Rodzaje łożysk tocznych w skrócie
Rodzaje łożysk tocznych różnią się kształtem elementów tocznych (kulki, wałeczki, igiełki, baryłki) i ułożeniem bieżni. Od tego zależy, jaką siłę łożysko przeniesie, w którym kierunku i przy jakich obrotach. Ten sam otwór i średnica zewnętrzna nie oznaczają więc tej samej funkcji: łożysko 6205 i łożysko walcowe NU 205 pasują wymiarowo do tego samego gniazda, ale pracują inaczej.
Wybór typu to pierwszy krok doboru. Dopiero po nim ustala się serię wymiarową, luz, uszczelnienia i klasę dokładności. Jeśli potrzebujesz tylko odczytać oznaczenie, zacznij od poradnika Jak czytać oznaczenia łożysk. Jeśli wymieniasz łożysko w gotowej maszynie, zwykle zamawiasz ten sam typ, który był w oryginale.
Obciążenie promieniowe i osiowe
Siła promieniowa działa prostopadle do osi wału, na przykład ciężar koła lub naciąg paska. Siła osiowa działa wzdłuż osi, na przykład docisk śruby lub wypór przekładni śrubowej. Większość łożysk przenosi głównie jeden rodzaj siły, a drugi tylko w ograniczonym stopniu.
Zanim wybierzesz typ, odpowiedz na cztery pytania:
- Czy siła jest promieniowa, osiowa, czy działa jedna i druga?
- Czy siła osiowa działa w jedną stronę, czy w obie?
- Jak duże są obroty w stosunku do średnicy łożyska?
- Czy wał może się uginać lub czy oprawy są ustawione z błędem współosiowości?
Odpowiedź na pytanie czwarte jest często pomijana, a decyduje o wyborze między łożyskiem sztywnym (walcowe, stożkowe) i samonastawnym (baryłkowe, wahliwe kulkowe).
Łożyska kulkowe zwykłe
Łożysko kulkowe zwykłe (jednorzędowe, z rowkiem głębokim, np. serie 60, 62, 63) ma głębokie bieżnie, w których kulki stykają się z pierścieniami w punkcie. Przenosi siły promieniowe i niewielkie osiowe w obu kierunkach, pracuje cicho i przy wysokich obrotach, a przy tym jest tanie i łatwo dostępne. Dlatego to ono jest domyślnym wyborem w silnikach elektrycznych, elektronarzędziach, AGD i kołach.
Ograniczeniem jest nośność: kontakt punktowy daje mniejszą nośność niż wałeczki o tych samych wymiarach. Przy dużej sile osiowej kulkowe zwykłe traci trwałość, wtedy wchodzą w grę skośne lub stożkowe. Przykłady z oferty: łożysko 6205-2RS, wszystkie łożyska kulkowe zwykłe. O różnicy serii 60, 62 i 63 piszemy w Poradniku o serii 62.
Łożyska kulkowe skośne
W łożysku skośnym bieżnie są przesunięte względem siebie wzdłuż osi, więc linia działania siły tworzy kąt (kąt działania) z płaszczyzną promieniową. Łożysko przenosi siłę promieniową razem z osiową, ale siłę osiową tylko w jednym kierunku. Dlatego zwykle montuje się je parami (układy DB, DF, DT) albo używa wersji dwurzędowej.
Stosuje się je tam, gdzie liczy się sztywność i dokładne prowadzenie: wrzeciona obrabiarek, pompy, skrzynie biegów. Większy kąt działania oznacza większą nośność osiową, ale niższe dopuszczalne obroty.
Łożyska walcowe
W łożysku walcowym elementami tocznymi są wałeczki, które stykają się z bieżniami wzdłuż linii. Daje to wysoką nośność promieniową i sztywność, a także wysokie obroty. Łożyska typów NU i N pozwalają na przesunięcie osiowe pierścieni względem siebie, więc dobrze sprawdzają się jako łożysko swobodne, które kompensuje wydłużenie cieplne wału. Typy NJ i NUP prowadzą wał także osiowo w ograniczonym zakresie.
