Co to jest luz łożyska?
Luz łożyska wewnętrzny (rys. 1) definiuje się jako całkowitą odległość, o jaką jeden pierścień łożyska może się przemieścić względem drugiego w kierunku promieniowym (wewnętrzny luz promieniowy) lub w kierunku osiowym (wewnętrzny luz osiowy).
Rys. 1. Luz wewnętrzny łożyska to odległość o jaką jeden pierścień łożyska może się przemieścić względem drugiego. Tu oznaczono luz wewnętrzny promieniowy i osiowy.
W prawie wszystkich zastosowaniach początkowy luz łożyska jest większy niż jego luz roboczy. Różnica wynika głównie z dwóch efektów:
1) Łożyska są zwykle montowane z pasowaniem ciasnym na wale lub w oprawie. Rozszerzanie się pierścienia wewnętrznego lub ściskanie pierścienia zewnętrznego zmniejsza luz wewnętrzny.
2) Łożyska wytwarzają ciepło podczas pracy. Różnicowa rozszerzalność cieplna łożyska i elementów współpracujących wpływa na luz wewnętrzny.
Ważny jest wystarczający luz wewnętrzny w łożysku podczas pracy. Napięcie wstępne (luz poniżej zera) jest możliwe tylko dla niektórych typów łożysk.
Aby umożliwić dobór odpowiedniego początkowego luzu wewnętrznego w celu uzyskania pożądanego roboczego luzu wewnętrznego, łożyska są dostępne w różnych klasach luzu (Tab. 1). ISO ustanowiło pięć klas luzu dla wielu typów łożysk. Zwykle używa się przyrostków w oznaczeniu, aby wskazać, jak luz wewnętrzny łożyska różni się od normalnego.
Tabela 1. Oznaczenia luzów w łożyskach wg ISO, oznaczenia użytkowe oraz definicja oznaczenia
C0 (lub CN) oznacza normalny luz wewnętrzny i nie jest oznaczony ani na łożysku, ani na opakowaniu.
Jak zmienia się luz w łożysku?
Dla jasności, na początek kilka pojęć.
Wstępny luz wewnętrzny to luz wewnętrzny łożyska przed montażem.
Montażowy luz łożyska (luz zredukowany) to luz wewnętrzny w łożysku po montażu, ale przed pracą.
Luz roboczy to luz wewnętrzny łożyska, które pracuje i osiągnęło stabilną temperaturę.
Rys. 2. Luz wewnętrzny łożyska przed montażem, po montażu i dla łożyska pracującego różnią się od siebie. Jest to spowodowane kilkoma efektami.
W większości zastosowań wstępny luz wewnętrzny łożyska jest większy niż jego luz roboczy. Wynika to z efektów:
⎯ pasowanie ciasne z wałem i/lub obudową (rys. 2)
⎯ rozszerzalność cieplna pierścieni łożyskowych i związanych z nimi elementów (rys. 2)
Łożyska muszą mieć odpowiedni luz roboczy, aby działały w sposób zadowalający. W większości przypadków łożyska wymagają pewnego stopnia luzu. Jednak w niektórych przypadkach mogą wymagać napięcia wstępnego, tj. luzu ujemnego. I tak, z reguły:
1) Łożyska kulkowe powinny mieć luz roboczy, który jest praktycznie zerowy.
2) Łożyska walcowe, igiełkowe, baryłkowe i toroidalne zazwyczaj wymagają co najmniej małego luzu roboczego.
3) Łożyska stożkowe i kulkowe skośne powinny mieć mały luz roboczy, z wyjątkiem zastosowań, w których wymagany jest wysoki stopień sztywności lub kontrola położenia, w którym to przypadku można je montować z pewnym napięciem wstępnym.
Jaki luz w łożysku – dobór odpowiedniego luzu w łożyskach
Luz roboczy lub napięcie wstępne łożyska wpływa między innymi na tarcie, wielkość strefy obciążenia i trwałość zmęczeniową łożyska. Rys. 1 pokazuje zależność między tymi parametrami. Schemat jest uogólniony i oparty na łożyskach tocznych pod obciążeniem promieniowym.
