Pochopte, jak kuličková ložiska snižují tření ve strojích pro lepší výkon

Technik údržby nedávno popsal podivný problém. Motor o výkonu 15 kW na dopravní lince běžel o 12 K nad teplotou na typovém štítku. Mastnota kolem těsnění hřídele změnila barvu a měsíční údaje o energii stoupaly. Motor byl v pořádku; ložiska nebyla. Když správně dimenzovaná kuličková ložiska nahradila opotřebovaná pouzdra pouzdra, teplota motoru se během několika hodin vrátila k normálu. Tak vypadá otázka „jak kuličková ložiska snižují tření ve strojích“ v reálu.

Stručná odpověď je, že kuličková ložiska nahrazují kluzné tření třením valivým. Protože valivý kontakt mezi kuličkami a oběžnými drahami má součinitel tření zhruba jednu setinu mazaného kluzného povrchu, kuličkové ložisko dramaticky snižuje ztráty třením. To znamená méně plýtvané energie, méně tepla, pomalejší opotřebení a delší životnost stroje.

Proč rolovací kontakt překonává posuvný kontakt

Jakékoli dva povrchy, které se pohybují proti sobě, vytvářejí tření. Když dva ploché nebo válcové povrchy kloužou, kontaktní plocha je relativně velká a síla potřebná k jejich udržení v pohybu závisí na koeficientu tření mezi materiály. Kluzný hřídel rotující v kluzném ložisku, i když je dobře namazán, má typicky koeficient tření mezi 0,08 a 0,15. Pokud dojde k poruše mazání, tato hodnota stoupne na 0,4 nebo vyšší.

Kuličkové ložisko zcela změní obraz. Zátěž je nesena kalenými ocelovými kuličkami, které se odvalují uvnitř zakřivených oběžných drah. Namísto škrábání na velké ploše se každá kulička kutálí po malé kontaktní ploše. To je důvod, proč je koeficient tření pro správně namazané kuličkové ložisko typicky 0,001 až 0,005, tedy o jeden až dva řády nižší než kluzný kontakt.

Co se vlastně děje uvnitř kuličkového ložiska

Abyste pochopili, proč kuličková ložiska tak účinně snižují tření, pomůže vám podívat se na součásti v pohybu. Kuličkové ložisko má čtyři funkční skupiny: vnitřní kroužek, vnější kroužek, sada kuliček a klec. Vnitřní kroužek je nalisován na hřídel; vnější kroužek sedí v pouzdře. Když se hřídel otáčí, vnitřní kroužek se otáčí a kuličky se odvalují podél drážek oběžné dráhy obou kroužků.

Kontakt mezi každou kuličkou a oběžnou dráhou není jediný bod, ale malá eliptická oblast vytvořená elastickou deformací při zatížení, běžně nazývaná Hertzův kontakt. I při mírném zatížení je tato oblast malá ve srovnání s plochou kluzného kontaktu kluzného ložiska. Protože se koule spíše kutálí než klouže, relativní rychlost při kontaktu je mnohem nižší a energie se rozptýlí, když tření prudce klesá.

Kuličkové ložisko není zcela bez tření. Valivý odpor pochází z elastické hystereze v oceli, mikroprokluzu mezi kuličkami a oběžnými drahami, tření v kleci a střihu mazacího filmu. Tyto součásti jsou malé, ale v přesných aplikacích na nich záleží. To je důvod, proč geometrie, povrchová úprava a kvalita materiálu ložiska mají přímý vliv na to, jaké tření produkuje.

Faktory, které zvyšují nebo snižují tření ložisek

Rozdíl mezi ložiskem s hladkým chodem a ložiskem, které se přehřívá, často spočívá v několika provozních faktorech. Jejich pochopení pomáhá inženýrům vybrat správné ložisko a vyhnout se předčasným poruchám.

Zatížení a rychlost

S rostoucím zatížením se zvětšuje deformovaná kontaktní plocha a zvyšuje se valivý odpor. Axiální zatížení je obzvláště vlivné: nucení ložiska s hlubokou drážkou zvládat trvalé axiální zatížení znatelně zvyšuje tření. Při vyšších rychlostech tlačí odstředivá síla koule směrem ven, čímž se zvyšuje vnitřní zatížení a zvyšuje se třecí moment.

Mazání

Správné mazivo udržuje tenký film mezi kuličkami a oběžnými drahami, odděluje povrchy a snižuje tření a opotřebení. Častým omylem je nadměrné mazání: naplnění dutiny ložiska z více než 30 procent při nízkých otáčkách nebo 20 procent při vysokých otáčkách způsobuje stloukání a zvyšuje provozní teplotu.

Těsnění a štíty

Bezkontaktní kovové štíty, označené ZZ, zadržují velké částice a nezvyšují téměř žádné tření. Kontaktní pryžová těsnění, označená 2RS, poskytují silnější ochranu proti vlhkosti a jemnému prachu, ale třou se o vnitřní kroužek a zvyšují odpor. Ve vlhkém nebo omývaném prostředí je dodatečné tření obvykle přiměřenou cenou za ochranu.

Montáž a předpětí

Nesouosost mezi vrtáním pouzdra a hřídelí nebo deformace vnějšího kroužku během montáže zalisováním zvyšuje vnitřní napětí a tření. Předepjatá ložiska jsou záměrně utažena, aby se odstranila vůle, zlepšila se tuhost, ale přidalo se tření. Předběžné načtení použijte pouze tehdy, když to aplikace skutečně vyžaduje.

