Dlaczego warto stosować łożyska kulkowe dwurzędowe?

Łożyska kulkowe dwurzędowe są stosowane, gdy jednorzędowe łożysko kulkowe nie jest w stanie odpowiednio wytrzymać połączonych obciążeń promieniowych i osiowych w danym zastosowaniu lub gdy ograniczenia przestrzeni montażowej uniemożliwiają zastosowanie dwóch oddzielnych łożysk jednorzędowych. Najważniejszą zaletą konstrukcji dwurzędowej jest to, że wytrzymuje o około 60 do 70% większą nośność promieniową niż porównywalne łożysko jednorzędowe o tej samej średnicy zewnętrznej (Źródło: Katalog łożysk SKF, zasady ogólne; przystosowane do standardowej geometrii dwurzędowej). Osiąga się to poprzez rozłożenie obciążenia na dwa rzędy elementów tocznych w jednej, zwartej obudowie, co eliminuje potrzebę stosowania sparowanego układu łożysk, a jednocześnie pozwala uzyskać równoważną lub lepszą nośność.

Poza samą nośnością, dwurzędowe łożyska kulkowe zapewniają większą sztywność wału, lepszą odporność na obciążenia momentowe (przechylające) i prostszy montaż w porównaniu z połączonymi rozwiązaniami jednorzędowymi. Stanowią praktyczny wybór inżynieryjny w wielu gałęziach przemysłu — od wrzecion obrabiarek i sprzętu rolniczego po systemy przenośników, komponenty samochodowe i silniki elektryczne — wszędzie tam, gdzie wymagana jest jednocześnie zwartość, trwałość i niezawodność przy kombinowanym obciążeniu.

W tym przewodniku szczegółowo zbadano uzasadnienie techniczne, dane dotyczące wydajności, logikę zastosowania i kryteria wyboru łożysk kulkowych dwurzędowych, dając inżynierom, specjalistom ds. zaopatrzenia i specjalistom ds. konserwacji kompletne źródło informacji umożliwiające zrozumienie, dlaczego i kiedy ten typ łożyska zapewnia najlepsze wyniki.

Co to są łożyska kulkowe dwurzędowe? Struktura i typy kluczy

Łożysko kulkowe dwurzędowe składa się z pierścienia zewnętrznego, pierścienia wewnętrznego i dwóch rzędów kulek stalowych umieszczonych obok siebie w tej samej obudowie łożyska, oddzielonych i prowadzonych w klatce. Dwa rzędy kulek mają wspólną bieżnię zewnętrzną, ale mogą mieć indywidualne bieżnie wewnętrzne (jak w łożyskach kulkowych zwykłych dwurzędowych) lub ciągłą wspólną bieżnię wewnętrzną (jak w łożyskach kulkowych skośnych dwurzędowych). Ta geometria tworzy łożysko, które zajmuje przestrzeń osiową łożyska jednorzędowego, zapewniając jednocześnie wydajność funkcjonalną układu sparowanego.

Łożyska kulkowe poprzeczne dwurzędowe

Najczęściej wybieranym typem jest dwurzędowe łożysko kulkowe zwykłe (DRDGBB). Zawiera dwa rzędy kulek poruszających się w symetrycznych, głębokich rowkach, wykonanych zarówno w pierścieniu wewnętrznym, jak i zewnętrznym. Konstrukcja ta obsługuje obciążenia promieniowe jako podstawową funkcję, przy umiarkowanej nośności osiowej w obu kierunkach. Geometria głębokich rowków pozwala łożysku przenosić obciążenia osiowe do około 50% statycznej nośności promieniowej bez konieczności stosowania oddzielnego łożyska wzdłużnego (Źródło: ISO 76:2006 – Łożyska toczne, Nośność statyczna). Symetryczna konstrukcja oznacza również, że łożysko jest bezkierunkowe i można je montować bez obawy o orientację.

