Axiální kuličkové versus válcová axiální válečková versus kuželová axiální ložiska: jak vybrat pro aplikaci s axiálním zatížením

První kontrola: je přítomné významné radiální zatížení?

Axiální ložisko je stavěno na zatížení rovnoběžné s hřídelí. Axiální kuličková ložiska jsou konstruována speciálně pro jednosměrné axiální zatížení²² a obecným pravidlem výběru je použít axiální ložisko, když primární zatížení působí rovnoběžně s hřídelí³.

Jsou-li přítomny radiální i axiální zatížení, může aplikace vyžadovat úhlové kuličkové ložisko, kuželové válečkové ložisko či jiné uspořádání konstruované pro kombinovaná zatížení³. U těžkého kombinovaného zatížení směřuje vedení ke kuželovému válečkovému ložisku²⁰.

Právě tato kontrola vyřadí axiální typ dříve, než se vůbec probere axiální únosnost či cena. Axiální ložisko vybrané jen podle axiální únosnosti v aplikaci, která nesou i radiální zatížení, bude špatným nákupem.

Zdroje neuvádějí, zda čistě válcové axiální válečkové ložisko unese radiální zatížení, ani neudávají přípustnou hodnotu radiálního zatížení pro kterýkoli axiální typ, takže pokud radiální složka není nulová, potvrďte směr zatížení s dodavatelem, dřív než zařadíte jakýkoli axiální typ mezi kandidáty.

Axiální zatížení versus otáčky: axiální kuličkový či válečkový typ

Jakmile je zatížení potvrzeno jako primárně axiální, volba mezi axiálním kuličkovým a axiálním válečkovým ložiskem závisí na poměru velikosti zatížení k otáčkám.

Axiální kuličková ložiska používají kuličky pro axiální zatížení a hodí se pro malá až střední zatížení a vyšší otáčky; axiální válečková ložiska, válcová či kuželová, používají válečky a dávají vyšší axiální únosnost, ale nižší otáčkovou schopnost¹⁷. Mechanismem za rozdílem únosnosti je kontaktní geometrie.

Liniový kontakt rozprostírá napětí na větší plochu než bodový, takže válečkové ložisko má obecně vyšší základní dynamickou únosnost (C) než kuličkové ložisko stejného otvoru a vnějšího průměru^1,9.

Vzorec životnosti L10, L10 = (C/P)³ × 1,000,000 otáček, platí pro obě rodiny, takže výhoda válečků se projeví jako větší C při stejném P: buď prodlouží vypočtenou životnost při daném zatížení, nebo umožní ložisku nést víc zatížení při stejném cíli životnosti¹.

Táž geometrie pracuje proti válečkům při otáčkách: liniový kontakt vytváří na otáčku víc tření a tepla než bodový, takže válečková ložiska mají obecně nižší mezní otáčky než srovnatelně velké kuličkové ložisko¹. Výběrová řada jednoho dodavatele říká pravidlo tvrdu: pro malá zatížení volte kuličkové ložisko, pro těžká válečkové¹.

Je to stanovisko dodavatele, nikoli číselný práh. Žádný zdroj v této sadě neudává Ca či C0a ani mezní otáčky pro tři axiální typy, takže srovnání zatížení a otáček se musí provést na publikovaných jmenovitých hodnotách dodavatele pro konkrétní otvor, který hodláte koupit.

Přesnost montáže a nepřesnost uložení

Únosnost kuličkových, kuželových a válcových válečkových ložisek se počítá s předpokladem, že nepřesnost uložení nepřekročí 0,0005 radiánu, tedy 0,03°¹³. Nepřesnost nad tuto hodnotu vede k nižší životnosti L10, než je vypočtená¹³.

Vyrovnávací axiální ložiska jsou konstruována, aby nepřesnost uložení vstřebala, v rozsahu 1,0° až 1,5°¹³. Tato mezera je tím rozhodnutím.

Lze-li pouzdro obrobit a podložit tak, aby hřídel stála kolmo na čelní plochu pouzdra v rámci předpokladu 0,03°, lze standardní axiální kuličkové, válcové axiální válečkové či kuželové axiální ložisko použít podle jmenovitých hodnot. Nelze-li dokonalé uložení zaručit, vedení doporučuje přiklonit se k vyrovnávacím konstrukcím či vestavět štědřejší vnitřní vůli⁷.

Zdroje neudávají konkrétní hodnoty kolmosti a rovinnosti hřídele či pouzdra pro tři axiální typy, takže montážní tolerance musí být specifikována z katalogu dodavatele ložisek a potvrzena proti výkresu pouzdra.

Režim mazání a těsnění

Tuk je ve většině aplikací valivých ložisek mazivem volby, protože se snadno používá, odolává úniku a je relativně levný².

Vysoké teploty, vysoké otáčky či těžké znečištění jej mohou překonat: extrémní žár tuk v ložisku „upeče“, což způsobí ztrátu viskozity, kontakt kov na kov a nakonec zadření, a rostoucí otáčky mají týž účinek přes vyšší provozní teplotu². V těchto podmínkách je vhodný přechod na olej².

Olej si své místo zaslouží tím, že odvádí teplo uvnitř ložiska, splachuje nečistoty jako špínu, prach, vlhkost a opotřebení kovy a napravuje problémy související se zatížením, jako je prokluzování kuliček či válečků².

Daň je obchodní i provozní: olejové systémy stojí víc na počáteční investici i údržbě, přinášejí problémy s úniky a likvidací a potřebují víc práce na správné hladině⁶. Kde je přechod opodstatněn, je levnou první volbou statická olejová lázeň, zvláště při nízkých či středních otáčkách⁶.

