Łożysko liniowe LM8UU: dobór do wałka, drukarki 3D i CNC

Czym jest łożysko liniowe

Łożysko liniowe (tuleja kulkowa, ang. linear ball bushing) umożliwia ruch postępowy wzdłuż wałka. Wewnątrz zewnętrznej tulei z obiegiem kulek krążą szeregi kulek, które toczą się bezpośrednio po wałku. Dzięki temu tarcie jest małe, a ruch płynny, w odróżnieniu od zwykłej tulei ślizgowej.

To zupełnie inna konstrukcja niż łożysko obrotowe, o którym piszemy w poradnikach o oznaczeniach łożysk czy łożyskach miniaturowych 608. Łożysko liniowe nie obraca się razem z wałkiem i nie przenosi momentu skręcającego: pozwala jedynie na przesuw i niewielki obrót tulei wokół wałka.

Wymiary podaje się w kolejności d x D x L, czyli średnica wałka, średnica zewnętrzna tulei i jej długość. Dlatego LM8UU to 8 x 15 x 24 mm: tuleja na wałek o średnicy 8 mm.

Jak czytać oznaczenie LM8UU

Oznaczenie składa się z trzech części, które łatwo rozszyfrować.

• LM to powszechnie przyjęte oznaczenie standardowej tulei liniowej z obiegiem kulek.
• 8 to średnica wałka w milimetrach.
• UU oznacza uszczelnienie z obu stron. Wersja bez uszczelnień kończy się na samym numerze (np. LM8), a jednostronna ma jedno U.

Dopisek L przed UU (LM8LUU) oznacza wersję długą, czyli tuleję o większej długości, zwykle z dwoma rzędami kulek ustawionymi szeregowo. Taka wersja lepiej znosi momenty zginające i przechylanie, bo prowadzi wałek na dłuższym odcinku. Ogólne zasady czytania sufiksów, w tym uszczelnień, opisujemy w poradniku o uszczelnieniach 2RS i 2Z; w łożyskach liniowych UU to uszczelki wargowe, a nie osłony blaszane.

Producenci stosują także własne serie. Na przykład seria KH w katalogach Schaeffler (INA) to zwarta tuleja liniowa do wałków bez podparcia, w wykonaniu uszczelnionym oznaczanym PP. Przed zamianą na LM sprawdź wymiary i obciążalność, bo oznaczenia producentów nie są zamienne jeden do jednego.

Tabela popularnych rozmiarów LM UU

Poniższe wymiary są zgodne z typowymi tabelami sprzedawców i katalogów dla serii LM UU. Długość wersji LUU jest podana obok.

Wymiary mogą się nieznacznie różnić w zależności od producenta, szczególnie w typach z tolerancjami własnymi, więc przy zamówieniu zawsze sprawdź kartę produktu.

Wałek: najważniejszy element układu

W łożysku liniowym kulki toczą się bezpośrednio po wałku, więc wałek pełni rolę bieżni wewnętrznej. Jego jakość decyduje o trwałości bardziej niż sama tuleja. Katalog THK zaleca twardość powierzchni od 58 HRC (około 653 HV) wzwyż oraz warstwę utwardzoną o grubości około 2 mm do ogólnych zastosowań. Chropowatość powierzchni powinna wynosić 0,40 µm Ra lub mniej, żeby ruch był płynny.

Materiały stosowane na takie wałki to stal łożyskowa SUJ2 (odpowiednik 100Cr6 lub 52100), stale narzędziowe i stal konstrukcyjna hartowana indukcyjnie. Do środowisk korozyjnych używa się stali nierdzewnej 440C, ale jej własności różnią się od stali łożyskowej, podobnie jak w przypadku łożysk nierdzewnych.

Tolerancja wałka dla standardowych tulei to zwykle h6 (czasem g6 dla ciaśniejszego prowadzenia), a oprawa tulei jest wykonana w H7. Taki układ daje lekki wcisk tulei w obudowie i pasowanie suwliwe na wałku. Wałek miękki, np. ze stali konstrukcyjnej bez hartowania, szybko wyciera się kulkami i zostawia rowki, a po nich pojawia się luz.

