Pasowanie łożyska na wale: co oznaczają symbole
Pasowanie łożyska na wale i w oprawie opisuje się symbolem tolerancji według systemu ISO 286 (katalog NTN stosuje te same symbole): mała litera dotyczy wału (np. k5, m6), wielka litera oprawy (np. H7, N7). Litera mówi, gdzie leży pole tolerancji względem wymiaru nominalnego, a cyfra jak jest szerokie (im większa cyfra, tym szersze pole). Łożysko ma własne, ściśle ustalone tolerancje otworu i średnicy zewnętrznej, więc o tym, czy pierścień siedzi ciasno czy luźno, decyduje wyłącznie tolerancja wału i oprawy.
Dlatego łożysko dobieramy do wymiarów d, D i B, a pasowanie do konstrukcji. Jak zmierzyć łożysko i odczytać jego oznaczenie, opisujemy w poradniku Jak zmierzyć łożysko. Ten poradnik odpowiada na pytanie, jak wykonać wał i oprawę. Samą czynność wciskania i nagrzewania omawiamy w poradniku Montaż i demontaż łożysk.
Obciążenie obwodowe i punktowe: który pierścień ma wcisk
Pierwsze pytanie brzmi: względem którego pierścienia kierunek obciążenia się obraca. NTN opisuje to w tabeli 7.1 katalogu. Pierścień, na którym obciążenie obraca się względem jego bieżni (obciążenie obwodowe, w katalogach „rotating load”), musi mieć wcisk. Pierścień, który stoi względem kierunku obciążenia (obciążenie punktowe, „static load”), może mieć pasowanie luźne.
| Układ | Obciążenie wewnętrznego | Obciążenie zewnętrznego | Pasowanie |
|---|---|---|---|
| Wał się obraca, obciążenie ma stały kierunek (koło, rolka, wentylator) | obwodowe | punktowe | wewnętrzny ciasno, zewnętrzny luźno |
| Wał stoi, obciążenie obraca się z wałem (niewyważony wirnik) | punktowe | obwodowe | wewnętrzny luźno, zewnętrzny ciasno |
| Kierunek obciążenia zmienny lub nieznany | nieokreślone | nieokreślone | pasowanie pośrednie z lekkim wciskiem po obu stronach |
Według NTN w łożyskach nierozłącznych, takich jak kulkowe zwykłe, zaleca się zwykle luźne pasowanie jednego z pierścieni. Dzięki temu łożysko nadal można zmontować i demontować, a pierścień może się przesunąć osiowo przy wydłużeniu cieplnym wału. Najczęstszy układ w maszynach to wał wirujący w nieruchomej obudowie, czyli wcisk na wale i luźna oprawa.
Jak ocenić obciążenie: lekkie, normalne, ciężkie
Tolerancję dobiera się też do wielkości obciążenia. NTN przyjmuje trzy progi względem nośności dynamicznej Cr łożyska i dynamicznego obciążenia równoważnego P:
- obciążenie lekkie: P nie większe niż 0,05 Cr,
- obciążenie normalne: P powyżej 0,05 Cr do 0,10 Cr,
- obciążenie ciężkie: P powyżej 0,10 Cr.
Im większe obciążenie, tym większy wcisk, bo przy dużej sile pierścień odkształca się i mógłby zacząć obracać się na wale (pełzanie), co niszczy powierzchnię. Przy bardzo małych obciążeniach i niskich obrotach pasowanie bywa łagodniejsze. Szacunek nośności łożyska i obciążenia równoważnego opisujemy w poradniku Trwałość łożyska L10.
Tolerancje wału: tabela doboru
Poniższy wybór dotyczy łożysk kulkowych z otworem walcowym na wale stalowym pełnym, w klasie dokładności Normal (P0). NTN podaje go w tabeli 7.2 (1) katalogu 2203E. O klasach dokładności piszemy w poradniku Klasy dokładności łożysk P0, P6, P5, P4.
