanych techników, skalibrowanych narzędzi i znacznego czasu konfiguracji.
Łożyska wałeczkowe skośne dwurzędowe całkowicie wyeliminuj to wymaganie dotyczące ustawienia wstępnego obciążenia pola. Napięcie wstępne jest ustawiane fabrycznie podczas produkcji łożyska zgodnie z dokładnymi tolerancjami , stosując kontrolowane szlifowanie pierścieni wewnętrznego i zewnętrznego w celu uzyskania określonej geometrii wewnętrznej. Instalator po prostu montuje łożysko z odpowiednim pasowaniem wału i obudowy — łożysko dostarczane jest z już wbudowanym napięciem wstępnym i nie wymaga dalszej regulacji przed oddaniem maszyny do użytku.
To zintegrowane z produkcją napięcie wstępne oferuje kilka praktycznych zalet w porównaniu z konfiguracjami dostosowywanymi w terenie:
Dokładność ruchu — zdolność łożyska do utrzymywania linii środkowej wału w dokładnie określonym położeniu podczas obrotu — to krytyczny parametr wydajności w obrabiarkach, przyrządach pomiarowych i wszelkich zastosowaniach, w których precyzja położenia określa jakość produktu lub ważność pomiaru.
Łożyska skośne dwurzędowe są produkowane zgodnie ze standardami dokładności wymiarowej określonymi przez międzynarodowe organizacje normalizacyjne, z klasami tolerancji od normalnej (PN) po coraz bardziej precyzyjne. Najbardziej precyzyjne gatunki — odpowiadające klasom dokładności P4 i P2 — zapewniają specyfikacje dokładności działania, które obejmują:
Konstrukcja dwurzędowa zwiększa dokładność ruchu poprzez uśrednienie niedoskonałości geometrycznych poszczególnych elementów tocznych w większej populacji elementów tocznych. Przy dwukrotnie większej liczbie stykających się elementów tocznych w porównaniu z łożyskiem jednorzędowym, statystyczny efekt uśredniania zmniejsza wahania położenia wału od szczytu do doliny, gdy poszczególne rolki lub kulki przechodzą przez strefę obciążenia, zapewniając płynniejszy i bardziej spójny obrót przy wszystkich prędkościach wału.
Istotną zaletą łożysk skośnych dwurzędowych w zakresie elastyczności konstrukcyjnej jest to, że są one dostępne zarówno w konfiguracjach wewnętrznych typu „O” (układ X), jak i „twarzą w twarz” (układ O), a w niektórych konstrukcjach układ może być dostosowany przez producenta do wymagań konkretnego zastosowania.
| Własność | Back-to-Back (układ X) | Twarzą w twarz (układ O) |
|---|---|---|
| Załaduj orientację linii | Rozejdź na zewnątrz (szerszy zakres wirtualny) | Zbiegają się do wewnątrz (węższy zakres wirtualny) |
| Odporność na obciążenie momentowe | Znakomicie — lepiej niż twarzą w twarz | Umiarkowane – niższe niż w przypadku pozycji back-to-back |
| Wrażliwość na rozszerzalność cieplną | Zwiększa napięcie wstępne w miarę nagrzewania się wału | Zmniejsza napięcie wstępne w miarę nagrzewania się wału |
| Tolerancja niewspółosiowości wału | Niższy — bardziej wrażliwy na błędy kątowe | Wyższy — bardziej wybaczający niewspółosiowość |
| Typowe zastosowania | Wały wyjściowe skrzyń biegów, ciężkie wrzeciona, piasty osi | Wały pomp, zastosowania ze zróżnicowaną tolerancją obudowy |
Ta elastyczność konfiguracji oznacza, że pojedynczy typ łożyska — dwurzędowe łożysko wałeczkowe skośne — można zoptymalizować pod kątem określonych warunków termicznych, obciążenia i wyrównania każdego zastosowania, po prostu wybierając odpowiedni układ wewnętrzny. Żaden inny typ łożysk nie oferuje takiego poziomu dostosowania do konkretnych zastosowań w ramach jednej rodziny produktów.
