Rozdíly mezi kuličkovými ložisky a kluznými ložisky – jaký typ ložiska je pro vás ten pravý?
Kuličková a kluzná ložiska jsou dva základní typy ložisek používaných v různých mechanických systémech ve strojírenství. Hlavním úkolem ložisek je umožnit definované pohyby komponent a tím co nejvíce snížit tření. Ačkoli oba typy ložisek mají společný cíl, existují zásadní rozdíly v designu, funkčnosti a použití. Tento článek blogu popisuje nejdůležitější rozdíly mezi kuličkovými ložisky a kluznými ložisky.
Kuličková ložiska jako typ valivých ložisek
Válcová ložiska patří mezi nejběžnější typy ložisek. Používají valivé prvky k vyrovnání sil mezi povrchy ložisek. Cigaretové prvky jsou umístěny mezi vnitřním a vnějším prstencem. K podepření hřídelí a os se často používají válečková ložiska, protože mohou nést jak axiální, tak radiální zatížení v závislosti na jejich konstrukci, což umožňuje otáčení namontovaného hřídele.
Kuličková ložiska jsou podmnožinou valivých ložisek a podporují rotující pohyby s nejnižším možným třením. Skládají se z vnitřních a vnějších prstenců, mezi nimiž jsou kuličky, které fungují jako valivá tělesa. Tato konstrukce výrazně snižuje tření mezi pohyblivými částmi stroje nebo systému. Za provozu vestavěné kuličky rozdělují zatížení, ke kterým dochází, a umožňují tak hladké a efektivní otáčení.
Typy kuličkových ložisek
Zapichovaná kuličková ložiska
Zapichovaná kuličková ložiska jsou široce používaným typem kuličkových ložisek, která jsou charakterizována zapuštěnými dráhami míčků. Tato konstrukce jim umožňuje absorbovat radiální i nízké axiální zatížení. Díky svému jednoduchému designu a efektivitě se široce používají v mnoha průmyslových a mechanických aplikacích. Vyznačují se vysokou nosností a odolností.
Samovyrovnávací kuličková ložiska
Samonivelační kuličková ložiska mají vlastnosti podobné drážkovaným kuličkovým ložiskům, ale mají vnitřní kroužek se dvěma řadami kuliček vedených v drážkách. Závodní dráha vnějšího prstence má tvar duté koule. Tato konstrukce umožňuje, aby se samonivelační kuličkové ložisko nastavilo na malé vychýlení mezi vnitřním a vnějším prstencem. Výslednou úhlovou mobilitu lze použít ke kompenzaci zkreslených poloh nebo chyb zarovnání.
Úhlová kuličková ložiska
Úhlová kuličková ložiska jsou speciální kuličková ložiska, která nemají na rozdíl od rýhovaných kuličkových ložisek symetrickou konstrukci, pokud je pohlíženo ze strany. Vnější prstenec a vnitřní prstenec jsou opatřeny odpovídajícím protilehlým jednostranným ramenem, které umožňuje profil šikmé síly.
Kromě radiálních zátěží mohou tedy pojmout vyšší axiální zátěže než například rýhovaná kuličková ložiska. Jednořadá úhlová kuličková ložiska lze zatěžovat pouze axiálně z jedné strany, zatímco dvojřadá úhlová kuličková ložiska mohou absorbovat zatížení z obou směrů.
Axiální kuličkové ložisko
Axiální kuličková ložiska jsou charakterizována schopností odolávat obzvláště těžkým zátěžím ve směru hřídele. Jsou vhodné zejména v aplikacích vystavených pouze axiálním silám. V závislosti na konstrukci axiálního ložiska může absorbovat jednostranné axiální síly (jednostranné axiální ložisko), měnící se axiální síly (oboustranné axiální ložisko), axiální a střední radiální síly (axiální úhlové kuličkové ložisko). Axiální kuličková ložiska se skládají z podložek hřídele, podložek pouzdra a kulových sad.