Výběr správné konstrukce ložiska

Pro většinu průmyslových rotačních zařízení je kuličkové ložisko s hlubokou drážkou první volbou, protože nabízí nejnižší tření ze všech běžných valivých ložisek a zároveň přenáší radiální i střední axiální zatížení. Je to také nejekonomičtější varianta a řada pokrývá širokou škálu velikostí vrtání a zatížení pro motory, čerpadla, převodovky a dopravníkové válečky. V typické konstrukci stroje, Kuličková ložiska řady 6200 sloužit jako spolehlivý základ.

Výrobci, dodavatelé kuličkových ložisek s hlubokou drážkou 6200 ZZ/2RS Ningbo Aosen Bearing Co., Ltd. je Čína výrobci kuličkových ložisek řady 6200 a dodavatelé ložisek 6200zz, velkoobchodně 62... Zobrazit produkt →

Aplikace s nepřetržitým axiálním zatížením nebo s kombinovaným tahem a radiálním zatížením vyžadují ložisko s kosoúhlým stykem. Vnitřní kontaktní úhel zlepšuje axiální kapacitu v jednom směru, ale úhlová geometrie také zvyšuje tření ve srovnání s ložiskem s hlubokou drážkou. Konstruktéři tento kompromis akceptují, protože správně zatížené ložisko produkuje menší tření než přetížené ložisko. Kuličková ložiska s kosoúhlým stykem řady 7000 jsou standardní volbou pro tyto podmínky.

Velkoobchodní vývozce kuličkových ložisek s kosoúhlým stykem řady 7000, dodavatelé, továrna Ningbo Aosen Bearing Co., Ltd. je Čína velkoobchodní dodavatelé kuličkových ložisek s kosoúhlým stykem řady 7000, vývozci a továrna na ložiska, The ... Zobrazit produkt →

Výběr materiálu přidává další vrstvu do příběhu tření. Koroze zdrsní standardní oběžné dráhy z chromové oceli během několika týdnů, když je stroj vystaven chemickým výparům, mycímu čištění, mořské vodě nebo vysoké vlhkosti. Hrubý povrch znamená vyšší tření, takže výběr materiálu může dominovat dlouhodobému výkonu ložiska.

Co znamená nižší tření v praxi

Nízké tření ložisek se projevuje měřitelnými způsoby: nižší spotřeba energie, nižší provozní teplota, pomalejší degradace maziva a delší životnost ložisek. Mnoho týmů údržby používá obecné pravidlo, že každé snížení teploty ložiska o 10 K zdvojnásobí životnost maziva a výrazně prodlouží únavovou životnost ložiska. Úspora energie je skromnější, ale stále reálná. U stroje se šesti nebo osmi ložisky může rozdíl mezi vysoce ztrátovým kluzným ložiskem a kvalitním kuličkovým ložiskem činit několik procent celkového odběru výkonu motoru.

To je důvod, proč je výběr ložiska ekonomickým stejně jako mechanickým rozhodnutím. Ložiska se špatnou geometrií, hrubými oběžnými drahami nebo poddimenzovanými kuličkami zvyšují tření, generují teplo a předčasně selhávají. Když ložisko selže, náhradní díl představuje pouze zlomek celkových nákladů na prostoje, práci a poškození připojeného zařízení.

Aplikační prostředí je jedním z nejsilnějších signálů pro výběr správné rodiny ložisek. V potravinářských linkách, farmaceutických závodech, zařízeních na úpravu vody a chemických závodech zničí oplachové kapaliny a korozivní výpary standardní ložisko z uhlíkové oceli během týdnů. Oběžné dráhy se prohlubují a zdrsňují, tření stoupá a motor odebírá více proudu. Pro tyto podmínky je praktickou odpovědí ložisko z nerezové oceli s kontaktním těsněním. Podmínky, které v těchto odvětvích plánujeme, jsou popsány v našem poznámky k chemickému a galvanickému pokovování . Kde jsou mycí a hygienické normy určujícím faktorem, Nerezová kuličková ložiska řady SS 6200 udržují oběžné dráhy hladké mnohem déle než chromová ocel pod korozním útokem.

6200 ZZ/2RS Výrobci kuličkových ložisek s hlubokou drážkou z nerezové oceli Jako Čína SS 6200 ZZ/2RS výrobci a dodavatelé kuličkových ložisek z nerezové oceli s hlubokou drážkou, Ningbo Aosen Bearing custom 6200 series sta... Zobrazit produkt →

Pro širší pohled na to, jak valivý kontakt snižuje tření napříč různými rodinami ložisek, naše vedení pro kuličková ložiska s hlubokou drážkou a kosoúhlým stykem podrobně vysvětluje rozdíly.

Závěr

Tření ve strojních zařízeních není záhadou a kuličková ložiska jej snižují z jednoduchého důvodu: valivý kontakt rozptyluje mnohem méně energie než kluzný kontakt. Plné využití výhod vyžaduje výběr správného typu ložiska, materiálu, těsnění a mazání a následnou instalaci bez nesouososti. Když se všechny tyto věci spojí, kuličkové ložisko odvede svou práci téměř bez povšimnutí, což je přesně to, jak by správně navržený stroj měl fungovat.