Łożyska stożkowe a łożyska kulkowe przy jednoczesnych obciążeniach promieniowych i osiowych: jak wybierać, gdy dane o nośności i prędkości są niedostępne

Czy obciążenie osiowe jest wystarczająco duże i wystarczająco stałe, aby uzasadnić zastosowanie łożysk stożkowych?

Geometria łożyska stożkowego przenosi obciążenie promieniowe i osiowe tylko w jednym kierunku, ponieważ rolki stożkowe są prowadzone przez próg na stożku (bieżni wewnętrznej)¹⁵. To właśnie ta jednokierunkowa zdolność sprawia, że typ ten nadaje się do dużych obciążeń promieniowych i wzdłużnych^13,15. Haczyk polega na tym, że ta sama geometria działa na niekorzyść, gdy składowa osiowa jest mała. Przy czystym obciążeniu promieniowym łożyska stożkowe — jak podają źródła — generują wewnętrzne przemieszczenie osiowe, które wywołuje szkodliwe napięcie wstępne, jeśli nie zostanie skompensowane, powodując szybkie zużycie koszyka¹⁸. Jedno ze źródeł podaje, że łożyska stożkowe są korzystne tylko wtedy, gdy obciążenie osiowe wynosi co najmniej 30% obciążenia promieniowego, a kierunek jest stały¹⁸. Ten stosunek należy traktować jako wartość podaną przez jedno źródło, a nie próg branżowy — nie przywołano dla niego żadnej normy. Zanim domyślnie wybierzesz łożyska stożkowe dlatego, że obciążenie jest „złożone”, ustal dwie rzeczy: jak duża jest faktycznie składowa osiowa w stosunku do składowej promieniowej oraz czy jej kierunek pozostaje stały w eksploatacji. Jeśli obciążenie osiowe jest małe lub zmienia kierunek, geometria przenosząca obciążenie wzdłużne jest tą samą geometrią, która wewnętrznie obciąża łożysko.

Czy warunki pracy wykluczają łożyska kulkowe, czy łożyska rolkowe?

Wymagania dotyczące obciążenia i prędkości zwykle wskazują przeciwne kierunki, a to napięcie decyduje o wyborze typu. Łożyska rolkowe są opisywane jako przenoszące większe obciążenia niż łożyska kulkowe i rozkładające ciężar na większej powierzchni styku, dlatego są wskazywane jako wybór do pracy w warunkach dużego obciążenia i obciążeń udarowych⁸. Łożyska kulkowe, ze względu na mniejszą powierzchnię styku, zużywają się — jak podają źródła — szybciej przy dużym obciążeniu⁸. Po drugiej stronie tego kompromisu łożyska kulkowe mają pracować przy wyższych prędkościach i z mniejszym tarciem, natomiast łożyska rolkowe wytwarzają większe tarcie i pracują przy niższych prędkościach, przez co są opisywane jako nieodpowiednie do środowisk o dużej prędkości⁸. Łożyska rolkowe są także opisywane jako generujące więcej hałasu⁸. Pierwsze kryterium jest więc takie: jeśli wał pracuje szybko, a obciążenie jest lekkie lub średnie, łożyska kulkowe są wskazywane jako właściwy wybór. Jeśli obciążenie jest duże lub udarowe, a prędkość umiarkowana, właściwe są łożyska rolkowe⁸. Gdy występują oba warunki — duże obciążenie i duża prędkość — źródła nie rozstrzygają tego konfliktu i do podjęcia decyzji potrzebne są dane dostawcy o prędkości i nośności.

Czy konstrukcja zapewni współosiowość wymaganą przez łożyska rolkowe?

Tolerancja niewspółosiowości jest opisywana jako atut łożysk kulkowych i jest to ograniczenie konstrukcyjne, które można sprawdzić przed wyborem łożysk rolkowych. Łożyska kulkowe mają tolerować niewspółosiowość kątową do około 0.004 in między łożyskiem a wałem, natomiast niewspółosiowość łożysk rolkowych jest opisywana jako mniej wybaczająca i może uniemożliwić prawidłową pracę, jeśli rolka wypadnie zbyt daleko ze swojego położenia¹¹. Niewspółosiowość nie wynika wyłącznie z tolerancji wykonania — może ją powodować także rozszerzalność cieplna, a zdolność do przechylania różni się w zależności od konstrukcji¹⁸. Praktyczne pytanie brzmi: czy współosiowość wału i oprawy, łącznie z niewspółosiowością pojawiającą się przy nagrzewaniu wału, mieści się w granicach akceptowanych przez łożysko stożkowe. Źródła podają wartość dla łożysk kulkowych, ale nie określają limitu niewspółosiowości w odniesieniu do łożysk stożkowych ani wymaganej dokładności współosiowości dla wału układu napędowego^11,18. Jeśli konstrukcja nie pozwala ściśle kontrolować współosiowości, jest to podawany powód, by preferować łożyska kulkowe; jeśli pozwala, łożyska rolkowe pozostają w grze.

