Łożyska głębokorowkowe kontra łożyska stykowe kątowe: wybór właściwego

W świecie nowoczesnych maszyn przemysłowych łożyska są sercem płynnej pracy. Spośród wielu dostępnych typów, łożyska kulkowe z głębokim rowkiem i łożyska kulkowe skośne są dwoma najpopularniejszymi i najszerzej stosowanymi. Choć mogą wydawać się podobne, oba są łożyskami tocznymi, w których jako elementy toczne stosuje się kulki. Ich różnice w konstrukcji, nośności, sztywności i zastosowaniu mają fundamentalne znaczenie. Zrozumienie tych rozróżnień jest kluczowe dla optymalizacji konstrukcji mechanicznych i zwiększenia wydajności sprzętu.

Wprowadzenie

1. Plubównanie projektów i konstrukcji

1.1 Łożyska kulkowe z głębokim rowkiem

Jak sama nazwa wskazuje, łożyska kulkowe z głębokim rowkiem mają głębokie bieżnie łuku kołowego zarówno na pierścieniach wewnętrznych, jak i zewnętrznych. Promień bieżni jest nieco większy niż promień piłki. Konstrukcja ta pozwala na dużą powierzchnię styku pomiędzy kulkami a bieżniami, umożliwiając im skuteczne radzenie sobie z obciążeniami promieniowymi. Głębokie bieżnie pozwalają im również przenosić pewną ilość dwukierunkowego obciążenia osiowego.

Ich konstrukcja jest prosta i zazwyczaj składa się z pierścienia wewnętrznego, pierścienia zewnętrznego, stalowych kulek i klatki. Projekt łożyska kulkowe z głębokim rowkiem sprawia, że są one bardzo wszechstronne, odpowiednie do różnych zastosowań przy umiarkowanych prędkościach i obciążeniach. Klatki są zwykle wykonane z prasowanej stali lub mosiądzu.

1.2 Łożyska kulkowe stykowe kątowe

Projekt łożyska kulkowe skośne jest bardziej złożony. Bieżnie pierścienia wewnętrznego i zewnętrznego nie są symetrycznymi łukami kołowymi. Zamiast tego charakteryzują się specjalnym projektem znanym jako nominalny kąt styku . Kąt ten powoduje, że punkty styku bieżni z kulkami tworzą linię znajdującą się pod określonym kątem do płaszczyzny promieniowej, gdy łożysko jest obciążone.

Ten projekt pozwala łożyska kulkowe skośne do jednoczesnej obsługi obciążeń promieniowych i jednokierunkowych osiowych, przy znacznie większej nośności osiowej niż łożyska kulkowe z głębokim rowkiem. Aby skutecznie radzić sobie z dwukierunkowymi obciążeniami osiowymi, należy je stosować parami, np. w konfiguracji back-to-back (DB), face-to-face (DF) lub tiem (DT).

2. Różnice w wydajności i zastosowaniach

2.1 Nośność i sztywność

Kontakt bieżni z kulkami w łożyska kulkowe z głębokim rowkiem jest kontakt liniowy i są one przede wszystkim przeznaczone do obsługi obciążenia promieniowe . Chociaż mogą wytrzymać niektóre obciążenie osiowe , ich pojemność jest ograniczona. Ich konstrukcja zapewnia stosunkowo niską sztywność, dzięki czemu nadają się do ogólnych maszyn, w których wysoka sztywność nie jest podstawowym wymogiem.

Kontakt bieżni z kulkami w łożyska kulkowe skośne jest kontakt punktowy . Ich nośność w dużym stopniu zależy od wielkości kąta zwilżania. A większy kąt zwilżenia prowadzi do większej nośności osiowej, ale odpowiadającej jej redukcji nośności promieniowej. Typowe kąty zwilżania obejmują 15°, 25°, 30° i 40°. Specjalna struktura łożyska kulkowe skośne zapewnia wyjątkowo wysoką sztywność, szczególnie podczas przenoszenia obciążeń osiowych. Ta wysoka sztywność ma kluczowe znaczenie dla sprzętu wymagającego wysoka precyzja i stabilność , takie jak wrzeciona obrabiarek i szlifierki.

2.2 Ograniczanie wzrostu prędkości i temperatury

Ze względu na bardziej zrelaksowaną konstrukcję toru wyścigowego łożyska kulkowe z głębokim rowkiem , tarcie generowane przez kulki podczas pracy jest minimalne, co skutkuje większą prędkością graniczną i niższym wzrostem temperatury. Dzięki temu idealnie nadają się do różnych zastosowań o średniej i dużej prędkości, takich jak urządzenia gospodarstwa domowego i silniki elektryczne.

