Łożyska to niewielkie elementy budowy maszyn i urządzeń, które mają jednak wielkie znaczenie dla ich działania – wszędzie tam, gdzie dwie części toczne wykonują wobec siebie ruch obrotowy, tam znajduje się łożysko. Znajdują się one w maszynach budowlanych, pojazdach, sprzętach AGD, silnikach elektrycznych, turbinach i wielu innych.
Wykonane zwykle z metalu (rzadziej z tworzyw sztucznych), przenoszą ogromne obciążenia i wymagają okresowej konserwacji – stąd znajomość ich zastosowań, wad i zalet oraz ich prawidłowy dobór jest szczególnie istotna. Sprawdź, jakie są różnice między łożyskami tocznymi i ślizgowymi.
Łożyska – czym są i do czego są używane?
Łożysko to, zgodnie z definicją, część urządzenia technicznego (mechanizmu lub maszyny), która podtrzymuje inną jego część tak, aby umożliwić ruch obrotowy tych dwóch części względem siebie. Ale ich budowa i zasada działania mogą być bardzo różne, stąd też różne jest zastosowanie łożysk. Ogólnie łożyska dzielimy na łożyska mechaniczne, hydrauliczne, elektryczne i magnetyczne, a łożyska mechaniczne, które będziemy w niniejszym artykule omawiać, dzielą się na:
- łożyska toczne (modele łożysk tocznych to np. łożyska kulkowe, walcowe, stożkowe, igiełkowe, baryłkowe, łożyska wahliwe, łożyska zwykłe);
- łożyska ślizgowe (łożyska wzdłużne i łożyska poprzeczne);
- łożyska wieńcowe.
Łożyska instalowane są między elementami mechanizmu – wałem a oprawą. Dzięki temu praca mechanizmu jest cichsza oraz efektywniejsza (łożysko zmniejsza siłę tarcia między nimi), a części wolniej się zużywają.
Łożyska ślizgowe – konstrukcja, rodzaje, zasada działania
To najprostszy i najpowszechniej używany rodzaj łożyska. Cechą charakterystyczną łożysk ślizgowych jest fakt, iż nie ma w nich ruchomych elementów tocznych, które występują z kolei w łożysku tocznym. Jego korpus wypełniony jest cylindryczną panewką, w której osadzony jest czop wału, i która swobodnie porusza się wewnątrz korpusu. Łożyska ślizgowe, mimo swojej bardzo prostej budowy, mogą przenosić naprawdę duże obciążenia, a ich praca jest wyjątkowo cicha. W zależności od typu smarowania dzielimy je na:
- łożyska suche – nie wymagają smarowania lub wymagają go rzadko,
- łożyska olejowe – to łożysko ślizgowe musi być smarowane olejem. Dzieli się na łożyska hydrostatyczne i łożyska hydrodynamiczne,
- łożyska powietrzne – między elementy trące wtłaczane jest sprężone powietrze tworząc swoistą poduszkę powietrzną.
Ze względu na kierunek przekazywania obciążeń przez tuleje ślizgowe, łożyska ślizgowe możemy podzielić na:
- łożyska ślizgowe poprzeczne – przeznaczone do przekazywania sił poprzecznych względem osi obrotu danego wała,
- łożysko ślizgowe wzdłużne – przekazuje siły wzdłużne, czyli działające na łożysko wzdłuż obrotu osi,
- łożyska poprzeczno – wzdłużne – stanowią kombinację dwóch powyższych.
Łożyska toczne – konstrukcja, rodzaje, zasada działania
Łożysko toczne zbudowane jest z pierścienia zewnętrznego i pierścienia wewnętrznego, między którymi znajdują się elementy toczne. Rolą elementów tocznych jest przenoszenie obciążeń, występują one jednak w różnych kształtach i względu na nie wyróżniamy różne rodzaje łożysk tocznych:
- łożysko toczne kulkowe – są uniwersalne, toteż najczęściej używane w budowie maszyn. Rolę elementów tocznych pełnią stalowe (zwykle) kulki;
- łożysko toczne stożkowe – elementy toczne przystosowane są do przenoszenia obciążeń osiowych i promieniowych;
- łożyska walcowe – przenoszą obciążenia osiowe, doskonale radzą sobie z wysokimi prędkościami obrotowymi;
- łożyska igiełkowe – przeznaczone do przenoszenia obciążeń promieniowych przy dużych prędkościach i ciągłej pracy;
- łożyska baryłkowe – przeznaczone do pracy z dużymi wałami i dużymi obciążeniami.