Kluzná ložiska
Kluzná ložiska jsou ložiska, která nevyžadují valivé prvky, jako jsou kuličky. Jednou z jejich nejběžnějších aplikací je navádění a bezpečné polohování hřídelí při nízkých otáčkách nebo provádění neúplných kruhových pohybů. Rotační pohyb hřídele není umožněn valivými tělesy, ale posunutím povrchu hřídele na kontaktním povrchu kluzného ložiska. Posuvné desky se používají k přenosu lineárních pohybů.
Aby se minimalizovalo tření mezi povrchy, používají se kluzná ložiska se samomazáním nebo externí přívod maziva. Použitá maziva mohou usnadnit pohyb mezi dvěma povrchy a minimalizovat tření.
Typy kluzných ložisek
Pouzdra kluzných ložisek
Kluzná pouzdra nebo kluzná pouzdra jsou ložiska, která umožňují pohyb mezi dvěma součástmi s nízkým třením a tlumením vibrací. Zajišťují lineární nebo rotační pohyb mezi součástmi.
Kluzná ložisková pouzdra se dělí podle konstrukce na kluzná ložisková pouzdra s límcem a kluzná ložisková pouzdra bez límce, nazývaná také válcová kluzná pouzdra. Díky mechanickému dorazu může kluzné ložiskové pouzdro s límcem absorbovat mírné axiální síly.
Kluzná pouzdra se dále vyznačují mazáním.
- Jednoduchá kluzná ložiska jsou nenáročná na údržbu a buď nejsou mazána, nebo jsou mazána plastickým mazivem.
- Hydrostatický bod ložiska je absorbován za stálého mazání. Ložisko je neustále mazáno, dokud je zajištěna cirkulace čerpadlem. Hydrostatická ložiska musí být pečlivě sledována a jsou drahá. Výhodou jsou nízké tření a nízké opotřebení ložisek, a to i při různých zatíženích.
- Hydrodynamická ložiska dosahují pouze namazaného stavu při určité rychlosti otáčení, protože mazivo je distribuováno hydrodynamickými účinky. Protože k těmto účinkům nedochází v hydrostatickém stavu, ložisko se pohybuje při nízkých rychlostech pod vlivem suchého tření a v přechodech ve smíšeném tření.
Přítlačné podložky
Přítlačné podložky nebo rovněž kluzné podložky ložisek jsou ložiska ve tvaru disku, která fungují jako axiální ložiska hřídele. Plné podložky ložisek jsou vloženy nebo připevněny na jedné straně v závislosti na aplikaci.
Různá uspořádání ložisek
Pevné/plovoucí ložisko
Uspořádání pevných/plovoucích ložisek se obvykle skládá ze dvou ložisek. Pevná ložiska zajišťují hřídel v radiálním a axiálním směru, to znamená, že musí být schopna absorbovat radiální síly a axiální síly na obou stranách. Naproti tomu plovoucí ložiska mohou absorbovat pouze radiální síly, aby kompenzovala axiální pohyb nebo posun tepelnou expanzí, výrobními tolerancemi atd.
Uspořádání nosného ložiska
Uspořádání nosného ložiska se rovněž skládá ze dvou ložisek, z nichž obě absorbují radiální sílu. Na rozdíl od pevného/plovoucího ložiska mohou tato uspořádání ložisek absorbovat axiální síly pouze v jednom směru. Nosná ložiska jsou rozdělena do dvou verzí: upravené uspořádání ložisek a plovoucích ložisek.
U seřízených ložiskových uspořádání jsou obě ložiska umístěna proti sobě – dalo by se také říci zrcadlově. Hřídel je axiálně upevněna v jednom směru jedním z ložisek a v opačném směru druhým ložiskem. Toto uspořádání ložisek se často používá k vedení hřídele při předpětí a přesném otáčení. Pro kónická kuličková ložiska se často používají úhlová kontaktní ložiska nebo kuželová válečková ložiska. V závislosti na uspořádání ložisek vede tepelná expanze použitých materiálů ke změnám v předpětí ložisek, které je mohou výrazně zatížit a zničit.