Ze względu na specyficzną konstrukcję kąta styku, tarcie ślizgowe pomiędzy kulkami i bieżniami w łożyska kulkowe skośne wzrasta przy dużych prędkościach, co prowadzi do większego wzrostu temperatury. Jednakże poprzez optymalizację układów smarowania i chłodzenia oraz wykorzystanie klatki o wysokiej precyzji , ich wydajność przy dużej prędkości można znacznie poprawić. Łożyska kulkowe skośne są zwykle stosowane w zastosowaniach wymagających wysoka prędkość i wysoka precyzja , takie jak wrzeciona obrabiarek precyzyjnych i szybkoobrotowe skrzynie biegów.

3. Typowe aplikacje i wytyczne dotyczące wyboru

3.1 Typowe zastosowania łożysk kulkowych z głębokim rowkiem

Ze względu na ich wszechstronność i niski koszt, łożyska kulkowe z głębokim rowkiem są szeroko stosowane w różnych urządzeniach mechanicznych ogólnego przeznaczenia.

• Sprzęt AGD : Pralki, klimatyzatory, odkurzacze itp., w których warunki pracy są stabilne, a obciążenia niewielkie. Łożyska kulkowe z głębokim rowkiem zapewniają wystarczające podparcie i żywotność.
• Silniki i wentylatory :Stiardowe silniki i wentylatory nie wymagają dużej nośności ani sztywności, dlatego prosta konstrukcja i niskie poziomy hałasu łożysk kulkowych z głębokim rowkiem sprawiają, że są one idealnym wyborem.
• Maszyny i narzędzia rolnicze : Różne ręczne elektronarzędzia, małe maszyny rolnicze itp., w których łożyska kulkowe z głębokim rowkiem mogą spełniać podstawowe wymagania dotyczące obciążenia.

3.2 Typowe zastosowania łożysk kulkowych stykowych kątowych

Doskonała wydajność łożyska kulkowe skośne czyni je najlepszym wyborem do zastosowań o wysokiej precyzji, wysokiej sztywności i dużej prędkości.

• Wrzeciona obrabiarek precyzyjnych :Wrzeciona obrabiarek muszą wytrzymywać znaczne siły skrawania osiowego i promieniowego podczas obróbki, zachowując jednocześnie niezwykle wysoką dokładność obrotową. The wysoka sztywność i wysoka precyzja z łożyska kulkowe skośne są tu kluczowe zalety.
• Transmisje samochodowe : Przekładnie w przekładni generują znaczne siły osiowe podczas zazębiania. Łożyska kulkowe skośne może skutecznie radzić sobie z tymi obciążeniami, zapewniając płynne przenoszenie mocy.
• Pompy i sprężarki : Podczas pracy z dużą prędkością ciąg osiowy generowany przez wirniki i tłoki wymaga skutecznego podparcia łożyska, co łożyska kulkowe skośne zapewnić niezbędną sztywność.

4. Podsumowanie i czynniki decyzyjne

Wybierając pomiędzy łożyska kulkowe z głębokim rowkiem i łożyska kulkowe skośne , należy wziąć pod uwagę kilka kluczowych czynników:

• Rodzaj i wielkość obciążenia : Jeżeli obciążenie jest głównie promieniowe przy minimalnym obciążeniu osiowym, łożyska kulkowe z głębokim rowkiem są bardziej ekonomicznym wyborem. Jeżeli występuje znaczne obciążenie osiowe, zwłaszcza w zastosowaniach wymagających dużej sztywności, aby wytrzymać odkształcenie osiowe, łożyska kulkowe skośne są jedyną opcją.
• Wymagania dotyczące prędkości :W przypadku zastosowań o niskiej lub średniej prędkości można brać pod uwagę oba łożyska. Do szybkich i precyzyjnych zastosowań, łożyska kulkowe skośne są lepiej dopasowane.
• Wstalacja i konserwacja : Łożyska kulkowe głęboko rowkowe są stosunkowo proste w montażu i mają mniej rygorystyczne wymagania dotyczące dopasowania pomiędzy wałem a obudową. Łożyska kulkowe skośne zazwyczaj wymagają sparowanej instalacji i bardziej złożonych regulacji obciążenia wstępnego, co wymaga specjalistycznej wiedzy.
• Koszt i żywotność : Dla tego samego rozmiaru i precyzji, łożyska kulkowe skośne generalnie mają wyższy koszt produkcji i cenę sprzedaży niż łożyska kulkowe z głębokim rowkiem . Jednak ich doskonała wydajność w określonych zastosowaniach może znacznie wydłużyć żywotność sprzętu, co czyni je bardziej opłacalnym wyborem w dłuższej perspektywie.

