Łożyska do silników elektrycznych: luz C3, 2Z, prądy łożyskowe

Jakie są łożyska do silników elektrycznych

Łożyska do silników elektrycznych to w większości zwykłe łożyska kulkowe jednorzędowe z serii 62 i 63. Wirnik leży na wale podpartym z dwóch stron: po stronie napędu (DE) i po stronie przeciwnej (NDE). W silnikach małych i średnich pracujących poziomo spotyka się dwa łożyska kulkowe, a w większych jedno z łożysk bywa walcowe, zależnie od obciążeń i prędkości.

Popularne symbole to 6202, 6203, 6204, 6205, 6206, 6305 i 6306. Dla porównania: 6205 ma wymiary 25 × 52 × 15 mm, 6305 ma 25 × 62 × 17 mm, a 6306 ma 30 × 72 × 19 mm (dane z bazy Łożyskowni, ISO 15). Otwór ten sam, ale średnica zewnętrzna i nośność rosną z serii na serię.

Typowy układ: 6205-2Z C3

Zapis 6205-2Z C3 składa się z trzech części. 6205 to łożysko kulkowe zwykłe o wymiarach 25 × 52 × 15 mm, 2Z to metalowe osłony bez styku po obu stronach, a C3 to luz promieniowy większy niż normalny. O budowie całego oznaczenia piszemy w poradniku o oznaczeniach łożysk.

Dlaczego osłony 2Z, a nie 2RS

Osłony 2Z nie dotykają pierścienia wewnętrznego, więc nie dodają oporu i nagrzewania, a łożysko ma smar włożony na stałe. Uszczelnienie stykowe 2RS lepiej chroni przed wilgocią i pyłem, ale hamuje obroty. Różnice opisujemy w poradniku o uszczelnieniach 2RS, 2Z, 2RZ i 2RSL. Jakie wersje 6205 mamy w ofercie, zobaczysz na stronie 6205-2Z oraz w hubie łożysk 6205.

Układ łożyska ustalającego i swobodnego

Według opisu SKF wirnik w silniku musi być ustalony osiowo w stojanie, a jednocześnie wał rozszerza się pod wpływem ciepła. Dlatego jedno łożysko (zwykle po stronie napędu) ustala wał osiowo, a drugie ma możliwość niewielkiego przesunięcia. Przy wymianie nie zamieniaj łożysk stronami i sprawdź, czy pierścień zewnętrzny po stronie swobodnej nie jest zablokowany w oprawie.

Luz C3 i CM w silnikach

Łożysko w silniku jest wciśnięte na wał i nagrzewa się, więc jego luz roboczy jest mniejszy od początkowego. Dlatego w silnikach stosuje się luz większy od normalnego (C3) albo osobny luz CM, przeznaczony do silników elektrycznych. Liczby i tabelę luzów dla otworu 25 mm znajdziesz w poradniku Luz promieniowy łożyska C2, CN, C3, C4 i CM, więc nie powtarzamy ich tutaj.

Zasada przy wymianie jest prosta:

• Kup ten sam luz, który miało oryginalne łożysko (C3 za C3, CM za CM).
• Brak oznaczenia oznacza luz normalny CN, więc łożysko z napisem C3 na pierścieniu nie jest tym samym łożyskiem co bez napisu.
• Zmiana grupy luzu to decyzja konstrukcyjna, a nie naprawa. Po wymianie na łożysko o zbyt małym luzie silnik może się grzać.

Prądy łożyskowe i łożyska izolowane

Problem dotyczy głównie silników zasilanych z falownika. Według SKF prądy w łożyskach powstają m.in. przez asymetrię strumienia magnetycznego, nieekranowane okablowanie i napięcie wspólne falowników. Szybko przełączane tranzystory IGBT (czas przełączania rzędu 100 ns) powodują wysokie strome napięcia, a w efekcie przez łożysko może płynąć prąd z wału do obudowy.

Co robi prąd z łożyskiem

SKF opisuje kilka rodzajów uszkodzeń. Najczęstsze przy falownikach jest mikrokraterowanie bieżni: bardzo drobne kratery (rzędu 5 do 8 µm) widoczne dopiero pod mikroskopem. Wtórnym skutkiem bywa tzw. bruzdowanie, czyli szare prążki w poprzek bieżni (ang. fluting), które powodują drgania i hałas. Smar pod wpływem wyładowań twardnieje i czernieje, więc łożysko traci smarowanie.

Pojedyncze, duże kratery (0,1 do 0,5 mm) są typowe raczej dla zasilania prądem stałym. Ogólne przyczyny uszkodzeń łożysk, w tym elektryczne, porządkuje poradnik o diagnostyce szumiącego łożyska.

Jak się zabezpieczyć

SKF wymienia kilka rozwiązań, które stosuje się łącznie lub osobno:

• łożyska izolowane, z warstwą tlenku glinu na pierścieniu zewnętrznym (natryskiwanie plazmowe, grubość rzędu 0,05 do 0,1 mm, napięcie przebicia 500 lub 1 000 V), często w jednym łożysku lub w obu;
• łożyska hybrydowe z kulkami ceramicznymi, stosowane w zastosowaniach specjalnych (o materiałach ceramicznych piszemy w poradniku o łożyskach nierdzewnych i ceramicznych);
• zoptymalizowany falownik i uziemienie wału zamiast zmiany samego łożyska.

