Łożyska

toczne

Historia łożysk, pierwsze

konstrukcje:

Łożysk

a

toczne

Historia łożysk:

Łożysk

a

toczne

Historia łożysk :

Łożysk

a

toczne

Zalety łożysk tocznych :

• Statyczny współczynnik tarcia tylko

trochę
większy od kinetycznego – mała
prędkość
rozruchu nie wpływa na pracę
łożysk;

• Współczynnik tarcia mniejszy niż

konwencjonalne
łożyska ślizgowe;

• Duża sztywność i mniejsza niż

hydrodynamiczne
ślizgowe odkształcalność pod
obciążeniem;

• Mało wrażliwe na rodzaj i ilość środka smarującego;
• Zwykle nie wymagają specjalnego układu smarowania; niektóre

mają zapas
smaru „na całe życie”;

• Zmiana warunków pracy (prędkość obrotowa, obciążenie,

temperatura) w
sensownych granicach prawie nie wpływa na jakość pracy;

• Małe i średnie są tańsze od ślizgowych;
• Prosty montaż i demontaż;
• Mały wymiar wzdłużny.

Łożysk

a

toczne

• Głośniejsze od łożysk ślizgowych;

• Nie tłumią drgań, przenoszą je na

korpus i z
korpusu maszyny;

• Gorzej niż łożyska ślizgowe pracują

przy
dużych przyspieszeniach koszyka i
elementów
tocznych (na przykład w
mechanizmach
korbowych);

• Duże łożyska toczne są drogie;
• Niekiedy kłopotliwy montaż wału (niepodzielność większości

łożysk tocznych
w płaszczyźnie osiowej);

• Duże wymiary poprzeczne.

Łożysk

a

toczne

Wady łożysk tocznych:

Łożysk

a

toczne

v

k

=0

v

j

v’

s

v”

s

r

j

r

k

r

s



s

Elementy toczne w

łożysku wykonuje

ruch planetarny

Prędkość liniowa bieżni dolnej (koła

słonecznego) oraz prędkość unoszenia kosza

łożyska:

2

;

/

v

v

r

v

s

j

s

s

s







Kątowa prędkość jarzma (kosza

łożyska):

)

r

r

(

r

r

v

r

v

sat

s

s

s

j

s

j

j

j









2

2





Kątowa prędkość
elementu tocznego
wokół swojej osi:

)

r

r

(

)

(

r

r

v

v

s

k

j

s

s

sat

'

s

s

sat

















2

Plan prędkości
dla przypadku

obrotu

wewnętrznego

pierścienia

Kinematyka łożyska

Rozdział obciążenia na

elementy toczne łożyska

Z warunków równowagi (wg Stribecka)
wynika:







cosn

2

cos2

2

cos

2

2

1

0

n

r

F

...

F

F

F

F











tocznych

elementów

liczba

360

0





z

;

z

/



Założenie: do obliczeń tylko człony dla których kąt



=n



<90

0

.

Dla łożyska bez luzu promieniowego uwzględniając
odkształcenia kontaktowe:





n

cos

cos

3/2

3/2

0

1

o

n

F

F

,...,

F

F















n

cos

2

cos

2

cos

2

1

3/2

3/2

3/2

0

o

r

F

...

F

F











Łożysk

a

toczne

Rozdział

obciążenia

na

poszczególn

e elementy

toczne

W przypadku dowolnej liczby

elementów tocznych:





37

4

n

cos

2

cos

2

cos

2

1

3/2

3/2

3/2

,

F

...

/

z

o

















Wprowadzając poprawkę dla uwzględnienia luzu
promieniowego wynikającą m,in. z niedokładności
technologicznej:

z

/

n

F

F

,

z

/

F

F

/

r

n

r



2

3

0

cos

5

5





Łożysk

a

toczne

Łożysk

a

toczne

Wpływ luzu na liczbę

obciążonych elementów

tocznych

Rzeczywista falistość bieżni

zewnętrznej i wewnętrznej

Łożysk

a

toczne

Teoria smarowania

elastohydrodynamiczneg

o:

Elastohydrodynamic
zne

smarowanie

dwóch

nie-

odkształcalnych

nieskoń-

czenie

długich walców jako
kontakt zastępczy

Wzór Grubina – Erdela

]

[

6

1

13

0

1

43

0

03

0

7

0

6

0

m

W

E

)