	Łożyska kulkowe głęboko rowkowe	Łożyska kulkowe stykowe kątowe
Nośność	Przede wszystkim promieniowy, z pewnymi niewielkimi osiowymi	Uchwyty zarówno promieniowe, jak i jednokierunkowe osiowe
Sztywność	Niższy	Wysoki
Ograniczanie prędkości	Wyższy	Wyższy (ze zoptymalizowanym smarowaniem)
Aplikacje	Maszyny ogólne, silniki, sprzęt gospodarstwa domowego	Obrabiarki precyzyjne, motoryzacyjne, urządzenia szybkoobrotowe
Trudność instalacji	Prosty	Złożony (wymaga parowania i regulacji obciążenia wstępnego)
Koszt	Niższy	Wyższy

Łożyska kulkowe głęboko rowkowe and łożyska kulkowe skośne każdy z nich ma unikalne zalety i ograniczenia. Łożyska kulkowe głęboko rowkowe dominują w szerokim zakresie ogólnych zastosowań dzięki swoim wszechstronność, prostota i niski koszt , podczas gdy łożyska kulkowe skośne , z ich wysoka sztywność, wysoka precyzja i doskonała nośność osiowa , odgrywać niezastąpioną rolę w maszyny precyzyjne i urządzenia szybkobieżne . Prawidłowe zrozumienie i wybór tych dwóch typów łożysk to kluczowe kroki w celu zapewnienia wydajnej i niezawodnej pracy urządzeń mechanicznych.

Głębokie zanurzenie w łożyskach kulkowych głęboko rowkowych: struktura, wydajność i zastosowania

Wśród szerokiej gamy łożysk tocznych, łożysko kulkowe z głębokim rowkiem jest niewątpliwie najpopularniejszym i najszerzej stosowanym typem. Nazwa pochodzi od unikalnej konstrukcji bieżni —bieżnie pierścienia wewnętrznego i zewnętrznego to głębokie łuki kołowe o promieniu bardzo zbliżonym do promienia kul stalowych. Konstrukcja ta nadaje mu wyjątkowe właściwości użytkowe, dzięki czemu jest wszechstronny “wszechstronny” zarówno w maszynach ogólnych, jak i precyzyjnych.

1. Przegląd strukturalny i istota projektu

Konstrukcja łożyska kulkowego z głębokim rowkiem wydaje się prosta, jednak każdy element jest skrupulatnie zaprojektowany, aby zapewnić optymalną wydajność. Składa się z czterech głównych części: pierścień wewnętrzny, pierścień zewnętrzny, kulki stalowe i klatka .

1.1 Pierścienie wewnętrzne i zewnętrzne

Pierścienie wewnętrzny i zewnętrzny stanowią podstawę obciążeń nośnych. Ich bieżnie to głębokie łuki kołowe , a ta konstrukcja “głębokiego rowka” pozwala na kontakt punktowy pomiędzy kulkami stalowymi a bieżniami, co umożliwia efektywne przenoszenie obciążeń. Precyzja i tolerancje tych pierścieni mają kluczowe znaczenie, bezpośrednio wpływając na dokładność obrotową i żywotność łożyska. Pierścień wewnętrzny zazwyczaj ściśle przylega do wału, natomiast pierścień zewnętrzny pasuje do otworu obudowy łożyska.

1.2 Kulki stalowe

The kulki stalowe są elementami tocznymi łożyska kulkowego z głębokim rowkiem. Toczą się pomiędzy bieżnią wewnętrzną i zewnętrzną, przenosząc obciążenie z jednego pierścienia na drugi. Precyzja produkcji kulek jest niezwykle wysoka; wykończenie ich powierzchni i spójność wymiarowa bezpośrednio wpływają na poziom tarcia, hałasu i wibracji łożyska. Są one zwykle wykonane z wysokowęglowej chromowanej stali łożyskowej (takiej jak GCr15), aby zapewnić wysoką twardość i odporność na zużycie.

1.3 Klatka

Celem klatki jest: równomiernie rozmieść stalowe kulki , zapobiegając ich zderzeniu podczas toczenia i prowadząc je we właściwych pozycjach. Do powszechnie stosowanych materiałów klatkowych zalicza się stal prasowaną, mosiądz i tworzywa sztuczne konstrukcyjne. Wybór materiału zależy od warunków pracy. Na przykład klatki ze stali tłoczonej są niedrogie i szeroko stosowane; klatki mosiężne są odporne na korozję i zużycie, odpowiednie do środowisk o dużej prędkości lub wysokiej temperaturze; a klatki z tworzywa sztucznego są lekkie i samosmarujące, co pomaga zmniejszyć tarcie i hałas.

