Co jsou dvouřadá kuličková ložiska s kosoúhlým stykem?

Dvouřadá kuličková ložiska s kosoúhlým stykem jsou ložisková konstrukce, která kombinuje dvě řady kuliček s kosoúhlým stykem v rámci jednoho vnitřního a vnějšího kroužku, uspořádaných zády k sobě tak, aby mohly současně nést radiální zatížení, axiální zatížení v obou směrech a momentová zatížení. Kontaktní úhel každé řady je nastaven tak, aby se čáry zatížení z protilehlých stran ložiska sbíhaly k ose ložiska, čímž se vytvořila samostatná jednotka, která odolává naklápěcím silám, aniž by vyžadovala druhé samostatně namontované ložisko pro ovládání opačného axiálního směru. Z hlediska konstrukčního principu je dvouřadé kuličkové ložisko s kosoúhlým stykem v podstatě ekvivalentní k sobě přiřazenému páru dvou jednořadých kuličkových ložisek s kosoúhlým stykem integrovaných do jedné užší, kompaktnější jednotky sdílející společný vnitřní a vnější kroužek (zdroj: NSK Global Technical Library; Katalog ložisek NTN 2203E). Standardní kontaktní úhel pro dvouřadá ložiska řady 5200 a 5300 je 25 stupňů , zatímco Schaeffler a některé další konstrukční rodiny používají kontaktní úhel 30 stupňů, který zvyšuje axiální únosnost vzhledem k radiální kapacitě (zdroj: NSK; Schaeffler TPI 213). Kompaktní geometrie znamená, že dvouřadá jednotka zabírá podstatně méně axiálního prostoru než dvě samostatně namontovaná jednořadá ložiska s kosoúhlým stykem se stejným vrtáním a vnějším průměrem, což z ní činí preferované řešení všude tam, kde je potřeba obousměrné axiální omezení v úzké instalační obálce. Dvouřadá kuličková ložiska s kosoúhlým stykem v řadách 30 a 38 pokrývají řadu velikostí otvorů a možností těsnění, které přesně vyhovují tomuto druhu kompaktního, vícesměrného zatížení.

Jak kontaktní úhel definuje chování ložiska

Kontaktní úhel je jediným nejdůležitějším geometrickým parametrem, který odlišuje kuličkové ložisko s kosoúhlým stykem od kuličkového ložiska s hlubokou drážkou, a přímo určuje poměr axiální a radiální únosnosti, kterou může ložisko dodat.

Geometrický význam kontaktního úhlu

V každém valivém ložisku přenášejí kuličky zatížení mezi oběžnou dráhou vnitřního kroužku a oběžnou dráhou vnějšího kroužku prostřednictvím kontaktních bodů. U ložisek s hlubokou drážkou leží tyto kontaktní body na přímce, která je kolmá k ose hřídele, což znamená, že ložisko je vhodné pro radiální zatížení, ale může přenášet axiální zatížení pouze náhodně. U ložiska s kosoúhlým stykem jsou oběžné dráhy přesazeny tak, že čára spojující dva kontaktní body svírá úhel s radiální rovinou. Tento úhel je kontaktní úhel, označovaný jako alfa. Když je na ložisko s kosoúhlým stykem aplikováno čistě axiální zatížení, je přenášeno přes tuto šikmou kontaktní linii, která rozkládá sílu na radiální složku a axiální složku v geometrii ložiska. Čím vyšší je kontaktní úhel, tím větší je podíl aplikovaného axiálního zatížení, které je účinně přenášeno, a tím větší je poměr axiálního a radiálního zatížení, které ložisko vydrží, než se kontaktní napětí stane kritickým (zdroj: Katalog ložisek NTN 2203E; brkbearings.com).

