Jako inżynier wiesz, jak ważna jest precyzja, dokładność i niezawodność.
Ale czy kiedykolwiek zastanawiałeś się, jak bardzo proste łożysko kulkowe przyczynia się do tych ważnych cech w szerokim zakresie zastosowań inżynieryjnych? Łożyska kulkowe są stosowane we wszystkim, od samochodów, statków kosmicznych, urządzeń medycznych po roboty.
Umożliwiają swobodny ruch części i zmniejszają tarcie między ruchomymi i nieruchomymi częściami.
Niezależnie od tego, czy jesteś nowym studentem inżynierii, czy doświadczonym inżynierem, który chce dowiedzieć się więcej, ten artykuł wprowadzi Cię w świat łożysk kulkowych i wyjaśni, dlaczego są one tak ważne w tak wielu dziedzinach inżynierii.
Zapnijcie więc pasy i ruszajmy w tę ciekawą podróż w świat łożysk kulkowych.
Wprowadzenie do łożysk kulkowych
Formalna definicja:
Łożysko toczne umożliwia swobodny ruch między ruchomymi i stałymi częściami za pomocą kulek umieszczonych między pierścieniami zewnętrznymi i wewnętrznymi.
Łożyska kulkowe są ważną częścią wielu gałęzi przemysłu, takich jak transport, elektronika, produkcja i proces przekształcania papieru w różne rodzaje papieru.
Zadaniem łożyska kulkowego jest zmniejszenie tarcia i przenoszenie zarówno obciążeń promieniowych, jak i osiowych.
Czyni to za pomocą co najmniej dwóch wyścigów, aby utrzymać kulki na miejscu i przenosić obciążenia przez kulki.
W większości przypadków jedna bieżnia jest zamocowana, a druga jest przymocowana do zespołu lub wału, który się porusza.
Gdy pierścień wewnętrzny się obraca, kulki toczą się po wewnętrznej bieżni.
Z drugiej strony pierścień zewnętrzny pozostaje nieruchomy.
Ten ruch obrotowy ogranicza tarcie i sprawia, że ruch jest płynny.
Jak działają łożyska kulkowe
Idea łożyska jest prosta: lepiej, żeby rzeczy się toczyły niż ślizgały.
Łożyska zmniejszają tarcie dzięki zastosowaniu gładkich metalowych kulek lub rolek oraz gładkich metalowych powierzchni zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz łożyska.
Te kulki lub rolki „wytrzymują” ciężar, dzięki czemu urządzenie łatwo się obraca.
Większość łożysk kulkowych powstaje z połączenia czterech części:
- Duży pierścień zewnętrzny (lub zewnętrzna bieżnia, która się nie porusza).
- Mniejszy pierścień wewnętrzny (lub obrotowa bieżnia wewnętrzna), który jest przymocowany do obracającego się zespołu lub wału.
- Rzędy kulek utknęły między bieżniami dwóch pierścieni.
- Klatka lub przegroda, która utrzymuje piłki na miejscu i zapobiega ich stykaniu się.
Typowe typy łożysk kulkowych
W zależności od tego, jak są wykonane, istnieją dwa rodzaje łożysk kulkowych:
- Typy Conrada: Te łożyska mają jeden rząd kulek między dwiema bieżniami.
Mogą przenosić zarówno obciążenia promieniowe, jak i osiowe, ale wielkość obciążenia osiowego, jakie mogą przyjąć, jest zwykle ograniczona.
Typy o maksymalnej nośności: Łożyska te mają więcej kulek niż typy Conrad, dzięki czemu mogą przenosić większe obciążenia w kierunku promieniowym.
Ale nie radzą sobie tak dobrze z obciążeniami osiowymi.
Łożyska kulkowe można również podzielić na trzy typy w zależności od tego, ile mogą wytrzymać.
- Łożyska promieniowe: Łożyska te przenoszą obciążenia prostopadłe do osi obrotu.