Czy możesz zaakceptować wymagania montażowe i związane z napięciem wstępnym?

Wybór łożysk stożkowych wiąże się z ustawieniem napięcia wstępnego i z gabarytami montażowymi, których łożyska kulkowe nie narzucają. Łożyska rolkowe mają — jak podają źródła — inne wymiary montażowe niż łożyska kulkowe: otwór, średnica zewnętrzna i szerokość mogą się różnić. Wymagają też precyzyjnej regulacji napięcia wstępnego, więc zamiana jednego typu na drugi wymaga walidacji inżynierskiej¹⁸. Prawidłowość napięcia wstępnego jest opisywana jako krytyczna dla trwałości łożysk stożkowych: zbyt duże napięcie zwiększa nagrzewanie i skraca trwałość, a zbyt małe powoduje poślizg i pęknięcie koszyka¹⁸. Łożyska kulkowe są częściej sprzedawane jako zespoły i wymieniane jako kompletna jednostka, natomiast łożyska rolkowe pozwalają na wymianę pojedynczych pierścieni wewnętrznego i zewnętrznego¹¹. Ta różnica ma znaczenie zarówno dla planowania utrzymania ruchu, jak i dla wstępnej konstrukcji oprawy i progu oporowego. Zanim konstrukcja oprawy i progu oporowego zostanie zatwierdzona, potwierdź, że Twój zespół pozwala ustawić i utrzymać napięcie wstępne wymagane przez łożysko stożkowe oraz że otwór, średnica zewnętrzna i szerokość mieszczą się w dostępnych gabarytach. Źródła nie podają wartości pasowania wału i oprawy, konstrukcji progu oporowego ani luzu osiowego i ustawienia napięcia wstępnego, więc dane te muszą pochodzić od dostawcy łożysk¹⁸.

O co zapytać dostawcę przed wysłaniem zapytania ofertowego

• ✓Poproś o nośność dynamiczną i statyczną dla łożyska stożkowego oraz dla łożyska kulkowego skośnego lub zwykłego przy docelowej średnicy otworu.
• ✓Poproś o wartości dopuszczalnej prędkości (granicznej lub odniesienia) oraz współczynnika prędkości dla każdego typu w Twoich warunkach smarowania i warunkach cieplnych.
• ✓Zapytaj, czy obciążenie osiowe jest jednokierunkowe, czy musi być utwierdzone w obu kierunkach, i jak wpływa to na układ łożysk.
• ✓Poproś o wartości pasowania wału i oprawy, konstrukcji progu oporowego oraz luzu osiowego lub ustawienia napięcia wstępnego dla wariantu z łożyskiem stożkowym.
• ✓Poproś o wymaganą dokładność współosiowości wału i oprawy dla zastosowania w układzie napędowym.
• ✓Poproś o moment tarcia, moment rozruchowy i sprawność przy Twojej prędkości i obciążeniu eksploatacyjnym.
• ✓Poproś o obliczenie trwałości L10 lub L10h przy Twoim rzeczywistym obciążeniu złożonym i prędkości, z uwzględnieniem reżimu smarowania i zanieczyszczeń.

Gdzie źródła nie są zgodne co do tego, czy łożyska stożkowe są wyborem domyślnym

Sources

1. 8 techincastor.com — Manufacturer technical documentation
2. 11 castercentral.com — Industry publication
3. 13 bullcaster.com — Manufacturer technical documentation
4. 15 bullcaster.com — Manufacturer technical documentation
5. 16 bullcaster.com — Manufacturer technical documentation
6. 18 flowmachinery.com — Unclassified source
7. 29 www.globe-caster.com — Industry peer technical page