Hodnoty kontaktních úhlů ve dvouřadých provedeních

Jednořadá kuličková ložiska s kosoúhlým stykem jsou k dispozici ve čtyřech standardních konfiguracích kontaktního úhlu: 15 stupňů, 25 stupňů, 30 stupňů a 40 stupňů. 15stupňová varianta upřednostňuje vysokorychlostní provoz a nízkou axiální tuhost; 40stupňová varianta upřednostňuje maximální axiální zatížitelnost za cenu nižšího jmenovitého počtu otáček a vyšší tvorby tepla. Dvouřadá kuličková ložiska s kosoúhlým stykem ve standardní řadě 5000 (řada 5200, 5300) jsou vyráběna s Kontaktní úhel 25 stupňů na řadu, uspořádané zády k sobě, takže každá řada nese axiální zatížení z jednoho směru. Velkokapacitní varianty, včetně konstrukční rodiny Schaeffler, využívají a Kontaktní úhel 30 stupňů který poskytuje vyšší podíl axiálního zatížení, ale vytváří odpovídající snížení limitu otáček pro nepřetržitý provoz (zdroj: NSK Global; Schaeffler TPI 213).

Momentová zátěž

Kriticky důležitou schopností, kterou umožňuje dvouřadé uspořádání, je odolnost proti momentovému zatížení, nazývanému také klopné momenty. Momentové zatížení působí na otáčení hřídele vzhledem k pouzdru kolem osy kolmé k ose hřídele. Jednořadé ložisko s kosoúhlým stykem nebo jediné ložisko s hlubokou drážkou nemůže tomuto typu zatížení spolehlivě odolat, protože kontaktní zóna na jedné straně by byla přetížena, zatímco na opačné straně by kontakt ztrácel. Uspořádání dvouřadého ložiska zády k sobě vytváří široké efektivní rozpětí mezi dvěma zatěžovacími liniemi, dokonce i v rámci šířky jednoho ložiska, což poskytuje mechanické momentové rameno, které odolává klopným silám. To je důvod, proč jsou dvouřadá kuličková ložiska s kosoúhlým stykem určena pro aplikace, kde ohyb hřídele, radiální zatížení nebo gyroskopické síly generují momentová zatížení na polohu ložiska (zdroj: Katalog ložisek NTN 2203E).

Vnitřní struktura a materiály součástí

Pochopení vnitřní konstrukce dvouřadého kuličkového ložiska s kosoúhlým stykem vysvětluje, proč konkrétní design a výběr materiálu ovlivňují výkon způsobem, který není vždy patrný pouze z katalogové únosnosti.

Kroužky a Raceways

Vnitřní a vnější kroužky standardních dvouřadých kuličkových ložisek s kosoúhlým stykem jsou vyrobeny z ložiskové oceli s vysokým obsahem uhlíku a chromu, nejčastěji 52100 nebo ekvivalentní jakosti národní normy, která je prokalená na povrchovou tvrdost obvykle v rozmezí 58 až 65 HRC. Oběžné dráhy jsou broušeny s těsnými tolerancemi průměru, kruhovitosti a drsnosti povrchu, protože kvalita povrchu v kontaktní zóně přímo určuje rozložení napětí při zatížení a úroveň hluku a vibrací při provozu. Geometrie ramene na každém kroužku je navržena tak, aby generovala posun mezi dvěma řadami oběžných drah, který vytváří zamýšlený kontaktní úhel, a tato výška ramene také nastavuje maximální axiální zatížení, které kroužky mohou nést, než kontaktní napětí migruje do ramene kroužku místo toho, aby zůstalo na oběžné dráze.