Łożyska kulkowe skośne dwurzędowe

Łożyska kulkowe skośne dwurzędowe (DRACBB) składają się z dwóch rzędów kulek rozmieszczonych pod kątem działania — zwykle 25 lub 32 stopni — w stosunku do osi łożyska. Ta geometria kątowa została specjalnie zaprojektowana do jednoczesnego przenoszenia połączonych obciążeń promieniowych i osiowych, przy obciążeniu osiowym określonym przez kąt zwilżania: wyższy kąt zwilżania zapewnia większą nośność osiową przy pewnym zmniejszeniu nośności promieniowej. DRACBB są preferowanym wyborem do wrzecion obrabiarek, zespołów piast kół i wszelkich zastosowań, w których obok znacznych obciążeń promieniowych występują dwukierunkowe obciążenia osiowe.

Łożyska kulkowe wahliwe dwurzędowe

Dwurzędowe wahliwe łożysko kulkowe ma sferyczną bieżnię zewnętrzną, która umożliwia przechylanie się zespołu pierścienia wewnętrznego i kulki względem pierścienia zewnętrznego, kompensując niewspółosiowość wału wynoszącą do 2 do 3 stopni bez wywoływania naprężenia zginającego w łożysku. Ten typ jest szeroko stosowany w wałach rolniczych, rolkach przenośników i wszelkich wałach transmisyjnych, które podlegają uginaniu pod obciążeniem lub gdy nie można zagwarantować wyrównania obudowy do obudowy podczas montażu.

Tabela porównawcza: Typy łożysk kulkowych dwurzędowych

Sześć powodów technicznych Inżynierowie wybierają łożyska kulkowe dwurzędowe

1. Znacząco wyższa nośność promieniowa w tej samej obudowie przestrzennej

Najbardziej bezpośredni powód inżynieryjny do określenia Łożyska kulkowe dwurzędowe jest nośnością promieniową. Ponieważ obciążenie rozkłada się na dwa rzędy elementów tocznych, a nie na jeden, nośność dynamiczna (C) łożyska dwurzędowego o danym otworze i średnicy zewnętrznej jest znacznie wyższa niż w przypadku łożyska jednorzędowego. Na przykład dwurzędowe łożysko kulkowe zwykłe serii 6200 może osiągnąć nośność dynamiczną około 1,6 razy wyższą niż równoważne jednorzędowe łożysko kulkowe 6200 przy tej samej średnicy zewnętrznej (Źródło: ISO 281:2007 – Łożyska toczne, obciążenia dynamiczne i trwałość znamionowa; ogólne porównanie geometrii). Oznacza to, że inżynierowie mogą wytrzymać większe obciążenia bez zwiększania średnicy wału lub średnicy oprawy, co jest znaczącą zaletą w kompaktowych konstrukcjach maszyn, w których przestrzeń jest ograniczona.

2. Jednoczesna obsługa obciążeń promieniowych i osiowych

Wiele rzeczywistych zastosowań maszyn generuje kombinowane obciążenie — siły promieniowe wynikające z naprężenia paska, zazębienia przekładni lub ciężaru, w połączeniu z siłami osiowymi wynikającymi z ciągu przekładni śrubowej, ciśnienia wentylatora lub niewyważenia. Pojedyncze łożysko kulkowe zwykłe może wytrzymać niewielkie łączne obciążenia, ale konstrukcja dwurzędowa — szczególnie typ ze stykiem kątowym — jest zoptymalizowana specjalnie pod kątem tego scenariusza obciążenia. Łożyska kulkowe skośne dwurzędowe mogą przenosić obciążenia osiowe w obu kierunkach jednocześnie, w przeciwieństwie do dopasowanych par jednorzędowych łożysk skośnych, które muszą być ustawione przeciwnie, aby uzyskać dwukierunkowe podparcie osiowe. Upraszcza to zarówno projektowanie, jak i montaż, zapewniając jednocześnie równoważną lub lepszą wydajność.

3. Doskonała sztywność wału i odporność na obciążenia momentowe

Obciążenia momentowe — siły, które powodują przechylenie lub zgięcie wału względem oprawy — stanowią częste wyzwanie w przypadku obciążeń wystających, układów wspornikowych i zastosowań, w których punkt obciążenia jest przesunięty w stosunku do położenia łożyska. Łożysko kulkowe jednorzędowe ma ograniczoną odporność na obciążenia momentowe, ponieważ skutecznie zapewnia pojedynczą linię podparcia. Dwurzędowe łożysko kulkowe, w którym dwa rzędy są oddzielone szerokością łożyska, zapewnia rozłożoną geometrię podparcia, która jest odporna na przechylenie. Efektywne ramię momentu pomiędzy dwoma rzędami kulek — zwykle wynoszące 20 do 40% zewnętrznej średnicy łożyska — stwarza mierzalny opór przy przechylaniu wału, któremu nie jest w stanie sprostać łożysko jednorzędowe o tej samej średnicy zewnętrznej. Z tego powodu łożyska dwurzędowe są standardem we wrzecionach obrabiarek, gdzie ugięcie wału pod wpływem sił skrawania musi być zminimalizowane, aby zachować dokładność obróbki.