Rys. 3. Luz roboczy lub napięcie wstępne wobec głównych kryteriów operacyjnych łożyska. Oznaczenia na wykresie: 1) Stosunek o wartości 1 oznacza, że wszystkie elementy toczne są obciążone; 2) Linia przerywana oznacza potencjalnie niestabilne warunki pracy; 3) Granice zakresu są określane przez początkowy luz, pasowanie i wpływ temperatury.
W przypadku ogólnych zastosowań zakres luzu roboczego powinien mieścić się w zalecanej strefie pokazanej na rys. 1.
Należy upewnić się, że łożysko ma minimalny początkowy luz wewnętrzny o wartości, która po zmniejszeniu w wyniku montażu i innych wpływów jest równa lub większa niż wymagany minimalny luz roboczy. Aby to osiągnąć, postępuj zgodnie z następującymi wytycznymi:
1) Weź pod uwagę zmniejszenie luzu spowodowane pasowaniem na wcisk.
2) Weź pod uwagę zmniejszenie luzu spowodowane różnicą temperatur między wałem, pierścieniami łożyskowymi i obudową.
3) Weź pod uwagę zmniejszenie luzu z powodu innych czynników.
4) Weź pod uwagę wymagany minimalny początkowy luz wewnętrzny. 5) Wybierz zakres początkowego luzu wewnętrznego (wymagany minimalny początkowy luz wewnętrzny i łożyska z regulacją montażową).
1) Zmniejszenie luzu spowodowane pasowaniem na wcisk
Pasowanie z wciskiem powoduje zmniejszenie luzu, ponieważ pierścienie wewnętrzne są rozszerzane, a pierścienie zewnętrzne są ściskane. Redukcja równa się efektywnemu pasowaniu z wciskiem pomnożonemu przez współczynnik redukcji według wzoru:
Współczynniki redukcyjne obowiązujące dla pełnego wału stalowego i grubościennej obudowy żeliwnej lub stalowej można uzyskać z rys. 4 jako funkcję stosunku średnicy otworu łożyska d do średnicy zewnętrznej D.Aby uzyskać efektywną wartość wcisku, użyj maksymalnej prawdopodobnej wartości wcisku podanej w odpowiednich tabelach tolerancji i pasowań.
Rys. 4. Czynniki zmniejszenia luzu powodowanego pasowaniem na wcisk
2) Zmniejszenie luzu spowodowane różnicą temperatur międzywałem, pierścieniami łożyska i obudową
Wzrost temperatury łożyska w czasie jego pracy może powodować różnicę temperatur między pierścieniem wewnętrznym a pierścieniem zewnętrznym łożyska, co powoduje zmianę luzu/napięcia wstępnego łożyska. W przypadku stalowego wału i stalowej lub żeliwnej obudowy zmianę można oszacować za pomocą poniższego wzoru:
Stan stabilny
Temperatura pracy łożyska osiąga stan ustalony, gdy występuje równowaga termiczna –tj. istnieje równowaga między wytwarzanym ciepłem a rozpraszanym ciepłem. W powszechnym przypadku, gdy temperatura otoczenia oprawy łożyska jest niższa niż jego wału, powstaje ustalony gradient temperatury, który powoduje, że pierścień wewnętrzny łożyska jest cieplejszy niż pierścień zewnętrzny.
Rozruch
Podczas rozruchu gradient temperatury nad łożyskiem jest w dużej mierze zależny od przejściowego przepływu ciepła. Spośród różnych elementów stykających się z łożyskiem, ten, który ma najmniejszą pojemność cieplną, będzie rósł szybciej niż ten, który ma największą pojemność cieplną. Dlatego sekwencja rozruchu może skutkować większą różnicą temperatur między pierścieniem wewnętrznym a zewnętrznym łożyska niż w stanie stabilnym. Powoduje to szczyt temperatury podczas rozruchu. Jest to szczególnie widoczne w maszynach, które pracują na zewnątrz w zimnym klimacie lub mają ogrzewany szyb.
Wyższe prędkości
Czy to podczas rozruchu, czy w stanie ustalonym, wyższe prędkości generują większe straty tarcia. Powoduje to zwykle większą różnicę temperatur między pierścieniem wewnętrznym i zewnętrznym łożyska, a zatem potrzebę większego luzu początkowego.
3) Zmniejszenie luzu z powodu innych czynników.