U

(

,

h

,

,

,

zast

,

,











Gdzie
:



zast

E

W

W

1

1



2

1

2

1

1

R

R

R

R







E

E

zast

2

1

1







W

1

[kN/m], piezowspółczynnik

np =2·10

-8

m

2

/N, E[MPa],

=0,3, U[m/s]

Łożysk

a

toczne

Budowa:

Pierścień wewnętrzny

Pierścień zewnętrzny

Element toczny

Koszyk

Bieżnie główne

Bieżnie pomocnicze

Łożysk

a

toczne

Kąt działania:

Łożysk

a

toczne

Łożyska toczne poprzeczne,

rodzaje:

Kulkowe

zwykłe

Kulkowe

dwurzędowe

Kulkowe

wahliwe

Kulkowe

do iskrowników

Kulkowe skośne

jednorzędowe

Kulkowe skośne

dwurzędowe

Walcowe

Walcowe

dwurzędo

we

Igiełkowe Stożkowe

Baryłkow

e

dwurzędo

we

Baryłkowe

jednorzędo

we

Łożysk

a

toczne

Łożyska toczne wzdłużne, rodzaje:

Kulkowe

jednokierunko

we

Kulkowe

jednokierunko

we,

samonastawn

e

Kulkowe

dwukierunko

we

Baryłkowe

z koszykiem

masywnym

Baryłkowe

z koszykiem

blaszanym

Kulkowe

kątowe

dwurzędowe

Łożysk

a

toczne

Oznaczanie:

Łożysk

a

toczne

Symbole rodzajów:

Łożysk

a

toczne

Wymiary główne:

Grupy
wymiarowe

Łożysk

a

toczne

Porównanie łożysk

tocznych:

Łożysk

a

toczne

Lekkie Średnie

Ciężkie

Lekkie Średnie

Średnio-

szerokie

Lekkie Średnie

Ciężkie

Lekkie Średnie

Średnio-

szerokie

Nazwa

Ciężar

daN

- Współczynnik nośności

ruchowej C

- Prędkość obrotowa n

obr./min

C n, obr./min

G daN

Łożyska kulkowe, porównanie:

Łożysk

a

toczne

Łożyska kulkowe zwykłe, odmiany:

Łożysk

a

toczne

Łożyska kulkowe, montaż:

Łożysk

a

toczne

Samonastawne

Kulkowe

zwykłe

Kulkowe

dwurzędowe wahliwe

Kulkowe

dwurzędowe

Kulkowe

do iskrowników

Łożyska kulkowe, przenoszenie

obciążeń:

Łożysk

a

toczne

Łożyska kulkowe

skośne:

Kulkowe

skośne

jednorzędow

e

Kulkowe skośne dwurzędowe

Kulkowe skośne jednorzędowe

z

dzielonym pierścieniem

wewnętrznym

jednorzędo

we

z

dzielonym

pierścienie

m

zewnętrzny

m

Układ

szeregowy

łożysk

(tandem)

Układ

X

Układ

O

dwurzędow

e

z

dzielonym

pierścienie

m

wewnętrzn

ym

Łożysk

a

toczne

Łożyska walcowe:

jednorzędowe

dwurzędowe i

wielorzędowe

Łożysk

a

toczne

Łożyska igiełkowe:

Łożysk

a

toczne

Łożyska stożkowe:

Łożysk

a

toczne

Łożyska baryłkowe:

Łożysk

a

toczne

Łożyska wzdłużne:

Kulkowe dwurzędowe

Walcowe jednorzędowe

Walcowe

dwurzędowe

Igiełkowe

Stożkowe

Stożkowe

z jedną bieżnią płaską

Walcowe

samonastawne

Łożysk

a

toczne

Łożyska

specjalne:

Rolka

Z uzębieniem na

bieżni zewnętrznej

Wyciskowe sprzęgła

Koła

samochodu

Samochodowej pompy wodnej

Łożysk

a

toczne

Łożyska specjalne:

Łożyska miniaturowe:

Ze zwijanymi wałeczkami

Łożyska o zwiększonej podatności:

z drążonymi

wałeczkami

Łożysk

a

toczne

Łożyska specjalne:

Łożyska wieńcowe:

Łożysk

a

toczne

Łożyska specjalne:

Pierścień

zewnętrzny

Pierścień wewnętrzny

Obejmy

pierścienia

wewnętrznego

Śruby złączne

obejm

Płytka ustalająca

połówki

pierścienia

zewnętrznego

Wycięcia ustalające

pierścienie

Łożyska z dzielonymi pierścieniami:

Łożysk

a

toczne

Łożyska specjalne:

Łożyska liniowe:

Kulkowe

Walcowe

Kulkowe

Łożysk

a

toczne

Łożyska specjalne:

Łożyska liniowe:

Prowadnice z rolkami krzyżowymi

Złożenia walcowe

Sposób przemieszczania się

złożeń

Łożysk

a

toczne

Akcesoria łożyskowe:

Łożysk

a

toczne

Akcesoria łożyskowe:

Łożysk

a

toczne

Dodatkowe oznaczenia:

Luz wzdłużny

(osiowy)

Luz poprzeczny

(promieniowy)

6205

P5

3

– łożysko 6205

klasy

dokładności P5

z

luzem C3

.

luz malejący – C2, C1;
normalny – bez oznaczenia.

• Klasy dokładności: P0, P6,

P5, P4.

Przykład: 6205P5.

• Luz rosnący – C3, C4, C5;

Przykład: 6205 C3.

• Obniżony poziom drgań (masywny koszyk): C6 lub C66.

Przykłady: 6205 C6, 6205

P5

3

6.

• Odporność na temperaturę: typowo 40120º (S0), S1 do

150º,
S2 do 200º,

S3 do 250º, S4 do 300º.

Łożysk

a

toczne

Ślad współpracy:

Łożysk

a

toczne

Ślad współpracy:

Łożysk

a

toczne

• Nieprawidłowy

montaż

Uszkodzenia:

• Drgania obracającego

się
przeciążonego łożyska

• Drgania łożyska

nie kręcącego się

Łożysk

a

toczne

Uszkodzenia:

• Błędy procesu

technologicznego

• Korozj

a

Łożysk

a

toczne

Uszkodzenia:

• Zużycie

zmęczeniowe

Pęknięcie

powierzchniowe

Pęknięcie podpowierzchniowe

Pojedyncze

wykruszenie

Rozwalcowane

wykruszenia

zmęczeniowe

Łożysk

a

toczne

Sposoby łożyskowania:

Łożysk

a

toczne

Łożyska toczne, sposoby

łożyskowania:



tg







r

w

P

P

25

.

1

Łożysk

a

toczne

Łożyska toczne, sposoby

łożyskowania:

Łożysk

a

toczne

Łożyska toczne, sposoby

łożyskowania:

Łożysk

a

toczne

Łożyska toczne, sposoby

łożyskowania:



tg







r

w

P

P

25

.

1

Łożysk

a

toczne

Łożyska toczne, sposoby

łożyskowania:



tg







r

w

P

P

25

.

1

Łożysk

a

toczne

Łożyska toczne, ustalenie

wzdłużne:

Łożysk

a

toczne

Łożyska toczne skośne, zabudowa:



tg







r

w

P

P

25

.

1

Łożysk

a

toczne

Przykłady zabudowy:

Łożysk

a

toczne

Przykład:

Łożysk

a

toczne

Łożyska skośne.

Zagadnienie

prawidłowej pracy

łożyska

Łożysko to przy obciążeniu wypadkowym o
kącie mniejszym niż kąt działania musi być
wstępnie napięte siłą wzdłużną dla zachowania
konstrukcyjnego kąta działania i związanego z
nim poprawnego rozkładu obciążenia na
części toczne.

Zastosowanie łożysk skośnych:

-przenoszenie obciążeń wzdłużnych
-dokładne ustalenie wzdłużne położenia wału

(montaż

bez luzu lub z niewielkim napięciem

wstępnym).

Sztywność łożysk tocznych

=

przyrost obciążenia

przyrost ugięcia

Łożysk

a

toczne

Niezbędna siła wzdłużna dla zachowania
prawidłowego stanu obciążenia przy kącie



90

0



tg

25

1

r

a

F

,

F 

Dla osiągnięcia kąta



=180

0

konieczna jest wartość



tg

7

1

r

a

F

,

F 

Gdy łożyska zmontowane z
zerowym luzem bez napięcia
wstępnego, to minimalna siła
wzdłużnego

napięcia

wstępnego,

zapewniającą

sztywność układu w całym
zakresie obciążenia

a

r

r

min

n

F

,

F

,

F

5

0

tg

6

1







gdzie,



r

-kąt jaki ustala

się w łożysku po

skasowaniu luzu bez

obciążenia (



r

=



)

