Vo svete moderných priemyselných strojov sú ložiská srdcom hladkej prevádzky. Medzi mnohými dostupnými typmi, guľkové ložiská s hlbokou drážkou a guľkové ložiská s kosouhlým stykom sú dve z najbežnejších a najpoužívanejších. Hoci sa môžu zdať podobné, obe sú valivé ložiská, ktaleboé používajú guľôčky ako valivé prvky, ich rozdiely v dizajne, nosnosti, tuhosti a aplikácii sú zásadné. Pochopenie týchto rozdielov je kľúčové pre optimalizáciu mechanických návrhov a zvýšenie výkonu zariadenia.
Úvod
1. Porovnanie dizajnu a konštrukcie
1.1 Guľkové ložiská s hlbokou drážkou
Ako už názov napovedá, guľkové ložiská s hlbokými drážkami majú na svojom vnútornom aj vonkajšom krúžku hlboké kruhové oblúkové dráhy. Polomer obežnej dráhy je o niečo väčší ako polomer lopty. Táto konštrukcia umožňuje veľkú kontaktnú plochu medzi loptičkami a obežnými dráhami, čo im umožňuje efektívne zvládať radiálne zaťaženie. Hlboké obežnice im tiež umožňujú niesť určité množstvo obojsmerného axiálneho zaťaženia.
Ich štruktúra je jednoduchá, zvyčajne pozostáva z vnútorného krúžku, vonkajšieho krúžku, oceľových guľôčok a klietky. Dizajn guľkové ložiská s hlbokou drážkou robí ich vysoko všestrannými, vhodnými pre rôzne aplikácie s miernymi rýchlosťami a zaťažením. Klietky sú zvyčajne vyrobené z lisovanej ocele alebo mosadze.
1.2 Guľkové ložiská s uhlovým kontaktom
Dizajn guľkové ložiská s kosouhlým stykom je zložitejšie. Dráhy vnútorného a vonkajšieho krúžku nie sú symetrické kruhové oblúky. Namiesto toho majú špeciálny dizajn známy ako menovitý kontaktný uhol . Tento uhol spôsobí, že kontaktné body medzi obežnými dráhami a guľami vytvoria čiaru, ktorá je v špecifickom uhle k radiálnej rovine, keď je ložisko zaťažené.
Tento dizajn umožňuje guľkové ložiská s kosouhlým stykom zvládnuť radiálne aj jednosmerné axiálne zaťaženia súčasne, s oveľa vyššou axiálnou nosnosťou ako guľkové ložiská s hlbokou drážkou. Aby bolo možné efektívne zvládnuť obojsmerné axiálne zaťaženia, musia sa používať v pároch, ako je konfigurácia back-to-back (DB), face-to-face (DF) alebo taemová (DT).
2. Rozdiely vo výkone a aplikácie
2.1 Nosnosť a tuhosť
Kontakt medzi obežnou dráhou a loptičkami v guľkové ložiská s hlbokou drážkou je a linkový kontakt , a sú primárne navrhnuté tak, aby zvládli radiálne zaťaženia . Zatiaľ čo niektoré vydržia axiálne zaťaženie , ich kapacita je obmedzená. Ich konštrukcia má za následok relatívne nízku tuhosť, vďaka čomu sú vhodné pre bežné strojové zariadenia, kde vysoká tuhosť nie je primárnou požiadavkou.
Kontakt medzi obežnou dráhou a loptičkami v guľkové ložiská s kosouhlým stykom je a bodový kontakt . Ich nosnosť je silne závislá od veľkosti kontaktného uhla. A väčší kontaktný uhol vedie k vyššej axiálnej nosnosti, ale zodpovedajúcemu zníženiu radiálnej nosnosti. Bežné kontaktné uhly zahŕňajú 15°, 25°, 30° a 40°. Špeciálna štruktúra guľkové ložiská s kosouhlým stykom poskytuje extrémne vysokú tuhosť, najmä pri manipulácii s axiálnym zaťažením. Táto vysoká tuhosť je rozhodujúca pre zariadenia vyžadujúce vysoká presnosť a stabilita , ako sú vretená obrábacích strojov a brúsky.
2.2 Obmedzenie rýchlosti a nárastu teploty
Vďaka uvoľnenejšiemu dizajnu pretekárskej dráhy guľkové ložiská s hlbokou drážkou , trenie generované loptičkami počas prevádzky je minimálne, čo vedie k vyššej limitnej rýchlosti a nižšiemu nárastu teploty. Vďaka tomu sú ideálne pre rôzne aplikácie so strednou až vysokou rýchlosťou, ako sú domáce spotrebiče a elektromotory.
