Zasady doboru łożysk tocznych

Łożyska, w zależności od budowy, mają charakterystyczne cechy, które określają warunki, w jakich optymalnie spełniają postawione im zadania. Cechy łożysk determinują również warunki, w jakich należy je eksploatować, aby maksymalnie wykorzystać ich możliwości.

Podstawowe ograniczenia w projektowaniu węzła łożyskowego bądź przy doborze łożyska do stosowanego już rozwiązania konstrukcyjnego to:

• przestrzeń zabudowy łożyskowania

• wartości i kierunki obciążeń

• osiągane prędkości obrotowe oraz zmiana kierunku obrotów

• niwelowanie błędów współosiowości

• dokładność wykonania oraz wymagany poziom cichobieżności

• sztywność łożyskowania

W trakcie projektowania i doboru łożyska co najmniej jeden z jego wymiarów głównych narzucony jest przez budowę maszyny bądź przez samego konstruktora. Najczęściej jest to średnica otworu wewnętrznego łożyska. W zależności od takich czynników, jak rodzaj obciążeń, błędy współosiowości czy sztywność, zalecany jest dobór odpowiedniego łożyska.

Kategorie łożysk tocznych

Łożyska kulkowe zazwyczaj stosowane są do łożyskowania niewielkich wałów, które z reguły osiągają duże prędkości obrotowe. Mogą również przejmować w pewnym stopniu obciążenia osiowe, szczególnie przy zwiększonym luzie promieniowym.
Jeśli średnica wału jest duża, a w związku z tym wzrastają obciążenia, zastosowanie znajdują łożyska walcowe, jednak tylko przy obciążeniach promieniowych.
Wraz ze złożonością obciążeń pojawia się konieczność zastosowania łożysk o specyficznych właściwościach, np. wahliwych czy baryłkowych.
Na niewielkich przestrzeniach zabudowy, co w erze miniaturyzacji ma rosnące znaczenie, stosuje się coraz szerzej odmiany łożysk igiełkowych. Pomimo prostej konstrukcji potrafią one przenosić znaczące obciążenia przy zachowaniu dużej sztywności łożyskowania.
W zależności od kąta wykonania bieżni, łożyska kulkowe skośne czy łożyska stożkowe mogą przenosić dowolne kombinacje wypadkowych sił.
W celu spełnienia złożonych wymagań konstrukcyjnych w jednym układzie często współpracują łożyska różnych typów. Podobny efekt, a dodatkowo oszczędność sporej ilości miejsca można uzyskać, stosując gotowe do zabudowy łożyska kombinowane.

Etapy doboru łożysk:

Warunki pracy i otoczenia

Należy wziąć pod uwagę następujące czynniki:

• funkcjonalność i konstrukcję zabudowy łożyskowania
• umiejscowienie łożyskowania
• obciążenie łożyskowania, kierunkowość oraz wartość sił
• prędkość obrotową
• drgania oraz obciążenia udarowe
• temperaturę pracy łożyskowania
• warunki pracy: wpływ korozji, stopień zanieczyszczenia
łożyskowania, metodę smarowania itp.

Wybór typu łożyska i konfiguracji

Na wybór łożyska mają wpływ:

• ograniczenia wymiarowe
• obciążenie łożyska – wielkość obciążenia, kierunek,
występowanie drgań i obciążeń udarowych
• prędkość obrotowa – stała, zmienna, występowanie
zmiany kierunku obrotów
• dokładność wykonania łożyska
• dopuszczalna niewspółosiowość łożyska
• moment tarcia
• sztywność łożyskowania
• ustalenie łożyskowania (łożysko ustalone – łożysko
swobodne)
• wymagania montażu – demontażu
• dostępność łożyska, koszty

Dobór łożyska ze względu na obciążenia

Dobór łożyska pociąga za sobą odpowiednie
zaprojektowanie całego węzła łożyskowego, dlatego
należy wziąć pod uwagę następujące czynniki:
• odpowiednie zaprojektowanie elementów zabudowy
łożyskowania
• równoważne obciążenie dynamiczne – statyczne
• współczynnik bezpieczeństwa
• dopuszczalną prędkość obrotową
• dopuszczalne obciążenie
• dostępność do zabudowy