2. Nośność i charakterystyka wydajności

Nośność łożysk kulkowych głęboko rowkowych jest głównym czynnikiem branym pod uwagę przy wyborze ich do zastosowania.

2.1 Doskonała nośność promieniowa

Najbardziej charakterystyczną cechą łożysk kulkowych z głębokim rowkiem jest ich wyjątkowa nośność promieniowa . Gdy łożysko jest poddawane działaniu siły promieniowej, obszar styku pomiędzy kulkami a bieżniami wewnętrznymi/zewnętrznymi może skutecznie rozłożyć obciążenie, zapobiegając koncentracji naprężeń. Taka konstrukcja sprawia, że dobrze nadają się do zastosowań, w których siła pierwotna jest prostopadła do wału (siła promieniowa).

2.2 Ograniczona dwukierunkowa nośność osiowa

Oprócz obciążeń promieniowych łożyska kulkowe z głębokim rowkiem mogą również obsługiwać: pewna wielkość dwukierunkowego obciążenia osiowego . Wynika to z ich konstrukcji bieżni o głębokim łuku kołowym, która pozwala kulkom tworzyć kąt styku z bieżniami pod wpływem nacisku osiowego, przenosząc w ten sposób obciążenie. Jednakże ich nośność osiowa jest znacznie niższa niż w przypadku specjalnie zaprojektowanych łożyska kulkowe skośne . W praktyce nadmierne obciążenie osiowe może prowadzić do przedwczesnej awarii łożyska lub powodować nieprawidłowe wibracje.

3. Ograniczenia prędkości i charakterystyka tarcia

Łożyska kulkowe głębokorowkowe są znane ze swoich możliwości dużej prędkości .

3.1 Zaleta pracy z dużą prędkością

Ze względu na niski współczynnik tarcia pomiędzy kulkami stalowymi a bieżniami łożyska kulkowe z głębokim rowkiem wytwarzają stosunkowo mało ciepła podczas pracy z dużą prędkością. Pomaga to nie tylko wydłużyć żywotność smaru łożyska, ale także skutecznie zapobiega uszkodzeniom spowodowanym przegrzaniem. Prosta konstrukcja i precyzyjna kontrola tolerancji pozwalają na utrzymanie stabilnej pracy w warunkach dużej prędkości.

3.2 Niskie tarcie i wzrost temperatury

The minimalne tarcie pomiędzy bieżniami i kulkami łożyska kulkowego z głębokim rowkiem jest bezpośrednio powiązany ze zużyciem energii i wydajnością pracy sprzętu. Niskie tarcie oznacza niższy wzrost temperatury, co zmniejsza potrzebę stosowania zewnętrznych układów chłodzenia i pozwala łożysku działać niezawodnie w szerszym zakresie temperatur.

4. Typowe zastosowania

The wszechstronność i opłacalność łożysk kulkowych z głębokim rowkiem sprawiają, że są one kluczowymi elementami w wielu gałęziach przemysłu.

4.1 Silniki elektryczne i urządzenia gospodarstwa domowego

W silniki elektryczne , preferowanym elementem nośnym są łożyska kulkowe z głębokim rowkiem. Potrafią skutecznie radzić sobie z obciążeniami promieniowymi generowanymi przez wirnik podczas obrotu z dużą prędkością, pracując przy niskim poziomie hałasu i wysokiej stabilności. Podobnie w sprzęt gospodarstwa domowego podobnie jak pralki, klimatyzatory i odkurzacze, łożyska kulkowe z głębokim rowkiem są idealnym wyborem ze względu na ich niezawodność i opłacalność.

4.2 Skrzynie biegów i pompy

In skrzynie biegów łożyska muszą wytrzymywać siły promieniowe generowane przez zazębiające się koła zębate. Łożyska kulkowe z głębokim rowkiem, dzięki stabilnej wydajności i dobrej trwałości, zapewniają płynną transmisję. W sprzęt pompujący łożyska kulkowe głębokorowkowe, niezależnie od tego, czy mają wyporność odśrodkową, czy dodatnią, zapewniają niezawodne podparcie obrotowe, przenosząc obciążenia z wirników lub tłoków.

4.3 Ogólne maszyny przemysłowe

Od wentylatory i sprężarki do różnych elektronarzędzi ręcznych , łożyska kulkowe z głębokim rowkiem są wszechobecne. Służą jako krytyczne podpory obrotowe w tych urządzeniach, a ich prosta konstrukcja i łatwość instalacji znacznie usprawniają procesy montażu mechanicznego i konserwacji.