Vďaka ich špecifickému dizajnu kontaktného uhla je klzné trenie medzi guľami a obežnými dráhami v guľkové ložiská s kosouhlým stykom zvyšuje sa pri vysokých rýchlostiach, čo vedie k vyššiemu zvýšeniu teploty. Optimalizáciou mazacích a chladiacich systémov a použitím však vysoko presné klietky , ich vysokorýchlostný výkon sa môže výrazne zlepšiť. Guľkové ložiská s uhlovým kontaktom zvyčajne sa používajú v aplikáciách vyžadujúcich vysoká rýchlosť a vysoká presnosť , ako sú presné vretená obrábacích strojov a vysokorýchlostné prevodovky.
3. Typické aplikácie a pokyny pre výber
3.1 Typické aplikácie pre guľkové ložiská s hlbokou drážkou
Kvôli ich všestrannosti a nízkym nákladom, guľkové ložiská s hlbokou drážkou sú široko používané v rôznych univerzálnych mechanických zariadeniach.
- Domáce spotrebiče : Práčky, klimatizácie, vysávače atď., kde sú prevádzkové podmienky stabilné a zaťaženie je ľahké. Guličkové ložiská s hlbokou drážkou poskytujú dostatočnú oporu a životnosť.
- Motory a ventilátory : Štaardné motory a ventilátory nevyžadujú vysokú nosnosť alebo tuhosť, takže jednoduchá konštrukcia a nízkohlučné charakteristiky guľkových ložísk s hlbokými drážkami z nich robia ideálnu voľbu.
- Poľnohospodárske stroje a nástroje : Rôzne ručné elektrické náradie, malé poľnohospodárske stroje atď., kde guľkové ložiská s hlbokými drážkami môžu spĺňať základné požiadavky na zaťaženie.
3.2 Typické aplikácie pre guľkové ložiská s uhlovým kontaktom
Vynikajúci výkon guľkové ložiská s kosouhlým stykom robí z nich najlepšiu voľbu pre vysoko presné, vysoko tuhé a vysokorýchlostné aplikácie.
- Presné vretena obrábacích strojov : Vretená obrábacích strojov musia počas spracovania odolávať značným axiálnym a radiálnym rezným silám pri zachovaní mimoriadne vysokej rotačnej presnosti. The vysoká tuhosť a vysoká presnosť z guľkové ložiská s kosouhlým stykom sú tu kľúčové výhody.
- Automobilové prevodovky : Ozubené kolesá v prevode vytvárajú značné axiálne sily počas záberu. Guľkové ložiská s uhlovým kontaktom dokáže efektívne zvládnuť tieto záťaže a zabezpečiť hladký prenos energie.
- Čerpadlá a kompresory : Pri vysokorýchlostnej prevádzke si axiálny ťah generovaný obežnými kolesami a piestami vyžaduje účinnú oporu ložísk, ktorá guľkové ložiská s kosouhlým stykom zabezpečte potrebnú tuhosť.
4. Zhrnutie a rozhodovacie faktory
Pri výbere medzi guľkové ložiská s hlbokou drážkou a guľkové ložiská s kosouhlým stykom , treba zvážiť niekoľko kľúčových faktorov:
- Typ a veľkosť zaťaženia : Ak je zaťaženie primárne radiálne s minimálnym axiálnym zaťažením, guľkové ložiská s hlbokou drážkou sú ekonomickejšou voľbou. Ak existuje značné axiálne zaťaženie, najmä v aplikáciách vyžadujúcich vysokú tuhosť, aby odolali axiálnej deformácii, guľkové ložiská s kosouhlým stykom sú jedinou možnosťou.
- Požiadavky na rýchlosť : Pre aplikácie s nízkou až strednou rýchlosťou je možné zvážiť obe ložiská. Pre vysokorýchlostné, vysoko presné aplikácie, guľkové ložiská s kosouhlým stykom sú vhodnejšie.
- Vštalácia a údržba : Guľkové ložiská s hlbokou drážkou sú relatívne jednoduché na inštaláciu a majú menej prísne požiadavky na uloženie medzi hriadeľom a krytom. Guľkové ložiská s uhlovým kontaktom zvyčajne vyžadujú spárovanú inštaláciu a zložitejšie úpravy predpätia, čo si vyžaduje špecializované odborné znalosti.
