V mechanice je ložiskem zařízení určené k vedení sestavy v rotaci, to znamená, že umožňuje rotaci součásti vzhledem k druhé podél definované osy otáčení. Ložisko je tedy ložisko . Ve srovnání s kluznými ložisky umožňuje ložisko velmi malý odpor při otáčení a současně podporuje značné síly. Najdeme jej v kávovarech, skateboardech, skútrech, automobilech ...
První valivá ložiska známá ze dne I st století . To bylo používáno pro fungování cenatio rotunda .
Uvažovaný mechanismus zahrnuje dvě podsestavy, které se musí navzájem otáčet; jsme tedy v přítomnosti pivotního odkazu . Spojení je provedeno mezi dvěma válcovými částmi:
Ložiska jsou vložena mezi hřídel a náboj.
Síly mechanismu mají tendenci pohybovat hřídelem vzhledem k náboji. Rozlišujeme:
Ložiska jsou vyrobena tak, aby odolávala radiálním silám, s výjimkou axiálních kuličkových ložisek. Aby ložiska neklouzala působením axiálních sil, musí být blokována překážkami, jako jsou osazení nebo distanční prvky.
Různé typy ložisek se vyznačují schopností:
stejně jako jejich účinnost, jejich kompaktnost a samozřejmě celkové náklady na implementaci (náklady na ložiska, náklady na obrábění dílů, náklady na montáž, snadná výměna).
Kuličkové ložisko je ve formě dvou koaxiálních kroužků, mezi nimiž jsou umístěny kuličky, lehce namazané a udržované v určité vzdálenosti klecí.
Použité materiály závisí na aplikaci, pro kterou je ložisko určeno, ale obecně musí být velmi odolné vůči tlaku. Proto často volíme ocel nebo keramiku (Si 3 N 4, SiCnebo ZrO 2).
Na rozdíl od všeobecného přesvědčení, hlavním účelem mazání není snížit tření mezi kuličkami a kroužky; zde se používá především mazivo, aby se zabránilo zadření různých součástí. Přebytek maziva navíc ztěžuje pohyb a způsobuje zahřívání, které je velmi škodlivé pro životnost součásti.
Protože ložisko není v zásadě utěsněno , je třeba dbát na jeho ochranu před prachem a jinými cizími tělesy, které by se v něm mohly usazovat, což urychluje jeho opotřebení a snižuje jeho účinnost. Ložiska jsou však často vybavena přírubami, aby se zabránilo jejich utěsnění. U běžného typu ložiska se těsnění dosahuje pomocí břitových těsnění .
Existuje oblíbený standard ABEC pro měření kvality ložisek, který je postupně nahrazován normou ISO .
Ekvivalentní mechanické spojení mezi oběma kroužky ložiska závisí na typu valivých prvků a uspořádání kontaktů těchto prvků s kroužky. Místní spojení mezi hřídelem a jeho pouzdrem navíc závisí na způsobu, jakým je ložisko připevněno k hřídeli a k otvoru . K dosažení otočného spojení je často nutné použít dvě ložiska, přičemž jedním z izostatických řešení je kombinace kulového kloubu a prstencového lineárního vedení .
Zneužíváním jazyka používáme stejné označení „kuličkové ložisko“ pro pojmenování všech druhů ložisek. Musí se však odlišovat tvarem valivých prvků:
Sestava prvků kuličkového ložiska se nezdá zřejmá z pohledu předmětu. Jedná se o choulostivou operaci (nesmíte poškodit součásti), ale není obtížná. Kromě toho je ložisko součástí, kterou nelze opravit. Prvky jsou spárovány (vybrány tak, aby do sebe co nejlépe zapadaly). Níže uvedená tabulka proto popisuje montážní operaci během výroby této součásti, která v žádném případě neodpovídá pomoci při provádění této součásti.
U kuželíkových ložisek a axiálních ložisek je možné oddělit kroužky a klec. Proto tento problém s montáží nevzniká.
Ložiska se vyznačují tvarem a uspořádáním valivých prvků. Každý model má svůj vlastní specifický výkon, a tedy specifické použití.
Například válečková ložiska nesou vyšší zatížení ve srovnání s kuličkovými ložisky (ekvivalentní velikosti), protože kontakt valivých prvků s kroužky je lineární. Přijímají však nižší frekvence otáčení. Jehlové klece jsou méně objemné, ale vyžadují přípravu steliva (kalení).
Kuličková ložiska s radiálním kontaktem, nazývaná také kuličková ložiska s hlubokou drážkou, jsou nejběžnější ložiska: jsou levnější i kompaktnější. Mohou připustit kulový kloub mezi 2 a 16 ' , ale tolerují pouze mírné axiální zatížení.