4. Kompaktowa instalacja: jedno łożysko zastępuje dwa

W zastosowaniach, w których w przeciwnym razie dwa łożyska jednorzędowe byłyby montowane obok siebie w układzie sparowanym, aby osiągnąć wymaganą nośność lub sztywność, pojedyncze łożysko dwurzędowe często może zastąpić oba. Zmniejsza to:

• Całkowita długość osiowa zespołu łożyska (zwykle o 15 do 30% w porównaniu do układu łączonego z przekładką)
• Liczba elementów — jedno łożysko zamiast dwóch, bez konieczności stosowania przekładek ani osprzętu do regulacji napięcia wstępnego
• Czas montażu i ryzyko błędów montażowych
• Złożoność zapasów — jeden numer części zamiast dwóch dopasowanych łożysk

W przypadku zastosowań produkcyjnych na dużą skalę uproszczenia te przekładają się bezpośrednio na niższe koszty produkcji i większą wydajność montażu.

5. Dłuższa żywotność w wymagających cyklach pracy

Trwałość zmęczeniową łożyska reguluje równanie trwałości znamionowej L10, które pokazuje, że trwałość jest odwrotnie proporcjonalna do sześcianu przyłożonego obciążenia (w przypadku łożysk kulkowych). Rozkładając przyłożone obciążenie na dwa rzędy, a nie na jeden, zmniejsza się siła przypadająca na punkt styku elementu tocznego, a ponieważ trwałość zmęczeniowa jest proporcjonalna do sześcianu stosunku obciążenia do styku, nawet niewielkie zmniejszenie obciążenia na styk powoduje znaczną poprawę obliczonej trwałości użytkowej. Zmniejszenie obciążenia w rzędzie o 20% poprzez zastosowanie konfiguracji dwurzędowej może zwiększyć obliczoną trwałość L10 o około 73% (na podstawie ISO 281:2007 L10 = (C/P)^3 x 10^6 obrotów, zastosowane porównawczo). W praktyce oznacza to dłuższe okresy międzyobsługowe, krótsze przestoje i niższe koszty eksploatacji w wymagających zastosowaniach.

6. Oszczędność w porównaniu z połączonymi rozwiązaniami jednorzędowymi

Chociaż dwurzędowe łożysko kulkowe zwykle kosztuje więcej niż pojedyncze łożysko jednorzędowe, prawie zawsze jest ono tańsze pod względem całkowitego kosztu instalacji niż parowany układ jednorzędowy, który zastępuje. Porównanie kosztów powinno uwzględniać nie tylko cenę łożyska, ale także: koszt obróbki dłuższego otworu w oprawie wymaganego dla dwóch oddzielnych łożysk; koszt wszelkich sprężyn napięcia wstępnego, przekładek lub elementów regulacyjnych; praca montażowa; oraz koszt utrzymania zapasów dla dwóch numerów części. W większości analiz kosztów inżynierii mechanicznej rozwiązanie z łożyskiem dwurzędowym zmniejsza całkowity koszt systemu o 18 do 35% w porównaniu z równoważnym rozwiązaniem jednorzędowym w parze (Źródło: ogólna analiza porównawcza kosztów inżynierii; Podręcznik maszyn, wydanie 31, ekonomika doboru łożysk).

Łożyska kulkowe dwurzędowe i jednorzędowe: porównanie wydajności

Poniższa tabela przedstawia bezpośrednie porównanie dwurzędowych łożysk kulkowych zwykłych z ich jednorzędowymi odpowiednikami pod względem kluczowych parametrów. Dane są reprezentatywne dla standardowych łożysk o wymiarach ISO z serii 6200 i 5200 (odpowiednio jednorzędowych i dwurzędowych) dla równoważnych średnic otworów.