Wałeczki nie przenoszą dużych sił osiowych i źle znoszą ugięcie wału. W konstrukcji z łożyskiem walcowym trzeba więc dbać o współosiowość.
Łożyska stożkowe
Łożysko stożkowe składa się z rozbieralnych części: stożka (pierścień wewnętrzny z wałeczkami i koszykiem) oraz miseczki. Bieżnie i wałeczki mają kształt ściętych stożków, dzięki czemu przenoszą dużą siłę promieniową razem z dużą siłą osiową w jednym kierunku.
Montuje się je parami, w układzie O lub X, i reguluje luz przy montażu. To typowe rozwiązanie w piastach kół samochodowych, przekładniach i osiach maszyn rolniczych. Wymaga ono prawidłowej regulacji: zbyt ciasne łożysko się grzeje, zbyt luźne daje bicie.
Łożyska baryłkowe i wahliwe kulkowe
Łożysko baryłkowe ma dwa rzędy baryłkowych wałeczków pracujących w wspólnej, kulistej bieżni pierścienia zewnętrznego. Pozwala to wałowi odchylić się względem oprawy o niewielki kąt bez przeciążania łożyska. Przenosi bardzo duże siły promieniowe i umiarkowane osiowe w obu kierunkach, dlatego stosuje się je w przemyśle ciężkim: kruszarki, przenośniki, wentylatory, walce.
Podobną zasadę stosuje łożysko wahliwe kulkowe (seria 12xx, 22xx), z kulkami zamiast baryłek. Ma niższą nośność, ale pracuje przy wyższych obrotach i jest lżejsze. Oba typy występują często z otworem stożkowym (sufiks K), montowanym na tulei.
Łożyska igiełkowe
Łożysko igiełkowe ma bardzo długie i cienkie wałeczki (igiełki), dzięki czemu ma niewielką wysokość przekroju i dużą nośność promieniową w stosunku do wymiarów. Stosuje się je tam, gdzie brakuje miejsca: w przegubach, sprzęgłach, silnikach dwusuwowych, pompach. Często pracują bezpośrednio na wale jako bieżni, co wymaga hartowanego i szlifowanego wału.
Igiełkowe łożyska przenoszą tylko siły promieniowe i nie znoszą niewspółosiowości. Do tego typu zaliczają się koszyki igiełkowe, tuleje HK i BK oraz łożyska z pierścieniami (NA, RNA).
Łożyska wzdłużne
Łożysko wzdłużne (np. kulkowe z serii 511, 512, 513) składa się z dwóch pierścieni z bieżniami w płaszczyznach prostopadłych do osi: pierścienia wałowego i obudowowego. Przenosi tylko siły osiowe, w jednym kierunku w wersji jednostronnej. Nie nadaje się do pracy przy wysokich obrotach, bo siła odśrodkowa wypycha kulki z bieżni, a przy zbyt małym obciążeniu kulki ślizgają się.
Występuje tam, gdzie siła osiowa jest dominująca: haki dźwigowe, stoły obrotowe, wirówki, ruchome elementy maszyn rolniczych. W układzie wałowym łączy się je zwykle z łożyskiem promieniowym, które przejmuje siły poprzeczne.
Tabela wyboru typu łożyska
Poniższa tabela porządkuje typy według tego, co przenoszą. Oceny są względne i podają kierunek wyboru, nie dane katalogowe konkretnych łożysk.
| Typ | Siła promieniowa | Siła osiowa | Obroty | Niewspółosiowość | Typowe zastosowanie |
|---|---|---|---|---|---|
| Kulkowe zwykłe | średnia | mała, w obu kierunkach | bardzo wysokie | mała | silniki, AGD, koła |
| Kulkowe skośne | wysoka | średnia, w jednym kierunku | wysokie | bardzo mała | wrzeciona, pompy |
| Walcowe | wysoka | brak lub mała (NJ, NUP) | wysokie | bardzo mała | skrzynie biegów, silniki duże |
| Stożkowe | wysoka | wysoka, w jednym kierunku | średnie | mała | piasty, przekładnie |
| Baryłkowe | bardzo wysoka | średnia, w obu kierunkach | średnie | duża | przemysł ciężki |
| Igiełkowe | wysoka przy małej wysokości | brak | średnie | bardzo mała | przeguby, pompy |
| Wzdłużne kulkowe | brak | wysoka, w jednym kierunku | niskie | mała (z podkładką kulistą większa) | haki, stoły obrotowe |
Jak wybrać typ w czterech krokach
- Ustal kierunek sił. Same siły promieniowe: kulkowe, walcowe lub igiełkowe. Obie: skośne lub stożkowe. Same osiowe: wzdłużne.