- Łożyska wzdłużne: Łożyska te przenoszą obciążenia równoległe do osi obrotu i nazywane są obciążeniami osiowymi.
Łożyska skośne mogą przenosić jednocześnie obciążenia promieniowe i osiowe.
Odkryj dreszczyk emocji związany z łożyskami kulkowymi w inżynierii
Nadal trudno to zrozumieć? Zmienię trochę punkt widzenia:
Chcesz, aby Twoja praca inżynierska była bardziej interesująca? Chcesz uatrakcyjnić swój najnowszy projekt? Cóż, po prostu wiemy, co robić: zapomnieć o skomplikowanych algorytmach, nowych materiałach i najnowocześniejszej technologii.
Nie, dobre, staromodne łożysko kulkowe to wszystko, czego potrzebujesz, aby naprawdę wstrząsnąć.
Tak, te maleńkie kulki, które umożliwiają swobodny ruch między częściami, które się poruszają, i częściami, które się nie poruszają.
Brzmi nudno, prawda? Cóż, mylisz się.
Ponieważ, jak zaraz się przekonamy, łożyska kulkowe mogą być najbardziej ironicznie ekscytującą częścią świata inżynierii.
Dobra, to był tylko żart upozorowany na reklamę telewizyjną.
Wróćmy teraz do wyjaśnienia.
Elementy i rodzaje łożysk kulkowych
Rodzaje łożysk kulkowych
Łożyska kulkowe to zespoły mechaniczne składające się z części tocznych oraz, w większości przypadków, bieżni wewnętrznych i zewnętrznych.
Mogą być stosowane do wałów, które obracają się lub poruszają w linii prostej.
Istnieją różne rodzaje łożysk kulkowych, a każde z nich ma swoje własne cechy i zastosowania.
- Łożyska kulkowe zwykłe.
Najpopularniejszym typem łożyska kulkowego jest łożysko z głębokim rowkiem.
Mają głębokie rowki na bieżnie, a pierścienie wewnętrzne i zewnętrzne mają okrągłe łuki, które są tylko trochę większe niż kulki.
Taka konstrukcja pozwala łożyskom przenosić zarówno obciążenia promieniowe, jak i osiowe oraz pracować z dużymi prędkościami, jednocześnie przenosząc ograniczone obciążenia osiowe, obciążenia wzdłużne lub oba.
Łożyska kulkowe zwykłe mogą być stosowane w wielu różnych rzeczach, takich jak wentylatory, silniki, maszyny przemysłowe, koła samochodowe i narzędzia domowe.
Łożyska kulkowe skośne.
Łożyska kulkowe skośne są dobre do obciążeń mieszanych, w których konieczne jest przeniesienie zarówno sił promieniowych, jak i osiowych.
Są przystosowane do przenoszenia zarówno obciążeń promieniowych, jak i wzdłużnych, co czyni je idealnymi w sytuacjach, w których oba rodzaje obciążeń są powszechne.
Łożyska te mogą przenosić dużą siłę w jednym kierunku, a niektóre łożyska jednorzędowe są montowane parami, aby jak najlepiej je wykorzystać.
Są często stosowane w pompach, sprężarkach, silnikach elektrycznych, rolnictwie, przemyśle chemicznym, przemyśle ogólnym, narzędziach i wielu innych zastosowaniach przemysłowych.
- Łożyska kulkowe, które same się wyrównują.
Najlepszym sposobem pochłaniania sił promieniowych są łożyska kulkowe wahliwe.
Są wykonane tak, aby miały dwa rzędy piłek i bieżnię dla wszystkich piłek w pierścieniu zewnętrznym.
Ta unikalna konstrukcja umożliwia samoosiowanie łożyska i kompensację wszelkich niewspółosiowości między wałem a obudową.
Zmniejsza to prawdopodobieństwo, że niewspółosiowość spowoduje uszkodzenie.