5. Podsumowanie podstawowych zalet

Łożyska kulkowe z głębokim rowkiem są bardzo preferowane ze względu na ich kilka kluczowych zalet:

• Możliwość dużej prędkości :Mogą działać efektywnie w szerokim zakresie prędkości, wyjątkowo dobrze sprawdzając się w zastosowaniach wymagających dużej prędkości.
• Efektywność kosztowa : Ich prosta konstrukcja i dojrzały proces produkcyjny skutkują niskimi kosztami produkcji, oferując doskonałą wartość.
• Niskie tarcie : Niskie tarcie nie tylko zmniejsza zużycie energii, ale także minimalizuje wytwarzanie ciepła, wydłużając żywotność zarówno łożyska, jak i jego smaru.
• Prosta konstrukcja i łatwa instalacja : Jednorzędowe łożysko kulkowe z głębokim rowkiem ma prostą konstrukcję, z mniej wymagającymi wymaganiami dotyczącymi dopasowania wału i obudowy, dzięki czemu montaż i demontaż są szybkie i łatwe.

	Zalety rdzenia łożyska kulkowego z głębokim rowkiem
Funkcje	Możliwość dużej prędkości , opłacalność , niskie tarcie , prosty projekt
Korzyści	Nadaje się do różnych warunków, niski koszt produkcji, niskie zużycie energii, łatwy montaż
Aplikacje	Silniki elektryczne, sprzęt gospodarstwa domowego, skrzynie biegów, pompy, maszyny ogólne

Z ich wszechstronność, niezawodność i opłacalność , łożyska kulkowe z głębokim rowkiem odgrywają podstawową rolę we współczesnym przemyśle. Są nie tylko komponentem, ale kluczowym elementem, który zapewnia płynną i wydajną pracę niezliczonych urządzeń mechanicznych.

Łożyska kulkowe stykowe kątowe: kompleksowy przegląd

Łożyska kulkowe skośne to specjalistyczny typ łożysk elementów tocznych, przeznaczony do radzenia sobie ze złożonymi warunkami obciążenia. W przeciwieństwie do łożysk kulkowych z głębokim rowkiem, które są przede wszystkim zoptymalizowane pod kątem obciążeń promieniowych, łożyska skośne są zaprojektowane tak, aby zarządzać obciążenia promieniowe i osiowe jednocześnie . Ta wyjątkowa zdolność sprawia, że są one podstawowym elementem w szerokim zakresie wymagających zastosowań, w których występują oba rodzaje sił.

Konstrukcja i kluczowe cechy

Charakterystyczną cechą łożyska kulkowego ze stykiem kątowym jest jego geometria wewnętrzna. Bieżnie zarówno pierścienia wewnętrznego, jak i zewnętrznego są przesunięte względem siebie. To przesunięcie tworzy kąt styku między kulkami a bieżniami, gdy łożysko jest obciążone. To właśnie ta specyficzna cecha konstrukcyjna pozwala łożysku skutecznie przenosić i podtrzymywać kombinację sił promieniowych i osiowych.

Typowe jednorzędowe łożysko kulkowe skośne składa się z następujących kluczowych elementów:

• Pierścień wewnętrzny: Posiada pojedynczą bieżnię o określonej wysokości ramion.
• Pierścień zewnętrzny: Posiada pojedynczą bieżnię o określonej wysokości ramion, która różni się od pierścienia wewnętrznego.
• Piłki: Elementy toczne, które są zazwyczaj wykonane z wysokiej jakości stali lub ceramiki.
• Klatka: Element ustalający, który utrzymuje kulki równomiernie rozmieszczone.

Ze względu na unikalną konstrukcję przesuniętą, jednorzędowe łożysko kulkowe ze stykiem kątowym może wytrzymać obciążenie osiowe tylko w jednym kierunku. Aby wytrzymać dwukierunkowe obciążenia osiowe, inżynierowie często używają dwóch łożysk zamontowanych w układzie “dupleksowym”, takim jak back-to-back (DB), face-to-face (DF) lub tandem (DT).

Możliwość obsługi obciążeń łączonych jest najważniejszą zaletą łożysk skośnych. Po przyłożeniu obciążenia promieniowego kąt zwilżania zmusza część tego obciążenia do przekształcenia się w składową osiową. Dlatego pojedyncze łożysko skośne nie jest w stanie wytrzymać czystych obciążeń promieniowych bez wstępnego obciążenia osiowego innego elementu lub łożyska. Połączenie nośności promieniowej i osiowej sprawia, że idealnie nadają się do zastosowań, w których siły są złożone i wielokierunkowe, np. w skrzyniach biegów, pompach i wrzecionach.

