Łożyska toczne

cechy łożysk — Każda grupa łożysk ma charakterystyczne cechy, które określają warunki, w jakich najlepiej spełniają swoje zadanie. fot_Piotr Rybacki

elementy toczne w łożyskach — Każda grupa łożysk ma charakterystyczne cechy, które określają warunki, w jakich najlepiej spełniają swoje zadanie. fot_Piotr Rybacki

Do wałów o małych średnicach dobiera się przeważnie łożyska kulkowe zwykłe, a do tych o dużych średnicach – łożyska walcowe, stożkowe i baryłkowe, jak również w niektórych przypadkach kulkowe zwykłe.

Najniższą wysokość przekroju poprzecznego mają łożyska igiełkowe, walcowe i baryłkowe określonych serii, a w następnej kolejności łożyska kulkowe zwykłe. Jeżeli wielkością ograniczającą przestrzeń jest szerokość łożyska, dobiera się zwykle łożyska walcowe jednorzędowe i kulkowe zwykłe.

Oznaczenie literowo-cyfrowe

Każde łożysko jest oznaczone symbolem literowo-cyfrowym. Podzielony jest on na trzy grupy znaków. Grupa znaków przed numerem podstawowym określa podzespół łożyska, numer podstawowy wyraża jego serię i wymiar otworu. Natomiast grupa za numerem podstawowym oznacza konstrukcję oraz dokładność wykonania (tabela 1). Pierwsze dwie lub trzy cyfry symbolu podstawowego oznaczają rodzaj elementów tocznych, a ostatnie dwie – średnicę otworu łożyska. Oznaczenie cyfrowe 00 określa średnicę 10 mm, 01 – 12 mm, 02 – 15 mm oraz 03 – 17 mm. Wyższe liczby (04-96) mnoży się przez 5, otrzymując w wyniku średnicę otworu łożyska. Przy średnicach powyżej 500 mm wymiar otworu podaje się bezpośrednio za kreską ułamkową, po znaku serii, np. 60/500. Dla średnic do 10 mm, stosowanych w łożyskach kulkowych zwykłych i wahliwych, wymiar ten podaje się pojedynczą cyfrą, równą średnicy otworu.

Przykład oznaczenia łożyska kulkowego jednorzędowego:

6305 2Z P636 S1

Jest to łożysko kulkowe zwykłe jednorzędowe, wykonane ze stali łożyskowej, dwustronnie uszczelnione (2Z), klasa dokładności (P6), luz promieniowy (C3), poziom drgań (C6), obróbka cieplna stabilizująca do 200°C (S1). Oznaczenie literowe C luzu i poziomu drgań często jest pomijane i łączone w jedną całość z oznaczeniem klasy dokładności.

Czynniki decydujące o doborze łożyska można podzielić na dwie podstawowe grupy. Jedną z nich stanowi wybór jego typu, uzależniony od konstrukcji i przeznaczenia maszyny, jego warunków pracy, montażu, obsługi itp. Wybór odpowiedniego typu łożyska w tym zakresie zależy od konstruktora maszyn i warunków pracy. Drugą grupę stanowią czynniki decydujące o wymiarach łożyska. Należą do nich: wartość obciążenia (nośność), przy którym przepracuje ono określony okres bez zniszczenia, oraz maksymalna prędkość obrotowa dla danego łożyska.

Łożyska toczne mogą być stosowane do pracy w temperaturze nie większej niż +120°C. Nawet ich jednorazowe nagrzanie do wyższej temperatury powoduje częściową stratę nośności wskutek odpuszczenia pierścieni lub elementów tocznych i zmniejszenia ich twardości.

Za trwałość łożyska przy danej prędkości obrotowej przyjmuje się czas jego pracy w milionach obrotów lub godzinach, obliczany do chwili wystąpienia pierwszych oznak zmęczenia materiału, którymi są rysy i mikropęknięcia na powierzchniach tocznych. Dalszym ich następstwem jest łuszczenie powierzchni tocznych i zniszczenie łożyska.