Pro agresivní prostředí (vlhkost, prach) se používají utěsněná ložiska: jsou utěsněna pomocí polymerových nebo plechových přírub. Poté jsou namazány na celý život.
Kuličková ložiska typu RBTC jsou kuličková ložiska používaná v oblasti cyklistiky.
Ve skutečnosti se jedná o radiální kontaktní ložiska, která mohou být: kuličková, válečková nebo jehlová. Tato ložiska, na rozdíl od kruhových ložisek, nemají ochranné těsnění ani těsnění. Ve světě závodní cyklistiky však zůstávají velmi populární pro svou snadnou údržbu.
Jedná se o dvouřadé kuličkové ložisko, jehož vnější kroužek je sférický. Toto ložisko přijímá výrazné otočení od 2 do 4 ° .
U tohoto typu ložiska dochází ke kontaktu mezi koulí a dráhami podél osy nakloněné vzhledem k rovině kolmé k ose otáčení hřídele. Osa otáčení kuliček je tedy nakloněna vzhledem k ose otáčení hřídele. Tento šikmý kontakt umožňuje podstoupit značné axiální síly, ale pouze v jednom směru; jsou proto namontovány ve dvojicích proti sobě (v O nebo X, viz níže Kuželíkové ložisko ). Na druhou stranu přijímají pouze mírné otočení řádově 1 až 2 ' , což znamená velkou péči, pokud jde o obrábění nebo seřizování (vyrovnání).
Typické kontaktní úhly jsou 15 ° , 25 ° a 40 ° .
Dvouřadá kuličková ložiska s kosoúhlým stykem, přijímající velká axiální zatížení v obou směrech, lze použít samostatně, například pro krátký hřídel. Nepřijímají žádné otočení.
Dosáhl kuličkového ložiska s kosoúhlým stykem.
Dvouřadé kuličkové ložisko s kosoúhlým stykem.
Uspořádání kuličkových ložisek s kosoúhlým stykem ve dvou řadách: zezadu dozadu (vlevo), X (uprostřed) a tandem nebo řada (vpravo).
Podporují významné axiální a radiální síly. Díky uspořádání valivých kontaktů se mohou kroužky oddělit axiálním posunem. Proto nepředstavují stejné problémy s montáží jako kuličková ložiska.
Představují rovnocenný kulový kloub (jednostranný) mezi kroužky. S velkou tuhostí je tento typ součásti ideální pro vysoce přesná vedení, která musí být vystavena velkým silám (otočení kola vozidla, vřetena stroje).
Kuželíkové ložisko je vykloubené
Rozložení X a O.
Technologické problémy montáže back-to-back
Technologické problémy X-editace
Pro vedení hřídele, jako jsou kuličková ložiska s kosoúhlým stykem, jsou obvykle spojována ve dvojicích proti sobě. V závislosti na uspořádání komponent získáme takzvanou sestavu O nebo X :
Každé ložisko tvořící kulový kloub, spojení těchto dvou poskytuje otočný čep , jehož tuhost je o to větší, že středy tahu jsou vzdálené. Protože tato sestava v opozici neumožňuje vytvoření izostatického spojení, je potřeba seřízení během montáže, pro správnou funkci. Jejich implementace je proto dražší.
Z technologických důvodů (nastavení kroužků a jejich uložení a nastavení vůle) se u rotujícího hřídele obvykle používá uložení X vzhledem k radiálnímu zatížení, které je spojem vystaveno. O-mount se používá v případě otočného krytu.
Podporují mírné vychýlení. Existují dva typy valivých ložisek:
Vzhledem k tvaru a uspořádání válečků tato ložiska přijímají velké relativní vybočení obou kroužků (několik stupňů). Jsou proto ideálně vhodné pro vedení velmi dlouhých hřídelí, pro které není možné vyrovnat rozpětí, když jsou vyráběna, jako je například vedení lodního hřídele.
Vypadá to jako válečkové ložisko, ale jeho valivé prvky mají mnohem menší průměr (ve srovnání s jejich délkou). Má tedy výhodu v tom, že je méně objemný, což je výhodné, když je radiální prostor malý: jedná se o řešení přijaté pro spojení příčníků kloubového kloubu s dvěma náboji.
K dispozici jsou kompletní ložiska s oběma kroužky, ale také modely pouze s vnějším kroužkem nebo pouze klec, která drží valivé prvky. V tomto případě musí být tyče dostatečně tvrdé. Ložisko proto není jedinou složkou opotřebení.
Typ klece je odolnější, zejména při vysokých rychlostech. Je například používány na pístní čepy z dvoudobých motorů , nízká mazání neumožňuje použití ložisek .