Wałki z drukarek 3D

W drukarkach 3D i tanich zestawach CNC często trafiają się wałki o nieznanej twardości. Jeśli po krótkim czasie widzisz na wałku ślady wytarcia pod kulkami, to znak, że wałek jest za miękki lub nie jest szlifowany. Wymiana samych tulei nie pomoże, trzeba wymienić wałek.

Luz, zakleszczanie i płynność ruchu

Luz tulei liniowej wynika z różnicy między średnicą wałka a wewnętrzną średnicą wyznaczoną przez kulki. Przy wałku h6 i oprawie H7 producenci podają luz roboczy w tabelach katalogowych. Zbyt duży luz powoduje drgania i niedokładność pozycjonowania, a zbyt mały zacieranie i opory ruchu.

Praktyczne objawy złego doboru:

• tuleja chodzi ciężko i zatrzymuje się na wałku, gdy wałek ma za dużą średnicę lub tuleja zbyt mocno wciśnięta w oprawę,
• tuleja stuka lub ma wyczuwalny luz, gdy wałek jest zużyty,
• skrzypienie lub zgrzyt oznacza brak smaru albo zanieczyszczenia pod uszczelką,
• rowki na wałku w miejscach nieruchomych oznaczają zbyt miękki materiał.

Dwie równoległe prowadnice wymagają dokładnego wyrównania. Odchyłka równoległości wałków powoduje zakleszczanie, a rozstaw osi wałków powinien być jednakowy na całej długości. W typowych tulejach nie ma dużej tolerancji na niewspółosiowość, więc użycie oprawy z wyrównaniem kulowym (typ self-aligning) lub regulowanej oprawy bywa konieczne.

Nośność: dlaczego liczby się rozjeżdżają

Nośność dynamiczną C podaje się jako obciążenie, przy którym tuleja przejedzie określoną drogę, ale metoda i droga zależą od producenta. W praktyce karty LM8UU różnych sprzedawców podają skrajnie różne wartości. Jedna karta produktu podaje dla LM8UU nośność dynamiczną około 28 kgf (około 274 N), a typowa tabela katalogowa około 1,4 kN. Różnica wynika z różnych metod oznaczania nośności i klas jakości, a nie z dwóch różnych tulei.

Dlatego nie porównuj liczb z różnych kart i nie zakładaj, że tanie LM8UU i tuleja markowa mają tę samą nośność. Przy konstrukcjach, w których liczy się trwałość, zawsze wyznacz obciążenie na jedną tuleję, dodaj margines i porównuj dane tego samego producenta. Zasady obliczania trwałości dla łożysk obrotowych opisuje poradnik Trwałość łożyska L10; dla liniowych wzór jest analogiczny, ale używa drogi zamiast liczby obrotów.

Moment i przechylanie

Pojedyncza krótka tuleja źle znosi moment zginający, np. gdy oś głowicy jest wysunięta względem prowadnicy. Dlatego w konstrukcjach stosuje się dwie tuleje na jednym wałku albo jedną dłuższą LUU, a dodatkowo dwa równoległe wałki.

Zastosowania: drukarka 3D, CNC, automatyka

Najczęstszy obszar to maszyny, w których ruch jest lekki i ręcznie prowadzony lub napędzany paskiem albo śrubą trapezową. Typowe zastosowania to:

• osie XY i Z drukarek 3D, gdzie wałki 8 mm z tulejami LM8UU są bardzo popularne,
• małe frezarki CNC i plotery, gdzie tuleje LM UU prowadzą suport,
• prowadnice w automatyce, urządzeniach pomiarowych i stołach przesuwnych,
• proste prowadzenia drzwiczek i szuflad w urządzeniach.

Jeśli potrzebujesz zwykłych łożysk obrotowych do tej samej maszyny, zobacz łożyska kulkowe zwykłe i łożysko 608, często stosowane w rolkach i napędach. Przy większych obciążeniach i wymaganiach sztywności w CNC stosuje się już prowadnice szynowe z wózkami, a nie tuleje na wałkach. Wałek podparty tylko na końcach ugina się pod ciężarem, co zmniejsza dokładność, dlatego dla większych długości stosuje się wałki z podporą ciągłą.