| Warunki pracy pierścienia wewnętrznego | Średnica wału | Tolerancja wału |
|---|---|---|
| Obciążenie obwodowe lekkie lub zmienne | do 18 mm | h5 |
| Obciążenie obwodowe lekkie lub zmienne | od 18 do 100 mm | js6 |
| Obciążenie obwodowe normalne | do 18 mm | js5 |
| Obciążenie obwodowe normalne | od 18 do 100 mm | k5 |
| Obciążenie obwodowe normalne | od 100 do 140 mm | m5 |
| Obciążenie obwodowe ciężkie lub udarowe | zależnie od średnicy | n6, p6 lub r6, z luzem większym niż CN |
| Obciążenie punktowe, pierścień ma się łatwo przesuwać | każda | g6 (dokładniej g5) |
| Obciążenie punktowe, bez wymogu przesuwania | każda | h6 (dokładniej h5) |
| Obciążenie wyłącznie osiowe | każda | js6 |
Dla łożysk z otworem stożkowym na tulei wciąganej wał wykonuje się inaczej: h9 z tolerancją okrągłości IT5, a dla wałów przekazujących moc h10 z IT7 (NTN). Opisujemy to w poradniku o tulejach wciąganych H i nakrętkach KM.
Gdy potrzebna jest większa dokładność, NTN dopuszcza zastąpienie js6, k6 i m6 przez js5, k5 i m5. W łożyskach kulkowych skośnych jednorzędowych i stożkowych luz wewnętrzny nie jest zmieniany pasowaniem w taki sposób jak w kulkowych zwykłych, więc k5 i m5 można tam podstawić za k6 i m6.
Tolerancje oprawy: H7, JS7, K7, M7, N7
Dla oprawy z żeliwa lub stali NTN podaje w tabeli 7.2 (3) następujące wybory. Ostatnia kolumna dotyczy możliwości przesuwu osiowego pierścienia zewnętrznego w łożysku nierozłącznym.
| Obciążenie pierścienia zewnętrznego i warunki | Przesuw osiowy | Tolerancja oprawy |
|---|---|---|
| Punktowe, każde obciążenie | tak | H7 |
| Punktowe, lekkie lub zwykłe | tak | H8 |
| Punktowe, wał i pierścień wewnętrzny się nagrzewają | łatwo | G7 |
| Nieokreślony kierunek, lekkie lub zwykłe | tak | JS7 |
| Nieokreślony kierunek, zwykłe lub ciężkie | z reguły nie | K7 |
| Nieokreślony kierunek, duże udary | nie | M7 |
| Obwodowe, lekkie lub zmienne | nie | M7 |
| Obwodowe, zwykłe lub ciężkie (łożyska kulkowe) | nie | N7 |
| Obwodowe, ciężkie z cienkościenną oprawą (łożyska wałeczkowe) | nie | P7 |
Do ciszy pracy NTN zaleca H6 przy lekkim lub zwykłym obciążeniu. Na rysunkach spotyka się też J7 zamiast JS7: oba pola są do siebie zbliżone (liczby w przykładzie poniżej), więc J7 traktuj jako sąsiednią tolerancję o podobnym przeznaczeniu.
Przykład: łożysko 6205 na wale Ø25 w oprawie Ø52
Łożysko 6205-2RS ma wymiary 25 × 52 × 15 mm (więcej o tym rozmiarze na stronie łożysk 6205 i w serii 62). Poniższe wartości to wcisk (T) lub luz (L) w mikrometrach z tabeli 7.5 NTN dla klasy Normal (zakres wału od 18 do 30 mm, oprawy od 50 do 80 mm).
| Miejsce | Tolerancja | Wcisk (T) lub luz (L), µm |
|---|---|---|
| Wał Ø25 | j5 | od 4 L do 15 T |
| Wał Ø25 | k5 | od 2 T do 21 T |
| Wał Ø25 | m5 | od 8 T do 27 T |
| Wał Ø25 | m6 | od 8 T do 31 T |
| Wał Ø25 | n6 | od 15 T do 38 T |
| Oprawa Ø52 | H7 | od 0 do 43 L |
| Oprawa Ø52 | J7 | od 12 T do 31 L |
| Oprawa Ø52 | JS7 | od 15 T do 28 L |
| Oprawa Ø52 | K7 | od 21 T do 22 L |
| Oprawa Ø52 | M7 | od 30 T do 13 L |
| Oprawa Ø52 | N7 | od 39 T do 4 L |
Widać, że k5 daje wcisk od 2 do 21 µm, a m5 od 8 do 27 µm, czyli ciaśniejszy. Dla pierścienia wewnętrznego z normalnym obciążeniem obwodowym wybiera się k5, a gdy obciążenie rośnie, przechodzi się na m5 lub m6. Oprawa H7 daje zawsze luz lub zerowy styk, a N7 prawie zawsze wcisk.