W łożyskach tocznych możemy również wyróżnić podział pod względem zmiany położenia kątowego, czyli sposobu, w jaki pierścień zewnętrzny i pierścień wewnętrzny wychylają się względem siebie:
- łożyska toczne zwykłe,
- łożyska samonastawne,
- łożyska wahliwe.
Łożyska toczne ulegają awariom – jak każde inne. Efektem nieprawidłowej pracy łożyska zawsze jest nieprawidłowa praca całego mechanizmu, a więc i maszyny czy urządzenia. Przyczyny awarii mogą być różne – zwykle zatarcie wynikające z nieprawidłowego montażu (wadliwy montaż powoduje pękanie pierścieni i szybko doprowadzi do wypaczenia bieżni) i eksploatacji. Ale mogą być też spowodowane przepływem prądu w obwodzie zamkniętym. Dlatego tak ważny jest prawidłowy montaż, konserwacja i dobór łożyska do sił działających w mechanizmie.
Porównanie łożysk ślizgowych i łożysk tocznych
Obydwa rodzaje łożysk służą ogólnie do tego samego celu, ale ich budowa jest bardzo różna. Łożyska toczne składają się z trzech części – dwóch pierścieni odpowiedzialnych za utrzymanie elementów tocznych w odpowiedniej odległości względem siebie i z tych elementów, ślizgowe natomiast z tulei i obracającego się w niej czopu wału lub innego elementu obrotowego. Z różnic w budowie wynikają jednak różnice w zastosowaniu, wydajności, możliwości znoszenia dużego obciążenia czy wreszcie sposób ich konserwacji. Oto ich ogólne porównanie.
Wydajność
Zazwyczaj wydajność łożysk ślizgowych jest wyższa niż wydajność łożysk tocznych, co wynika z mniejszego tarcia w częściach tocznych – luźne pasowanie łożysk ślizgowych stawia większy opór w czasie pracy.
Obciążenie
Nie wszystkie rodzaje łożysk przystosowane są do dużych obciążeń, ale jeszcze ważniejsza jest oś obrotu i jej kierunek. Jak pamiętamy, na łożysko działać mogą siły poprzeczne i wzdłużne – łożysko ślizgowe lepiej radzi sobie z obciążeniami wzdłużnymi, natomiast toczne z obciążeniami złożonymi (czyli zarówno wzdłużnymi i poprzecznymi, jak i wzdłużno – poprzecznymi).
Prędkość
Ogólna zasada głosi, że łożyska ślizgowe mogą osiągać znacznie mniejsze prędkości niż łożyska toczne, które z kolei lepiej znoszą duże obciążenie i odznaczają się doskonałą trwałością.
Konserwacja
Łożysko toczne jest zwykle samosmarujące, więc jego konserwacja jest znacznie łatwiejsza, a utrzymanie w nienagannym stanie nie wymaga dużego nakładu pracy. Natomiast łożyska ślizgowe wymagają wykonywania regularnych przeglądów technicznych, konserwacji i smarowania, do którego wykorzystuje się smary stałe i oleje mineralne. Prawidłowo eksploatowane i zadbane, z pewnością posłużą przez długi czas.
Koszt
Ze względu na bardziej skomplikowaną budowę, łożysko toczne jest zazwyczaj droższe zarówno w zakupie, jak i eksploatacji, ale ma też dłuższą żywotność, która w większości przypadków rekompensuje jego wyższą cenę.
Wymiary
To oczywiście kwestia względna – w dużych wałach konieczne jest zamontowanie dużych łożysk. Jeśli jednak weźmiemy pod uwagę konkretnej wielkości wał i spróbujemy dopasować do niego obydwa rodzaje łożysk, to ślizgowe okaże się mniejsze i lżejsze niż toczne.
Jak prawidłowo dobrać łożysko?
Próbując dopasować łożysko do mechanizmu maszyny lub urządzenia, należy wziąć pod uwagę jego parametry, a w szczególności:
- dopuszczalne obciążenie,
- prędkość obrotową,
- wymagania dotyczące konserwacji i smarowania,
- koszt zakupu i konserwacji.
Podsumowanie
Bez łożysk żaden mechanizm, w którym poszczególne elementy wykonują względem siebie ruch, nie może działać. Kluczem do zapewnienia mu płynnej, nieprzerwanej i efektywnej pracy jest jednak umiejętność dobrania odpowiedniego rodzaju łożysk, a następnie ich poprawny montaż i eksploatacja. Dlatego też warto znać różnice w budowie i działaniu różnych typów łożysk.