Jaka jest różnica między otwartymi, ekranowanymi i uszczelnionymi łożyskami kulkowymi zwykłymi – i które należy określić?

Bezpośrednia odpowiedź: trzy projekty, trzy różne kompromisy w zakresie zanieczyszczeń i smarowania

Otwarte, ekranowane i uszczelnione łożyska kulkowe zwykłe mają ten sam rdzeń łożyska — te same bieżnie, ten sam zestaw kulek, te same wartości nośności — różnią się jedynie tym, co pokrywa boki wnęki łożyska. Łożyska otwarte nie mają osłon bocznych , umożliwiając swobodny dostęp do bieżni w celu zewnętrznego smarowania, ale nie zapewniając ochrony przed zanieczyszczeniami. Łożyska ekranowane (przyrostek Z lub ZZ) wykorzystują metalową płytkę przymocowane do pierścienia zewnętrznego z niewielkim luzem roboczym na pierścieniu wewnętrznym — blokują zanieczyszczenia większymi cząstkami, ale nie są pyłoszczelne ani odporne na wilgoć. W łożyskach uszczelnionych (z przyrostkiem RS lub 2RS) zastosowano wargę stykową z gumy lub PTFE dociskane do pierścienia wewnętrznego — są to skutecznie zamknięte układy, fabrycznie nasmarowane i nie wymagające dalszego smarowania przez większość okresów użytkowania.

Wybór między nimi nie wynika przede wszystkim z kosztów — uszczelnione łożysko 6205-2RS kosztuje jedynie 10–25% więcej niż otwarte łożysko 6205 tej samej klasy jakości. Wybór polega na dopasowaniu dostępności smaru i odporności łożyska na zanieczyszczenia do rzeczywistego środowiska pracy. Określenie otwartego łożyska w zapylonym lub wilgotnym środowisku jest jedną z najczęstszych i najłatwiejszych do uniknięcia przyczyn przedwczesnych uszkodzeń łożysk w urządzeniach przemysłowych.

Łożyska kulkowe poprzeczne otwarte: maksymalny dostęp do smarowania, zerowa ochrona

Otwarte łożysko nie ma osłon ani uszczelek po obu stronach wnęki łożyska. Kulki, klatka i bieżnie są w pełni wystawione na działanie otaczającego środowiska.

Jakie łożyska otwarte radzą sobie dobrze

• Praca z dużą prędkością: brak uszczelnienia kontaktowego lub nawet prawie kontaktowego oznacza zerowe dodatkowe tarcie ze strony osłon bocznych. Łożyska otwarte osiągają najniższą temperaturę roboczą ze wszystkich trzech typów przy równoważnych prędkościach – co jest krytyczne w przypadku łożysk wrzecionowych i precyzyjnych obrabiarek pracujących powyżej 70% prędkości granicznej łożyska
• Elastyczność ponownego smarowania: smar lub olej można wprowadzić bezpośrednio na bieżnię podczas planowej konserwacji. To sprawia, że otwarte łożyska są właściwym wyborem w scentralizowanych układach smarowania olejowego, miskach olejowych i układach mgły olejowej, gdzie smar jest dostarczany na zewnątrz łożyska
• Zastosowania wysokotemperaturowe: gumowe uszczelki w łożyskach 2RS są zazwyczaj przystosowane do 120°C (248°F) ciągła do gumy NBR lub 150°C (302°F) dla wariantów warg HNBR lub PTFE. Powyżej tych progów jedyną opcją są otwarte łożyska ze smarem wysokotemperaturowym lub olejem obiegowym
• Aplikacje do spłukiwania i oczyszczania: w sprzęcie do przetwarzania żywności, gdzie łożyska muszą być czyszczone świeżym smarem w celu usunięcia zanieczyszczeń podczas cykli czyszczenia, otwarte łożyska umożliwiają całkowite wypłukanie starego smaru i zanieczyszczeń — uszczelnione łożyska zatrzymują zanieczyszczenia wewnątrz