- Náklady a životnosť : Pre rovnakú veľkosť a presnosť, guľkové ložiská s kosouhlým stykom vo všeobecnosti majú vyššie výrobné náklady a predajnú cenu ako guľkové ložiská s hlbokou drážkou . Ich vynikajúci výkon v špecifických aplikáciách však môže výrazne predĺžiť životnosť zariadení, čo z nich robí z dlhodobého hľadiska nákladovo efektívnejšiu voľbu.
| Guľové ložiská s hlbokou drážkou | Guľkové ložiská s uhlovým kontaktom | |
|---|---|---|
| Nosnosť Kapacita | Primárne radiálne, s niektorými menšími axiálnymi | Rukoväte radiálne aj jednosmerne axiálne |
| Tuhosť | Nižšie | Vysoký |
| Obmedzenie rýchlosti | Vyššie | Vyššie (s optimalizovaným mazaním) |
| Aplikácie | Všeobecné stroje, motory, domáce spotrebiče | Presné obrábacie stroje, automobilové, vysokorýchlostné zariadenia |
| Vštalácia Obtiažnosť | Jednoduchý | Komplexné (vyžaduje párovanie a nastavenie predpätia) |
| Náklady | Nižšie | Vyššie |
Guľkové ložiská s hlbokou drážkou and guľkové ložiská s kosouhlým stykom každý z nich má jedinečné výhody a obmedzenia. Guľkové ložiská s hlbokou drážkou dominovať širokému spektru všeobecných aplikácií s ich všestrannosť, jednoduchosť a nízke náklady , zatiaľ čo guľkové ložiská s kosouhlým stykom , s ich vysoká tuhosť, vysoká presnosť a vynikajúca axiálna nosnosť , hrať nezastupiteľnú úlohu v presné stroje a vysokorýchlostné zariadenia . Správne pochopenie a výber týchto dvoch typov ložísk sú kľúčovými krokmi pri zabezpečovaní efektívnej a spoľahlivej prevádzky mechanických zariadení.
Hlboký ponor do guľôčkových ložísk s hlbokou drážkou: štruktúra, výkon a aplikácie
Medzi obrovským množstvom valivých ložísk, guličkové ložisko s hlbokou drážkou je nepochybne najbežnejším a najpoužívanejším typom. Jeho názov pochádza z jeho jedinečného dizajnu obežnej dráhy, vnútorné a vonkajšie kruhové dráhy sú hlboké kruhové oblúky s polomerom veľmi blízkym polomeru oceľových guľôčok. Tento dizajn mu dáva odlišné výkonnostné charakteristiky, vďaka čomu je všestranným “all-rounder” vo všeobecných aj presných strojoch.
1. Štrukturálny prehľad a dizajnová podstata
Konštrukcia guľkového ložiska s hlbokou drážkou sa javí ako jednoduchá, no každý komponent je precízne navrhnutý pre optimálny výkon. Pozostáva zo štyroch hlavných častí: vnútorný krúžok, vonkajší krúžok, oceľové guľôčky a klietka .
1.1 Vnútorné a vonkajšie krúžky
Vnútorné a vonkajšie krúžky sú základom pre nosné zaťaženie. Ich obežnice sú hlboké kruhové oblúky a tento dizajn “deep groove” umožňuje bodový kontakt medzi oceľovými guľami a obežnými dráhami, čo umožňuje efektívny prenos zaťaženia. Presnosť a tolerancie týchto krúžkov sú kritické a priamo ovplyvňujú presnosť otáčania a životnosť ložiska. Vnútorný krúžok má typicky tesné uloženie s hriadeľom, zatiaľ čo vonkajší krúžok zapadá do otvoru ložiskového puzdra.
1.2 Oceľové gule
The oceľové gule sú valivé prvky guľkového ložiska s hlbokou drážkou. Valia sa medzi vnútornou a vonkajšou obežnou dráhou a prenášajú zaťaženie z jedného krúžku na druhý. Výrobná presnosť guľôčok je extrémne vysoká; ich povrchová úprava a rozmerová konzistencia priamo ovplyvňujú trenie, hluk a úrovne vibrácií ložiska. Zvyčajne sú vyrobené z ocele s vysokým obsahom uhlíka a chrómu (ako je GCr15), aby sa zabezpečila vysoká tvrdosť a odolnosť proti opotrebovaniu.
1.3 Klietka
Účelom klietky je rovnako priestor oceľové gule , zabrániť ich zrážke pri valcovaní a viesť ich do správnych polôh. Bežné materiály klietok zahŕňajú lisovanú oceľ, mosadz a umelé plasty. Výber materiálu závisí od prevádzkových podmienok. Napríklad lisované oceľové klietky sú lacné a široko používané; mosadzné klietky sú odolné voči korózii a opotrebovaniu, vhodné pre vysokorýchlostné alebo vysokoteplotné prostredie; a umelé plastové klietky sú ľahké a samomazné, čo pomáha znižovať trenie a hluk.
2. Nosnosť a výkonnostné charakteristiky
Nosnosť guľkových ložísk s hlbokou drážkou je prvoradým hľadiskom pri ich výbere pre aplikáciu.
