KATEDRA PŁATOWCA I SILNIKA

PODSTAWY KONSTRUKCJI MASZYN

T 15. ŁOŻYSKA TOCZNE

mgr inż. Waldemar SOKOŁOWSKI

W S O S P

LITERATURA

• Dietrych J.: Kocańda St., Korewa W., Podstawy konstrukcji maszyn,

Cz. I, II, III, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 1967.

• Dietrych M.: Podstawy konstrukcji maszyn, Wydawnictwo

Naukowo-Techniczne, Tom I, II, III, Warszawa 1999.

• Osiński Z., Bajon W., Szucki T.: Podstawy konstrukcji maszyn,

Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 1975.

• Ćwiczenia z Podstaw konstrukcji maszyn, Poradnik, Wrocław 1982.

Zagadnienie 1. Budowa łożysk tocznych

Łożyska toczne są powszechnie stosowane w budowie maszyn i ich
pierwowzory były znane już w starożytności. Rosnące wymagania
technologiczne spowodowały rozwój konstrukcji łożyska zmniejszając
opory toczenia, zwiększając nośność, trwałość i niezawodność. Ze
względu na wysokie wymagania, łożyska toczne produkowane są seryjnie
przez wyspecjalizowane wytwórnie, które również zajmują się
konstruowaniem i badaniem łożysk.
Konstruktorzy maszyn stosują gotowe łożyska dobierając je na podstawie
katalogów i poradników, gdzie podane są podstawowe informacje o
łożyskach i sposób ich doboru (nośności spoczynkowej i ruchowej),
montażu, smarowania, sztywności, pasowania, prędkościach granicznych
i sposobach łożyskowania.

Zalety łożysk tocznych:

•mały współczynnik oporu w fazie rozruchu i mały wpływ prędkości
obrotowej na opory ruchu;

•duża nośność i sztywność w odniesieniu do jednostki szerokości łożyska;

•dobre osiowanie wału względem obudowy;

•poprawna praca bez dodatkowych układów smarowania;

•tanie i łatwe w eksploatacji.
Wady:

•mała odporność na wstrząsy i obciążenia dynamiczne;

•ograniczone możliwości stosowania przy dużych prędkościach
obrotowych i duża hałaśliwość przy znacznych stopniach zużycia.

Podstawowym elementem łożyska jest element toczny, który może być
kulką, wałkiem, baryłką lub stożkiem. Dwa pierścienie stanowią bieżnię
wewnętrzną i zewnętrzną po których toczą się elementy toczne,
utrzymywane i rozdzielane koszyczkiem.
Łożyska są na ogół przenoszą obciążenia poprzeczne i wzdłużne w
stosunku do osi wału. Niektóre rodzaje łożysk wymagają współosiowości
wału i obudowy łożyska, ale też są łożyska wahliwe lub samonastawne i
pracują poprawnie, gdy oś wału tworzy pewien kąt z osią obudowy.

Odmiany
konstrukcyjne
łożysk tocznych a)
łożyska kulkowe
zwykłe, b)
wahliwe, c)
samonastawne
skośne, d)
walcowe nie
przenoszą sił
osiowych, e) do
przenoszenia sił
porzecznych i
osiowych, f)
łożyska stożkowe
jednorzędowe, g)
łożyska baryłkowe.

Zagadnienie 2. Podstawy doboru łożysk tocznych

Spoczynkowa nośność łożyska j C

o

jest ograniczona przez możliwość

wystąpienia deformacji elementów tocznych lub bieżni. Zgodnie z
zaleceniami, dopuszcza się następujące obliczeniowe naciski w środku
styku najbardziej obciążonego elementu tocznego z bieżnią:
p

max

– 4600 MPa dla łożysk kulkowych wahliwych;

p

max

– 4200 MPa dla innych łożysk kulkowych;

p

max

– 4000 MPa dla łożysk walcowych.

Badania trwałości łożysk wskazują na zmęczeniowy charakter uszkodzeń,
co oznacza konieczność statystycznego podejścia do zależności trwałości
łożyska od obciążenia. Zależność trwałości wyrażonej liczbą obrotów N
od obciążenia P jest wyrażona zależnością:

const

NP

p



p – wykładnik dla łożysk kulkowych p=3, a dla walcowych p=10/3

Nominalna nośność dynamiczna C jest to wartość obciążenia, która
powoduje, że dla łożysk pracujących w identycznych warunkach 90%
osiągnie lub przekroczy liczbę 10

6

obrotów. Nominalna trwałość w

milionach obrotów L

10

zależy od nośności dynamicznej C i obciążenia P

p

P

C

L















10

Trwałość godzinowa jest wyrażona zależnością:

10

6

10

10

60

1

L

n

L

h



Łożyska są często obciążone jednocześnie siłami poprzecznymi P

p

i P

w

wzdłużnymi. Równoważne obciążenie dynamiczne P oblicz się:

w

p

YP

XP

P





X i Y współczynniki przeliczeniowe obciążenia poprzecznego i wzdłużnego
są podane w katalogach dla danego typu łożyska.
Jeżeli obciążenie jest zmienne i składa się z sił o różnej wartości, które
zachowują stałą wartość P

i

dla pewnej liczby obrotów N

i

to wyznacza się

obciążenie średnie:

3

2

3

2

1

3

1

....