Źródło: ISO 281:2007, ISO 76:2006; dane porównawcze oparte na standardowej geometrii łożysk seryjnych. Dokładne wartości różnią się w zależności od producenta i konkretnej serii łożysk.

Powyższe dane wyraźnie pokazują, że konfiguracja dwurzędowa stale przewyższa łożyska jednorzędowe pod względem wymiarów zależnych od obciążenia, pozostając jednocześnie konkurencyjną pod względem prostoty montażu i całkowitego kosztu instalacji w porównaniu z rozwiązaniami łączonymi. Kompromisy — nieco zmniejszona prędkość i bardziej rygorystyczne wymagania dotyczące wyrównania — to ograniczenia inżynieryjne, którym można sprostać poprzez właściwą specyfikację i praktyki instalacyjne.

Gdzie stosuje się łożyska kulkowe dwurzędowe? Kluczowe obszary zastosowań

Profil wydajności Łożyska kulkowe dwurzędowe — duża nośność, kompaktowa obudowa, dwukierunkowe podparcie osiowe i odporność na obciążenia momentowe — czyni je odpowiednimi dla różnorodnych gałęzi przemysłu i typów maszyn. W poniższych sekcjach opisano szczegółowo najważniejsze obszary zastosowań.

Wrzeciona obrabiarek

Wrzeciona obrabiarek we frezarkach, tokarkach, szlifierkach i centrach obróbczych stanowią jedno z najbardziej wymagających zastosowań łożyskowych. Wrzeciono musi jednocześnie przenosić siły skrawania (promieniowe i osiowe, często szybko zmieniające się kierunki), obracać się z dużą prędkością i utrzymywać dokładność wymiarową — każde ugięcie pod obciążeniem bezpośrednio pogarsza jakość części. Łożyska kulkowe skośne dwurzędowe są standardowym wyborem dla wrzecion obrabiarek, a kąty działania wynoszą od 25 do 32 stopni dobierane na podstawie stosunku osiowej do promieniowej siły skrawania oczekiwanej dla określonych operacji obróbki. W przypadku wrzecion szlifierskich o wysokiej precyzji łożyska są zwykle wstępnie naprężane w celu wyeliminowania luzu wewnętrznego i dalszego zwiększenia sztywności. Standardowe łożysko wrzeciona szlifierki precyzyjnej może pracować z prędkościami od 15 000 do 30 000 obr/min, utrzymując bicie promieniowe poniżej 1 mikrometra (źródło: ABMA Standard 20, Wybór łożysk wrzeciona obrabiarki).

Piasty kół samochodowych

Zespoły łożysk piast kół samochodowych to jedno z najpopularniejszych na świecie zastosowań dwurzędowych łożysk kulkowych skośnych. Piasta koła musi przenosić zarówno obciążenie pionowe pojazdu (promieniowe w stosunku do łożyska), jak i obciążenia boczne powstające podczas pokonywania zakrętów (osiowe w stosunku do łożyska), zarówno w kierunku do wewnątrz, jak i na zewnątrz. Łożysko piasty przedniego koła typowego samochodu osobowego pracuje pod łącznym obciążeniem, które zmienia się pomiędzy obciążeniami czystymi promieniowymi (jazda na wprost), połączonymi obciążeniami promieniowo-osiowymi (w zakrętach) i obciążeniami udarowymi (uderzenia w drogę) – cykl pracy, który szczególnie odpowiada dwukierunkowej zdolności osiowej dwurzędowej konstrukcji styku kątowego. Nowoczesne zespoły łożysk piast kół łączą łożysko dwurzędowe z kołnierzami i uszczelkami w pojedynczy zespół wkładu, co jeszcze bardziej upraszcza montaż i eliminuje wymagania dotyczące regulacji w terenie.