Valivé prvky

Kuličky v obou řadách jsou typicky vyráběny ze stejné ložiskové oceli 52100 jako kroužky nebo z keramiky, jako je nitrid křemíku (Si3N4) ve vysokorychlostních nebo pro korozi kritických aplikacích. Průměr kuliček a počet kuliček na řadu se volí během procesu návrhu, aby se optimalizovala dynamická únosnost, statická únosnost a rychlostní kapacita ložiska pro zamýšlenou řadu použití. Větší průměr koule v dané sérii zvyšuje únosnost, ale snižuje maximální přípustnou rychlost, protože odstředivá síla na každou kouli se mění s hmotností koule a druhou mocninou rychlosti. Přesné kuličky mají odchylku průměru menší než 0,00025 mm mezi kuličkami ve stejné řadě, protože i malé rozdíly v průměru způsobují nerovnoměrné sdílení zatížení, které snižuje efektivní zatížení pod katalogovou hodnotu.

Možnosti klece

Klec odděluje kuličky a udržuje konzistentní obvodovou vzdálenost, takže zatížení je rozloženo rovnoměrně po obvodu ložiska. Dvouřadá kuličková ložiska s kosoúhlým stykem jsou k dispozici se dvěma hlavními typy klecí (zdroj: NSK Global; NTN):

• Lisovaná ocelová klec, která je standardní volbou pro většinu středně a vysokorychlostních aplikací a je vylisována z nízkouhlíkového ocelového plechu s kapsami vytvořenými pro vedení kuliček; lisované ocelové klece jsou vhodné pro většinu aplikací mazaných olejem a tukem v rámci standardních otáček ložisek
• Polyamidová nebo nylonová klec, která nabízí nižší hmotnost a nižší hluk při zvýšených rychlostech, lepší výkon v tukem mazaných utěsněných ložiscích, kde je viskózní odpor z maziva zdrojem tepla, a snížené riziko rozmazání při chvilkové ztrátě mazání při vysokých otáčkách

Možnosti těsnění a stínění

Otevřená dvouřadá kuličková ložiska s kosoúhlým stykem vyžadují externí mazání prostřednictvím pravidelného doplňování maziva nebo tlakového olejového systému. K dispozici jsou utěsněné a stíněné varianty, které jsou stále více specifikovány pro aplikace, kde je omezený přístup k údržbě nebo kde je problémem vnikání kontaminace (zdroj: Katalog ložisek NTN 2203E; NSK). Nejčastěji používaná označení přípon jsou:

Konvence pojmenování řad 30-2RS, 38-2RS, 30-ZZ a 38-ZZ používaná v Dvouřadá kuličková ložiska s kosoúhlým stykem Produktová řada přímo zakóduje sériové číslo i typ těsnění do označení ložiska, takže je snadné identifikovat, která varianta je vhodná pro danou aplikaci, pouze podle čísla dílu.

Jmenovité zatížení a specifikace výkonu

Výkon každého valivého ložiska je charakterizován především třemi jmenovitými hodnotami: základní dynamická únosnost, základní statická únosnost a mezní otáčky. Tyto hodnoty jsou určeny vnitřní geometrií ložiska a musí být správně interpretovány ve vztahu ke skutečnému zatěžovacímu cyklu a rychlosti aplikace, než lze předpovědět spolehlivou životnost.

Základní dynamické zatížení

Základní dynamická únosnost (C) je definována jako konstantní radiální zatížení, při kterém skupina identických ložisek dosáhne jmenovité únavové životnosti 1 milion otáček při 90% spolehlivosti, podle metody výpočtu definované v ISO 281. U dvouřadého kuličkového ložiska s kosoúhlým stykem je dynamické zatížení vyšší než u jednořadého ložiska se stejným vrtáním, protože dvě řady kuliček sdílejí aplikované kontaktní napětí větší počet kontaktních bodů. Jako praktická reference, ložisko řady 5200 s vrtáním 10 mm (ložisko číslo 5200) má dynamickou únosnost 7 150 N , zatímco řada 5203 s vrtáním 17 mm nese přibližně 12 700 N a řada 5204 s vrtáním 20 mm nese přibližně 15 900 N (zdroj: katalog dvouřadých kuličkových ložisek s kosoúhlým stykem typu NSK, dokument e1249b).