Ograniczenia nośności i prędkości

Wydajność łożyska kulkowego ze stykiem kątowym jest w dużym stopniu zależna od jego kąt styku . Jest to kąt pomiędzy linią łączącą punkty styku kuli z bieżniami a linią prostopadłą do osi łożyska. Wielkość tego kąta ma bezpośredni wpływ na nośność łożyska i ograniczenia prędkości.

• Mały kąt styku (np. 15°): Łożyska o mniejszym kącie zwilżania są lepiej przystosowane do aplikacje o dużej prędkości . Mniejszy kąt generuje mniejsze tarcie i ciepło, co pozwala na szybsze prędkości obrotowe. Mają jednak niższą nośność osiową i są stosowane przede wszystkim w zastosowaniach, w których dominuje obciążenie promieniowe.

• Duży kąt styku (np. 40°): Łożyska o większym kącie zwilżania są przeznaczone do obsługi wyższe obciążenia osiowe . Większy kąt zapewnia większą powierzchnię do rozłożenia siły osiowej. Dzięki temu idealnie nadają się do zastosowań, w których siły osiowe są znaczne, np. w pompach lub wrzecionach obrabiarek. Jednak większy kąt zwilżania generuje również więcej ciepła i nie nadaje się do pracy z wyjątkowo dużą prędkością.

• Średni kąt styku (np. 25° lub 30°): Łożyska te zapewniają zrównoważoną wydajność, zapewniając dobry kompromis pomiędzy nośnością promieniową i osiową a prędkością. Są one powszechnym wyborem w zastosowaniach ogólnego przeznaczenia.

Łożyska kulkowe skośne doskonale nadają się do zastosowań wymagających dużej prędkości ze względu na swoją konstrukcję i materiały, z których mogą być wykonane. Specyficzna geometria bieżni i kulek minimalizuje tarcie, co z kolei zmniejsza ilość ciepła wytwarzanego podczas pracy. Łożyska skośne o dużej prędkości często wykorzystują specjalne materiały, takie jak kulki ceramiczne (azotek krzemu, Si3N4) i a żywica fenolowa or klatka polimerowa aby zmniejszyć masę i tarcie, umożliwiając jeszcze szybszą pracę.

Wstępne ładowanie w celu zwiększenia sztywności

Jedną z najważniejszych zalet łożysk kulkowych ze stykiem kątowym jest ich zdolność do bycia wstępnie załadowany . Wstępne obciążenie polega na przyłożeniu początkowego obciążenia osiowego do łożyska lub zestawu łożysk podczas montażu. To istniejące wcześniej obciążenie ma transformacyjny wpływ na wydajność łożyska, przede wszystkim poprzez zwiększenie jego sztywność and sztywność .

W wielu zastosowaniach precyzyjnych, takich jak wrzeciona obrabiarek, każdy niewielki ruch lub ugięcie pod obciążeniem może skutkować utratą dokładności. Łożysko bez obciążenia wstępnego ma niewielki luz wewnętrzny, znany również jako “luz końcowy.” Po przyłożeniu obciążenia zewnętrznego łożysko musi najpierw “wyjąć” ten luz, zanim będzie mogło zacząć podtrzymywać obciążenie. Ten początkowy ruch, nawet jeśli jest niewielki, może spowodować utratę precyzji i prowadzić do drgań lub słabego wykończenia powierzchni podczas operacji obróbki.

Wstępne ładowanie skutecznie eliminuje ten wewnętrzny prześwit. Kulki i bieżnie są stale poddawane działaniu siły ściskającej, co zapewnia, że łożysko jest zawsze w kontakcie i gotowe do podtrzymywania obciążenia. Siła obciążenia wstępnego jest większa niż jakiekolwiek oczekiwane obciążenie zewnętrzne, więc nie ma względnego ruchu pomiędzy kulkami a bieżniami.

Wstępne obciążenie najczęściej osiąga się poprzez zastosowanie pary dopasowanych łożysk kulkowych ze stykiem kątowym w układzie dupleksowym. Najczęstsze konfiguracje to:

Konfiguracja	Opis	Nośność	Zalety
Powrót do tyłu (DB)	Większy koniec kąta zwilżania jest skierowany na zewnątrz. Taka konfiguracja zapewnia dużą efektywną rozpiętość układu łożysk, co poprawia sztywność i odporność na obciążenia momentowe. To najpopularniejszy i najbardziej wszechstronny układ wrzecion maszynowych.	Wysoka nośność momentu i dwukierunkowa nośność osiowa.	Niezwykle sztywny , doskonały do zastosowań z dużymi obciążeniami promieniowymi i momentami wywracającymi.
Twarzą w twarz (DF)	Większy koniec kąta zwilżania jest skierowany do wewnątrz. Efektywna rozpiętość jest krótsza niż w konfiguracji DB, co czyni ją mniej odporną na obciążenia momentowe.	Niższa nośność momentu w porównaniu do DB, ale nadal zdolny do dwukierunkowych obciążeń osiowych.	Bardziej tolerancyjny na niewspółosiowość wału lub obudowy.
Tandem (DT)	Oba łożyska są zorientowane w tym samym kierunku, a kąty styku są równoległe. Obciążenie jest równomiernie rozłożone pomiędzy oba łożyska.	Najwyższa nośność osiowa w jednym kierunku.	Zapewnia dwukrotnie większą nośność osiową niż pojedyncze łożysko.