2.1 Vynikajúca kapacita radiálneho zaťaženia
Najvýraznejšou vlastnosťou guľkových ložísk s hlbokými drážkami sú ich vynikajúca radiálna nosnosť . Keď je ložisko vystavené radiálnej sile, kontaktná plocha medzi guľôčkami a vnútornými/vonkajšími obežnými dráhami môže účinne rozložiť zaťaženie, čím sa zabráni koncentrácii napätia. Vďaka tejto konštrukcii sú vhodné pre aplikácie, kde je primárna sila kolmá na hriadeľ (radiálna sila).
2.2 Obmedzená obojsmerná axiálna nosnosť
Okrem radiálnych zaťažení dokážu guľkové ložiská s hlbokou drážkou zvládnuť aj a určité množstvo obojsmerného axiálneho zaťaženia . Je to spôsobené ich dizajnom obežnej dráhy s hlbokým kruhovým oblúkom, ktorý umožňuje guľôčkam vytvoriť kontaktný uhol s obežnými dráhami, keď sú vystavené axiálnemu ťahu, čím sa prenáša zaťaženie. Ich axiálna nosnosť je však výrazne nižšia ako u špeciálne navrhnutých guľkové ložiská s kosouhlým stykom . V praxi môže nadmerné axiálne zaťaženie viesť k predčasnému zlyhaniu ložiska alebo spôsobiť abnormálne vibrácie.
3. Limity rýchlosti a charakteristiky trenia
Guľkové ložiská s hlbokými drážkami sú známe svojimi vysokorýchlostné schopnosti .
3.1 Výhoda vysokorýchlostnej prevádzky
Vzhľadom na nízky koeficient trenia medzi oceľovými guľôčkami a obežnými dráhami vytvárajú guľkové ložiská s hlbokými drážkami počas vysokorýchlostnej prevádzky relatívne málo tepla. To nielen pomáha predĺžiť životnosť maziva ložiska, ale tiež účinne zabraňuje prehriatiu poškodenia. Ich jednoduchá štruktúra a presné ovládanie tolerancie im umožňujú udržiavať stabilnú prevádzku v podmienkach vysokej rýchlosti.
3.2 Nízke trenie a nárast teploty
The minimálne trenie medzi obežnými dráhami a guľôčkami guľkového ložiska s hlbokou drážkou priamo súvisí so spotrebou energie a prevádzkovou účinnosťou zariadenia. Nízke trenie znamená nižší nárast teploty, čo znižuje potrebu vonkajších chladiacich systémov a umožňuje ložisku spoľahlivo pracovať v širšom rozsahu teplôt.
4. Typické aplikácie
The všestrannosť a nákladová efektívnosť guľkové ložiská s hlbokými drážkami z nich robia kľúčové komponenty v mnohých priemyselných odvetviach.
4.1 Elektrické motory a domáce spotrebiče
In elektromotory , guľkové ložiská s hlbokou drážkou sú preferovaným nosným prvkom. Dokážu efektívne zvládnuť radiálne zaťaženia generované rotorom pri vysokorýchlostnom otáčaní pri prevádzke s nízkou hlučnosťou a vysokou stabilitou. Podobne aj v domáce spotrebiče rovnako ako práčky, klimatizácie a vysávače, aj guľkové ložiská s hlbokými drážkami sú ideálnou voľbou vďaka svojej spoľahlivosti a nákladovej efektívnosti.
4.2 Prevodovky a čerpadlá
In prevodovky , ložiská musia odolávať radiálnym silám generovaným zaberajúcimi ozubenými kolesami. Guľkové ložiská s hlbokými drážkami, so svojim stabilným výkonom a dobrou odolnosťou, zaisťujú hladký prenos. V čerpacie zariadenia , či už odstredivé alebo objemové, guľkové ložiská s hlbokou drážkou poskytujú spoľahlivú rotačnú podporu pri manipulácii s bremenami z obežných kolies alebo piestov.
4.3 Všeobecné priemyselné stroje
Odkiaľ ventilátory a kompresory na rôzne ručné elektrické náradie , guľkové ložiská s hlbokými drážkami sú všadeprítomné. Slúžia ako kritické rotačné podpery v týchto zariadeniach a ich jednoduchý dizajn a jednoduchá inštalácia výrazne zefektívňujú procesy mechanickej montáže a údržby.
5. Súhrn základných výhod
Guľôčkové ložiská s hlbokými drážkami sú veľmi obľúbené vďaka niekoľkým kľúčovým výhodám:
- Schopnosť vysokej rýchlosti : Môžu efektívne fungovať v širokom rozsahu rýchlostí a mimoriadne dobre fungujú vo vysokorýchlostných aplikáciách.