Łożyska kulkowe skośne dwurzędowe — w których jako elementy toczne wykorzystuje się kulki, a nie rolki stożkowe lub cylindryczne — łączą w sobie opisane powyżej zalety nośności połączone z szybkością charakterystyczną dla łożysk kulkowych. Punktowy kontakt kulek z bieżniami generuje mniejsze tarcie toczne niż kontakt liniowy, dzięki czemu łożyska te mogą pracować ze znacznie większymi prędkościami.
Bardzo precyzyjne dwurzędowe łożyska kulkowe skośne o kącie działania 15° mogą pracować przy prędkościach granicznych przekraczających 15 000 obr./min w konfiguracjach smarowanych smarem plastycznym i powyżej 25 000 obr./min w przypadku układów smarowania olejowo-powietrznego. Ta prędkość w połączeniu z łączną możliwością przenoszenia obciążenia sprawia, że są one wyjątkowo odpowiednie do zastosowań w wrzecionach precyzyjnych o dużej prędkości, gdzie jednocześnie musi być spełniony zarówno nacisk osiowy (od sił narzędzia tnącego lub naciągu paska), jak i wymóg dokładności bicia na poziomie mikronów.
Przewaga szybkości w porównaniu z alternatywami opartymi na rolkach jest znaczna. Dwurzędowe łożysko stożkowe o tej samej średnicy otworu może mieć prędkość graniczną 3 000–5 000 obr./min, podczas gdy równoważne dwurzędowe łożysko kulkowe skośne może pracować z prędkością od 3 do 5 razy większą, co sprawia, że wariant kulkowy jest jednoznacznym wyborem do zastosowań wrzecionowych i innych szybkoobrotowych urządzeń obrotowych, w których występują obciążenia kombinowane.
Wiele zastosowań przemysłowych nie działa pod stałym, stałym obciążeniem — występują w nich zmienne siły, obciążenia udarowe i nagłe przeciążenia, które mogą szybko uszkodzić łożyska o niewystarczającej nośności dynamicznej. Łożyska wałeczkowe skośne dwurzędowe, zwłaszcza wersje stożkowe, zapewniają wyjątkową sprężystość w tych warunkach.
Geometria styku liniowego dwurzędowych łożysk skośnych typu rolkowego pozwala im wytrzymywać krótkotrwałe obciążenia szczytowe, które mogą 2 do 3 razy większa od znamionowej nośności dynamicznej łożyska bez trwałego odkształcenia bieżni — zdolność określona przez nośność statyczną łożyska (C0). Ta odporność ma kluczowe znaczenie w zastosowaniach takich jak:
Wstępnie naprężona geometria wewnętrzna zapewnia również przewagę przy zmiennych obciążeniach: ponieważ nie ma luzu wewnętrznego, który musi zostać uzupełniony przed przeniesieniem obciążenia, łożysko reaguje natychmiast na zmiany obciążenia bez uderzenia, które występuje, gdy elementy toczne łożyska z luzem nagle stykają się po wcześniejszej pracy bez obciążenia.