Tam, gdzie zawodzą otwarte łożyska

• Każde środowisko z unoszącym się w powietrzu pyłem, cząsteczkami metalu, wilgocią lub zanieczyszczeniem procesowym. Badania przeprowadzone przez SKF i NSK konsekwentnie to pokazują Zanieczyszczenia są przyczyną 14–16% wszystkich przedwczesnych uszkodzeń łożysk — większość z nich występuje w łożyskach otwartych, które powinny zostać określone jako osłonięte lub uszczelnione
• Zastosowania, w których okresy między kolejnymi smarowaniami są długie lub dostęp do konserwacji jest utrudniony — bez okresowego ponownego smarowania łożyska otwarte pracują na sucho szybciej niż łożyska uszczelnione, ponieważ smar migruje ze strefy bieżni bez bariery, która mogłaby go zatrzymać

Łożyska kulkowe poprzeczne ekranowane (Z / ZZ): Częściowa ochrona przy minimalnej prędkości

Łożysko ekranowane ma jedną (przyrostek Z) lub dwie (przyrostek ZZ) tłoczone stalowe płytki przymocowane do pierścienia zewnętrznego. Tarcza rozciąga się do wewnątrz, w kierunku pierścienia wewnętrznego, ale nie styka się z nim — istnieje niewielki luz roboczy wynoszący około 0,1–0,3 mm pomiędzy krawędzią tarczy a kołnierzem pierścienia wewnętrznego.

Co w praktyce oznacza luz roboczy

• Cząsteczki stałe większe niż szczelina prześwitu są blokowane – zwykle wszystko powyżej 0,1–0,3 mm średnicy. Radzi sobie z większością metalicznych zanieczyszczeń powstałych podczas zużycia, dużymi cząsteczkami pyłu i zanieczyszczeniami włóknistymi, które występują powszechnie w środowiskach tekstylnych, drzewnych i lekkich zakładach produkcyjnych
• Drobne cząstki — pył krzemionkowy, sadza, drobne cząstki metalu pochodzące z operacji szlifowania — przechodzą przez szczelinę i dostają się do bieżni. Łożyska ekranowane są nie nadaje się do środowisk z drobnym pyłem ściernym
• Zanieczyszczenia płynne swobodnie przedostają się przez szczelinę — łożyska ekranowane zasadniczo nie zapewniają odporności na wodę ani chłodziwo

Przewaga prędkości i temperatury w porównaniu z łożyskami uszczelnionymi

• Ponieważ tarcza nie styka się z pierścieniem wewnętrznym, tak jest brak tarcia uszczelnienia — znamionowa prędkość łożyska ekranowanego ZZ jest zasadniczo taka sama, jak w przypadku równoważnego łożyska otwartego 15–25% wyższy niż to samo łożysko w uszczelnionej konfiguracji 2RS
• Wzrost temperatury roboczej spowodowany przez osłonę jest znikomy — mniej niż 2–3°C powyżej otwartego łożyska przy równoważnej prędkości i obciążeniu, w porównaniu ze wzrostem o 5–15°C w przypadku łożysk 2RS z uszczelnieniem stykowym przy dużych prędkościach
• W niektórych konfiguracjach łożyska osłonięte można ponownie nasmarować przez szczelinę w tarczy, chociaż jest to mniej skuteczne niż ponowne smarowanie łożyska otwartego — osłona ogranicza objętość i dystrybucję smaru

Łożyska kulkowe poprzeczne uszczelnione (RS / 2RS): smarowane fabrycznie, odporne na zanieczyszczenia, bezobsługowe

W uszczelnionym łożysku zastosowano uszczelkę gumową — zwykle NBR (kauczuk nitrylowo-butadienowy), HNBR lub PTFE — z wargą, która styka się z pierścieniem wewnętrznym lub przebiega w jego pobliżu. Przyrostek RS oznacza jedną pieczęć; 2RS oznacza uszczelki po obu stronach.