Łożyska toczne są częściami podatnymi na korozję, a więc powinny być przechowywane w pomieszczeniach czystych i suchych, o możliwie stałej temperaturze. Zalecana to 15-25°C, a wilgotność względna nie powinna przekraczać 70%. W pomieszczeniach tych nie mogą być magazynowane żadne agresywnie działające chemikalia, jak kwas, amoniak, wapno chlorowane lub nawozy sztuczne. Łożyska toczne powinny pozostawać w swych oryginalnych opakowaniach fabrycznych, otwieranych dopiero na stanowisku pracy bezpośrednio przed montażem. Przechowywanie ich bez opakowania jest niedozwolone. Zabrudzone (np. z powodu uszkodzenia opakowania fabrycznego) lub używane, przewidziane do dalszej eksploatacji, powinny być powtórnie zakonserwowane. Konserwacja taka polega na umyciu łożyska, zabezpieczeniu przed korozją olejem lub smarem i szczelnym owinięciu papierem parafinowym.

Montaż łożysk tocznych

Łożysko powinno się zużywać jedynie na skutek zmęczenia powierzchni bieżni i elementów tocznych, co objawia się ich charakterystycznym łuszczeniem. Przy prawidłowo zamontowanym łożysku i jego poprawnej eksploatacji zwykle nie występuje ścieranie oraz ugniatanie się bieżni i elementów tocznych. Nie powinno również nastąpić pęknięcie pierścienia lub koszyczka.

Sposób montażu łożysk tocznych zależy przede wszystkim od ich rodzaju. Inaczej powinny być montowane łożyska ogólnego przeznaczenia, np.: kulkowe produkowane w bardzo szerokim asortymencie, a inaczej specjalne, takie jak stożkowe czy igiełkowe.

W maszynach i urządzeniach należy montować nowe łożyska, gdyż to daje pewność ich trwałości przez dłuższy czas. Jeśli jednak, z pewnych względów, zdecydujemy się na montaż łożyska eksploatowanego, to należy wybrać takie, które nie wykazuje nadmiernych luzów i łuszczenia powierzchni roboczych pierścieni. Nie powinno też być na nim pęknięć, wykruszeń i wgnieceń. Nie warto też stosować takich łożysk, które przekroczyły swą trwałość, wyrażaną w liczbie obrotów lub godzinach pracy. Jeśli mamy wątpliwości co do stanu technicznego i trwałości łożyska, najlepiej z niego zrezygnować lub ostatecznie zamontować w miejsce, które w razie awarii będzie łatwo dostępne.

Pomimo niekiedy dużych różnic, jakie występują pomiędzy poszczególnymi rodzajami i typami łożysk, w czasie ich montażu powinny być uwzględniane pewne wspólne parametry. Jednym z nich jest przede wszystkim luz występujący w łożysku obciążonym, czyli tzw. luz roboczy. Łożysko, przed założeniem na wałek lub umieszczeniem w gnieździe kadłuba, ma pewien luz wewnętrzny, którego wartość, dla najpopularniejszego typu pod względem wielkości, wynosi 5-25μm, a która po montażu ulega znacznemu zmniejszeniu. Przyczyną tego są odkształcenia pierścienia wewnętrznego i zewnętrznego występujące przy wciskaniu łożyska. Odkształcenia i zmiany luzów będą tym większe, im większe jest obciążenie łożyska. Dlatego dla uzyskania prawidłowego luzu roboczego należy je zacisnąć wstępnie przy montażu. Uzyskuje się to przez ciasne pasowanie pierścienia wewnętrznego na czopie, a suwliwe pasowanie pierścienia zewnętrznego w osłonie, w przypadku tzw. ruchomego wałka. Jeśli osłona jest ruchoma, ciasno pasuje się pierścień zewnętrzny w osłonie, a suwliwie – wewnętrzny na czopie.

Uzyskanie właściwej wielkości zacisku wstępnego jest trudne i wymaga dużego doświadczenia. Dotyczy to przede wszystkim łożysk pracujących przy obciążeniach o zmiennych kierunkach. Pozostawienie choćby niewielkiego luzu między obracającym się wałem i osadzonym na nim pierścieniem łożyska może spowodować toczenie się wału po pierścieniu, co prowadzi do ścierania i zużycia czopa wału.

Kolejnym czynnikiem, mającym wpływ na jakość i dokładność montażu łożyska, jest sposób bazowania go na czopie i w gnieździe kadłuba. Należy pamiętać o tym, że pierścienie łożyska mają małą sztywność. Dla zabezpieczenia ich przed ukośnym ustawieniem podczas montażu należy przyjmować za bazę powierzchnię czoła pierścienia, starając się, aby pierścienie szczelnie przylegały do osadzeń wału lub kadłuba. Aby uzyskać taką szczelność, miejsca osadzeń pierścieni powinny być wykonane z dużą dokładnością oraz należycie oczyszczone i przygotowane do montażu. W czasie montażu łożyska tocznego należy zadbać o mycie i suszenie elementów, gdyż jednym z podstawowych warunków poprawnego montażu jest zachowanie czystości. Łożyska powinny być przemyte rozpuszczalnikiem, który nie powoduje korozji, np.: naftą, benzyną lub trójchloroetylenem.

Główną zasadą przy zakładaniu łożysk tocznych jakiegokolwiek typu jest dotrzymanie warunku, aby siły użyte do osadzania nie były przenoszone przez elementy toczne. Nieprawidłowe nabijanie łożyska prowadzi do powstawania wgnieceń na bieżniach, przez co zmniejsza się jego trwałość. Również niedopuszczalne jest uderzanie bezpośrednio w pierścień, ponieważ wtedy może nastąpić jego uszkodzenie, pęknięcie kulki, uszkodzenie bieżni itp. Przy takich uderzeniach pierścienie mogą również ustawiać się ukośnie. Z tych względów poprawne zakładanie łożyska można wykonać tylko przy zastosowaniu odpowiednich trzpieni. Pozwalają one na przyłożenie siły do całej powierzchni montowanego pierścienia. Gdy zakładamy łożysko na czop, to używamy rury lub trzpienia, które przykładamy do czoła pierścienia wewnętrznego i równomiernie w nie uderzamy. Jeśli wtłaczamy łożysko do kadłuba – wówczas przykładamy trzpień do pierścienia zewnętrznego.

Przy pasowaniu ciasnym pierścienia wewnętrznego na czopie łożysko można podgrzać w wannie olejowej w temperaturze 60-100oC w ciągu 10-15 min, a następnie wtłaczać na wał. Jeżeli koniec wału jest nagwintowany, to można go wykorzystać jako element do zamocowania uniwersalnego śrubowego przyrządu, do wtłaczania łożysk na wał.

W przypadku gdy łożysko osadza się w obudowie wykonanej z miękkiego metalu (np. stopu aluminium), należy wcześniej wtłoczyć w otwór tulejkę pośrednią ze stali lub brązu, która ułatwia obróbkę otworu. Ochroni ona także zewnętrzny pierścień łożyska przed oblepianiem miękkim stopem podczas eksploatacji.

Powyższe zasady dotyczą głównie łożysk kulkowych, z uwagi na ich budowę. Inaczej trzeba podejść do montażu łożysk stożkowych czy igiełkowych.

Montaż łożysk stożkowych

Montaż zespołu z łożyskami stożkowymi przebiega inaczej. W pierwszej kolejności osadza się pierścień wewnętrzny z wałeczkami i koszyczkiem na wale, w sposób podobny jak w przypadku łożyska kulkowego. Następnie osadza się pierścień zewnętrzny w korpusie, zwracając uwagę na jego prawidłowe ustawienie w otworze. Po ustaleniu dla danego typu łożyska optymalnego luzu montuje się zespoły. Sposób uzyskania wewnętrznych luzów, w poszczególnych przypadkach, zależy od konstrukcji łożyska i może być regulowany przez dobór podkładek, dokręcanie i odkręcanie nakrętki bądź też przez śrubę regulacyjną z podkładką oporową.