Smarowanie i konserwacja

Tuleje UU są wypełnione smarem fabrycznie, ale po pewnym czasie smar wypłukuje się lub wysycha. Dla lekkich zastosowań stosuje się smar konsystentny o klasie NLGI 2, np. litowy, a po dłuższej pracy uzupełnia go cienką warstwą na wałku. Nie używaj oleju o dużej lepkości na wałkach, które łapią kurz, bo pył zbiera się pod uszczelką i wyciera kulki.

Przy montażu nakładaj tuleję na wałek wzdłuż osi, bez przechylania, żeby nie wypaść kulek z klatki. Przed zdjęciem tulei z wałka zabezpiecz ją przed przesuwem, bo kulki mogą się wysypać. Ostre krawędzie wałka po obróbce należy sfazować i oczyścić. Zasady czystości przy montażu łożysk opisujemy w poradniku Montaż i demontaż łożysk.

Wyślij listę do wyceny

Jak zamówić właściwą tuleję

Przy zamówieniu podaj: średnicę wałka, typ (UU czy LUU), producenta lub klasę jakości oraz pożądane uszczelnienie. Dobrze jest też wiedzieć, czy tuleja pracuje w oprawie H7 i czy wałek jest szlifowany do h6. Jeśli nie masz pewności co do wałka, zmierz go mikrometrem w trzech punktach.

Gdy kupujesz zestaw prowadnic, kup wałki i tuleje od jednego dostawcy, ponieważ pasowanie jest wtedy określone. Zamienniki sprawdzaj według wymiarów d x D x L, a nie tylko po nazwie.

Najczęstsze pytania

Czy LM8UU pasuje na wałek 8 mm h6?

Tak, LM8UU jest przeznaczone do wałka o średnicy 8 mm, a wałek szlifowany do h6 jest standardowym wyborem. Tuleja w oprawie H7 ma lekki wcisk i suwliwe pasowanie na wałku.

Czym różni się LM8UU od LM8LUU?

LM8LUU jest dłuższe (typowo 45 mm zamiast 24 mm), prowadzi wałek na dłuższym odcinku i lepiej znosi momenty. LM8UU jest krótsze i tańsze, ale bardziej podatne na przechylanie.

Czy tuleja liniowa przenosi moment obrotowy?

Nie. Standardowa tuleja przenosi obciążenia promieniowe i pozwala na ruch postępowy. Do przenoszenia momentu stosuje się wałki wielowypustowe z tulejami kulowymi.

Dlaczego tuleja się zacina?

Najczęstsze przyczyny to nierównoległe wałki, zabrudzenia, zbyt mocny docisk w oprawie albo uszkodzony wałek. Sprawdź wałek wzrokowo i przesuń tuleję bez obciążenia.

Podsumowanie

• LM8UU ma wymiary 8 x 15 x 24 mm i jest tuleją na wałek 8 mm; wersja LM8LUU ma 45 mm długości.
• UU oznacza uszczelnienie z obu stron, a L przed UU wersję długą.
• Wałek ma twardość co najmniej 58 HRC, chropowatość 0,40 µm Ra lub mniej i tolerancję h6; oprawa H7.
• Nośność z różnych kart katalogowych bywa nieporównywalna, dlatego porównuj dane jednego producenta.
• Tuleja liniowa nie przenosi momentu obrotowego i słabo znosi niewspółosiowość równoległych wałków.
• W drukarkach 3D i małych CNC LM UU wystarcza, w maszynach o dużej sztywności lepsze są prowadnice szynowe.

Źródła

• THK, "Linear Bushing: Dedicated Shafts for Model LM", katalog (B-459): materiały, twardość od 58 HRC, warstwa około 2 mm, chropowatość 0,40a: thk.com, en_B_459otherdimension.pdf
• ISK Bearing, karta LM8UU (8 x 15 x 24 mm, nośność dynamiczna 27,94 kgf): iskbearing.com, LM8UU
• Aims Industrial, "Linear Bearing Guide: LM Series Sizing and Selection": tabela rozmiarów LM UU i LUU, wałek h6, oprawa H7: aimsindustrial.com.au, linear-bearing-guide