N

N

P

N

P

P

m







P

1

, P

2

– obciążenia stałe działające podczas N

1

, N

2

, liczby obrotów N=N

1

+N

2

+......

Moment oporów ruchu w łożyskach może być w przybliżeniu wyznaczony:



Pd

M

5

,

0



d – średnica pierścienia wewnętrznego
μ = 0,0015 – 0,0018

Zagadnienie 3. Zabudowa i smarowanie łożysk.

Ustalenie wzdłużne wału na łożysku jest bardzo ważne i decydujące o
trwałości łożyska. Prawidłowe ustalenie wzdłużne uzyskamy, gdy:

•żadne z łożysk nie będzie mogło się zsunąć się z czopa wału lub
wysunąć się z obudowy:

•wał będzie mógł się przesuwać się wzdłużnie tylko o zamierzoną
dopuszczalną wartość.

Przykład łożyskowania wału w
dwóch takich samych łożyskach
kulkowych, z których lewe ma
swobodę przesunięć osiowych.
Wielkość luzu powinna być tak
dobrana, aby kompensować
tolerancje wykonania wału i
korpusu.

Przykład łożyskowania wału w dwóch różnych łożyskach. Lewe łożysko
kulkowe zabezpieczone przed przesuwaniem na wale nakrętką i pokrywą
mocowaną śrubami jest łożyskiem ustalającym i przenoszącym
ewentualne obciążenia osiowe. Prawe łożysko walcowe dające możliwość
przemieszczeń osiowych ma pierścień zewnętrzny dociśnięty pokrywą.

Przykład łożyskowania wału na trzech łożyskach o wyraźnie rozdzielonych
funkcjach. Lewa podpora złożona jest z łożyska kulkowego o dzielonym
pierścieniu wewnętrznym służącego do przejmowania obciążenia osiowego
oraz z łożyska walcowego, które przejmuje obciążenie poprzeczne.
Pierścienie wewnętrzne unieruchomiono na wale za pomocą nakrętki, a
pierścienie zewnętrzne za pomocą pokryw. Aby uniknąć przenoszenia
obciążenia poprzecznego przez łożysko kulkowe jest ono osadzone w
korpusie z luzem promieniowym.

Uszczelnienia łożysk: a) i b) uszczelnienia labiryntowe o szczelinach
biegnących osiowo i promieniowo, c) uszczelnienie w postaci pierścienia z
symetrycznego tworzywa z wkładką metalową i przylgnią dociskaną do
powierzchni wału sprężyną.

W celu uniknięcia zanieczyszczenia łożysk, przenikania wilgoci do smaru
oraz ubytku smaru stosuje się uszczelnianie łożysk. Pewne rodzaje łożysk
są wyposażone w elementy uszczelniające przez wytwórcę. Inne rodzaje
należy starannie uszczelnić, gdyż brak uszczelnienia istotnie obniża
trwałość i niezawodność łożyska.

Łożyska toczne wymagają małej ilości smaru, gdyż jego nadmiar
zwiększa opory toczenia. Brak smaru jest jednak powodem szybszego
zużycia łożyska.
Do smarowania łożysk stosuje się najczęsciej smary maziste typu ŁT. Typ
smaru dobiera się w zależności od temperatury pracy i obecności w
otoczeniu wilgoci i zanieczyszczeń. Podczas smarowania wewnętrzną
przestrzeń wypełnia się całkowicie smarem, natomiast obudowę łożyska
wypełnia się do ¼ objętości.
Najczęściej stosujemy smary wapniowe lub sodowe. Wapniowe mają
gorsze właściwości przy dużej wilgotności i zapyleniu otoczenia niż
sodowe.
Przy dużych rozpiętościach temperatur stosujemy smary litowe np.. ŁT4.
Dla temperatur większych niż 80

0

C korzystniej jest stosować smary

płynne.
Łożyska wysokoobrotowe smaruje się czasem mgłą olejową.
Przy znikomych ilościach smaru moment tarcia jest prawie niezależny od
prędkości jak również od temperatury i lepkości smaru. Przy smarowaniu
zanurzeniowym występuje znaczny wzrost oporu ze wzrostem prędkości i
lepkości smaru.

Dziękuję za uwagę