Tento typ ložiska podporuje pouze axiální síly. Používají se spolu s dalšími ložisky, která nesou radiální zatížení spoje.
Rozlišuje se mezi jednočinnými zarážkami, které podporují síly pouze v jednom směru, a dvojčinnými zarážkami, které nesou zatížení v obou směrech.
Stejně jako u běžných ložisek mohou být valivými prvky kuličky, válečky nebo jehly. Axiální kuličková ložiska podporují pouze nízké otáčky. Jehlová nebo válečková axiální ložiska nesou větší zatížení než kuličková ložiska.
Cykliky z vrtulníku se opírá o tento typ složky v řízení výtahu lopatek.
Použití ložisek při realizaci otočného spojení vyžaduje respektování pravidel zaručujících zdravé chování sestavy. Možnosti jsou zcela dány provozními podmínkami mechanismu: velikost, přenášené síly, frekvence otáčení, životnost.
Vzhledem k tomu, že se jedná o poměrně běžné použití a jeho formy vyžadující důležitou práci, pokud chceme respektovat konvence technického výkresu , přijme vyobrazení ložisek, pokud jde o šroub , zvláštní konvence na diagramech a plánech. Toto schematické znázornění navíc usnadňuje čtení plánu (rychlá identifikace dílu) a montáž asymetrických ložisek.
Obrysy kroužků jsou nakresleny, jako by ložisko bylo z jednoho kusu, a symbol označuje typ valivých prvků, uspořádání vodicích kontaktů a všechny možnosti (těsnění). Obecně jsou vlastnosti komponenty připomínány v nomenklatuře.
Z hlediska kinematických spojení :
Jehlová ložiska umožňují velmi malé natáčení (řádově dvě minuty úhlu) a nic nebrání tomu, aby se kroužky pohybovaly radiálně vůči sobě. jsou tedy modelovány, pokud jde o studium izostaticity, prstencovými lineárními spoji.
Působením radiálního zatížení mají kroužky rotačního ložiska tendenci otáčet se na svém sedle nebo ve svém pouzdře, což způsobuje předčasné opotřebení sedla. Je proto nutné svázat kroužky s prvky sestavy (hřídel, pouzdro) tak, aby se staly její nedílnou součástí.
Pravidlo 1 Kroužek rotující ve vztahu ke směru radiálního zatížení musí být pevně usazen . Kroužek upevněný ve vztahu ke směru nákladu musí být volný.Takže v rámu rámu stroje:
Mít dvě ložiska umožňuje odolat radiálním momentům (momenty, které mají tendenci ohýbat hřídel). Navíc většina ložisek umožňuje vůli zvanou „otočná“ (kromě jehlových ložisek); aby bylo možné vést v překladu, to znamená účinně vynucovat směr osy spojení, jsou proto zapotřebí minimálně dvě ložiska.
U krátkých sestav je volitelně možné použít jedno jehlové ložisko za předpokladu, že radiální zatížení je vystředěno na ložisku, nebo ložisko s kosoúhlým stykem s dvojitou řadou kuliček.
U velmi dlouhých sestav podporujících velká radiální zatížení lze namontovat více než dvě ložiska.
Pravidlo 3 Pokud systém není vystaven axiálnímu zatížení (nebo slabému axiálnímu zatížení), pak je jedno z ložisek v pohybu zcela znehybněno překážkou (osazeními nebo rozpěrami); posuvný namontovaný kroužek druhého ložiska nemá v překladu žádnou překážku, ale těsně namontovaný kroužek je překážkou znehybněn.To umožňuje mít izostatickou sestavu. To zejména umožňuje určitou flexibilitu v sestavě (tolerance obrábění nemusí být příliš těsné) a umožňuje tolerovat roztažení (systém se během provozu zahřívá). Zcela imobilizovaná sestava je modelována kulovým kloubem, ložisko, jehož kroužek se posuvně posouvá, je modelováno prstencovým lineárním spojením.
Pravidlo 4 Pokud je systém vystaven významnému axiálnímu zatížení , obvykle se používají ložiska namontovaná proti sobě; pak se jedná o kuličková ložiska s kosoúhlým stykem nebo o kuželíková ložiska (obě ložiska jsou poté modelována kulovým kloubem). Pokud je zatížení velmi velké a v jednom směru, je také možné kombinovat kuličkové ložisko a tlačnou kuličku.Zátěž se otáčí vzhledem k vnitřnímu kroužku.
Zátěž je pevná vzhledem k vnějšímu kroužku.
Příklad: ložisko hnacího kola na automobilu (zatížení je svisle k zemi a vnitřní kroužek je poháněn kardanem)
V takovém případě musí být vnitřní kroužek k hřídeli pevně připevněn (nebo přilepen).