Regulację luzu przeprowadza się w następujący sposób. Pokrywę łożyska zakłada się bez podkładek, po czym nakrętki lub śruby mocujące dokręca się aż do wystąpienia oporów w obracaniu wału. Obracanie nim podczas dokręcania umożliwia prawidłowe ustawienie się łożyska. Przy tak dokręconej pokrywie w łożysku nie ma żadnego luzu. Następnie mierzy się szczelinomierzem, w dwóch lub trzech miejscach na obwodzie, wielkość szczeliny między pokrywą a obudową. Grubość podkładki (lub zestawu podkładek), którą należy założyć pod pokrywę, będzie równa wielkości określonej szczeliny i wielkości wymaganego przesunięcia wału wzdłuż osi.

Przy regulacji luzu w łożyskach stożkowych za pomocą śruby należy je dokręcać do momentu, gdy wystąpią silne opory przy obrocie, co świadczy o braku w nich jakiegokolwiek luzu. Następnie na podstawie skoku gwintu określa się wielkość kąta, o jaki należy odkręcić śrubę lub nakrętkę w celu otrzymania wymaganego luzu. O tym, czy uzyskano właściwy luz w łożyskach, wnioskuje się na podstawie oporu stawianego przez wał w czasie jego obracania, po całkowitym dokręceniu nakrętki.

Montaż łożysk igiełkowych

Łożyska igiełkowe, które zazwyczaj nie mają koszyczka, osadza się bezpośrednio między powierzchnią czopa wału a powierzchnią otworu obudowy, układając poszczególne igły kompletu łożyskowego. W tym celu bieżnię wału pokrywa się warstwą gęstego smaru, wałek ustawia się w półpierścieniu montażowym, po czym w utworzoną w ten sposób pierścieniową przestrzeń wprowadza się kolejno igły łożyskowe, obracając równocześnie wałek. Po założeniu kompletu igiełek na wałek nakłada się obejmujący element zespołu, usuwając półpierścień montażowy.

Gdy układamy igły łożyska na wewnętrznej powierzchni otworu, musimy posłużyć się pierścieniem montażowym, którego średnica zewnętrzna powinna być o 0,1-0,2 mm mniejsza od średnicy wałka rzeczywistego. Utrzymanie igiełek przy wewnętrznej powierzchni otworu osiąga się natomiast przez pokrycie go cienką warstwą gęstego smaru lub namagnesowanie igieł. Po założeniu wszystkich igieł oraz ustawieniu pierścieni ograniczających wstawia się montowany wałek, który wysuwa na zewnątrz pierścień montażowy, pozostawiając na miejscu igły.

Zespół z łożyskami igiełkowymi po zamontowaniu powinien się płynnie obracać, bez wystąpienia widocznych drgań. Po zakończeniu montażu łożyska igiełkowego należy też sprawdzić wielkość luzu wzdłużnego. Jeśli będzie on zbyt duży, spowoduje przyspieszone zużywanie się łożysk, natomiast całkowite usunięcie luzu wzdłużnego będzie przyczyną wystąpienia w krótkim czasie ich nadmiernego grzania się. Doprowadzi to do zatarcia, wgniecenia elementów tocznych i przyspieszonego łuszczenia się powierzchni.