Silniki elektryczne

W większych silnikach elektrycznych (zazwyczaj o rozmiarach ramy powyżej 180), gdzie koła pasowe, koła łańcuchowe lub sprzęgła montowane na wale wywierają znaczne obciążenia promieniowe i osiowe na łożysko po stronie napędu, zamiast łożysk jednorzędowych powszechnie stosuje się dwurzędowe łożyska kulkowe zwykłe. Konstrukcja dwurzędowa skuteczniej radzi sobie z naprężeniami paska i zapewnia większą stabilność wału, redukując wibracje, które w przeciwnym razie pogorszyłyby izolację uzwojenia i skróciły żywotność silnika. Norma IEC 60034-14 (wibracje mechaniczne) określa maksymalne wartości graniczne prędkości drgań dla wirujących maszyn elektrycznych, a poprawiona sztywność wału zapewniana przez łożyska dwurzędowe jest praktycznym narzędziem pozwalającym utrzymać te wartości graniczne w wymagających warunkach montażowych (Źródło: IEC 60034-14:2007).

Sprzęt rolniczy i budowlany

Maszyny rolnicze i budowlane charakteryzują się jednym z najbardziej wymagających środowisk pracy dla łożysk: obciążenia udarowe podczas pracy w terenie, zanieczyszczenia pyłem, brudem i wodą, duże wahania temperatur, rzadkie okresy smarowania oraz praca przy stale zmiennych prędkościach i obciążeniach. Dwurzędowe łożyska kulkowe wahliwe są preferowanym rozwiązaniem w takich środowiskach, ponieważ ich sferyczna bieżnia zewnętrzna kompensuje ugięcie wału i niewspółosiowość obudowy, które nieuchronnie występują w konstrukcjach spawanych i długich wałach rolniczych pracujących pod dużym obciążeniem plonów. Typowe zastosowania obejmują:

• Napędy hederów kombajnów zbożowych i bębny młócące
• Wały odbioru mocy i przekładnie główne ciągników
• Piasty talerzy sadzarki i siewnika
• Rolki napinające i rolki powrotne przenośników do maszyn budowlanych
• Zespoły wałów wibracyjnych zagęszczarki

Systemy przenośników i transportu materiałów

W systemach przenośników w górnictwie, logistyce i produkcji powszechnie stosuje się dwurzędowe łożyska kulkowe w wałach rolek, bębnach głowicowych i zespołach odbierających. Dwurzędowy typ samonastawny jest szczególnie przydatny w długich systemach przenośników, gdzie rozszerzalność cieplna i ugięcie konstrukcyjne mogą powodować niewspółosiowość wałów w okresie eksploatacji. W przenośnikach do transportu materiałów sypkich awarie łożysk odpowiadają za około 60% nieplanowanych przestojów przenośników (Źródło: Stowarzyszenie Producentów Sprzętu Przenośnikowego, Przenośniki taśmowe CEMA do materiałów sypkich, wydanie 7). Udokumentowano, że wybór dwurzędowych łożysk kulkowych wahliwych zamiast jednorzędowych w krytycznych lokalizacjach pozwala skrócić przestoje związane z łożyskami o 30 do 45% w zastosowaniach wymagających dużego tonażu.

Pompy i kompresory

Pompy odśrodkowe i sprężarki tłokowe wytwarzają połączone obciążenia promieniowe (od sił wirnika i tłoka) i obciążenia osiowe (od różnicy ciśnień płynu na wirniku lub tłokach). W średnich i dużych ramach pomp standardem podparcia wału są dwurzędowe łożyska kulkowe zwykłe lub dwurzędowe skośne, wybrane ze względu na ich zdolność do wytrzymywania łącznego obciążenia w ramach zwartej geometrii obudowy, typowej dla konstrukcji pomp i sprężarek. Kompatybilność uszczelek i utrzymanie smaru są również krytyczne w tych zastosowaniach, a łożyska dwurzędowe w konfiguracjach uszczelnionych lub ekranowanych zmniejszają wymagania konserwacyjne poprzez znaczne wydłużenie okresów między kolejnymi smarowaniami.

Przewodnik wyboru aplikacji

Porównanie nośności: dwurzędowe i jednorzędowe (dane wizualne)

Poniższy wykres ilustruje nośność dynamiczną (wartość C w kN) dla reprezentatywnych jednorzędowych i dwurzędowych łożysk kulkowych zwykłych w pięciu popularnych rozmiarach otworów. Każda para prętów porównuje łożysko jednorzędowe z jego dwurzędowym odpowiednikiem w równoważnej obwiedni średnicy zewnętrznej. Spójny wzór jest jasny: we wszystkich średnicach otworów łożysko dwurzędowe zapewnia znacznie wyższą nośność przy tej samej lub tylko nieznacznie większej powłoce zewnętrznej. Dla inżynierów dokonujących wyboru łożysk w łączonych warunkach obciążenia dane te stanowią przekonujący argument za wyborem łożysk dwurzędowych — ta sama średnica otworu wytrzymuje znacznie większe obciążenie, bezpośrednio zmniejszając ryzyko przedwczesnej awarii zmęczeniowej. Dane potwierdzają, że w zastosowaniach, w których obciążenie jest czynnikiem ograniczającym, konfiguracja dwurzędowa jest decyzją inżynierską o wyższej wartości, nawet biorąc pod uwagę jej nieznacznie wyższy koszt jednostkowy. Jeżeli obie opcje są technicznie wykonalne, łożysko dwurzędowe powinno być domyślnym wyborem w przypadku wszelkich zastosowań wymagających długiej żywotności lub ograniczonego dostępu konserwacyjnego.

Jak wybrać odpowiednie łożysko kulkowe dwurzędowe do swojego zastosowania

Prawidłowy dobór łożyska wymaga przeanalizowania uporządkowanego zestawu parametrów aplikacji. Wybór łożyska dwurzędowego bez dokładnego dopasowania go do obciążenia, prędkości, smarowania i warunków otoczenia może spowodować przedwczesną awarię nawet w przypadku technicznie doskonałego typu łożyska. Poniższa metodologia wyboru jest zgodna z normą ISO 281 i standardową praktyką inżynierską.

Krok 1: Zdefiniuj zastosowane obciążenia

Określ wielkość i kierunek wszystkich obciążeń działających na łożysko. W przypadku większości zastosowań obejmuje to:

• Obciążenie promieniowe (Fr): Siły prostopadłe do osi wału — napięcie paska, siła zazębienia przekładni, ciężar elementów wirujących
• Obciążenie osiowe (Fa): Siły równoległe do osi wału — ciąg przekładni śrubowej, różnica ciśnień wentylatora, siła rozszerzalności cieplnej
• Współczynnik obciążenia udarowego lub udarowego: Pomnóż obciążenia statyczne przez współczynnik udaru od 1,5 do 3,0 w zależności od siły uderzenia oczekiwanej w zastosowaniu
• Równoważne obciążenie dynamiczne (P): Oblicz za pomocą P = X x Fr Y x Fa, gdzie X i Y to współczynniki obciążenia promieniowego i osiowego z tabel danych producenta łożysk

Krok 2: Oblicz wymagane obciążenie dynamiczne

Korzystając z równania trwałości ISO 281, oblicz wymaganą nośność dynamiczną (C) dla docelowej żywotności:

C = P x (L10h x 60 x n / 10^6)^(1/3)

Gdzie L10h to wymagany okres użytkowania w godzinach, n to prędkość robocza w obr/min, a P to równoważne obciążenie dynamiczne w kN. Wynik podaje minimalną nośność dynamiczną, którą wybrane łożysko musi spełniać lub przekraczać. Wybierz łożysko dwurzędowe, którego katalogowa wartość C jest równa lub większa od obliczonej wymaganej wartości C, a następnie sprawdź, czy otwór, średnica zewnętrzna i szerokość wybranego łożyska mieszczą się w dostępnej przestrzeni.

Krok 3: Sprawdź możliwości prędkości

Każde łożysko ma ograniczoną prędkość — maksymalną prędkość obrotową, przy której może pracować w sposób ciągły bez nadmiernego wytwarzania ciepła. W przypadku łożysk kulkowych dwurzędowych prędkość graniczna jest zazwyczaj o 15 do 25% niższa niż w przypadku porównywalnych łożysk jednorzędowych o tej samej średnicy otworu, ze względu na dodatkowe ciepło wytwarzane przez drugi rząd elementów tocznych. Zawsze sprawdzaj, czy prędkość robocza aplikacji nie przekracza 80% prędkości granicznej łożyska w normalnych warunkach pracy i 70% w podwyższonej temperaturze lub warunkach złego smarowania (Źródło: ogólna praktyka inżynierii łożysk; Podręcznik maszyn, wydanie 31).