Wpływ napięcia

wstępnego na

sztywność łożysk

Łożysk

a

toczne

Wyznaczanie obciążenia

łożysk skośnych

niesymetrycznych

Pod wpływem obciążenia poprzecznego przy
kącie



90

0

w układzie łożysk powstają reakcje wzdłużne

r

r

r

eF

Y

F

'

F

,

S







2

tg

25

1



Gdy dodatkowo dla pary łożysk niesymetrycznych działa
siła zewnętrzna wzdłużna, to obciążenia F

r1

i F

r2

powodują

powstanie reakcji S

1

i S

2

w stronę zmniejszenia luzu

łożyska 1:

2

1

S

Q

F

a

a





2

2

S

F

a



Gdy przy tych samych wartościach sił zwrot Q

a

przeciwny (linia przerywana) wypadkowa wzdłużna
działa w kierunku zmniejszającym luz w łożysku 2:

1

2

S

Q

F

a

a





1

1

S

F

a



Łożysk

a

toczne

Reakcje wzdłużne łożysk skośnych wywołane obciążeniem

poprzecznym

Łożysk

a

toczne

Jeśli

a

Q

S

S





1

2

i jeśli

1

2

S

Q

S

a





to na łożysko 1
działa:

a

a

Q

S

F





2

1

, zaś na
łożysko 2:

2

2

S

F

a



Jeśli

to

działa na łożysko 1 , zaś

na
łożysko 2:

.

1

2

S

Q

S

a





1

1

S

F

a



1

2

S

Q

F

a

a





Łożyska skośne dodatkowo

napięte siłą F

n

Sprawdzić, czy choć w jednym z łożysk obciążenie nie
spada poniżej wartości własnej wzdłużnej S

i

. Jeśli tak, to

n

a

a

F

Q

F





1

2

2

S

F

a



Jeśli nie, to przy zbliżonej sztywności łożysk są one
obciążone siłami:

2

1

a

n

a

Q

F

F





2

2

a

n

a

Q

F

F





Łożysk

a

toczne

Łożysk

a

toczne

Luz osiowy a

wydłużenie

termiczne

Uszczelnienia łożysk

Łożysk

a

toczne

Uszczelnienia łożysk

Łożysk

a

toczne

Łożyska toczne, obliczenia:

• Trwałość – czas pracy łożyska do momentu wystąpienia pierwszych

oznak zużycia.

Trwałość godzinowa

L

hrz

– wyrażona w godzinach;

Trwałość nominalna

L

rz

– wyrażona w milionach obrotów

łożyska.

• Trwałość nominalna (umowna) łożyska

L (L

10

)

– wyrażona w

milionach liczba
obrotów, jaką w określonych warunkach wykona 90% badanych
łożysk (co
najmniej 30 sztuk), zanim na

powierzchniach tocznych ukażą się

pierwsze oznaki
zmęczenia materiału.

6

10

60







n

L

L

h

Zespół

łożysk:

n

L

L

L

L

1

....

1

1

1

2

1









Łożysko osiągnie trwałość:

L z prawdopodobieństwem
0.9;
5L

z

prawdopodobieństwem
0.5;
14L

z

prawdopodobieństwem
0.1.

• Nośność ruchowa łożyska

C –

wartość obciążenia stałego pod

względem wartości
i kierunku, przy którym trwałość nominalna

L

wynosi 1 milion

obrotów.

• Nośność spoczynkowa łożyska

C

0

–

wartość

obciążenia łożyska
w spoczynku, przy którym trwałe sumaryczne
odkształcenie
w miejscu styku bieżni z najbardziej obciążonym
elementem
tocznym wynosi

0.0001D

(średnicy elementu

tocznego).

D

Łożysk

a

toczne

Łożyska toczne,

obliczenia:

• Podstawa obliczeń:

Nośność spoczynkowa

C

0

– łożyska w spoczynku lub do 10

obr./min;

Nośność ruchowa

C

– łożyska obracające się;

Nośność

C

spada wraz z temperaturą:

• Obciążenie zastępcze ruchowe

P

i spoczynkowe

P

0

– według

wytycznych
katalogowych; zwykle:

C

f

C

t

t





a

r

F

Y

F

V

X

P











• Związek

nośności

z

trwałością:

t

e

m

p

e

r

a

t

u

r

a

d

o

:

1

5

0



C

2

0

0



C

2

5

0



C

3

0

0



C

t

f

1

0

.