W opisie SKF izolowane łożyska kulkowe zwykłe są wymienione dla średnicy zewnętrznej powyżej 75 mm, więc w małych silnikach z łożyskami typu 6205 stosuje się zwykle inne środki. Standardowe łożysko 6205-2Z C3 nie jest łożyskiem izolowanym, nawet jeśli ma te same wymiary. Jeśli silnik jest z falownikiem i ma łożyska izolowane lub hybrydowe, kup dokładnie taki sam typ.

Hałas i grzanie się łożyska w silniku

Najczęstsze przyczyny głośnej pracy to zmęczenie lub zużycie bieżni, utrata smaru, korozja, nieprawidłowy montaż i prądy łożyskowe. W silniku dochodzi do tego luz: zbyt mały daje grzanie, zbyt duży daje drgania. Nie diagnozuj łożyska na słuch w maszynie, której wirnik może się obrócić.

Szum świeżo wymienionego łożyska zwykle oznacza błąd montażu, zbyt mały luz albo uszkodzenie powstałe przy wciskaniu, a nie wadę fabryczną. Gdy hałas wraca po kilku tygodniach pracy z falownikiem, podejrzewaj prądy łożyskowe i sprawdź uziemienie oraz okablowanie silnika.

Pamiętaj też o smarze: łożysko 2Z ma go na stałe i nie wymaga dosmarowywania, a otwarte łożysko w silniku z otworami smarowniczymi smaruje się według zaleceń producenta silnika, bez przesmarowania. Przy wymianie wciskaj łożysko wyłącznie za pierścień, który jest montowany z wciskiem, a nie przez kulki. Zasady montażu i demontażu opisuje poradnik Montaż i demontaż łożysk.

Jak wybrać łożysko do wymiany w silniku

1. Odczytaj symbol z pierścienia starego łożyska, np. 6205-2Z C3.
2. Zmierz wymiary d, D i B suwmiarką, jeśli symbol jest nieczytelny (jak zmierzyć łożysko).
3. Zachowaj osłony (2Z lub 2RS) i luz (C3, CM, CN).
4. Sprawdź, czy poprzednie łożysko nie było izolowane lub hybrydowe.
5. Wymień łożyska po obu stronach wału, jeśli oba mają taki sam przebieg.

Zobacz łożyska 6205-2Z

Najczęstsze pytania

Czy do silnika elektrycznego zawsze potrzebny jest luz C3?

Nie. W silnikach spotyka się C3, CM, a w małych cichych silnikach także C2. Właściwy luz wynika z konstrukcji silnika, więc kupuj taki sam jak w oryginale.

Czy łożysko 6205-2Z i 6205-2RS są wymienne w silniku?

Wymiarowo tak, ale 2RS ma uszczelnienie stykowe, które zwiększa opory i nagrzewanie. W silniku wymieniaj na ten sam rodzaj osłon, jaki zastosował producent.

Czy falownik niszczy łożyska?

Może, jeśli przez łożysko płyną prądy łożyskowe. Według SKF powodują one kratery i bruzdowanie bieżni oraz degradację smaru. Zabezpiecza się je izolacją łożyska, łożyskami hybrydowymi lub uziemieniem wału.

Czy łożysko izolowane jest zamiennikiem zwykłego?

Wymiarowo tak, ale funkcja jest inna. Zwykłe łożysko w silniku, który miał izolowane, może znów być narażone na prądy łożyskowe.

Podsumowanie

• W małych i średnich silnikach wirnik zwykle podpierają dwa łożyska kulkowe zwykłe, np. 6205-2Z C3.
• Osłony 2Z nie dotykają pierścienia wewnętrznego, a luz C3 lub CM rekompensuje wcisk i nagrzewanie.
• Przy wymianie kupuj ten sam symbol, osłony i luz co w oryginale.
• Silniki z falownikiem są narażone na prądy łożyskowe, które żłobią bieżnie i niszczą smar.
• Ochronę stanowią łożyska izolowane lub hybrydowe oraz uziemienie wału, a standardowe łożysko 6205 nie jest izolowane.
• Przed demontażem odłącz silnik od zasilania.

Nie masz pewności, jakie łożysko jest w silniku? Napisz na qarybiznes@gmail.com lub zadzwoń: 533 886 972. Podaj symbol z pierścienia i opis zastosowania. Pozostałe łożyska tej rodziny znajdziesz w serii 62.

Źródła

• SKF Evolution, „Prevention of electric erosion in bearings”: przyczyny prądów łożyskowych, rodzaje uszkodzeń, środki zaradcze: evolution.skf.com
• SKF Evolution, „Electrically insulated bearings”: izolowane łożyska, warstwa tlenku glinu, napięcie przebicia, zakres średnic: evolution.skf.com
• Poradnik Łożyskowni o luzie C3 i CM, który opiera się na katalogach NTN i NSK: Luz promieniowy łożyska
• Wymiary łożysk 6205, 6305 i 6306: baza lozysko/data (ISO 15, katalogi SKF i NTN).