Plovoucí ložisko má mnoho podobností s ložiskem nastaveným. Plovoucí ložisko však umožňuje určitou axiální vůli s, tj. hřídel se může pohybovat – nebo plavat – axiálně na určitou vzdálenost. Plovoucí ložiska se používají, pokud není těsná axiální vodicí lišta. Typy ložisek vhodné pro plovoucí ložiska jsou kuličková ložiska s hlubokými drážkami nebo sférická kuličková ložiska.
Kritéria pro výběr kluzných a kuličkových ložisek
Základní rozdíl mezi těmito dvěma typy ložisek spočívá v jejich struktuře a jejich funkci. Při rozhodování o jednom z těchto typů ložisek nebo proti němu je užitečné zvážit následující rozlišovací vlastnosti:
- Tření a účinnost: Kuličková ložiska používají valivé prvky, obvykle kuličky, které se rolují mezi vnitřními a vnějšími kroužky, čímž umožňují pohyb s nízkým třením. Protože kuličky absorbují velkou část zátěže, tření v kuličkových ložiscích je obecně nízké, což vede k efektivnímu přenosu krouticích momentů a umožňuje vyšší rychlosti. Kluzná ložiska využívají principu přímého tření mezi dvěma povrchy. Zde se mezi hřídelí a kluzným ložiskem vytváří posuvná vrstva, obvykle vyrobená z maziva. Protože k pohybu dochází na povrchu s mazivem jako posuvným médiem, tření v kluzných ložiscích je obecně vyšší než v kuličkových ložiscích.
- Citlivost na stres a nárazy: Kluzná ložiska jsou výhodná v aplikacích s nižšími otáčkami a vysokými radiálními silami, ale kuličková ložiska jsou vhodná pro vyšší rychlost otáčení. Protože kuličková ložiska mají obecně nižší třecí momenty než kluzná ložiska, vytvářejí méně tepla, takže není nutné žádné další chlazení. Pokud jde o nárazové zatížení, kluzná ložiska jsou výhodná, protože materiálové zatížení je vyšší v kuličkových ložiscích kvůli menší ložiskové ploše válečkových těles a kuličková ložiska jsou citlivější na nárazové zatížení. Dokonce i klidové vibrace mohou kuličková ložiska snadno poškodit a nízké tlumení vibrací kuličkových ložisek je doprovázeno širokou škálou vibrací, hluku a oscilací. Kluzná ložiska jsou na druhou stranu schopna tlumit vibrace způsobené vibracemi.
- Životnost a údržba: Kluzná ložiska mají poměrně dlouhou životnost, zatímco kuličková ložiska jsou obvykle navržena pouze pro omezenou životnost. Ve srovnání s kuličkovými ložisky vyžadují kluzná ložiska menší údržbu, protože opotřebení je poměrně nízké i při nejvyšším zatížení. Jsou rovněž odolnější vůči nečistotám než kuličková ložiska, a proto jsou vhodnější pro použití v náročných prostředích. Kuličková ložiska musí být pro toto použití důkladně utěsněna, aby se zabránilo vniknutí prachu a nečistot. Kuličková ložiska lze na druhou stranu do sestav zabudovat s menším úsilím, protože se jedná o mezinárodně standardizované součásti. Kuličková ložiska jsou obecně vhodnější než kluzná ložiska, zejména při vysokých otáčkách, zatímco kluzná ložiska jsou vhodnější pro otočné pohyby.
- Instalace a náklady: Zatímco kuličková ložiska vyžadují poměrně velký prostor pro instalaci, kluzná ložiska jsou jednodílná a kompaktní, a proto vyžadují minimální prostor. Je rovněž snazší je sestavit. Dalším rozdílem je nákladový faktor. Kluzná ložiska jsou o něco levnější variantou ve srovnání s kuličkovými ložisky, protože kuličková ložiska způsobují vyšší náklady na konstrukci, včetně samotného ložiska a rovněž krytů, montážních ploch a upevňovacích prvků.
Příklad aplikace
Kliknutím sem se o této aplikaci dozvíte více.
Příkladem aplikace je dopravník se skleněnou elektronikou. Ložisko válečků je implementováno s kuličkovými ložisky. Vhodné součásti pro konstrukci ložiska naleznete v dílně MISUMI:
