Łożyska walcowe jednorzędowe: nośność, typy i wybór

Łożyska walcowe jednorzędowe są najlepszym wyborem, gdy obracający się wał musi przenosić duże obciążenia promieniowe bez zajmowania dużej przestrzeni osiowej. Wykorzystują jeden rząd walcowych rolek stykających się liniowo z bieżniami, co zapewnia im wysoką nośność promieniową i wysoką sztywność w porównaniu z łożyskami kulkowymi tej samej wielkości. Kompromis jest równie wyraźny: większość konstrukcji przenosi niewielkie obciążenie osiowe lub nie przenosi go wcale i jest mniej tolerancyjna na niewspółosiowość. Jeśli w Twoim zastosowaniu dominują siły promieniowe – skrzynie biegów, silniki elektryczne, kruszarki, przenośniki lub pompy przemysłowe – jednorzędowe łożysko walcowe jest często najskuteczniejszym punktem wyjścia. W tym przewodniku wyjaśniono, jak są zbudowane, jak wybrać odpowiednią konstrukcję żeber i luz oraz gdzie pasują w porównaniu z łożyskami kulkowymi zwykłymi.

Co to jest łożysko walcowe jednorzędowe?

Łożysko walcowe jednorzędowe to łożysko promieniowe z jednym rzędem krótkich walcowych wałeczków prowadzonych pomiędzy pierścieniem wewnętrznym a pierścieniem zewnętrznym. Rolki stykają się z bieżniami wzdłuż linii, a nie w punkcie, dzięki czemu łożysko może przenosić bardzo duże obciążenia promieniowe i jest odporne na ugięcie pod obciążeniem. Konstrukcja jest zwykle rozłączna: pierścień wewnętrzny z rolkami i klatką można zdjąć z pierścienia zewnętrznego, co upraszcza montaż i kontrolę. Standardowe wymiary graniczne są zgodne z normami ISO 15 i DIN 616, więc dany otwór i średnica zewnętrzna mogą być zamieniane u różnych producentów, jeśli konstrukcja wewnętrzna i klasa tolerancji są zgodne.

Kluczowymi elementami są pierścień wewnętrzny, pierścień zewnętrzny, cylindryczne rolki i koszyk. Pierścienie mogą mieć jedno lub dwa żebra (kołnierze), w zależności od konstrukcji. Klatka utrzymuje rolki w równomiernym rozstawie i zapobiega ich przekrzywianiu. Ponieważ rolki są cylindryczne, łożysko umożliwia jedynie ograniczone przemieszczenie osiowe, chyba że żebra są skonfigurowane tak, aby ustalać położenie wału. Ta konfiguracja żeber jest głównym powodem istnienia kilku wariantów.

Jak łożyska walcowe jednorzędowe przenoszą obciążenie

Łożyska walcowe jednorzędowe przenoszą duże obciążenia promieniowe, ponieważ styk liniowy rozkłada naprężenia na większym obszarze niż styk punktowy łożyska kulkowego. Nośności statyczne i dynamiczne są zazwyczaj 1,5 do 3 razy wyższe niż w przypadku łożyska kulkowego zwykłego o podobnych wymiarach, w zależności od serii i geometrii wewnętrznej. Większa jest również sztywność promieniowa, co pomaga utrzymać położenie wału w zazębieniu przekładni i napędach precyzyjnych.

Nośność osiowa zależy prawie całkowicie od konstrukcji żebra. Poniższa tabela podsumowuje popularne warianty jednorzędowe i możliwości każdego z nich.

Wybór N lub NU jest powszechny, gdy wał musi pływać osiowo, na przykład w skrzyni biegów, gdzie w przeciwnym razie rozszerzalność cieplna obciążałaby łożyska. NJ i NUP stosuje się tam, gdzie łożysko musi również ustalać wał osiowo, ale obciążenie osiowe powinno być nadal niewielkie. W przypadku czystych obciążeń osiowych lepszym wyborem jest zwykle łożysko oporowe lub łożysko skośne.