Základní statická únosnost

Základní statická únosnost (C0) definuje zatížení, při kterém maximální kontaktní napětí mezi kuličkou a oběžnou dráhou dosahuje přibližně 4 000 MPa, což je úroveň, při které místní plastická deformace oběžné dráhy začíná vytvářet trvalé promáčknutí, které zvyšuje vibrace a hluk při následném provozu. Při použití stejných referenčních údajů NSK má řada 5200 (vrtání 10 mm) statickou únosnost 3 900 N, zatímco 5203 (vrtání 17 mm) má 8 300 N a 5204 (vrtání 20 mm) má 10 700 N (zdroj: katalog NSK e1249b). Aplikace zahrnující rázová zatížení, velká statická zatížení během montáže nebo velká momentová zatížení při nízkých otáčkách musí být posouzena spíše podle statického než dynamického hodnocení.

Výpočet ekvivalentního dynamického zatížení

Pokud je ložisko vystaveno kombinovanému radiálnímu a axiálnímu zatížení spíše než čistě radiálnímu zatížení, musí být před aplikací rovnice životnosti ISO 281 vypočteno ekvivalentní dynamické zatížení P. Pro dvouřadá kuličková ložiska s kosoúhlým stykem je standardní vzorec P = XFr YFa, kde Fr je radiální síla, Fa je axiální síla a X a Y jsou součinitele zatížení, které závisí na poměru axiální a radiální síly vzhledem k prahové hodnotě e. Pro utěsněné a stíněné dvouřadé řady jsou typické hodnoty, když je Fa/Fr menší nebo rovno e, X = 1, Y = 0,92 a když Fa/Fr překročí e, X = 0,67 a Y = 1,41, s e přibližně 0,68 (zdroj: katalog NSK e1249b). Tyto hodnoty se mění s kontaktním úhlem a řadou ložisek a konstruktéři by měli vždy použít hodnoty z datového listu konkrétního výrobce pro aplikovanou řadu ložisek.

Rychlostní schopnost

Mezní rychlost dvouřadého kuličkového ložiska s kosoúhlým stykem je nastavena teplem generovaným na valivých kontaktech a na rozhraní klece-kulička a je konvenčně vyjádřena buď jako mez rychlosti maziva, nebo jako mez rychlosti oleje, přičemž mez oleje je obvykle o 20 až 30 procent vyšší než mez maziva. Utěsněné a stíněné varianty mají nižší rychlostní limit než ekvivalentní otevřená ložiska, protože tření břitu těsnění nebo blízkost štítu zvyšuje teplo, které musí pevná mazací náplň odvádět bez vnějšího chlazení. Norma DIN 628-3, která upravuje hlavní rozměry dvouřadých kuličkových ložisek s kosoúhlým stykem, stanoví rozměrové limity, které zajišťují zaměnitelnost mezi výrobci ložisek v rámci stejné řady (zdroj: Schaeffler TPI 213).

Systém označení a sériová identifikace

Správné přečtení označení dvouřadého kuličkového ložiska s kosoúhlým stykem umožňuje technikovi nebo specialistovi nákupu potvrdit průměr díry, sérii (a tedy vnější průměr a šířku) a konfiguraci těsnění z čísla dílu, aniž by bylo nutné nahlížet do úplné rozměrové tabulky.

Odkazy na řady 30 a 38 v označení produktu odkazují na klasifikaci řady vnějších průměrů ložisek. Série 30 a 38 ve dvouřadých kuličkových ložiscích s kosoúhlým stykem označují specifickou rozměrovou obálku a doprovodné varianty s příponou 2RS a ZZ přímo určují, zda jsou použita kontaktní těsnění nebo ocelové kryty, což umožňuje specifikovat správnou variantu pro tukem mazaný utěsněný provoz nebo stíněný provoz.