Samonastawne łożyska kulkowe są często stosowane w prasach drukarskich, maszynach tekstylnych i narzędziach rolniczych.
- Łożyska kulkowe momentu obrotowego.
Łożyska kulkowe wzdłużne są przystosowane do pracy z obciążeniami, które popychają w tym samym kierunku co oś łożyska.
Mogą przenosić obciążenia osiowe, ponieważ mają część toczną, która jest kulą lub walcem.
W większości przypadków łożyska te są używane w takich elementach jak przekładnie samochodowe, systemy lotnicze i obrabiarki.
- Łożyska kulkowe wykonane z ceramiki.
Ceramiczne łożyska kulkowe są wykonane w taki sam sposób jak stalowe łożyska kulkowe, ale zamiast stalowych kulek zastosowano w nich kulki wykonane z ceramicznego azotku krzemu (Si2N4).
Ceramiczne łożyska kulkowe są lepsze od stalowych łożysk kulkowych pod wieloma względami, w tym łatwiej się je toczy, ponieważ ich powierzchnie są gładsze, a rozmiary bardziej jednolite.
Są również trwalsze, ponieważ są twardsze niż stal i tracą mniej energii dzięki mniejszemu tarciu, co pozwala na wydajniejsze i dłuższe działanie sprzętu.
Ceramiczne łożyska kulkowe są często stosowane w zastosowaniach o wysokiej wydajności, takich jak lotnictwo, samochody wyścigowe i wysokiej klasy maszyny przemysłowe.
Elementy łożysk kulkowych
Łożyska kulkowe składają się z trzech głównych części: pierścienia wewnętrznego, pierścienia zewnętrznego i czegoś, co się toczy.
Część, która się porusza, to kulka lub rolka i porusza się po bieżni lub ścieżce wykonanej w pierścieniu zewnętrznym i wewnętrznym.
Element ustalający lub separator kulek zapobiega ocieraniu się kulek o siebie, dzięki czemu mogą się swobodnie poruszać.
Łożyska kulkowe utrzymują kulki na miejscu i przenoszą przez nie obciążenia, używając co najmniej dwóch bieżni do utrzymywania kulek na miejscu.
Jedna bieżnia jest połączona z częścią, która się obraca (jak wał lub piasta), a druga jest nieruchoma (jak obudowa).
Łożyska kulkowe mają bardzo niskie tarcie, ponieważ wykorzystują tarcie toczne zamiast tarcia ślizgowego.
Pierścienie i łożyska kulkowe są wykonane z dużą tolerancją i okrągłością, a także są często polerowane, aby obrót był płynny.
Zmniejsza to moment obrotowy lub opór skrętu spowodowany tarciem.
To, do czego służy łożysko, wpływa również na jego szerokość.
Na przykład łożyska cienkościenne są używane, gdy nie ma dużo miejsca.
Różnica w średnicy i szerokości między bieżniami zewnętrznymi i wewnętrznymi jest ograniczona do minimum.
Daje to możliwość wykonania niewielkich projektów.
Produkcja i konserwacja łożysk kulkowych
Produkcja łożysk kulkowych
Łożyska kulkowe są ważnymi częściami wielu obracających się maszyn przemysłowych i narzędzi, takich jak koła samochodowe, wrzeciona obrabiarek i pompy.
Większość łożysk kulkowych jest wykonana z wysokowęglowej stali chromowej, która jest również nazywana stalą chromową, ponieważ jest niedroga i ma długą żywotność.
Ale łożyska mogą być również wykonane ze stali nierdzewnej, ceramiki, plastiku, a nawet szkła.
Łożyska kulkowe są wytwarzane w procesie obejmującym takie etapy, jak kształtowanie, cięcie, mycie, rozmagnesowywanie, obróbka cieplna, szlifowanie, honowanie, docieranie i składanie wszystkiego razem.