Opcje klatek i ograniczenia prędkości

Materiał i konstrukcja koszyka wyznaczają praktyczne ograniczenie prędkości w równym stopniu, jak wewnętrzna geometria łożyska. Tłoczone koszyki stalowe są standardowym wyborem do ogólnych zastosowań przemysłowych i zapewniają dobrą równowagę pomiędzy wytrzymałością i kosztami. Obrabiane maszynowo koszyki mosiężne są preferowane w przypadku dużych obciążeń, wysokich temperatur lub zastosowań z obciążeniami udarowymi, ponieważ są odporne na odkształcenia i zużycie. Koszyki poliamidowe (PA66) zmniejszają masę i tarcie w zastosowaniach wymagających dużych prędkości, ale ich ograniczenia wynikają z kompatybilności temperaturowej i środka smarnego. Klatki PEEK stosowane są tam, gdzie wymagana jest odporność chemiczna i wysoka temperatura.

Ograniczenia prędkości dla łożysk walcowych jednorzędowych są na ogół niższe niż dla łożysk kulkowych zwykłych tego samego rozmiaru, ponieważ styk liniowy generuje więcej ciepła. Jednakże dzięki smarowaniu olejowemu, precyzyjnemu koszykowi i kontrolowanemu luzowi mogą pracować z dużymi prędkościami we wrzecionach obrabiarek i silnikach o dużej prędkości. Katalogowy indeks prędkości to tylko punkt wyjścia; rzeczywisty limit zależy od metody smarowania, chłodzenia, obciążenia i ustawienia. Z reguły smarowanie smarem jest odpowiednie dla umiarkowanych prędkości i uszczelnionych lub bezobsługowych układów, podczas gdy smarowanie z obiegiem oleju lub smarowanie olejowo-powietrzne jest stosowane przy dużych prędkościach lub dużych obciążeniach.

Montaż, pasowania i luz wewnętrzny

Prawidłowe pasowanie i luz są krytyczne, ponieważ łożyska walcowe mają mniejszy luz wewnętrzny niż łożyska kulkowe o podobnym rozmiarze i są bardziej wrażliwe na zakłócenia. W przypadku obracającego się pierścienia wewnętrznego pod normalnym obciążeniem promieniowym powszechne jest pasowanie wału k5 lub m5; większe obciążenia lub obciążenia udarowe mogą wymagać n6. Pasowania opraw to zazwyczaj H7 lub J7 w przypadku stacjonarnego pierścienia zewnętrznego, natomiast K7 stosuje się, gdy pierścień zewnętrzny musi być mocniej osadzony. Są to tylko wartości początkowe. Rzeczywiste pasowanie zależy od kierunku obciążenia, temperatury, materiału wału i tego, czy łożysko jest używane w położeniu stałym czy ruchomym.

Luz wewnętrzny wybiera się spośród CN (normalny), C3 (większy niż normalny) lub C4 (większy niż C3). C3 jest często określany do zastosowań, w których pierścień wewnętrzny nagrzewa się szybciej niż oprawa, np. w silnikach elektrycznych lub skrzyniach biegów, ponieważ rozszerzalność cieplna powoduje zmniejszenie luzu. Zbyt mały luz powoduje przegrzanie i przedwczesną awarię; zbyt duży luz zmniejsza nośność i może zwiększać wibracje. W przypadku łożyskowania swobodnego luz i pasowanie muszą umożliwiać przemieszczenie osiowe bez powstawania freonów. Nasz sekcja danych technicznych zawiera tabele referencyjne tolerancji i pasowania, które pomagają potwierdzić ostateczny wybór.

Smarowanie i konserwacja

Smarowanie decyduje o trwałości bardziej niż jakikolwiek inny czynnik konserwacji jednorzędowych łożysk walcowych. Smar nadaje się do średnich prędkości oraz układów uszczelnionych lub ekranowanych, ale smar musi odpowiadać temperaturze roboczej i obciążeniu. Smarowanie olejem jest preferowane przy dużych prędkościach, dużych obciążeniach lub wysokich temperaturach, ponieważ usuwa ciepło, a także zmniejsza tarcie. W układach z obiegiem oleju natężenie przepływu i czystość oleju są równie ważne jak lepkość. Częstym błędem jest nadmierne napełnienie obudowy łożyska smarem; powstałe ubijanie podnosi temperaturę i może skrócić żywotność smaru.