Chociaż dwurzędowe łożyska wałeczkowe skośne mają zazwyczaj wyższą cenę jednostkową niż łożyska jednorzędowe o tym samym rozmiarze otworu, analiza kosztów pełnego cyklu życia konsekwentnie pokazuje, że całkowity koszt posiadania jest niższy, gdy zespół dwurzędowy zastępuje układ wielołożyskowy. Korzyści ekonomiczne kumulują się w kilku kategoriach kosztów:
| Kategoria kosztów | Dwurzędowy styk kątowy (pojedynczy moduł) | Równoważny układ wielołożyskowy |
|---|---|---|
| Koszt zakupu łożyska | Wyższe na jednostkę | Niższa na jednostkę, ale potrzebne są 2 jednostki |
| Koszt obróbki obudowy | Dolny — wymagany pojedynczy otwór | Wyższa — dwa lub więcej precyzyjnych otworów |
| Praca instalacyjna | Niższy — instalacja pojedyncza, bez regulacji napięcia wstępnego | Wyższa — wiele łożysk, wymagane ustawienie napięcia wstępnego |
| Interwał konserwacji | Dłużej — fabrycznie ustawione napięcie wstępne pozostaje stabilne | Krótszy — może być konieczna okresowa ponowna regulacja napięcia wstępnego |
| Przestój na wymianę | Niższa — pojedyncza zamiana, bez regulacji | Wyższa — wiele łożysk do wymiany i regulacji |
| Magazyn części zamiennych | Pojedynczy numer części w magazynie | Wiele numerów części, wyższy koszt zapasów |
Badania całkowitego kosztu posiadania w przemysłowych środowiskach utrzymania ruchu konsekwentnie to pokazują Koszty przestojów związanych z awarią łożysk zazwyczaj przekraczają koszt samego łożyska od 10 do 100 razy w sprzęcie o znaczeniu krytycznym dla produkcji. Dłuższa żywotność, bardziej spójne napięcie wstępne i prostsza procedura wymiany jednostek dwurzędowych zapewniają zatem nieproporcjonalnie duże oszczędności w kategorii kosztów przestojów – co czyni je bardziej ekonomicznym wyborem, nawet jeśli cena jednostkowa jest wyższa niż rozwiązania alternatywne.
Łożyska toczne skośne dwurzędowe produkowane są w wyjątkowo szerokiej gamie rozmiarów — od miniaturowych łożysk przyrządowych o średnicy otworu poniżej 10 mm stosowanych w precyzyjnych żyroskopach i siłownikach lotniczych, po masywne łożyska wieńcowe o średnicy zewnętrznej przekraczającej 4 metry stosowane w systemach odchylania turbin wiatrowych i dużych napędach anten radarowych. Ten obszerny zakres rozmiarów oznacza, że zalety konstrukcyjne koncepcji dwurzędowego styku kątowego są dostępne dla praktycznie każdego zastosowania inżynierskiego, niezależnie od skali.
W każdym zakresie rozmiarów łożyska te są również dostępne w wielu klasach dokładności:
Dostępność stopniowanej precyzji oznacza, że inżynierowie mogą dopasować poziom dokładności łożysk dokładnie do wymagań aplikacji — płacąc za precyzję tam, gdzie jest ona potrzebna i wybierając gatunki standardowe tam, gdzie nie jest, optymalizując jednocześnie wydajność i koszty.
Zastosowania przemysłowe poddają łożyska działaniu szerokiego zakresu temperatur roboczych — od górnictwa w Arktyce w temperaturze -50°C po wyposażenie hut stali w pobliżu pieca w podwyższonych temperaturach oraz od kriogenicznych łożysk pomp w transporcie skroplonego gazu po przekładnie akcesoriów silników odrzutowych w temperaturze ponad 150°C. Łożyska wałeczkowe skośne dwurzędowe można wytwarzać i poddawać obróbce tak, aby działały niezawodnie w tych ekstremalnych warunkach.
Standardowa stal łożyskowa (stal chromowana 52100) zachowuje odpowiednią twardość i odporność zmęczeniową do około 120°C. Do pracy w wyższych temperaturach dostępne są łożyska stabilizowane termicznie (oznaczone klasy obróbki od S1 do S4), które zwiększają ciągłą temperaturę pracy do:
W zastosowaniach niskotemperaturowych łożyska wykonane ze stali nierdzewnej lub specjalnie obrobionej stali węglowej z materiałami koszyków i smarami odpornymi na niskie temperatury mogą niezawodnie pracować w temperaturach do -60°C lub poniżej , utrzymując odpowiednią wytrzymałość elementów stalowych i płynność filmu smarnego, aby zapobiec głodowi i zużyciu podczas zimnego rozruchu.