Pierwszym krokiem jest pocięcie drutu lub pręta na ślimaki, które są małymi kawałkami.
Ilość materiału potrzebna na ślimak jest nieco większa niż ilość potrzebna na gotowe łożysko kulkowe.
Ślimak jest następnie zamieniany w kulę poprzez szereg etapów szlifowania i polerowania.
Następnie kulki są poddawane obróbce cieplnej, aby były mocniejsze.
Ostatnim etapem jest szlifowanie i docieranie, które nadają im ostateczny rozmiar i wykończenie.
Zwykle koszyk na kulki jest wykonany z cienkiej stali, ale niektóre łożyska używają teraz koszyków wykonanych z formowanego tworzywa sztucznego, ponieważ są tańsze i powodują mniejsze tarcie.
Jednak koszyki z tworzywa sztucznego są częściej używane w zastosowaniach o niskim obciążeniu i niskiej prędkości, podczas gdy koszyki stalowe są nadal szeroko stosowane w wielu zastosowaniach przemysłowych.
Stal nierdzewna AISI 440C, a także inne gatunki stali nierdzewnej, ceramika i szkło są również wykorzystywane do produkcji kulek łożyskowych.
Kulki ceramiczne są dobre do stosowania w środowiskach, które są bardzo korozyjne lub mają bardzo wysokie temperatury.
Różne rodzaje tworzyw sztucznych są dobre lub bardzo dobre pod względem odporności na korozję, ale są dobre tylko przy niskim obciążeniu i niskiej prędkości.
Konserwacja i wymiana łożysk kulkowych
Problemy i awarie łożysk zdarzają się dość często, ale można je zatrzymać lub naprawić, podejmując pewne kroki.
Łożyska kulkowe zwykle mają problemy ze smarowaniem, wysokimi temperaturami, zanieczyszczeniem, niewłaściwą obsługą i instalacją, przeciążeniem, niewspółosiowością, złym montażem i korozją.
Aby zapobiec występowaniu tych typowych problemów, należy smarować maszynę w sposób zalecany przez producenta.
Plomby należy często sprawdzać, aby upewnić się, że nie są zepsute lub nie działają.
Upewnij się, że wał i obudowa łożyska są odpowiednio wyrównane, aby uniknąć niewspółosiowości.
Upewnij się, że łożysko dobrze pasuje do wału o odpowiednim rozmiarze.
Kontrole konserwacyjne należy przeprowadzać regularnie, aby wykryć wszelkie problemy, zanim się pogorszą.
Kilka dźwięków i znaków może pomóc w ustaleniu, czy łożysko kulkowe jest zepsute.
Najczęstszym objawem jest chropowaty, zgrzytliwy dźwięk wydobywający się z łożyska koła, który zmienia się w zależności od tego, jak szybko jedzie samochód.
Inne dźwięki to buczenie, dudnienie lub warczenie, które stają się głośniejsze, gdy pojazd przyspiesza lub skręca.
Złe łożysko koła może również wydawać odgłosy, takie jak ćwierkanie, piszczenie lub warczenie, które powtarzają się cyklicznie.
Istnieją inne oznaki złego łożyska kulkowego oprócz tego, jak brzmi.
Niektóre z nich powodują zbyt duży luz, gdy kierownica jest kołysana z boku na bok, samochód jest zbyt luźny, kierownica ciągnie, a samochód jest zbyt gorący.
Gdy łożysko jest bardzo zużyte i grozi awarią, możesz również zauważyć, że samochód nie prowadzi się dobrze lub opony zużywają się w różnych miejscach.
To, ile kosztuje wymiana łożyska kulkowego, zależy od marki i modelu samochodu, miejsca, w którym się ono znajduje oraz od ceny, jaką mechanik sobie za to płaci.
Samo łożysko zwykle kosztuje od 50 do 200 USD, w zależności od rodzaju i jakości (w momencie pisania).
