Nośność łożyska: dwie liczby, dwa pytania
W tabeli katalogu nośność łożyska to dwie liczby: dynamiczna C i statyczna C0, podawane w kiloniutonach (kN) lub niutonach. Mylone są bardzo często, bo obie mają jednostkę siły i obie wyglądają jak „ile to wytrzyma”. Tymczasem odpowiadają na różne pytania.
- C (nośność dynamiczna) odpowiada na pytanie, jak długo łożysko będzie pracować przy obrotach. Służy do liczenia trwałości L10, o czym piszemy w poradniku o trwałości łożyska L10.
- C0 (nośność statyczna) odpowiada na pytanie, czy łożysko nie zostanie trwale zniszczone przez siłę, gdy stoi, obraca się bardzo wolno, kołysze się albo dostaje uderzenie.
Dla łożysk poprzecznych (np. kulkowych 6205) producenci piszą Cr i C0r, dla wzdłużnych Ca i C0a. Litera r oznacza kierunek promieniowy, a a osiowy. W tym poradniku używamy skrótów C i C0, a pełne definicje pojęć znajdziesz w słowniku pojęć łożyskowych.
Nośność dynamiczna C
Według NTN podstawowa nośność dynamiczna to obciążenie, przy którym łożysko ma trwałość podstawową równą jednemu milionowi obrotów. Obciążenie to jest stałe co do wartości i kierunku, a trwałość podstawowa L10 oznacza liczbę obrotów, którą osiąga lub przekracza 90% identycznych łożysk (definicja w ISO 281).
Z tego wynika, po co jest C: porównujesz je z obciążeniem pracy P we wzorze L10 = (C/P)^p. Duże C przy tym samym wymiarze zewnętrznym to większa zapasowa trwałość, ale nie jest to wartość „maksymalnego obciążenia”. Łożysko pracujące przy P równym C dociera do miliona obrotów, czyli przy 1 500 obr/min zaledwie do około 11 godzin pracy. Dlatego C jest skalą porównawczą, a nie dopuszczalną siłą.
Nośność statyczna C0
Skąd się bierze C0
NTN opisuje to tak: doświadczenie pokazuje, że trwałe odkształcenie równe 0,0001 średnicy elementu tocznego w najbardziej obciążonym punkcie styku nie szkodzi późniejszej pracy łożyska. Nośność statyczna to obciążenie, które wywołuje w środku tego styku określone naprężenie. Dla łożysk kulkowych (poza wahliwymi) jest to 4 200 MPa, dla wałeczkowych 4 000 MPa, a dla wahliwych kulkowych 4 600 MPa.
W praktyce C0 jest więc granicą, powyżej której na bieżni zostają wgniecenia. Takie wgniecenia powodują później hałas i drgania, a w dalszej kolejności skracają trwałość, nawet gdy samo wgniecenie jest niewidoczne.
Kiedy C0 rozstrzyga o doborze
Kryterium statyczne ma znaczenie, gdy łożysko:
- stoi pod obciążeniem lub obraca się bardzo wolno (np. koła podpierające, zawiasy, mechanizmy ręczne),
- wykonuje niewielki ruch wahliwy,
- dostaje obciążenia udarowe, nawet krótkie (np. upadek, uderzenie młota, szarpnięcie napędu),
- ma być szczególnie ciche i równe w obrocie.
Przy wolnych obrotach wynik z L10 bywa myląco optymistyczny, a granicą jest właśnie C0.
Obciążenie równoważne P0 i współczynnik s0
Obciążenie równoważne statyczne P0
Gdy na łożysko działa jednocześnie siła promieniowa Fr i osiowa Fa, sprowadza się je do jednej wartości P0. Dla łożysk kulkowych zwykłych z kart NTN: P0r = 0,6 Fr + 0,5 Fa, a gdy wynik jest mniejszy od Fr, przyjmuje się P0r = Fr. Dla łożysk skośnych współczynniki zależą od kąta działania (np. 0,5 i 0,33 dla kąta 30° w układzie pojedynczym), dlatego dla innych typów weź wzór z katalogu producenta.
Współczynnik bezpieczeństwa s0
Współczynnik s0 to stosunek nośności do obciążenia: s0 = C0 / P0. Według NTN dopuszczalne obciążenie statyczne zależy od wymagań dotyczących tarcia i płynności pracy, a wskazówki co do minimalnego s0 podaje tabela:
| Warunki pracy | Minimalne s0, łożysko kulkowe | Minimalne s0, łożysko wałeczkowe |
|---|---|---|
| Wymagana cicha praca | 2 | 3 |
| Obciążenia udarowe | 1,5 | 3 |
| Normalna praca | 1 | 1,5 |
Źródło: NTN, tabela 3.6. NTN zaznacza też, że przy drganiach i udarach do P0 należy wliczyć współczynnik obciążenia dynamicznego, a przy dużej sile osiowej w łożyskach kulkowych kontakt kulki może wyjść poza bieżnię, więc dla takich przypadków trzeba pytać producenta.
Przykład: łożysko 6205
NSK podaje dla łożyska 6205 (25 x 52 x 15 mm, ten sam rozmiar co w grupie 6205 2RS i w hubie łożyska 6205) nośność dynamiczną Cr = 15,4 kN i statyczną C0r = 7,85 kN. NTN w swojej tabeli ma dla tego samego rozmiaru Cr = 15,5 kN i C0r = 7,85 kN oraz graniczne obciążenie zmęczeniowe Cu = 0,55 kN.