Zdroje neudávají intervaly doplňování ani konkrétní doporučení maziva pro tři axiální typy, takže specifikaci tuku či oleje, plnicí množství a servisní interval je třeba vyžádat od dodavatele pro vybrané ložisko.

Standardní katalog či zakázková výroba: rozhodněte obchodní cestu

Než bude technické srovnání uzavřeno, rozhodněte, zda poslouží standardní katalogové ložisko. Standardní katalogová ložiska jsou k dispozici okamžitě, zatímco zakázkově konstruovaná ložiska často vyžadují minimální objednané množství 500 až 1,000 kusů a dodací lhůty 12 až 16 týdnů²⁹.

Tyto údaje pocházejí z dodavatelského zdroje popisujícího výběr motorových ložisek, takže je berte jako naznačení obchodní podoby zakázkové cesty, nikoli jako nabídku pro kterýkoli axiální typ. Jeden dodavatel ložisek uvádí, že MOQ se liší podle typu, specifikace a potřeby customizace a před nabídkou žádá model, kód vůle, množství a aplikaci²⁷.

Praktické pořadí je zkontrolovat dostupnost standardního katalogového provedení před uvažováním zakázkové konstrukce⁷. Existuje-li standardní axiální ložisko v požadovaném otvoru a instalačním prostoru, vyhnete se 12–16týdenní zakázkové lhůtě.

Potřebuje-li aplikace nestandardní prostor, vůli či únosnost, stávají se MOQ a lhůta součástí nákupního rozhodnutí a je třeba je písemně potvrdit v nabídce. Žádný zdroj neudává jednotkové ceny ani konkrétní lhůty pro tři axiální typy.

Třída tolerance a kontrolní dokumenty

Toleranční třídy, v metrickém systému známé jako ISO a v palcovém jako ABEC, regulují přípustnou odchylku rozměrů vnitřního a vnějšího kroužku a kulatost kroužků i drah; čím vyšší třída, tím ostřejší tolerance a tím přesnější smontované ložisko⁸.

Ložiska třídy 0 nabízejí dostatečný výkon pro obecné aplikace, zatímco pro náročné aplikace a provozní podmínky je vyžadována třída 5 či vyšší⁴. Tolerance sledují normy ISO a u axiálních ložisek zahrnují i tloušťku dráhy axiálního ložiska⁴.

U axiální aplikace třída tolerance určuje axiální oběhovou chybu a limity tloušťky dráhy, které sestava reálně uvidí, takže patří do výkresu a objednávky, nikoli na výchozí hodnotu dodavatele. Žádný zdroj nespecifikuje požadovanou toleranční třídu ani certifikaci pro tři axiální typy, takže třídu je třeba zvolit podle požadavku na přesnost aplikace a potvrdit s dodavatelem.

Vyžádejte si kontrolní certifikát, který zaznamenává naměřené hodnoty vůči této třídě.

Minimální zatížení a jmenovité hodnoty k potvrzení před objednávkou

Ložisko potřebuje minimální přiložené zatížení, aby valivá tělesa valila, nikoli klouzala. Když klouzají, setřou mazací olej a poškodí povrchy těles i drah — stav zvaný smazání, který zkracuje životnost ložiska¹⁶.

Dobrým přiblížením minimálního zatížení je Pmin = 0,02 × C, kde C je dynamická únosnost ložiska¹⁶. Ve většině aplikací hmotnost hřídele, ozubení a spojek tuto hodnotu překračuje, ale při startu je třeba sledovat a omezit úhlové zrychlení, aby ložiska okamžitě začala valit¹⁶.

Protože žádný zdroj v této sadě neudává C pro tři axiální typy, kontrolu nelze dokončit, dokud dodavatel dodá jmenovitou hodnotu.

• ✓Potvrďte, že axiální zatížení je rovnoběžné s hřídelí a že jakákoli radiální složka je řešena samostatným ložiskem [S3].
• ✓Získejte dynamickou únosnost C kandidátního axiálního ložiska a spočítejte Pmin = 0,02 × C [S16].
• ✓Zkontrolujte, že přiložené axiální zatížení překračuje Pmin, včetně stavu při startu [S16].
• ✓Vyžádejte si statickou únosnost C0a pro podmínky stání či rázového zatížení [S1].
• ✓Vyžádejte si mezní otáčky pro zamýšlený způsob mazání [S1].
• ✓Potvrďte, že otvor, vnější průměr a výška odpovídají dostupnému instalačnímu prostoru [S7].
• ✓Potvrďte toleranční třídu a kontrolní certifikát, který ji dokumentuje [S4].

Co zdroje nezjišťují

• Žádný zdroj neuvádí skutečné dynamické únosnosti Ca ani statické C0a axiálních kuličkových, válcových válečkových či kuželových válečkových ložisek
• Žádný zdroj neposkytuje hotový výpočet životnosti L10 pro skutečné axiální zatížení, otáčky a požadovanou životnost žádného z axiálních typů
• Žádný zdroj neuvádí číselné mezní ani referenční otáčky pro axiální typy při mazání olejem či tukem
• Žádný zdroj neuvádí, zda čistě válcové axiální válečkové ložisko může přenést radiální zatížení, ani neuvádí přípustné hodnoty radiálního zatížení pro axiální typ
• Žádný zdroj neuvádí konkrétní hodnoty kolmosti hřídel/těleso, rovinnosti ani přípustného úhlu zkosení osy pro axiální typy
• Žádný zdroj neuvádí konkrétní údaje o otvoru/vnější průměru/výšce pro axiální typy
• Žádný zdroj neuvádí intervaly do-mazání ani konkrétní doporučení mazání pro axiální typy
• Žádný zdroj neuvádí jednotkové ceny ani konkrétní dodací lhůty pro axiální typy
• Žádný zdroj neurčuje požadovanou třídu tolerancí ani certifikaci pro axiální typy