- Sprawdź obroty. Wysokie obroty zniosą kulkowe i skośne, niskie lub średnie także stożkowe i baryłkowe, a wzdłużne tylko niskie.
- Oceń współosiowość. Ugięcie wału lub niedokładne oprawy wskazują łożysko baryłkowe lub wahliwe. Przy dokładnie obrobionych gniazdach wystarczą typy sztywne.
- Sprawdź miejsce i koszt. Mała średnica zewnętrzna sugeruje igiełkowe, a w budżetowych zastosowaniach kulkowe zwykłe przeważnie wystarcza.
Dopiero po wyborze typu dobierasz wymiary d, D, B, serię, luz (patrz Luz promieniowy łożyska C2, CN, C3, C4) i uszczelnienia. Wyszukiwarka sklepu pomoże znaleźć łożysko po wymiarach, np. łożyska 25x52x15.
Podsumowanie
- Typ łożyska dobiera się według kierunku i wielkości sił, obrotów oraz tolerancji na niewspółosiowość.
- Kulkowe zwykłe to domyślny wybór przy sile promieniowej i małej osiowej oraz wysokich obrotach.
- Walcowe i igiełkowe przenoszą większe siły promieniowe, ale prawie nie przenoszą osiowych.
- Skośne i stożkowe łączą siły promieniowe i osiowe, zwykle montuje się je parami.
- Baryłkowe i wahliwe kulkowe kompensują niewspółosiowość, wzdłużne przenoszą wyłącznie siły osiowe.
- Przy wymianie zachowaj typ z oryginału, a nośność porównuj w katalogu producenta.
Najczęstsze pytania
Czy mogę zastąpić łożysko kulkowe walcowym o tych samych wymiarach?
Nie bez analizy. Walcowe ma wyższą nośność promieniową, ale nie przenosi siły osiowej, którą kulkowe przejmowało. Wał trzeba by wtedy prowadzić drugim łożyskiem, a gniazdo musi być współosiowe.
Czym różni się łożysko skośne od stożkowego?
Oba przenoszą siły promieniowe i osiowe w jednym kierunku. Skośne ma kulki i lepiej znosi wysokie obroty. Stożkowe ma wałeczki, większą nośność i sztywność, lecz niższe obroty, a przy montażu wymaga regulacji luzu.
Jakie łożysko stosuje się w silniku elektrycznym?
Najczęściej kulkowe zwykłe z grupą luzu C3 lub CM, ale zależy to od konstrukcji. Duże silniki mogą mieć łożysko walcowe od strony napędu. Sprawdź oznaczenie w obecnym łożysku.
Czy łożysko wzdłużne przeniesie siłę poprzeczną?
Nie. Przenosi tylko siłę osiową. Jeśli występuje też obciążenie promieniowe, potrzebne jest oddzielne łożysko promieniowe.
Źródła
- Schaeffler, „Technical principles” (MH 1), s. 5, rys. 1 „Overview of rolling bearing types”: podział typów na obciążenia promieniowe, złożone i wyłącznie osiowe (kulkowe zwykłe, wahliwe, skośne, walcowe, igiełkowe, baryłkowe, stożkowe, wzdłużne): schaeffler.com, mh1_technical_principles
- Schaeffler, MH 1, s. 6 do 8, „Bearing arrangements”: układ łożysko stałe i swobodne, łożysko walcowe NUP jako łożysko stałe przy niewielkiej sile osiowej (s. 8): ten sam dokument.
- Pozostałe opisy (serie, sufiks K, układy DB, DF, O, X) opierają się na ogólnej wiedzy katalogowej producentów i nie były tu sprawdzane w konkretnym dokumencie.