Osiowe zaciśnięcie pierścienia powoduje niewielki wzrost jego średnicy. Zwykle ma to jednak znikomy wpływ na luz łożyska. Jednak w przypadku maszyn, gdzie na którykolwiek z pierścieni działa duże obciążenie osiowe lub gdy dwa łożyska (np. łożyska kulkowe skośne lub łożyska stożkowe, z pierścieniami dystansowymi lub bez) są zaciśnięte osiowo, wtedy należy wziąć pod uwagę wpływ na luz łożyska.
Brak współosiowości przekraczający limity określone w specyfikacji produktu zmniejszają luz łożyska, co z powodu niekorzystnego rozkładu obciążenia powoduje skrócenie żywotności i zwiększenie tarcia.
Tam, gdzie stosowane są materiały ze stopów lekkich, różnice temperatur między pierścieniami a wałem lub oprawą mogą mieć większy wpływ na luz łożyska.
4) Wymagany minimalny początkowy luz wewnętrzny łożyska
Wymagany minimalny początkowy luz wewnętrzny można oszacować za pomocą wzoru:
Typy łożysk do regulowanych łożyskowań –takie jak łożyska kulkowe skośne, łożyska stożkowe lub łożyska baryłkowe wzdłużne –mają podczas montażu ustawiany luz wewnętrzny.
Rys. 5. Zależność między minimalnym początkowym luzem wewnętrznym a klasą luzu łożyska. Minimalny luz w danej klasie luzu łożyska musi być równy lub większy niż szacowany minimalny początkowy luz wewnętrzny.
W przypadku innych typów łożysk należy wybrać klasę luzu łożyskowego (Normalny, C3, C4 itd.), której minimalny luz jest równy lub większy niż szacowany minimalny wstępny luz wewnętrzny (rys. 5). Następnie sprawdź, czy uzyskany maksymalny luz wybranej klasy luzu jest akceptowalny dla zastosowania. Jeśli maksymalny luz, z jakiegokolwiek powodu, jest zbyt duży, rozważ wybór grupy o zmniejszonym luzie–np. C3L, który obejmuje tylko dolną połowę zakresu grupy luzuC3.
5) Wskazówki dodatkowe
Luz montażowy jednorzędowych łożysk kulkowych skośnych i jednorzędowych łożysk stożkowych jest ustalany tylko wtedy, gdy łożysko jest ustawione względem drugiego łożyska. Zwykle są one ułożone w układzie rozbieżnym lub zbieżnym, a jeden pierścień łożyska jest przemieszczany osiowo aż do uzyskania określonego luzu.
Właściwa wartość luzu, jaki należy uzyskać podczas montażu, zależy od rozmiaru i układu łożyska oraz warunków pracy, takich jak obciążenie i temperatura. Ponieważ istnieje określona zależność między luzem promieniowym i osiowym łożysk kulkowych skośnych i łożysk stożkowych, wystarczy podać jedną wartość, ogólnie -luz osiowy dla układu. Tę wyspecyfikowaną wartość uzyskuje się następnie przez pomiar luzu podczas regulacji oraz przez poluzowanie lub dokręcenie nakrętki na wale lub pierścienia gwintowanego w otworze oprawy lub przez włożenie podkładek kalibrowanych lub podkładek regulacyjnych między jeden z pierścieni łożyska a jego oprawkę. Faktyczna metoda zastosowana do dostosowania i pomiaru luzu zależy od tego, czy wykonuje się to jednorazowo, czy będzie wymagany cyklicznie.
Rys. 6. Sprawdzenie luzu osiowego za pomocą czujnika zegarowego
Jednym ze sposobów sprawdzenia luzu osiowego w łożyskowaniu jest użycie czujnika zegarowego przymocowanego do piasty (rys.6). Podczas regulacji łożysk stożkowych ipomiaru luzu, wał lub oprawę należy obrócić o kilka obrotów w obu kierunkach, aby zapewnić prawidłowy kontakt końców wałeczków z kołnierzem prowadzącym na pierścieniu wewnętrznym. Bez odpowiedniego kontaktu zmierzony wynik nie będzie prawidłowy.