Srovnání s alternativními typy ložisek

Výběr dvouřadého kuličkového ložiska s kosoúhlým stykem pro aplikaci vyžaduje pochopení toho, jak se liší od ostatních typů ložisek, které by mohly být potenciálně uvažovány pro stejnou polohu.

vs jednořadé kuličkové ložisko s kosoúhlým stykem

Jednořadé kuličkové ložisko s kosoúhlým stykem může nést axiální zatížení pouze v jednom směru, protože geometrie odsazené oběžné dráhy vytváří kontaktní linii, která se sbíhá v ose pouze z jedné strany. Pro podporu obousměrného axiálního zatížení s jednořadými ložisky musí být namontována dvě ložiska proti sobě, buď zády k sobě (DB), lícem k sobě (DF) nebo v tandemu (DT pro zvýšení axiálního zatížení ve stejném směru). Dvouřadé ložisko dosahuje stejného obousměrného axiálního omezení v jediné, užší jednotce s jedním vnitřním kroužkem a jedním vnějším kroužkem, což zjednodušuje konstrukci pouzdra a snižuje požadovaný axiální prostor. Kompromisem je, že dvouřadá jednotka má pevný kontaktní úhel a uspořádání zády k sobě, které nelze změnit, zatímco párové jednořadé uspořádání umožňuje technikovi zvolit čelní montáž, pokud geometrie aplikace vyžaduje různé charakteristiky momentového ramene (zdroj: NSK Global; Katalog ložisek NTN 2203E).

vs kuličkové ložisko s hlubokou drážkou

Kuličkové ložisko s hlubokou drážkou má na obou kroužcích symetrickou drážku oběžné dráhy, která mu umožňuje nést mírná axiální zatížení v obou směrech, ale linie zatížení zůstává v podstatě radiální při nízkém axiálním zatížení a ložisko nemá definovaný kontaktní úhel. Pro nízké až střední kombinované zatížení při vysoké rychlosti je ložisko s hlubokou drážkou často ekonomičtější a dosahuje vyšších jmenovitých otáček než ložisko s kosoúhlým stykem stejné velikosti. Ložiska s hlubokou drážkou však nemohou zajistit tuhé axiální umístění hřídele, které poskytuje ložisko s kosoúhlým stykem, a nejsou vhodná pro aplikace, kde je třeba odolávat momentovým zatížením nebo kde je součástí návrhu systému přesná axiální tuhost (zdroj: brkbearings.com).

vs Kuželové válečkové ložisko

Kuželové ložisko přenáší vyšší radiální a axiální zatížení než kuličkové ložisko s kosoúhlým stykem se stejnou velikostí díry, protože liniový kontakt mezi válečky a oběžnými drahami rozkládá zatížení na větší plochu a snižuje špičkové kontaktní napětí. Kuželíková ložiska však vyžadují přesné nastavení axiálního předpětí během montáže, generují více tepla při vysokých rychlostech díky kluznému tření na koncích válečků a mají nižší rychlostní limit než kuličková ložiska s kosoúhlým stykem. Pro středněrychlostní aplikace, kde jsou primárními požadavky střední kombinovaná zatížení a kompaktní geometrie, jsou obecně preferována dvouřadá kuličková ložiska s kosoúhlým stykem před kuželíkovými ložisky.

Srovnávací tabulka

Typické aplikace a průmyslové případy použití

Dvouřadá kuličková ložiska s kosoúhlým stykem se nacházejí v aplikacích, které sdílejí společný požadavek: obousměrné axiální omezení v kompaktním prostoru se střední až vysokou rychlostí, kde momentová zatížení nebo kombinovaná zatížení činí ložisko s hlubokou drážkou nedostatečné.

Elektromotory a dmychadla

Elektromotory často používají dvouřadá kuličková ložiska s kosoúhlým stykem v poloze pohonu, kde axiální síly od napětí řemene, tahu spirálového ozubeného kola nebo zatížení lopatek ventilátoru vytvářejí obousměrné axiální zatížení v závislosti na směru start-stop. Kompaktní jednojednotkové provedení zjednodušuje konstrukci krytu motoru ve srovnání s dvouložiskovým uspořádáním a 25stupňový kontaktní úhel standardních řad 5200 a 5300 poskytuje kombinaci rozumné axiální tuhosti a jmenovité rychlosti otáčení vhodnou pro většinu aplikací indukčních motorů. NSK uvádí čerpadla, elektromotory a dmychadla jako primární typické aplikace pro tento typ ložisek (zdroj: NSK Global Technical Library).

Čerpadla a kompresory

Odstředivá čerpadla generují axiální tlačné síly, které obracejí směr se změnami průtoku a tlakového rozdílu, a toto obousměrné axiální zatížení je přesně tou podmínkou, pro kterou jsou dvouřadá kuličková ložiska s kosoúhlým stykem navržena. Konstrukce vysokokapacitních čerpadel využívající ložisko s úhlem kontaktu 30 stupňů dokáží pojmout vyšší axiální zatížení typická pro vícestupňová odstředivá čerpadla, přičemž si stále zachovávají dostatečnou rychlost otáček pro většinu provozních podmínek čerpadel. Utěsněné a stíněné varianty s označením 2RS nebo ZZ jsou široce používány v aplikacích čerpadel, kde dutina ložiska není přístupná pro periodické domazávání.

Převodovky a převodové jednotky

Šroubová ozubená kola vytvářejí axiální složku zatížení zubů, která působí podél osy hřídele, a směr tohoto tahu se obrátí mezi pastorkem a ozubeným kolem ve spárovaném páru. Dvouřadá kuličková ložiska s kosoúhlým stykem na koncích hřídele omezují tento tlak v obou směrech, aniž by vyžadovala samostatné polohy axiálních ložisek nebo dodatečné uspořádání axiálního předpětí. V kompaktních průmyslových převodovkách, kde je minimalizace délky skříně prioritou návrhu, jednojednotkové dvouřadé ložisko v každé poloze hřídele šetří významnou axiální obálku ve srovnání s párovým jednořadým uspořádáním.

Vřetena obráběcích strojů a přesná zařízení

Vřetena CNC obráběcích strojů, zejména ta, která pracují v rozsahu středních otáček, používají dvouřadá kuličková ložiska s kosoúhlým stykem pro zajištění tuhého axiálního a radiálního polohování vřetena vzhledem k pouzdru vřeteníku. Odolnost proti momentovému zatížení je v této aplikaci zvláště cenná, protože řezné síly působící na hrot nástroje vytvářejí ohybový moment v poloze předního ložiska, který by způsobil nepřijatelné vychýlení vřetena, pokud by bylo použito standardní ložisko s hlubokou drážkou. Přesná předepjatá dvouřadá ložiska s těsnější než normální vnitřní vůlí (třída vůle C2) jsou specifikována pro nejvyšší požadavky na tuhost v této aplikační kategorii.

Automobilová a zemědělská technika

Převodovky zemědělských strojů, převodovky traktorů a některé aplikace pohonu příslušenství v automobilech používají dvouřadá kuličková ložiska s kosoúhlým stykem v polohách, kde kombinované radiální a axiální zatížení s momentovými komponenty musí být zpracováno v kompaktní, bezúdržbové utěsněné jednotce. Pro tyto aplikace jsou zvláště vhodné varianty se stíněním ZZ nebo 2RS, protože servisní přístup je obvykle omezený a během servisního intervalu stovek provozních hodin je vyžadována ochrana před kontaminací půdou, úlomky plodin nebo silničním posypem.

Požadavky na mazání a intervaly údržby

Mazání je jedinou nejčastější příčinou selhání valivých ložisek a pochopení požadavků na mazání specifických pro dvouřadá kuličková ložiska s kosoúhlým stykem je zásadní pro dosažení očekávané životnosti v jakékoli aplikaci.

Mazací tuk pro utěsněná a chráněná ložiska

Utěsněná ložiska 2RS a stíněná ložiska ZZ jsou z výroby naplněna mazivem a jsou navržena tak, aby byla bezúdržbová po dobu své plánované životnosti za normálních provozních podmínek. Objem náplně maziva je optimalizován ve výrobní fázi, aby bylo zajištěno dostatečné mazání bez nadměrných ztrát vířením, které by generovalo teplo a snižovalo efektivní životnost maziva. Výměna těchto ložisek na konci jejich očekávané životnosti je obecně nákladově efektivnější než pokusy o doplnění maziva, protože utěsněná nebo stíněná konstrukce neusnadňuje přístup do dutiny maziva, aniž by byla ohrožena funkce těsnění.

Mazací tuk pro otevřená ložiska

Otevřená dvouřadá kuličková ložiska s kosoúhlým stykem vyžadují vnější aplikaci maziva. Objem náplně maziva v dutině ložiska a tělese by měl obvykle zaplnit jednu třetinu až polovinu dostupného volného prostoru; přeplnění způsobuje vířící teplo, které urychluje degradaci maziva a zkracuje životnost ložisek. Maziva na bázi lithia nebo komplexu lithia s konzistencí NLGI Grade 2 jsou vhodná pro většinu standardních rychlostních a teplotních podmínek. Pokyny společnosti Schaeffler týkající se intervalů výměny oleje u dvouřadých ložisek s kosoúhlým stykem mazaných olejem doporučují dodržovat stanovené intervaly uvedené v projektu FVA č. 171 a upravovat na základě provozní teploty a úrovně znečištění (zdroj: Schaeffler TPI 213).

Olejové mazání pro vysokorychlostní aplikace

Při vyšších rychlostech, kdy by mazání plastickým mazivem generovalo nadměrné teplo, lze otevřená dvouřadá ložiska s kosoúhlým stykem mazat olejem prostřednictvím uspořádání olejové lázně, olejové mlhy nebo cirkulujícího oleje. Cirkulující olej s externím chladičem a filtrem je preferovanou metodou pro aplikace s nejvyšší rychlostí a vysokým zatížením, jako jsou vřetena obráběcích strojů a vysokorychlostní kompresory, protože současně maže, ochlazuje a odstraňuje úlomky z opotřebení z dutiny ložiska.

Pokyny pro instalaci, vůli a předpětí

Správná instalace je stejně důležitá jako správný výběr ložiska pro dosažení jmenovité životnosti, zejména u dvouřadých kuličkových ložisek s kosoúhlým stykem, která musí být instalována s vhodným uložením a axiálním umístěním.

Hřídel a pouzdro se hodí

Vnitřní kroužek dvouřadého kuličkového ložiska s kosoúhlým stykem je obvykle namontován na hřídeli s přesahem, když se vnitřní kroužek otáčí vzhledem ke směru zatížení, což je nejběžnější konfigurace u rotujících strojů. Přesahové uložení zajišťuje, že se kroužek pod rotačním zatížením neposouvá po povrchu hřídele, což by způsobilo opotřebení hřídele třením a generování tepla. Vnější kroužek je obvykle namontován v pouzdře s lehkým přesahem nebo přechodovým uložením. Velikost interference je specifikována v tabulkách tolerance uložení podle ISO 286 a vybírá se na základě velikosti ložiska, rychlosti otáčení a velikosti zatížení; větší ložiska a větší zatížení vyžadují těsnější uložení, aby se zabránilo tečení při zatížení.

Volba vnitřní vůle

Dvouřadá kuličková ložiska s kosoúhlým stykem jsou k dispozici v několika skupinách vnitřní vůle: C2 (menší než normální), CN (normální, výchozí, pokud není uvedena přípona vůle), C3 (větší než normální) a C4 (ještě větší). Správná skupina vůle závisí na uložení hřídele a skříně a očekávané provozní teplotě. Uložení s přesahem na hřídeli snižuje vnitřní vůli po instalaci, takže ložisko, které měří normální vůli před montáží, může po montáži pracovat s nulovou vůlí nebo mírným předpětím. Pokud provozní teplota způsobí, že se hřídel roztáhne rychleji než pouzdro, dojde během provozu k dalšímu zmenšení vůle. U aplikací, kde je hřídel výrazně teplejší než pouzdro, vyrovnává startovací vůle C3 nebo C4 tento diferenciální teplotní roztažnosti a brání ložisku v provozu při nadměrném předpětí (zdroj: Katalog ložisek NTN 2203E).

Úvahy o předběžném načtení

Lehké předpětí, kdy ložisko pracuje s nulovou vnitřní vůlí nebo velmi malým množstvím pružné deformace sdílené mezi oběma řadami, zvyšuje radiální a axiální tuhost ložiska a snižuje vibrace a hluk při kolísavém zatížení. Ložiska vřetena obráběcích strojů jsou běžně předepjatá, aby se zlepšila přesnost polohování. Nadměrné předpětí vytváří teplo a zvyšuje únavové namáhání, zkracuje životnost, takže předpětí musí být pečlivě specifikováno a ověřeno během montáže pomocí měření axiální síly předpětí nebo počátečního momentu.

Režimy poruch a sledování stavu

Pochopení způsobů poruch dvouřadých kuličkových ložisek s kosoúhlým stykem umožňuje technikům údržby včas odhalit poškození a naplánovat výměnu ložiska dříve, než katastrofická porucha způsobí sekundární poškození hřídele, skříně nebo stroje.

Únava Spalling

Únava valivého kontaktu vytváří podpovrchové trhliny v materiálu oběžné dráhy nebo koule, které se šíří k povrchu a nakonec způsobí odlomení materiálu, což způsobí odlupování nebo důlek. Odlupování vytváří charakteristický vysokofrekvenční vibrační podpis, který lze detekovat monitorováním vibrací založeným na akcelerometru pomocí analýzy frekvence defektů ložisek. Charakteristické frekvence defektů pro vnější kroužek, vnitřní kroužek a kuličky závisí na geometrii ložiska a rychlosti otáčení a tyto frekvence lze vypočítat ze standardních parametrů geometrie ložiska pomocí rovnic definovaných v ISO 15243 a souvisejících normách.

Znečištění a abrazivní opotřebení

Kontaminace maziva částicemi způsobuje třítělové abrazivní opotřebení na valivých kontaktech, které postupně zdrsňuje povrch oběžné dráhy, zvyšuje vibrace a hluk a nakonec zavádí otěrové částice, které urychlují cyklus poškození. Utěsněná a stíněná dvouřadá ložiska poskytují podstatně lepší ochranu před znečištěním než otevřená ložiska ve většině průmyslových prostředí, a to je jeden z hlavních důvodů, proč jsou varianty 2RS a ZZ upřednostňovány před otevřenými ložisky všude tam, kde provozní prostředí zahrnuje riziko vnikání prachu, třísek nebo procesních kapalin.

Selhání mazání

Nedostatek maziva, degradované mazivo nebo mazivo nesprávného typu způsobuje kontakt kov na kov na válcovacích rozhraních, což vede k rychlému nárůstu teploty, opotřebení adheziva, rozmazání povrchů koulí a oběžných drah a případnému zadření. U zapouzdřených a zakrytých ložisek k selhání mazání obvykle dochází na konci projektované životnosti ložiska nebo na jeho konci, když se v továrně plněné mazivo rozpadne v důsledku tepelné a mechanické degradace. Včasná detekce prostřednictvím monitorování teploty ložiskového pouzdra nebo periodické analýzy vibrací umožňuje naplánovat výměnu před poruchou, nikoli po ní.