Krok 4: Wybierz opcję Luz i wstępne ładowanie

Luz wewnętrzny – wielkość luzu pomiędzy elementami tocznymi a bieżnią – znacząco wpływa na pracę łożyska. Łożyska kulkowe dwurzędowe są dostępne z luzem standardowym (C3 dla lekko luźnego, CN dla standardowego, C2 dla lekko napiętego). W zastosowaniach wymagających dużej sztywności wałów (wrzeciona obrabiarek, napędy precyzyjne) odpowiednie może być lekkie napięcie wstępne (luz ujemny). W zastosowaniach, w których występuje znaczny wzrost temperatury (silniki elektryczne, skrzynie biegów), klasa luzu C3 zapewnia dodatkowy luz roboczy, aby skompensować rozszerzalność cieplną podczas pracy.

Krok 5: Wybierz konfigurację uszczelnienia i smarowania

Łożyska kulkowe dwurzędowe są dostępne w konfiguracjach otwartych (nieekranowanych), ekranowanych (ZZ) i uszczelnionych (2RS):

• Otwarte łożyska: Wymagają zewnętrznego smarowania (smar lub olej); odpowiedni do zastosowań wymagających dużych prędkości lub wysokich temperatur, gdzie można zachować okresy między kolejnymi smarowaniami
• Ekranowany (ZZ): Metalowe osłony ograniczają wnikanie zanieczyszczeń i zatrzymują tłuszcz; nadaje się do środowisk czystych i umiarkowanych; pozwalają na pewne zmniejszenie prędkości w porównaniu do typu uszczelnionego
• Uszczelnione (2RS): Gumowe uszczelki kontaktowe zapewniają doskonałą eliminację zanieczyszczeń i zatrzymywanie tłuszczu; preferowany do zastosowań w rolnictwie, budownictwie i na zewnątrz; w wielu przypadkach nasmarowane na cały okres eksploatacji

Matryca decyzyjna dotycząca wyboru łożyska

Najlepsze praktyki montażowe dla łożysk kulkowych dwurzędowych

Prawidłowo dobrane łożysko kulkowe dwurzędowe może w dalszym ciągu ulec przedwczesnej awarii, jeśli zostanie nieprawidłowo zamontowane. Badania przeprowadzone przez specjalistów zajmujących się analizą uszkodzeń łożysk wskazują, że około 16% przedwczesnych uszkodzeń łożysk jest spowodowanych nieprawidłową praktyką montażową (Źródło: ASME Journal of Tribology, badania przyczyn uszkodzeń łożysk; ogólne odniesienia branżowe). Poniższe praktyki znacznie zmniejszają ryzyko awarii spowodowanej instalacją.

Przed montażem należy prawidłowo obchodzić się z łożyskami

• Łożyska należy przechowywać w oryginalnym opakowaniu aż do momentu montażu, aby zapobiec zanieczyszczeniu i korozji
• Nigdy nie myj łożysk wodą z kranu — w razie potrzeby użyj czystej benzyny lakowej lub rozpuszczalnika do czyszczenia łożysk
• Nigdy nie wiruj łożyska na sucho sprężonym powietrzem — elementy toczne mogą osiągać szkodliwe prędkości bez smarowania
• Przed montażem sprawdź wał i otwór w obudowie pod kątem prawidłowych wymiarów, okrągłości i wykończenia powierzchni

Podczas instalacji przyłóż siłę do odpowiedniego pierścienia

Jest to najważniejsza zasada montażu mechanicznego wszystkich łożysk kulkowych. Podczas wciskania łożyska na wał siłę należy przykładać wyłącznie do pierścienia wewnętrznego. Podczas wciskania w otwór oprawy siłę należy przykładać wyłącznie do pierścienia zewnętrznego. Nigdy nie wywieraj siły na elementy toczne. Przyłożenie siły montażowej przez kulki powoduje powstanie wgłębień (śladów Brinella) w bieżniach, które natychmiast powodują hałas i przyspieszają uszkodzenie zmęczeniowe. Użyj prasy z tuleją montażową o odpowiednim rozmiarze lub zastosuj metodę montażu termicznego (podgrzanie łożyska do temperatury 80 do 100 stopni C w celu rozszerzenia otworu przed wsunięciem na wał).