Na wartość początkowego luzu wewnętrznego lub wartość napięcia wstępnego mają wpływ pewne czynniki, które należy wziąć pod uwagę, aby obliczyć początkowy luz wewnętrzny potrzebny do osiągnięcia stopnia luzu roboczego/napięcia wstępnego wymaganego dla danego zastosowania.
Dobieranie łożysk tocznych to bardzo trudne zadanie zwłaszcza w przypadku mniej doświadczonych osób. W tej sytuacji należy zdobyć podstawową wiedzę na temat takich elementów i poznać ich poszczególne parametry. Przyda się pomoc płynąca prosto od doświadczonych fachowców. Łożyska toczne są ściśle związane m.in. z obciążeniami zastępczymi, szybkością graniczną oraz nośnością. Warto pozyskać informacje z zakresu luzów oraz cichobieżności łożysk.
Poszerzenie wiedzy o kolejnych parametrach przyda się zarówno podczas dobierania łożysk:
– kulkowych,
– igiełkowych,
– walcowych.
Jeśli zainteresowani nigdy wcześniej nie mieli styczności z takimi produktami powinni bazować na opiniach sprzedawców oraz poradach profesjonalistów. Zgłębienie wiedzy o luzach, tarciu czy też wytrzymałości pomoże potencjalnym inwestorom w podjęciu racjonalnej decyzji. Luzy w łożyskach tocznych oznaczają przesuwanie się jednego pierścienia względem drugiego (określana jest wielkość takiego przesunięcia w trakcie pracy). Wyróżnia się pod tym kątem luzy poprzeczne oraz wzdłużne (wpływ na to ma oczywiście kierunek przesunięcia).
Luz wzdłużny i poprzeczny nie będzie wywierać żadnego nacisku. Różnica polega jedynie na kierunku przesunięcia. Luz konkretnego łożyska będzie ulegał zmianom już po zamontowaniu. Taki proces trzeba stale monitorować, aby nie doprowadzić do nieprawidłowości.
Kluczem do sukcesu jest umiejętne dobieranie luzów w łożyskach tocznych. W tym celu zainteresowani powinni wziąć pod uwagę m.in. takie aspekty, jak: pasowanie, rodzaj zaistniałego obciążenia, wartość napięcia wstępnego, temperatura występująca pomiędzy pierścieniami, materiał zabudowy oraz grubość ścian. Dodatkowo luzy przyjmują odpowiednie oznaczenia, aby mniej doświadczeni wiedzieli, w jaki sposób skupić się na ich dobieraniu. Do wyboru są luzy od C1 do C5.
Cichobieżność łożysk
Pozostało pochylić się na pojęciem cichobieżności łożysk. Związane jest to z działaniem niektórych aplikacji. Pod lupę należy wziąć przede wszystkim poziom drgań. Dobierając łożyska z fachowcami u boku zainteresowani mają pewność, że nie popełnią żadnego błędu. Cichobieżne łożyska toczne są odpowiedzialne za:
– cichą oraz spokojną pracę,
– dużą odporność na występujące drgania.
Nic dziwnego, że cieszą się na rynku tak dużą popularnością. Zwykle zwraca się na to uwagę zwłaszcza podczas użytkowania urządzeń pomiarowych, sprzętów AGD oraz silników elektrycznych. Zlekceważenie takiego parametru może doprowadzić do nieprzyjemnych sytuacji. Warto wiedzieć na co konkretnie wydaje się własne pieniądze. Jeśli klientom zależy na cichobieżnych łożyskach w pierwszej kolejności należy zastanowić się nad zakupem uniwersalnych łożysk kulkowych. To właśnie one odznaczają się na tle konkurencji kontrolowanym poziomem drgań. Co najważniejsze bez problemów zaspokoją oczekiwania najbardziej wymagających inwestorów.
Przy doborze łożyska, po określeniu typu, rozmiaru i pasowania łożyska i luzu należy wziąć pod uwagę dodatkowe czynniki, aby jak najlepiej dobrać ostateczny wariant łożyska.W razie wątpliwości skontaktuj się z serwisem technicznym sklepu EBMiA.pl w celu uzyskania pomocy.
W kolejnych naszych artykułach opisujemy takie tematy jak:
Konserwacja, czyszczenie i smarowanie łożysk
Najczęstsze przyczyny uszkodzeń łożysk
Jak ściągnąć łożysko bez ściągacza?
