Zastosowanie łożysk tocznych

Łożyska są niezbędnym częściami składowymi każdego układu mechanicznego, w którym elementy obracają się z dużą prędkością lub działają na nie znaczne siły. Odpowiednio dobrane są w stanie ograniczyć przedwczesne zużywanie się elementów maszyn i urządzeń. Za sprawą redukcji powstających obciążeń ograniczają też możliwość powstawania wibracji, a co za tym idzie, zmniejszają poziom hałasu. Najczęściej stosowanymi rodzajami łożysk są łożyska toczne.

Czym charakteryzują się łożyska toczne i jaka mają konstrukcję?

Łożyska toczne są jednym z najbardziej uniwersalnych rozwiązań stosowanych w maszynach i urządzeniach, w których niezbędne są części ruchome. Użycie łożysk jest sposobem na ochronę przed zużyciem elementów maszyny, które tworzą połączenie obracającej się części z jej korpusem. Łożyska powinny być zawsze dobrane w taki sposób, by możliwie najpełniej wpisywać się w charakterystykę ruchu – prędkość obrotową, wysokość momentu, a także rozmiary i masę obracającego się podzespołu. Istotne są także pojawiające się w czasie pracy takiego układu obciążenia, liczy się zarówno wektor ich działania, jak i okoliczności związane z ich występowaniem. Użycie łożysk pozwala na skuteczne ograniczenie, a w wielu przypadkach wyeliminowanie największych problemów związanych z pracą układów mechanicznych. Największymi zaletami montowania łożysk jest ograniczenie tarcia oraz spowodowanego nim mechanicznego zużywania się powierzchni, generowanej w jego efekcie wysokiej temperatury, a także emitowanego hałasu

– zauważa ekspert z firmy Uni-Lager, która specjalizuje się w sprzedaży łożysk.

Działanie łożysk wiąże się z możliwością stosowania specjalnie dobranego środka smarnego, który tworzy warstwę pozwalającą na swobodne obroty przez zwiększanie poślizgu za sprawą niwelowania wpływu chropowatości powierzchni stykających się ze sobą i obracających się części. Łożyska mogą występować w dwóch odmianach różniących się od siebie konstrukcją. Jako łożyska ślizgowe, gdzie wykorzystuje się dwa elementy – jeden mocowany na części ulegającej rotacji oraz drugi w nieruchomym gnieździe. Obciążenia powstające w trakcie pracy są przenoszone bezpośrednio między dwoma powierzchniami. Na nieco innej zasadzie pracują łożyska toczne. W tym przypadku w przenoszeniu obciążeń między rotującym wałem a gniazdem pośredniczą dodatkowe ruchome części.

Łożysko toczne składa się z kilku głównych elementów. Częścią, która zostaje osadzona w gnieździe i styka się bezpośrednio z nieruchomym podzespołem maszyny, jest pierścień zewnętrzny. Jego środkowa części tworzy bieżnię główną, po której poruszają się elementy toczne. Są one utrzymywane w odpowiednim położeniu przez tzw. koszyk, który sprawia, że nie przesuwają się one względem siebie. Elementy toczne stykają się z pierścieniem wewnętrznym, w na którego obwodzie jest również umieszczona odpowiednio wyprofilowana bieżnia. Styka się ona bezpośrednio z częścią ruchomą, zwykle wałkiem, na którym jest osadzona. Za utrzymywanie środka smarnego koniecznego do przedłużenia żywotności łożyska i usprawnienia jego pracy odpowiadają specjalne pierścienie uszczelniające.

Łożyska toczne różnią się między sobą przede wszystkim rodzajem użytych elementów tocznych, a tym samym wyprofilowaniem bieżni i rodzajem koszyka. Stosowane są łożyska kulkowe, wałeczkowe, baryłkowe, stożkowe oraz igiełkowe. Ze względu na płaszczyznę, w której działają, łożyska dzieli się na wzdłużne, poprzeczne oraz skośne. Wszystkie te charakterystyki wpływają na rodzaj przenoszonych obciążeń, a zarazem na możliwe zastosowania łożysk tocznych.

Zastosowania łożysk i przenoszone przez nie obciążenia

Łożyska są używane do ograniczania tarcia, a więc powodowanego przez nie ścierania się powierzchni oraz wzrostu temperatury, jak również zmniejszenia powstającego hałasu. Czynniki te wynikają z obciążeń wywoływanych przez rotującą część. Powstające w czasie obrotów siły mogą działać wzdłuż osi obrotu albo poprzecznie do niej, a także być wypadkową obu tych możliwości. Zdolność łożyska tocznego do radzenia sobie z tymi obciążeniami wiąże się z tzw. kątem działania łożyska. Wynika on z kąta zawartego między punktami styku elementów tocznych z bieżniami oraz osi obrotu łożyska, jest zatem nierozerwalnie związany z ich geometrią.

Łożyska, w których kąt działania wynosi 0°, nadają się wyłącznie do przenoszenia obciążeń promieniowych, gdy kąt jest mniejszy niż 45°, przenoszone mogą być głównie obciążenia promieniowe i niewielkie wzdłużne. Łożyska o kącie działania w zakresie 45–90° dają możliwość przenoszenia głównie obciążeń osiowych i niewielkich promieniowych, a przy kącie 90° w grę wchodzą wyłącznie obciążenia osiowe.

Zwykłe łożyska kulkowe są dobrze przystosowane do radzenia sobie z obciążeniami promieniowymi oraz niewielkimi osiowymi, jednak już w wersjach dwurzędowych skośnych mogą sprostać zarówno obciążeniom wzdłużnym, jak i poprzecznym. Zwykłe łożyska wałeczkowe i igiełkowe to z kolei konstrukcje przystosowane jedynie do obciążeń poprzecznych. Łożyska stożkowe używane parami to obciążenia wzdłużne i poprzeczne. Zwykłe łożyska baryłkowe znoszą dobrze obciążenia poprzeczne i niewielkie wzdłużne.

Możliwości zastosowania łożysk wiążą się również z występowaniem współosiowości lub jej brakiem. W przypadku występowania dużych odkształceń związanych z pracą układu, ciężarem własnym, np. przy wyjątkowo długich wałach, czy różnych obciążeniach termicznych wpływających na zmianę parametrów poszczególnych elementów, niezbędne może być zastosowanie łożysk wahliwych, które są w stanie radzić sobie z różnymi zakresami braku współosiowości.

Łożyska toczne są stosowane w wielu układach mechanicznych, gdzie występują rotujące elementy ruchome. Są używane m.in. przy mocowaniu wałów, na których osadza się koła zębate, rozmaite tuleje czy sworznie. Łożyska toczne wybiera się zwykle do zastosowań, w których zarówno działające siły, jak i prędkości obrotowe są dość znaczne. Bez łożysk nie mógłby pracować ani silnik spalinowy, ani żaden układ przeniesienia napędu w dowolnym pojeździe. Łożyska są zamontowane nie tylko w rowerowych kołach i samochodach osobowych albo maszynach budowlanych lub rolniczych, ale również w rolkach, po których przesuwa się ładunki na taśmociągach używanych w przemyśle i logistyce. Poza jednostkami napędowymi i kołami łożyska znajdują się w obracających się ramionach różnych urządzeń czy dźwigniach. Łożyska toczne można znaleźć również w wielu pompach, wentylatorach, przy mocowaniu kół pasowych, w mocowaniu ciężkich elementów obrotowych, np. w mechanizmach żurawi czy mechanizmach otwierania śluz.