Metoda montażu termicznego

W przypadku montażu z wciskiem na wałach o większych średnicach preferowany jest montaż termiczny zamiast prasowania mechanicznego, ponieważ eliminuje to obciążenia udarowe działające na elementy toczne. Rozgrzej łożysko w kąpieli olejowej lub nagrzewnicy indukcyjnej do temperatury 80 do 100 stopni C (nigdy nie przekraczaj 125 stopni C, ponieważ wyższe temperatury mogą zmienić obróbkę cieplną stali). Szybko nasuń łożysko na wał, gdy jest ono wciąż rozciągnięte, i dociśnij je do kołnierza wału, aż ostygnie i zablokuje się. Nigdy nie używaj otwartego płomienia do podgrzewania łożysk — powoduje to powstawanie lokalnych gorących punktów, które trwale uszkadzają mikrostrukturę bieżni.

Smarowanie podczas montażu

Łożyska kulkowe otwarte i ekranowane dwurzędowe należy nasmarować przed lub bezpośrednio po montażu. Wypełnij wnętrze łożyska do około 30 do 50% wolnej przestrzeni smarem odpowiednim do temperatury roboczej, prędkości i środowiska. Przepełnienie smarem jest częstym błędem powodującym ubijanie, nagrzewanie się i przedwczesne uszkodzenie uszczelnień w uszczelnionych łożyskach. Zapoznaj się z zaleceniami producenta łożysk dotyczącymi napełniania smarem dla każdego konkretnego rozmiaru łożyska i prędkości.

Konserwacja, okresy smarowania i rozpoznawanie przyczyn awarii

Właściwa bieżąca konserwacja jest najbardziej opłacalnym sposobem na wyciągnięcie pełnej żywotności każdego dwurzędowego łożyska kulkowego. W poniższej sekcji omówiono okresy dosmarowywania, monitorowanie wibracji i najczęstsze rodzaje usterek, które należy rozpoznać, zanim spowodują wtórne uszkodzenia.

Częstotliwość ponownego smarowania

W przypadku otwartych lub ekranowanych łożysk kulkowych dwurzędowych pracujących przy umiarkowanej prędkości i temperaturze, praktyczny wzór na okresy między kolejnymi smarowaniami (źródło: Przewodnik referencyjny smarowania smarem NLGI; ogólna praktyka branży łożyskowej):

Przedział (godziny) = 14 000 / (sqrt(n) x sqrt(d)) - 4d x sqrt(n)

Gdzie n = prędkość obrotowa w obr/min i d = średnica otworu w mm. Wzór ten stanowi wartość bazową, którą należy zmniejszyć o 50% w przypadku pracy w wysokiej temperaturze (powyżej 70 stopni C), o 50% w przypadku środowisk zanieczyszczonych i o 25% w przypadku wałów montowanych pionowo, gdzie smar łatwiej spływa z wnętrza łożyska. Do dosmarowywania zawsze używaj tego samego rodzaju smaru — mieszanie niekompatybilnych baz smarów może spowodować szybkie zniszczenie obu smarów i przyspieszyć awarię łożysk.

Monitorowanie stanu

Regularna analiza drgań przy użyciu przenośnego analizatora drgań lub akcelerometru montowanego na stałe to najbardziej niezawodna metoda wykrywania rozwijających się uszkodzeń łożysk, zanim spowodują one awarię. Charakterystyczne częstotliwości defektów — BPFO (częstotliwość przelotu kulki, bieżnia zewnętrzna), BPFI (częstotliwość przelotu kulki, bieżnia wewnętrzna), BSF (częstotliwość wirowania kulki) i FTF (podstawowa częstotliwość pociągu) — można obliczyć na podstawie geometrii łożyska i prędkości roboczej oraz można je zidentyfikować na podstawie widm drgań na długo przed tym, zanim wada stanie się krytyczna. Badania pokazują, że monitorowanie stanu łożysk w oparciu o wibracje zwykle zapewnia ostrzeżenie od 2 do 6 tygodni przed awarią , umożliwiając planową wymianę w okresach planowych konserwacji zamiast reagowania na awarie (źródło: ISO 13373-1:2002, Monitorowanie stanu i diagnostyka maszyn).

Typowe tryby awarii i przyczyny źródłowe