Zwróć uwagę, że C różni się o 0,1 kN między producentami, a C0 jest identyczne. Takie różnice są normalne, bo każdy producent ma własne metody i współczynniki. Porównuj więc zawsze dane z jednego katalogu.
Wariant A: praca normalna
Fr = 2 kN, Fa = 0,5 kN. P0 = 0,6 x 2 + 0,5 x 0,5 = 1,45 kN. To mniej niż Fr, więc P0 = Fr = 2 kN. s0 = 7,85 / 2 = 3,9. Wynik jest daleko powyżej minimum 1 dla normalnej pracy i powyżej 2 dla pracy cichej.
Wariant B: duża siła osiowa
Fr = 3 kN, Fa = 4 kN. P0 = 0,6 x 3 + 0,5 x 4 = 3,8 kN, s0 = 7,85 / 3,8 = 2,07. Jest to wynik graniczny dla pracy cichej, a przy dużej sile osiowej NTN radzi konsultację z producentem. Rozważ łożysko wyższej serii (np. 6305) albo skośne.
Wykres pokazuje ten sam rachunek odwrotnie: P0 = C0 / s0. Przy s0 = 2 (cicha praca) łożysko 6205 powinno przenosić statycznie do około 3,9 kN, a przy s0 = 1 granica to 7,85 kN.
C i C0 w rodzinie łożysk o otworze 25 mm
Ten sam otwór nie oznacza tej samej nośności. Według tabeli NTN dla łożysk o otworze 25 mm (wartości w kN):
| Łożysko | D x B, mm | Cr, kN | C0r, kN |
|---|---|---|---|
| 6005 | 47 x 12 | 11,2 | 5,85 |
| 6205 | 52 x 15 | 15,5 | 7,85 |
| 6305 | 62 x 17 | 23,5 | 10,9 |
| 6405 | 80 x 21 | 38,5 | 17,5 |
Wniosek: przejście z serii 62 na 63 podnosi C o około połowę, ale łożysko robi się większe. Czytaj o tym w poradniku o seriach wymiarowych seria łożysk 62 i rodzajach łożysk.
Najczęstsze błędy
- Użycie C zamiast C0 przy wolnych obrotach. Zamiast L10 sprawdź s0.
- Mieszanie katalogów. C od jednego producenta, P0 i s0 z wzorów innego.
- Pominięcie udarów. Jednorazowe uderzenie może przekroczyć C0, a trwałość L10 tego nie pokaże.
- Czytanie C jako „maksymalnego obciążenia”. C odpowiada trwałości miliona obrotów, a nie granicy zniszczenia.
- Sumowanie obciążeń bez składowej osiowej. Fa zwiększa P0 i może zmienić ocenę łożyska.
Najczęstsze pytania
Czy C0 jest większe od C?
W łożyskach kulkowych zwykłych nie: np. dla 6205 C0 = 7,85 kN, a C = 15,4 kN. Dla innych typów sprawdź wartości w katalogu, zamiast zakładać zależność.
Jakie s0 przyjąć?
Dla łożysk kulkowych NTN podaje minimum 1 przy normalnej pracy, 1,5 przy udarach i 2 przy cichej pracy. Konkretną wartość dla swojej maszyny ustal według zaleceń producenta łożyska lub urządzenia.
Czy łożysko może pracować powyżej C0?
Nie powinno. Przekroczenie C0 oznacza trwałe wgniecenia bieżni (wartość jest zdefiniowana jako odkształcenie 0,0001 średnicy elementu tocznego), co po czasie objawia się hałasem i drganiami, o których piszemy w poradniku o diagnostyce szumu.
Czy ceramiczne łożysko ma inne C i C0?
Wartości podają producenci osobno dla konkretnego wykonania. Nie przenoś ich z wersji stalowej.
Podsumowanie
- C to nośność dynamiczna: odpowiada trwałości L10 i obrotom, a C0 to nośność statyczna: granica trwałych wgnieceń.
- C0 rozstrzyga o doborze przy wolnych obrotach, ruchu wahliwym i udarach.
- Obciążenie równoważne dla kulkowych zwykłych: P0 = 0,6 Fr + 0,5 Fa, nie mniej niż Fr.
- Współczynnik s0 = C0 / P0 powinien wynosić co najmniej 1 (normalna praca), 1,5 (udary) lub 2 (cicha praca) dla łożysk kulkowych.
- Dla 6205 przy s0 = 2 granica statyczna to około 3,9 kN, a przy s0 = 1 to 7,85 kN.
- Nośności porównuj w ramach jednego katalogu producenta.
Źródła
- NSK, strona produktu 6205: Cr = 15,4 kN, C0r = 7,85 kN.
- NTN, katalog 2203E, rozdział 3: nośność i trwałość (sekcje 3.9 i 3.10, tabela 3.6).
- NTN, katalog 2203E, tabela łożysk kulkowych zwykłych: Cr, C0r, Cu i wzór P0r.
- NTN, katalog 2203E, łożyska skośne: współczynniki X0, Y0.
- ISO: ISO 76:2006 (nośność statyczna), ISO 281:2007 (nośność dynamiczna i trwałość).