Dobór klasy dokładności łożyska

Przy doborze dokładności wykonania łożyska należyuwzględnić:
• tolerancję bicia wału
• prędkość obrotową
• zmienność momentu obrotowego

Dobór luzów wewnętrznych łożyska

Przy doborze luzów łożyska należy zwrócić uwagę na:
• materiał oraz grubość ścianek zabudowy
• pasowanie: wał – pierścień wewnętrzny oraz zabudowa
– pierścień zewnętrzny
• gradient temperatury pomiędzy pierścieniem zewnętrznym
i wewnętrznym
• dopuszczalne przesunięcie pomiędzy pierścieniami, luz
osiowy
• obciążenie – wielkość, charakter obciążenia
• wartość napięcia wstępnego
• prędkość obrotową

Dobór materiału i typu koszyka

Na dobór materiału na koszyk wpływają przede wszystkim:
• prędkość obrotowa
• poziom hałasu
• drgania i obciążenia udarowe
• obciążenia chwilowe
• metoda i sposób smarowania

Dobór środka smarującego, metody smarowania oraz uszczelnienia

Wybierając środek smarujący, należy się kierować następującymi czynnikami:
• temperatura pracy łożyskowania
• prędkość obrotowa
• rodzaj uszczelnienia
• konserwacja i kontrola

Proces zabudowy łożyskowania

Na tym etapie projektujemy zarówno proces montażu, jak i demontażu łożyska, uwzględniając:

• wymiary łożyska
• metodę montażu oraz demontażu

6. Ogólne zasady doboru łożysk tocznych

Łożyska, w zależności od budowy, mają charakterystyczne cechy, które określają warunki, w jakich optymalnie spełniają postawione im zadania. Cechy łożysk determinują również warunki, w jakich należy je eksploatować, aby maksymalnie wykorzystać ich możliwości.
Podstawowe ograniczenia w projektowaniu węzła łożyskowego bądź przy doborze łożyska do stosowanego już rozwiązania konstrukcyjnego to:

• przestrzeń zabudowy łożyskowania,
• wartości i kierunki obciążeń,
• osiągane prędkości obrotowe oraz zmiana kierunku obrotów,
• niwelowanie błędów współosiowości,
• dokładność wykonania oraz wymagany poziom cichobieżności,
• sztywność łożyskowania.

W trakcie projektowania i doboru łożyska co najmniej jeden z jego wymiarów głównych narzucony jest przez budowę maszyny bądź przez samego konstruktora. Najczęściej jest to średnica otworu wewnętrznego łożyska. W zależności od takich czynników, jak rodzaj obciążeń, błędy współosiowości czy sztywność, zalecany jest dobór odpowiedniego łożyska. Tabele przedstawiające charakterystyki właściwości łożysk powinny to ułatwić.

Łożyska kulkowe zazwyczaj stosowane są do łożyskowania niewielkich wałów, które z reguły osiągają duże prędkości obrotowe. Mogą również przejmować w pewnym stopniu obciążenia osiowe, szczególnie przy zwiększonym luzie promieniowym. Jeśli średnica wału jest duża, a w związku z tym wzrastają obciążenia, zastosowanie znajdują łożyska walcowe, jednak tylko przy obciążeniach promieniowych. Wraz ze złożonością obciążeń pojawia się konieczność zastosowania łożysk o specyficznych właściwościach, np. wahliwych czy baryłkowych. Na niewielkich przestrzeniach zabudowy, co w erze miniaturyzacji ma rosnące znaczenie, stosuje się coraz szerzej odmiany łożysk igiełkowych. Pomimo prostej konstrukcji potrafią one przenosić znaczące obciążenia przy zachowaniu dużej sztywności łożyskowania. W zależności od kąta wykonania bieżni, łożyska kulkowe skośne czy łożyska stożkowe mogą przenosić dowolne kombinacje wypadkowych sił. W celu spełnienia złożonych wymagań konstrukcyjnych w jednym układzie często współpracują łożyska różnych typów. Podobny efekt, a dodatkowo oszczędność sporej ilości miejsca można uzyskać, stosując gotowe do zabudowy łożyska kombinowane.

Ważnym elementem projektowania łożyskowania jest dokładne poznanie warunków pracy łożyska. Poniższy schemat omawia w ośmiu punktach sposób postępowania na każdym etapie projektowania węzła łożyskowego.