- Nákladová efektívnosť : Ich jednoduchý dizajn a vyspelý výrobný proces majú za následok nízke výrobné náklady, ktoré ponúkajú vynikajúcu hodnotu.
- Nízke trenie : Nízke trenie nielen znižuje spotrebu energie, ale tiež minimalizuje tvorbu tepla, čím predlžuje životnosť ložiska aj jeho maziva.
- Jednoduchý dizajn a jednoduchá inštalácia : Jednoradové guľôčkové ložisko s hlbokou drážkou má priamu konštrukciu s menej náročnými požiadavkami na montáž hriadeľa a krytu, vďaka čomu je inštalácia a demontáž rýchla a jednoduchá.
| Výhody jadra guľkového ložiska s hlbokou drážkou | |
|---|---|
| Vlastnosti | Vysokorýchlostná schopnosť , nákladová efektívnosť , nízke trenie , jednoduchý dizajn |
| Výhody | Vhodné pre rôzne podmienky, nízke výrobné náklady, nízka spotreba energie, jednoduchá inštalácia |
| Aplikácie | Elektromotory, domáce spotrebiče, prevodovky, čerpadlá, všeobecné stroje |
S ich všestrannosť, spoľahlivosť a nákladová efektívnosť , guľkové ložiská s hlbokými drážkami zohrávajú základnú úlohu v modernom priemysle. Nie sú len komponentom, ale kľúčovým prvkom, ktorý zaisťuje hladkú a efektívnu prevádzku nespočetných mechanických zariadení.
Guľkové ložiská s uhlovým kontaktom: Komplexný prehľad
Guľkové ložiská s uhlovým kontaktom sú špecializovaným typom ložísk valivých prvkov určených na zvládnutie zložitých podmienok zaťaženia. Na rozdiel od guľkových ložísk s hlbokými drážkami, ktoré sú primárne optimalizované pre radiálne zaťaženie, ložiská s kosouhlým stykom sú skonštruované tak, aby ich zvládli radiálne aj axiálne zaťaženie súčasne . Táto jedinečná schopnosť z nich robí základný kameň v širokej škále náročných aplikácií, kde sú prítomné oba typy síl.
Konštrukcia a kľúčové vlastnosti
Definujúca charakteristika guľkového ložiska s kosouhlým stykom spočíva v jeho vnútornej geometrii. Dráhy vnútorného aj vonkajšieho krúžku sú navzájom posunuté. Tento posun vytvára a kontaktný uhol medzi guľami a obežnými dráhami, keď je ložisko zaťažené. Je to táto špecifická konštrukčná vlastnosť, ktorá umožňuje ložisku efektívne prenášať a podporovať kombináciu radiálnych a axiálnych síl.
Typické jednoradové guľkové ložisko s kosouhlým stykom pozostáva z týchto kľúčových komponentov:
- Vnútorný prsteň: Obsahuje jednu pretekársku dráhu so špecifickou výškou ramien.
- Vonkajší prsteň: Obsahuje jednu obežnú dráhu so špecifickou výškou ramien, ktorá sa líši od vnútorného krúžku.
- Lopty: Valcovacie prvky, ktoré sú zvyčajne vyrobené z vysokokvalitnej ocele alebo keramiky.
- Klietka: Držiak, ktorý udržuje gule rovnomerne rozmiestnené.
Vďaka jedinečnému offsetovému dizajnu dokáže jednoradové guľkové ložisko s kosouhlým stykom zvládnuť axiálne zaťaženie iba v jednom smere. Na podporu obojsmerného axiálneho zaťaženia inžinieri často používajú dve ložiská namontované v “duplex” usporiadaní, ako je back-to-back (DB), face-to-face (DF) alebo tandem (DT).
Schopnosť zvládnuť kombinované zaťaženie je najvýznamnejšou výhodou ložísk s kosouhlým stykom. Keď sa aplikuje radiálne zaťaženie, kontaktný uhol núti časť tohto zaťaženia premeniť na axiálny komponent. To je dôvod, prečo jedno ložisko s kosouhlým stykom nedokáže zvládnuť čisté radiálne zaťaženie bez toho, aby bolo axiálne predpäté proti inému komponentu alebo ložisku. Kombinácia radiálnej a axiálnej nosnosti ich robí ideálnymi pre aplikácie, kde sú sily zložité a viacsmerné, ako napríklad v prevodovkách, čerpadlách a vretenách.