9

0

.

7

5

0

.

6

V = 1

– ruchomy wałek;

V = 1.2

– ruchoma oprawa.

0

0

a

0

r

0

0

F

Y

F

X

P









q

P

C

L















q

L

P

C 



q = 3

– łożyska kulkowe;

q = 10/3

– łożyska

rolkowe.

.

0

0

0

P

S

C





0

0

0

P

S

C





S

0

= 0.51

– łożysko na pewno nie obraca

się;

S

0

 1

– normalna praca bez

drgań i uderzeń;

S

0

 2

– nagłe uderzenia, praca

przerywana i.t.p..

Łożyska

toczne

Łożyska toczne, obliczenia:

• Średnie obciążenie

zastępcze:

• Podczas ustalania obciążenia zastępczego ruchowego

P

należy

uwzględniać też
współczynnik nadwyżek wynikających z rodzaju mechanizmu
gdzie stosuje się
łożysko spoczynkowe, oraz współczynnik przeciążenia zależny od
silnika
i urządzenia napędzającego – według wytycznych katalogowych.

q

n

n

n

n

q

n

q

q

m

t

n

t

n

t

n

t

n

P

t

n

P

t

n

P

P















...

...

2

2

1

1

2

2

2

1

1

1

• Średnia prędkość

obrotowa:

n

n

n

śr

t

t

t

t

n

t

n

t

n

n















...

...

2

1

2

2

1

1

Łożysk

a

toczne

Łożyska toczne, karta katalogowa:

Łożysk

a

toczne

Łożyska toczne, karta

katalogowa:

Łożysk

a

toczne

Łożyska toczne, przykład:

Wyznaczyć czas pracy łożyska 6308 według katalogu SKF z 1975r.

gdy obciążenia

i czas pracy są następujące:

F

r1

= 4630 N

F

a1

= 0 N

n

1

= 872 obr./min.

t

1

= 10%

t

;

F

r2

= 4820 N

F

a2

= 0 N

n

2

= 872 obr./min.

t

2

= 10%

t

;

F

r3

= 5690 N

F

a3

= 3000 N

n

3

= 1200 obr./min.

t

3

=

50%

t

;

F

r4

= 0 N

F

a4

= 0 N

n

4

= 0 obr./min.

t

4

= 30%

t.

22400

3000

0

3



C

F

a

134

.

0



Łożysk

a

toczne

Łożyska toczne, przykład:

134

.

0

0

3



C

F

a

31

.

0



 e

527

.

0

3

3



r

a

F

F













4

.

1

56

.

0

Y

X

N

4630

1



P

N

4820

2



P

N

4

.

7386

3

3

3











a

r

F

Y

F

X

P

q

n

n

n

n

q

n

q

q

m

t

n

t

n

t

n

t

n

P

t

n

P

t

n

P

P















...

...

2

2

1

1

2

2

2

1

1

1

Łożysk

a

toczne

Łożyska toczne, przykład:

N

4630

1



P

N

4820

2



P

N

4

.

7386

3

3

3











a

r

F

Y

F

X

P

q

n

n

n

n

q

n

q

q

m

t

n

t

n

t

n

t

n

P

t

n

P

t

n

P

P















...

...

2

2

1

1

2

2

2

1

1

1

3

3

3

3

%

30

0

%

50

1200

%

10

872

%

10

872

0

%

50

1200

4

.

7386

%

10

872

4820

%

10

872

4630



































N

3

.

6942



Łożysk

a

toczne

Łożyska toczne, przykład:

N

4630

1



P

N

4820

2



P

N

4

.

7386

3

3

3











a

r

F

Y

F

X

P

N

3

.

6942



m

P

n

n

n

śr

t

t

t

t

n

t

n

t

n

n















...

...

2

1

2

2

1

1

%

30

%

50

%

10

%

10

%

30

0

%

50

1200

%

10

872

%

10

872























.

min

4

.

774 obr./



3















P

C

L

3

3

.

6942

31500















4156

.

93





60

4

.

774

10

4156

.

93

60

10

6

6













śr

h

n

L

L

h

49

.

2010



Łożysk

a

toczne