Podczas konserwacji należy zwrócić uwagę na następujące oznaki awarii:

• Odbarwienie lub lakier na rolkach wskazujące na przegrzanie lub uszkodzenie smaru.
• Smugi lub zatarcia na bieżniach, często spowodowane niewystarczającym filmem olejowym podczas rozruchu lub przy dużym obciążeniu.
• Fałszywe odciski Brinella w postaci równomiernie rozmieszczonych znaków, powszechne w nieużywanym sprzęcie z wibracjami.
• Zużycie lub pęknięcie koszyka, często związane ze złym ustawieniem, dużą prędkością lub niewystarczającym smarowaniem.
• Ślady zużycia osiowego na żebrach wskazujące, że łożysko przenosi większe obciążenie osiowe, niż pozwala na to konstrukcja żebra.

Przy każdym większym remoncie sprawdzaj powierzchnie styku klatki i żeber. Jeśli łożysko jest rozłączne, zdejmij pierścień wewnętrzny i sprawdź ścieżkę rolek pod kątem nierównomiernego zużycia. Wymień łożysko, jeśli luz wzrósł powyżej limitu producenta lub jeśli na którymkolwiek wałku widoczne są wżery lub odpryski.

Łożyska walcowe jednorzędowe a łożyska kulkowe poprzeczne

Łożyska walcowe jednorzędowe wygrywają pod względem nośności promieniowej i sztywności, podczas gdy łożyska kulkowe zwykłe wygrywają pod względem nośności osiowej, prędkości i tolerancji niewspółosiowości. Jeśli zastosowanie łączy duże obciążenia promieniowe z umiarkowanymi obciążeniami osiowymi, często najlepszym rozwiązaniem jest łożysko walcowe plus oddzielne łożysko ustalające osiowe. Jeśli obciążenie promieniowe jest umiarkowane, a wał musi przenosić obciążenia osiowe w obu kierunkach, łożysko kulkowe zwykłe jest zwykle prostsze i bardziej ekonomiczne.

W przypadku mniejszych obciążeń promieniowych nasze łożyska kulkowe zwykłe serii 62 stanowią kompaktową alternatywę o umiarkowanej nośności osiowej.

Dostawcy łożysk kulkowych zwykłych z serii 62 Pierścienie łożyskowe marek TTBC i HMD oraz kulki stalowe wykonane są z GCr15, przy czym można zastosować różne materiały, zgodnie z rzeczywistymi potrzebami klienta; Klatka jest zwykle... Zobacz produkt →

W przypadku większych obciążeń promieniowych w formacie łożyska kulkowego seria 63 zapewnia wyższą nośność przy tym samym rozmiarze otworu. Nie są to zamienniki łożysk walcowych pracujących w miejscach obciążonych dużym obciążeniem promieniowym, ale często stanowią właściwy wybór w przypadku wałów wentylatorów, małych reduktorów i maszyn ogólnych, gdzie liczy się koszt i prostota.

Łożyska kulkowe poprzeczne serii 63 do maszyn ogólnych Wysokaer-load ball bearings in the same bore size, suited to fan shafts, small reducers, and general machinery where cost and simplicity matter. Zobacz produkt →

Lista kontrolna aplikacji i selekcji

Łożyska walcowe jednorzędowe są powszechnie stosowane w przemysłowych skrzyniach biegów, silnikach elektrycznych, kruszarkach, przenośnikach, pompach, sprężarkach, wrzecionach obrabiarek i maszynach papierniczych. Są one szczególnie przydatne tam, gdzie wał musi być umieszczony promieniowo i zachować dużą sztywność, a wzrost temperatury musi być kompensowany przez pływające położenie łożyska. Są mniej odpowiednie do zastosowań, w których występuje znaczna niewspółosiowość wałów lub gdzie dominują obciążenia osiowe.