Uszczelnienia kontaktowe a uszczelnienia niskokontaktowe

• Uszczelka stykowa (standard 2RS): gumowa warga dociska pierścień wewnętrzny z lekkim naciskiem. Zapewnia to najlepsze wyeliminowanie zanieczyszczeń — skuteczne w przypadku drobnego pyłu, rozprysków wody i lekkich rozprysków chłodziwa — ale generuje mierzalne tarcie. Łożysko 6205-2RS ma około 20–30% niższy indeks prędkości niż otwarte łożysko 6205 o tych samych wymiarach
• Uszczelnienie o niskim tarciu lub bezdotykowe (przyrostek RZ, LLB w zależności od producenta): warga pracuje raczej z bardzo małym luzem niż przy styku – pod względem charakterystyki tarcia bliżej łożyska ekranowanego, ale ze znacznie lepszym wykluczaniem drobnych cząstek niż w przypadku osłony metalowej. Indeks prędkości mieści się pomiędzy łożyskiem ZZ i 2RS. SKF oznacza to jako RZ; FAG używa przyrostka RSR; NTN korzysta z LLB

Fabryczne wypełnienie smarem i bezobsługowa żywotność

• Standardowe łożyska 2RS są wypełnione smarem na bazie litu w przybliżeniu 25–35% wolnej objętości wewnętrznej w fabryce. Przepełnienie powoduje straty ubijania i wzrost temperatury; niedostateczne napełnienie powoduje wczesny brak smarowania — wypełnienie fabryczne jest skalibrowane do wewnętrznej geometrii łożyska i nie można go łatwo odtworzyć w terenie
• W normalnych warunkach pracy (poniżej 80°C, umiarkowane prędkości, brak poważnych zanieczyszczeń) wypełnienie smarem łożyska 2RS zapewnia obliczoną trwałość smaru wynoszącą 20 000–50 000 godzin dla ram o małych i średnich rozmiarach — w praktyce cały projektowany okres trwałości łożyska L10 w wielu zastosowaniach
• Uszczelnionych łożysk nie można ponownie nasmarować w trakcie eksploatacji bez zdjęcia uszczelki — powoduje to utratę ochrony przed zanieczyszczeniami i ryzyko wprowadzenia zanieczyszczeń. Są one przeznaczone do wymiany jako całość po wyczerpaniu się trwałości smaru lub osiągnięciu obliczonej żywotności łożyska

Porównanie specyfikacji obok siebie

Co określić: ramy decyzyjne według typu aplikacji

Określ otwarte łożyska, gdy:

• Łożysko pracuje w kąpieli olejowej, mgle olejowej lub w układzie smarowania z obiegiem oleju, gdzie zewnętrzne dostarczanie środka smarnego jest ciągłe i kontrolowane
• Prędkość robocza przekracza 80% prędkości granicznej łożyska a budżet temperaturowy jest napięty — wrzeciona silników elektrycznych, szybkoobrotowe skrzynie biegów, wrzeciona precyzyjnego szlifowania
• Temperatura robocza stale przekracza 150°C i nie jest dostępny odpowiedni materiał uszczelniający odporny na wysokie temperatury
• Aplikacja wymaga usuwania tłuszczu podczas cykli czyszczenia — sprzętu do przetwarzania żywności, przemysłu farmaceutycznego i czyszczenia na miejscu (CIP).

Określ łożyska ekranowane (ZZ), gdy:

• Środowisko zawiera duże cząstki stałe (wióry metalu, cząstki włókniste, duży pył), ale nie zawiera drobnego pyłu ściernego ani zanieczyszczeń płynnych — produkcja lekka, systemy przenośników, maszyny tekstylne
• Wymagania dotyczące prędkości są zbliżone do prędkości granicznej otwartego łożyska, a zmniejszenie tarcia uszczelnienia stykowego jest niedopuszczalne, ale konieczna jest pewna ochrona przed zanieczyszczeniami
• Łożysko jest umieszczone w dobrze uszczelnionej skrzyni biegów lub obudowie, gdzie zewnętrzne uszczelnienie obudowy zapobiega zanieczyszczeniu pierwotnemu, a tarcza łożyska stanowi jedynie barierę wtórną

Określ łożyska uszczelnione (2RS), gdy:

• W środowisku występuje ryzyko zanieczyszczenia drobnym pyłem, wilgocią, rozpryskami chłodziwa lub jakimkolwiek innym płynem — dotyczy to większości ogólnych zastosowań przemysłowych, rolniczych, budowlanych i HVAC
• Dostęp do konserwacji jest utrudniony lub przerwy w pracy są długie — silniki elektryczne, pompy, wentylatory i silniki urządzeń, w przypadku których ponowne smarowanie łożysk nie jest częścią programu konserwacji
• Aplikacja jest produktem konsumenckim lub lekkim, gdzie bezobsługową pracę przez cały projektowany okres użytkowania produktu jest wymogiem — sprzęt AGD, elektronarzędzia, rowery, małe silniki
• Poniżej znajduje się prędkość robocza 70% prędkości granicznej otwartego łożyska — znamionowa prędkość uszczelnionego łożyska mieści się w dopuszczalnym zakresie, a korzyści w zakresie ochrony przed zanieczyszczeniami przewyższają zmniejszenie tarcia

Kody przyrostkowe głównego producenta: Prawidłowe odczytanie oznaczenia łożyska

Kody przyrostków dla osłon i uszczelek nie są w pełni ujednolicone u różnych producentów. Łożysko określone jako 6205-2RS od jednego dostawcy może wykorzystywać inny materiał uszczelnienia lub geometrię niż 6205-2RS od innego. Zawsze sprawdzaj znaczenie przyrostka w katalogu producenta przy porównywaniu marek.

Typowe błędy w specyfikacji, których należy unikać

• Określanie łożysk otwartych w celu obniżenia kosztów w zanieczyszczonym środowisku: różnica w cenie pomiędzy otwartym łożyskiem 6205 i uszczelnionym łożyskiem 6205-2RS tego samego producenta jest zazwyczaj mniej niż 3–5 dolarów dla standardowego łożyska metrycznego. Koszt przedwczesnej awarii – nieplanowany przestój, robocizna, szkody następcze – jest o rząd wielkości większy
• Używanie uszczelnionych łożysk 2RS powyżej ich temperatury znamionowej uszczelnienia: Uszczelki z gumy NBR zaczynają twardnieć i pękać w temperaturze powyżej 120°C, umożliwiając wnikanie zanieczyszczeń, a jednocześnie wyglądają nienaruszone wizualnie. W zastosowaniach wysokotemperaturowych należy wyraźnie określić uszczelnienia HNBR (do 150°C) lub warianty PTFE – nie należy zakładać, że łożysko 2RS nadaje się do pracy w wysokich temperaturach bez sprawdzenia specyfikacji materiału uszczelnienia
• Zakładając, że łożyska ekranowane są wodoodporne: luz roboczy na pierścieniu wewnętrznym umożliwia wnikanie wody w przypadku znacznego narażenia na rozpryski lub kondensację. Łożyska osłonięte w środowisku wilgotnym lub pod wpływem wody korodują od wewnątrz — wybierz 2RS z osłonami ze stali nierdzewnej lub łożysko ze stali nierdzewnej do takich warunków
• Dodawanie smaru zewnętrznego do uszczelnionego łożyska 2RS: nałożenie smarownicy na uszczelnione łożysko powoduje wciśnięcie smaru w wargę uszczelniającą od zewnątrz. To zniekształca geometrię wargi, przerywa kontakt uszczelki i wprowadza wszelkie zanieczyszczenia ze smarowniczki lub wtyki bezpośrednio do wnęki łożyska — efekt odwrotny do zamierzonego
• Odsyłacze wyłącznie poprzez numer łożyska, bez sprawdzania przyrostka: 6205 i 6205-2RS mają identyczne obciążenia i wymiary, ale zupełnie inne wymagania serwisowe. Podanie numeru podstawowego bez przyrostka w zamówieniu często skutkuje otrzymaniem łożysk otwartych, gdy miały być uszczelnione — zawsze należy podawać pełne oznaczenie, łącznie z przyrostkiem, w dokumentach zamówienia