Nastavení může být na hřídeli typu k6 (viz doporučení výrobce, tolerance hřídele závisí na typu ložiska a zatěžovacím stavu).
Vnější kroužek je posuvně namontován v krytu.
Nastavení může být ve skříni typu H7 (viz doporučení výrobce).
Sestava otočného nábojeZátěž se otáčí vzhledem k vnějšímu kroužku.
Zátěž je pevná vzhledem k vnitřnímu kroužku.
Příklad: rolovací pračka, když prádlo není v bubnu dobře rozloženo. (vnitřní kroužek se otáčí s bubnem)
V tomto případě musí být vnitřní kroužek namontován posuvně, uložení může být na hřídeli typu g6. (Viz doporučení výrobce)
Vnější kroužek je pevně namontován (nebo přilepen).
Nastavení může být typu N7 (viz doporučení výrobce).
Kolísání napětí v kontaktu s valivými prvky na prstencích způsobuje únavové opotřebení . Hertzova teorie umožňuje poměrně přesný odhad tohoto efektu. Životnost ložiska je počet otáček, které může provést, než se objeví první známky štěpení, tj. Zhoršení stavu povrchu oběžných drah nebo samotných valivých prvků. Toto odštípnutí může vést k síťovému zadření spojení nebo dokonce ke zničení ložiska, a tím i částí, které vede.
Určujeme počet ložisek (v%), u kterých lze očekávat dosažení stanovené životnosti. Toto procento je spolehlivost, můžeme se k ní také přiblížit s pravděpodobností, že ložisko dosáhne této životnosti. Tato měření jsou stanovována samotnými výrobci nebo normalizačními orgány. Z těchto statistických záznamů lze posoudit spolehlivost modelu obratu.
Tato spolehlivost R je dána Weibullovým zákonem :
kde L je instalovaná životnost, R podíl ložisek, která může dosáhnout L a L 10, jmenovitá životnost vyjádřená v milionech otáček.
Tento zákon předpokládá, že 90% ložisek dosáhne minimálně L 10 .
Pro spolehlivost vyšší než 96% již tento zákon není platný, protože v extrémním případě by 100% spolehlivost poskytla nulovou životnost (je to asi 0,025⋅L 10 ) a pak použijeme tento zákon:
kde α ≃ 0,025 <.
Pro výpočet L 10 používáme
L 10 = (C / P) 3 pro kuličkové ložiskonebo
L 10 = (C / P) 10/3 pro válečkové ložiskokde C je základní dynamické zatížení (dané výrobcem) a P ekvivalentní radiální zatížení podporované.
Pro výpočet P pro kuličkové ložisko musíme získat radiální a axiální zatížení, respektive F r a F a . Potřebujeme také údaje výrobce e , X a Y:
pokud F a ≤ e × F r, pak P = F r ; pokud F a ≥ e × F r pak P = X × F r + Y × F a .Odbourávání únavy je „normální“ režim vyřazování z provozu; týká se pouze ložisek instalovaných v souladu s doporučenými pravidly pro montáž, mazání a životní prostředí. Pokud je ložisko špatně přizpůsobeno, jeho opotřebení může být mnohem rychlejší: poruchy mazání, špatně nastavená vůle, agresivní prostředí, působení rázů jsou všechny přitěžující faktory.
Skutečná životnost může být mnohem kratší než ta, která se počítá v konkrétních případech použití, jako je
- velmi rychlé nastavení (velmi důležité zrychlení), pokud je kulová klec nýtovaného lisovaného typu, protože klec se pak může rozdělit na několik kusů a kousky zničí valivé prvky: opracovaná monobloková klec může problém vyřešit i přes nižší počet koulí;
- průchod velkého elektrického proudu mezi vnitřním a vnějším kroužkem, například v případě elektrického svařování, pokud není zemnící svorka pro svařování umístěna na správném místě;
- koroze prstenů kondenzací po přepravě letadlem v důsledku velmi nízké teploty v nákladovém prostoru;
- anizotropie materiálu použitého pro kroužky: pokud jsou například z důvodu nákladů vyrobeny z plochého plechu místo válcovité tyče, mohou být různé charakteristiky podle směru příčinou předčasného selhání v provozu;
...
SKF (světová jednička), Schaeffler (INA a FAG značky, n o 2 celosvětově), Timken Company , NSK Ltd. „ NTN (která koupila SNR ) a JTEKT společně představují 60% globálního trhu s ložisky v roce 2016. Ostatní výrobci: Minebea (miniaturní ložiska), KRX Engineering (ložiska ROULTEX), WIB (přesná kuličková ložiska), Jesa (na zakázku) změřte kuličková ložiska + vstřikování plastu).