Aplikacje

Unikalne połączenie wysokiej łącznej nośności, możliwości dużych prędkości i możliwości wstępnego obciążenia sprawia, że łożyska kulkowe ze stykiem kątowym są niezbędne w wielu gałęziach przemysłu.

• Wrzeciona obrabiarek: Ich zdolność do radzenia sobie z dużymi prędkościami oraz znacznymi obciążeniami promieniowymi i osiowymi generowanymi podczas operacji cięcia, w połączeniu z ekstremalną sztywnością zapewnianą przez wstępne obciążenie, czyni je idealnym wyborem.
• Pompy i sprężarki: Potrafią skutecznie radzić sobie z jednoczesnymi obciążeniami promieniowymi pasów lub kół pasowych oraz obciążeniami osiowymi wynikającymi z przemieszczanego płynu lub gazu.
• Centra motoryzacyjne: Nowoczesne łożyska kół samochodowych są często uszczelnionym, wstępnie obciążonym zespołem łożysk skośnych, który zapewnia kompaktowe i trwałe rozwiązanie do podtrzymywania obciążenia koła i zapewniania płynnego obrotu.
• Skrzynie biegów i skrzynie biegów: Służą do podtrzymywania wałów pod różnymi obciążeniami promieniowymi i osiowymi.
• Silniki elektryczne: Stosowany w silnikach o wysokiej wydajności, w których czynnikiem są zarówno duże obciążenia prędkościowe, jak i osiowe ze strony przekładni śrubowych lub innych elementów.

Łożyska głębokorowkowe kontra łożyska stykowe kątowe: szczegółowe porównanie

Łożyska kulkowe z głębokim rowkiem i łożyska kulkowe ze stykiem kątowym to dwa najczęstsze typy łożysk elementów tocznych. Chociaż oba wykorzystują kulki jako elementy toczne, ich podstawowe różnice w konstrukcji, wydajności i zastosowaniu sprawiają, że nadają się do zupełnie innych zadań.

Nośność

Najważniejsza różnica między tymi dwoma typami łożysk polega na ich zdolności do radzenia sobie z różnymi rodzajami obciążeń.

Łożyska kulkowe z głębokim rowkiem są zaprojektowane z pojedynczą, nieprzerwaną bieżnią zarówno na pierścieniu wewnętrznym, jak i zewnętrznym. Ta symetryczna konstrukcja sprawia, że są one bardzo skuteczne w podtrzymywaniu czyste obciążenia promieniowe , które są siłami przyłożonymi prostopadle do osi obrotu łożyska. Chociaż mogą wytrzymać pewien poziom obciążenia osiowego (siła równoległa do osi obrotu), ich zdolność do tego jest stosunkowo ograniczona.

Natomiast łożyska kulkowe skośne są specjalnie zaprojektowane do obciążenia łączone co oznacza, że sobie poradzą obciążenia promieniowe i osiowe jednocześnie . Ich cechą charakterystyczną jest kąt zwilżania, tworzony przez przesunięte bieżnie, który zapewnia solidną ścieżkę obciążenia dla obu sił. Większy kąt zwilżania pozwala łożysku wytrzymać większe obciążenie osiowe, podczas gdy mniejszy kąt zwilżania lepiej nadaje się do pracy z dużą prędkością przy mniejszym obciążeniu osiowym. Należy pamiętać, że pojedyncze łożysko skośne może wytrzymać obciążenie osiowe tylko w jednym kierunku. Aby poradzić sobie z obciążeniami dwukierunkowymi, inżynierowie muszą używać dwóch łożysk w układzie dupleksowym.

Aplikacje

Różne nośności tych łożysk bezpośrednio wpływają na ich typowe zastosowania.

Ze względu na swoją prostotę, dużą nośność promieniową i stosunkowo niski koszt łożyska kulkowe z głębokim rowkiem są koniem roboczym świata łożysk. Stosuje się je w niezliczonych zastosowaniach, w których siła pierwotna jest promieniowa, a prędkości obrotowe są umiarkowane do wysokich, np silniki elektryczne , sprzęt gospodarstwa domowego , i rolki przenośnikowe .