Wcisk zmniejsza luz wewnętrzny łożyska. Dlatego przy ciasnych pasowaniach często dobiera się luz C3, co opisujemy w poradniku Luz promieniowy łożyska C2, CN, C3, C4. NTN podaje też, że nagrzanie łożyska o różnicę temperatur ΔT względem otoczenia zwiększa wymagany wcisk o 0,0015 · d · ΔT mikrometra (d w mm). Dla d = 25 mm i ΔT = 10 °C to około 0,4 µm, więc przy małych łożyskach nie jest to decydujące.
Jakość powierzchni i wykonanie wału
Samo pole tolerancji nie wystarcza: łożysko wymaga też poprawnego kształtu. NTN w tabeli 7.2 (2) powiązuje tolerancje wału z tolerancjami okrągłości i walcowości (IT5 lub IT7 dla tulei wciąganych). Zbyt duża owalność lub stożkowość wału przenosi się na pierścień wewnętrzny i zmienia luz, co skutkuje hałasem i grzaniem. O objawach takich błędów piszemy w poradniku Dlaczego łożysko szumi.
Przy zamiennikach nie zmieniaj tolerancji wału na własną rękę. Jeśli wymieniasz łożysko w maszynie, utrzymaj to pasowanie, które ma maszyna, a przy zużytym siedzisku wału lub oprawy (pierścień się obraca, widać ślady pełzania) wymień lub napraw ten element, zamiast dobierać „ciaśniejsze” łożysko.
Najczęstsze pytania
Jakie pasowanie ma łożysko kulkowe na wale?
Przy obciążeniu normalnym i wale obracającym się w nieruchomej oprawie pierścień wewnętrzny ma wcisk, zwykle k5 dla wału od 18 do 100 mm (m5 powyżej 100 mm), a oprawa tolerancję H7 z luzem. Dokładny dobór zależy od obciążenia i konstrukcji, więc sprawdź dane maszyny.
Czy m5 i m6 to to samo?
Nie. Obie leżą w tym samym miejscu względem wymiaru nominalnego, ale m6 ma szersze pole tolerancji. Dla wału Ø25 m5 daje wcisk od 8 do 27 µm, a m6 od 8 do 31 µm.
Dlaczego łożysko kręci się na wale?
Najczęściej wcisk jest za mały lub siedzisko wału jest zużyte. Pierścień z obciążeniem obwodowym musi mieć pasowanie wciskowe, a każde zużycie siedziska trzeba usunąć przez wymianę części lub regenerację, a nie przez uszczelnianie klejem.
Czy oprawa może mieć N7 do łożyska kulkowego?
Tak, gdy obciążenie obraca się z pierścieniem zewnętrznym i jest zwykłe lub ciężkie. NTN wskazuje N7 przede wszystkim dla łożysk kulkowych, a P7 dla wałeczkowych w cienkich oprawach.
Podsumowanie
- Najpierw ustal, który pierścień ma obciążenie obwodowe: ten z wciskiem, drugi może być luźny.
- Wał pod łożysko kulkowe przy normalnym obciążeniu to zwykle k5 (od 18 do 100 mm), a przy ciężkim m5, m6 lub n6.
- Oprawa nieruchoma z punktowym obciążeniem pierścienia zewnętrznego to H7, a przy obciążeniu obwodowym M7 lub N7.
- Wcisk zmniejsza luz łożyska, dlatego do ciasnych pasowań często wybiera się luz C3.
- Wartości z tabel dotyczą wału stalowego pełnego i klasy Normal, a przypadki szczególne wymagają konstruktora.
- Przy wymianie łożyska zachowaj pasowanie, jakie miała maszyna.
Źródła
- NTN, katalog 2203E, rozdz. 7 „Bearing fits” (7.3.1, tabele 7.1, 7.2 (1), (2), (3), 7.5 (1) i (2), wzór 7.3): 2203E_a07.pdf