Skorzystaj z tej listy kontrolnej przy wyborze łożyska do nowej konstrukcji lub zamiennika:

• Zdefiniuj wielkość i kierunek obciążenia promieniowego, w tym obciążenia udarowe i cykl pracy.
• Sprawdź, czy łożysko musi ustalać wał osiowo, czy też umożliwiać luz. Wybierz odpowiednio N, NU, NJ lub NUP.
• Oblicz wymaganą trwałość i porównaj ją z obciążeniem dynamicznym przy rzeczywistej prędkości.
• Sprawdź ograniczenie prędkości dla wybranego koszyka, metodę smarowania i luz.
• Określ pasowanie wału i oprawy na podstawie obciążenia, temperatury i pierścienia obrotowego.
• Wybierz luz CN, C3 lub C4 po oszacowaniu wzrostu temperatury i wcisku pasowania.
• Sprawdź dopływ smaru, czystość oleju i dostęp do konserwacji.
• Sprawdź tolerancję niewspółosiowości i rozważ alternatywy samonastawne, jeśli ugięcie wału jest duże.

Yuyao Kangtian Bearing Co., Ltd. produkuje łożyska w Yuyao w stanie Ningbo od 1993 roku. Firma posiada dwie należące do niej fabryki na terenie o powierzchni 31 000 m² i produkuje około 30 milionów zestawów łożysk rocznie. Jej podstawowymi produktami są łożyska kulkowe zwykłe serii 60, 62, 63, 67, 68, 69, MR, kołnierzowe, calowe i niestandardowe, a także części obrabiane CNC. W przypadku projektów wymagających zastosowania łożyska walcowego jednorzędowego zespół inżynierów może dokonać przeglądu przypadku obciążenia i zalecić, czy bardziej odpowiednie będzie alternatywne łożysko kulkowe zwykłe, czy też rozwiązanie niestandardowe. Wyślij swój rysunek i cykl pracy za pośrednictwem naszego strona serwisowa .

Często zadawane pytania

Jaka jest różnica między łożyskami walcowymi N, NU, NJ i NUP?

Łożyska N i NU umożliwiają przemieszczenie osiowe w obu kierunkach, dzięki czemu nadają się do pozycji pływających. Łożyska NJ ustawiają wał w jednym kierunku, a łożyska NUP w obu kierunkach. Różnica polega na rozmieszczeniu żeber na pierścieniu wewnętrznym i zewnętrznym.

Czy łożyska walcowe jednorzędowe mogą wytrzymać obciążenie osiowe?

Tylko ograniczone obciążenie osiowe i tylko w konstrukcjach z żebrami, takimi jak NJ lub NUP. Główny kierunek obciążenia jest promieniowy. W przypadku ciągłych obciążeń osiowych należy zastosować łożysko oporowe lub łożysko skośne.

Dlaczego łożyska walcowe są rozłączne?

Pierścień wewnętrzny, rolki i koszyk można oddzielić od pierścienia zewnętrznego. Ułatwia to montaż, umożliwia kontrolę toru rolek i upraszcza wymianę w ograniczonych przestrzeniach.

Jaka jest maksymalna prędkość łożyska walcowego jednorzędowego?

Zależy to od materiału klatki, smarowania, luzu i obciążenia. Smarowanie smarem jest odpowiednie dla średnich prędkości, podczas gdy obieg oleju lub smarowanie olejowo-powietrzne obsługuje wyższe prędkości. Zawsze sprawdzaj indeks prędkości producenta, aby uzyskać dokładny numer części.

Czy wybrać odprawę CN czy C3?

Wybierz CN dla normalnych warunków pracy z umiarkowanym wzrostem temperatury. Wybierz C3, gdy pierścień wewnętrzny nagrzewa się bardziej niż oprawa lub gdy pasowania wciskowe zmniejszają luz wewnętrzny. C4 jest używany w przypadku dużych gradientów temperatury lub zastosowań wymagających dużych prędkości.