Łożyska kulkowe skośne są zarezerwowane do zastosowań wymagających większej precyzji, większej sztywności i możliwości radzenia sobie ze znacznymi łącznymi obciążeniami. Są to kluczowe elementy w wrzeciona obrabiarek , gdzie do dokładności cięcia wymagana jest ogromna sztywność i precyzja. Są one również stosowane w pompy i sprężarki i w piasty samochodowe , gdzie wały obrotowe doświadczają zarówno promieniowych, jak i znacznych osiowych obciążeń oporowych.

Złożoność projektu i instalacji

Prostota łożysk głębokorowkowych sprawia, że są one proste w projektowaniu i montażu, natomiast łożyska skośne wymagają starannego planowania i precyzyjnego montażu.

Nierozłączna konstrukcja łożysk głębokorowkowych upraszcza montaż. Są one po prostu wciskane na wał i do obudowy. Ponieważ nie wymagają wstępnego ładowania, instalacja jest stosunkowo szybka i nie wymaga specjalistycznych narzędzi ani skomplikowanych obliczeń.

Projektowanie i montaż łożysk skośnych są znacznie bardziej złożone. Łożyska jednorzędowe są rozdzielne i często wymagają montażu w układ dupleksowy do obsługi obciążeń dwukierunkowych i, co najważniejsze, do umożliwienia wstępne ładowanie . Montaż zestawu łożysk dupleksowych wymaga skrupulatnej dbałości o szczegóły. Łożyska muszą być zamontowane z prawidłową orientacją (tyłem do siebie, twarzą do twarzy lub w tandemie) i należy zastosować określone osiowe obciążenie wstępne. Nieprawidłowe obciążenie wstępne może prowadzić do nadmiernego wytwarzania ciepła, przedwczesnej awarii lub utraty sztywności i dokładności.

Koszt i sztywność

Różnice w konstrukcji, precyzji produkcji i złożoności instalacji prowadzą również do znacznych różnic w kosztach i sztywności.

Łożyska kulkowe z głębokim rowkiem są produkowane masowo z wysokim stopniem standaryzacji. Ich prosta konstrukcja i duża wielkość produkcji sprawiają, że są opcja tania do zastosowań ogólnego przeznaczenia.

Łożyska kulkowe skośne są elementami precyzyjnymi. Często są one produkowane zgodnie z wyższymi klasami tolerancji (np. ABEC-7, ABEC-9) i wymagają specjalistycznych procesów mielenia. W przypadku sprzedaży jako dopasowany zestaw dupleksowy do wstępnego ładowania koszt jest jeszcze wyższy. W związku z tym łożyska skośne są znacznie droższe niż łożyska z głębokim rowkiem.

Jest to prawdopodobnie najważniejsza różnica w wydajności. Sztywność odnosi się do odporności łożyska na ugięcie pod wpływem przyłożonego obciążenia. Łożyska głębokorowkowe mają niższą sztywność wewnętrzną i nie można ich wstępnie obciążyć, aby ją zwiększyć bez uszkodzenia łożyska. Natomiast konstrukcja łożysk stykowych kątowych’ pozwala na wstępne ładowanie , co jest kluczem do ich doskonałej sztywności. Wstępne obciążenie powoduje początkowe obciążenie osiowe, które eliminuje luz wewnętrzny (luz końcowy). Łożyska znajdują się już pod wpływem siły ściskającej, co powoduje montaż z ekstremalnie wysoka sztywność i minimalny bicie, co ma kluczowe znaczenie dla precyzyjnych zastosowań.

Tabela podsumowująca

Funkcja	Łożyska głębokorowkowe	Łożyska stykowe kątowe
Nośność promieniowa	Wysoki	Wysoki
Nośność osiowa	Ograniczony, Niski	Wysoki, może obsługiwać obciążenia dwukierunkowe (w parach)
Typowe zastosowania	Silniki, urządzenia, maszyny ogólne	Wrzeciona obrabiarek, pompy, piasty samochodowe, sprzęt o wysokiej precyzji
Złożoność instalacji	Prosty , gotowy do użycia, nie wymaga wstępnego ładowania	Kompleks , wymaga precyzyjnego montażu i wstępnego obciążenia
Koszt	Niski , standaryzowana produkcja masowa	Wysoki , produkcja precyzyjna, często sprzedawana jako dopasowane zestawy
Sztywność	Niższy , nie można wstępnie załadować	Bardzo wysoki , można wstępnie załadować, aby wyeliminować prześwit
Podstawowa zaleta	Wszechstronność, niski koszt, łatwy montaż	Wysoka sztywność, wysoka precyzja, obsługuje obciążenia łączone