Kontrola po montażu

Ocena zamontowania łożyska na wale i w kadłubie polega przede wszystkim na sprawdzeniu ruchu pierścienia zewnętrznego przy osadzeniu go na wał, a pierścienia wewnętrznego przy osadzeniu łożyska w otworze. Czynność ta jest bardzo ważna, gdyż dzięki niej upewnimy się, czy nie nastąpiło zakleszczenie kulek. W przypadku osadzenia łożyska na czopie wału pierścień zewnętrzny powinien obracać się lekko i równomiernie, bez oporów, przy czym podczas obracania powinien wystąpić delikatnie słyszalny szum. Przy osadzeniu w kadłubie to samo sprawdzenie dotyczy pierścienia wewnętrznego.

Wyróżniamy łożyska kulkowe, walcowe, baryłkowe, stożkowe oraz igiełkowe. Ze względu na kierunek obciążenia dzielimy je na poprzeczne i wzdłużne. Pozostałe kryteria podziału należą do tzw. uzupełniających i zalicza się do nich między innymi: liczbę rzędów elementów tocznych (łożyska jedno-, dwu- i wielorzędowe), możliwość wychylania się pierścieni (łożyska wahliwe), kształt powierzchni montażowych (łożyska samonastawne), uszczelnienia (łożyska jedno- lub dwustronnie uszczelnione). Każda grupa konstrukcyjna łożysk ma charakterystyczne cechy, które określają warunki, w jakich najlepiej spełniają one swoje zadanie lub w jakich warunkach nie powinny być eksploatowane.

Do wymiarów głównych łożysk tocznych zalicza się: średnicę otworu, średnicę zewnętrzną, szerokość łożyska poprzecznego lub skośnego, wysokość łożyska wzdłużnego, współrzędne zaokrąglenia między powierzchniami montażowymi (czołową, walcową lub stożkową).

Najważniejsze oznaczenia łożysk tocznych

Rodzaje łożysk z uwzględnieniem typu i odmiany zależnie od obciążenia
Rodzaj łożyska	Typ i odmiana łożyska
Obciążenie poprzeczne
Kulkowe zwykłe	60, 62, 63, 64, 160, 618, 619
Kulkowe wahliwe	12, 13, 22, 23
Kulkowe skośne jednorzędowe	70C, 72C, 72B, 73B
Kulkowe skośne dwurzędowe	32, 33
Walcowe z pierścieniem wewnętrznym	NU1, NU2, NU3, NUJ, NJ2, NH2
Walcowe bez pierścienia wewnętrznego	RNU
Walcowe bez pierścienia zewnętrznego	RN2, RN3
Walcowe dwurzędowe	NN3, NNU
Igiełkowe	Na4, RNa
Stożkowe	302, 303, 313, 320, 322, 323
Baryłkowe	222, 223, 230, 231, 232
Obciążenie wzdłużne
Kulkowe jednokierunkowe	511, 512, 513, 514
Kulkowe dwukierunkowe	522, 523, 524
Baryłkowe	292, 293, 294
Oznaczenie średnicy pierścienia wewnętrznego łożyska
Oznaczenie średnicy	Wymiar średnicy (mm)
00	10
01	12
02	15
03	17
04, 05, 06…, 96	liczbę stanowiącą kod (od wielkości 04) mnoży się przez 5 mm, uzyskując średnicę pierścienia wewnętrznego, np. 05 x 5 = 25mm
Oznaczenie dotyczące uszczelnień
Z	blaszka ochronna z jednej strony
2Z	dwie blaszki ochronne
ZN	blaszka ochronna i rowek po przeciwnej stronie niż blaszka ochronna
RS	uszczelka gumowa
2RS	dwie uszczelki gumowe
Oznaczenie koszyczka
J	nieutwardzony koszyk stalowy tłoczony (oznaczenia nie podaje się)
Y	koszyk z blachy mosiężnej tłoczony
F	koszyk stalowy masywny
M	koszyk z mosiądzu lub brązu masywny
T	koszyk z tworzyw termoutwardzalnych
Oznaczenie prowadzenia koszyczka
A	prowadzenie na pierścieniu zewnętrznym
B	prowadzenie na pierścieniu wewnętrznym
V	łożysko bez koszyka z pełną liczbą części tocznych