Nosnosť a rýchlostné limity
Výkon guľkového ložiska s kosouhlým stykom je silne závislý od jeho kontaktný uhol . Toto je uhol medzi čiarou spájajúcou body kontaktu gule a obežných dráh a čiarou kolmou na os ložiska. Veľkosť tohto uhla priamo ovplyvňuje nosnosť a rýchlostné limity ložiska.
-
Malý kontaktný uhol (napr. 15°): Ložiská s menším kontaktným uhlom sú vhodnejšie pre vysokorýchlostné aplikácie . Menší uhol generuje menšie trenie a teplo, čo umožňuje vyššiu rýchlosť otáčania. Majú však nižšiu axiálnu nosnosť a používajú sa predovšetkým na aplikácie, kde dominuje radiálne zaťaženie.
-
Veľký kontaktný uhol (napr. 40°): Ložiská s väčším kontaktným uhlom sú určené na manipuláciu vyššie axiálne zaťaženia . Väčší uhol poskytuje väčšiu plochu na rozloženie axiálnej sily. Vďaka tomu sú ideálne pre aplikácie, kde sú axiálne sily významné, ako napríklad v čerpadlách alebo vretenách obrábacích strojov. Väčší kontaktný uhol však generuje aj viac tepla a nie je vhodný pre extrémne vysokorýchlostné operácie.
-
Stredný kontaktný uhol (napr. 25° alebo 30°): Tieto ložiská ponúkajú vyvážený výkon a poskytujú dobrý kompromis medzi radiálnou a axiálnou nosnosťou a rýchlosťou. Sú bežnou voľbou pre univerzálne aplikácie.
Guľkové ložiská s uhlovým kontaktom sú vďaka svojej konštrukcii a materiálom, z ktorých môžu byť vyrobené, vhodné pre vysokorýchlostné aplikácie. Špecifická geometria obežných dráh a guľôčok minimalizuje trenie, čo následne znižuje množstvo tepla generovaného počas prevádzky. Vysokorýchlostné ložiská s kosouhlým stykom často používajú špeciálne materiály ako keramické guľôčky (nitrid kremíka, Si3N4) a a fenolová živica or polymérová klietka na zníženie hmotnosti a trenia, čo umožňuje ešte rýchlejšiu prevádzku.
Predpätie pre zvýšenú tuhosť
Jednou z najvýznamnejších výhod guľkových ložísk s kosouhlým stykom je ich schopnosť byť predinštalované . Predpätie zahŕňa aplikáciu počiatočného axiálneho zaťaženia na ložisko alebo súpravu ložísk počas montáže. Toto už existujúce zaťaženie má transformačný vplyv na výkon ložiska, predovšetkým zvýšením jeho tuhosť and tuhosť .
V mnohých presných aplikáciách, ako sú vretená obrábacích strojov, môže akýkoľvek mierny pohyb alebo vychýlenie pri zaťažení viesť k strate presnosti. Ložisko bez predpätia má malú vnútornú vôľu, tiež známu ako “end play.” Keď je aplikované vonkajšie zaťaženie, ložisko musí najprv “zabrať túto vôľu predtým, ako môže začať niesť zaťaženie. Tento počiatočný pohyb, aj keď nepatrný, môže spôsobiť stratu presnosti a viesť k chveniu alebo zlej povrchovej úprave pri operácii obrábania.
Predpätie účinne eliminuje túto vnútornú vôľu. Guľôčky a obežné dráhy sú neustále pod tlakovou silou, čo zaisťuje, že ložisko je vždy v kontakte a pripravené uniesť zaťaženie. Sila predpätia je väčšia ako akékoľvek očakávané vonkajšie zaťaženie, takže medzi guľami a obežnými dráhami nedochádza k žiadnemu relatívnemu pohybu.
Predpätie sa najčastejšie vykonáva použitím dvojice prispôsobených guľkových ložísk s kosouhlým stykom v duplexnom usporiadaní. Najbežnejšie konfigurácie sú
| Konfigurácia | Popis | Nosnosť Kapacita | Výhody |
|---|---|---|---|
| Back-to-Back (DB) | Veľký koniec kontaktného uhla smeruje von. Táto konfigurácia poskytuje veľké efektívne rozpätie pre usporiadanie ložísk, čo zlepšuje tuhosť a odolnosť voči momentálnym zaťaženiam. Je to najbežnejšie a najuniverzálnejšie usporiadanie pre strojové vretená. | Vysoká momentová nosnosť a obojsmerná axiálna nosnosť. | Mimoriadne tuhý , vynikajúce pre aplikácie s vysokým zaťažením radiálneho a prevráteného momentu. |
| Face-to-Face (DF) | Veľký koniec kontaktného uhla smeruje dovnútra. Efektívne rozpätie je kratšie ako v konfigurácii DB, vďaka čomu je menej odolné voči momentovému zaťaženiu. | Nižšia nosnosť momentu v porovnaní s DB, ale stále schopný obojsmerného axiálneho zaťaženia. | Tolerantnejší voči vychýleniu hriadeľa alebo krytu. |
| Tandem (DT) | Obe ložiská sú orientované v rovnakom smere a kontaktné uhly sú rovnobežné. Zaťaženie je rovnomerne rozdelené medzi dve ložiská. | Najvyššia axiálna nosnosť jediným smerom. | Poskytuje dvojnásobnú axiálnu nosnosť jedného ložiska. |
Aplikácie
Jedinečná kombinácia vysokej kombinovanej nosnosti, vysokorýchlostnej schopnosti a schopnosti predpätia robí guľkové ložiská s kosouhlým stykom nevyhnutnými v mnohých priemyselných odvetviach.
- Vretená obrábacích strojov: Ich schopnosť zvládnuť vysoké rýchlosti a značné radiálne a axiálne zaťaženie vznikajúce pri rezných operáciách v kombinácii s extrémnou tuhosťou poskytovanou predpätím z nich robí ideálnu voľbu.
- Čerpadlá a kompresory: Môžu efektívne zvládnuť súčasné radiálne zaťaženia z pásov alebo kladiek a axiálne ťahové zaťaženia z pohybovanej tekutiny alebo plynu.
- Automobilové uzly: Moderné automobilové ložiská kolies sú často utesnenou, predpätou ložiskovou jednotkou s kosouhlým stykom, ktorá poskytuje kompaktné a odolné riešenie na podporu zaťaženia kolesa a zabezpečenie hladkého otáčania.
- Prevodovky a prevodovky: Používajú sa na podopretie hriadeľov pri rôznych radiálnych a axiálnych zaťaženiach.
- Elektrické motory: Používa sa vo vysokovýkonných motoroch, kde sú faktorom vysoké rýchlosti aj axiálne zaťaženie zo špirálových ozubených kolies alebo iných komponentov.
Hlboká drážka vs. uhlové kontaktné ložiská: Podrobné porovnanie
Guľkové ložiská s hlbokou drážkou a guľkové ložiská s kosouhlým stykom sú dva z najbežnejších typov ložísk valivých prvkov. Zatiaľ čo obe používajú guľôčky ako valivé prvky, ich zásadné rozdiely v dizajne, výkone a aplikácii ich robia vhodnými pre úplne odlišné úlohy.
Nosnosť Kapacita
Najvýznamnejší rozdiel medzi týmito dvoma typmi ložísk spočíva v ich schopnosti zvládnuť rôzne typy zaťaženia.
Guľôčkové ložiská s hlbokou drážkou sú navrhnuté s jednou, neprerušovanou obežnou dráhou na vnútornom aj vonkajšom krúžku. Vďaka tomuto symetrickému dizajnu sú vysoko účinné pri podpore čisté radiálne zaťaženia , čo sú sily pôsobiace kolmo na os otáčania ložiska. Aj keď dokážu zvládnuť určitú úroveň axiálneho zaťaženia (sila rovnobežná s osou otáčania), ich kapacita je relatívne obmedzená.
Naproti tomu guľkové ložiská s kosouhlým stykom sú špeciálne skonštruované pre kombinované zaťaženia , čo znamená, že to zvládnu radiálne aj axiálne zaťaženie súčasne . Ich definujúcim znakom je kontaktný uhol vytvorený odsadenými obežnými dráhami, ktorý poskytuje robustnú dráhu zaťaženia pre obe sily. Väčší kontaktný uhol umožňuje ložisku uniesť väčšie axiálne zaťaženie, zatiaľ čo menší kontaktný uhol je vhodnejší pre vysokorýchlostnú prevádzku s menším axiálnym zaťažením. Je dôležité poznamenať, že jediné ložisko s kosouhlým stykom dokáže zvládnuť axiálne zaťaženie iba v jednom smere. Na zvládnutie obojsmerného zaťaženia musia inžinieri použiť dve ložiská v duplexnom usporiadaní.
Aplikácie
Odlišné nosnosti týchto ložísk priamo ovplyvňujú ich typické aplikácie.
Vďaka svojej jednoduchosti, vysokej radiálnej nosnosti a relatívne nízkej cene sú guľkové ložiská s hlbokými drážkami ťažným koňom sveta ložísk. Používajú sa v nespočetných aplikáciách, kde je primárna sila radiálna a rýchlosti otáčania sú stredné až vysoké, ako napr elektromotory , domáce spotrebiče , a dopravníkové valčeky .
Guľkové ložiská s uhlovým kontaktom sú vyhradené pre aplikácie, ktoré vyžadujú vyššiu presnosť, väčšiu tuhosť a schopnosť zvládnuť značné kombinované zaťaženie. Sú kritickými komponentmi v vretená obrábacích strojov , kde je potrebná obrovská tuhosť a presnosť pre presnosť rezania. Používajú sa aj v čerpadlá a kompresory a v automobilové náboje , kde rotujúce hriadele zažívajú radiálne aj významné axiálne ťahové zaťaženie.
Zložitosť dizajnu a inštalácie
Jednoduchosť ložísk s hlbokými drážkami ich robí priamočiarymi pri navrhovaní a inštalácii, zatiaľ čo ložiská s kosouhlým stykom vyžadujú starostlivé plánovanie a presnú montáž.
Neoddeliteľný dizajn ložísk s hlbokými drážkami zjednodušuje inštaláciu. Jednoducho sa pritlačia na hriadeľ a do puzdra. Keďže nevyžadujú predpätie, inštalácia je pomerne rýchla a nevyžaduje špecializované nástroje ani zložité výpočty.
Konštrukcia a inštalácia ložísk s kosouhlým stykom sú oveľa zložitejšie. Jednoradové ložiská sú oddeliteľné a často vyžadujú montáž do a duplexné usporiadanie zvládnuť obojsmerné zaťaženie a čo je najdôležitejšie, umožniť predpätie . Inštalácia duplexnej ložiskovej súpravy vyžaduje starostlivú pozornosť k detailom. Ložiská musia byť namontované so správnou orientáciou (zozadu dozadu, čelne alebo tandemovo) a musí sa použiť špecifické axiálne predpätie. Nesprávne predpätie môže viesť k nadmernej tvorbe tepla, predčasnému zlyhaniu alebo strate tuhosti a presnosti.
Náklady a tuhosť
Rozdiely v dizajne, presnosti výroby a zložitosti inštalácie tiež vedú k významným rozdielom v nákladoch a tuhosti.
Guľkové ložiská s hlbokou drážkou sú sériovo vyrábané s vysokým stupňom štandardizácie. Ich jednoduchý dizajn a vysoké objemy výroby z nich robia a nízkonákladová možnosť pre univerzálne aplikácie.
Guľkové ložiská s uhlovým kontaktom sú presné komponenty. Často sa vyrábajú do vyšších tolerančných tried (napr. ABEC-7, ABEC-9) a vyžadujú špecializované procesy brúsenia. Pri predaji ako prispôsobená duplexná sada na predzásobenie sú náklady ešte vyššie. V dôsledku toho sú ložiská s kosouhlým stykom podstatne drahšie ako ložiská s hlbokými drážkami.
Toto je možno najkritickejší rozdiel vo výkone. Tuhosť vzťahuje sa na odpor ložiska voči vychýleniu pri aplikovanom zaťažení. Ložiská s hlbokými drážkami majú nižšiu vlastnú tuhosť a nemôžu byť predpäté, aby sa zvýšila bez poškodenia ložiska. Naproti tomu konštrukcia ložiska s kosouhlým stykom umožňuje predpätie , čo je kľúčom k ich vynikajúcej tuhosti. Predpätie aplikuje počiatočné axiálne zaťaženie, ktoré eliminuje vnútornú vôľu (koncovú vôľu). Ložiská sú už pod tlakovou silou, výsledkom čoho je zostava s extrémne vysoká tuhosť a minimálny runout, ktorý je rozhodujúci pre presné aplikácie.
Súhrnná tabuľka
| Funkcia | Ložiská s hlbokou drážkou | Ložiská s uhlovým kontaktom |
|---|---|---|
| Radiálna nosnosť | Vysoký | Vysoký |
| Kapacita axiálneho zaťaženia | Obmedzené, Nízke | Vysoká, zvládne obojsmerné zaťaženie (pri spárovaní) |
| Typické aplikácie | Motory, spotrebiče, všeobecné stroje | Vretená obrábacích strojov, čerpadlá, automobilové náboje, vysoko presné zariadenia |
| Inštalačná zložitosť | Jednoduchý , pripravený na použitie, nie je potrebné žiadne predpätie | Komplexný , vyžaduje presnú montáž a predpätie |
| Náklady | Nízka , štandardizovaná hromadná výroba | Vysoký , presná výroba, často predávaná ako zladené súpravy |
| Tuhosť | Nižšie , nemožno predinštalovať | Extrémne vysoká , môže byť predpätá, aby sa eliminovala vôľa |
| Primárna výhoda | Všestrannosť, nízke náklady, jednoduchá inštalácia | Vysoká tuhosť, vysoká presnosť, rukoväte kombinované zaťaženie |