W zależności od tego, jak ciężka jest praca i ile mechanik pobiera za godzinę, koszty pracy mogą dodać od 100 do 200 USD do całkowitego kosztu.
Ponadto, jeśli wymiana zmieni sposób ustawienia samochodu, może wymagać dodatkowej usługi wyrównania, która może kosztować od 60 do 100 USD.
Jeśli nie masz dużego doświadczenia w naprawie samochodów, nie powinieneś próbować samodzielnie wymieniać łożyska kulkowego.
Korzyści i zastosowania łożysk kulkowych
Łożyska kulkowe są często używane w inżynierii, gdy potrzebny jest płynny i dokładny ruch.
Zmniejszone tarcie i zwiększona wydajność
Największą zaletą łożysk kulkowych jest to, że zmniejszają tarcie i sprawiają, że wszystko działa wydajniej.
Łożyska kulkowe mają niższy współczynnik tarcia niż łożyska ślizgowe, co oznacza, że potrzebują mniej energii do pracy.
To sprawia, że idealnie nadają się do szybkich zastosowań w branżach takich jak maszyny, samochody i podróże kosmiczne.
Ponieważ jest mniejsze tarcie, jest mniej ciepła z kontaktu między powierzchniami.
Oznacza to, że łożyska zużywają się mniej i wytrzymują dłużej.
Poprawiona wydajność i trwałość
Łożyska kulkowe mogą sprawić, że sprzęt będzie działał lepiej i będzie trwał dłużej, gdy będzie w nim używany.
Chronią sprzęt przed zużyciem, zmniejszając tarcie i wibracje, które z czasem mogą go uszkodzić.
Ponieważ łożyska kulkowe zmniejszają zużycie, zmniejszają również potrzebę konserwacji i wymiany sprzętu, co oszczędza czas i pieniądze.
Łożyska kulkowe są również mniej podatne na pękanie, ponieważ ich konstrukcja równomiernie rozkłada obciążenie na elementy toczne.
Zastosowania łożysk kulkowych
Łożyska kulkowe są wykorzystywane w szerokim zakresie zadań inżynierskich, w tym między innymi:
Łożyska kulkowe są stosowane w różnych częściach samochodów, takich jak silniki, skrzynie biegów i koła.
Łożyska kulkowe są stosowane w silnikach, podwoziach i systemach sterowania samolotów w przemyśle lotniczym.
Łożyska kulkowe są stosowane w obrabiarkach, pompach i silnikach elektrycznych w przemyśle maszynowym.
W przemyśle robotycznym przeguby i siłowniki są wykonane z łożyskami kulkowymi.
- Sprzęt medyczny: Łożyska kulkowe są stosowane w różnych urządzeniach medycznych, takich jak wiertarki dentystyczne i maszyny MRI.
Zawiasy z łożyskami kulkowymi
Łożyska kulkowe znajdują również zastosowanie w budownictwie, zwłaszcza w postaci zawiasów kulkowych.
Ukryte łożyska między przegubami tych zawiasów ułatwiają otwieranie i zamykanie drzwi przy mniejszym tarciu.
Jest to szczególnie przydatne w przypadku cięższych drzwi, takich jak te przy wejściu lub te, które zamykają się automatycznie.
Zawiasy z łożyskami kulkowymi to zawiasy o dużej wytrzymałości, które zwykle wytrzymują dłużej niż zwykłe zawiasy.
To czyni je najlepszym wyborem do zastosowań komercyjnych, gdzie ważna jest trwałość.
Co to jest łożysko? Rodzaje łożysk i jak działają?
Wskazówka: włącz przycisk napisów, jeśli go potrzebujesz. Wybierz „automatyczne tłumaczenie” w przycisku ustawień, jeśli nie znasz języka mówionego. Może być konieczne kliknięcie najpierw języka filmu, zanim Twój ulubiony język będzie dostępny do tłumaczenia.
Wniosek
Gdy skończymy poznawać łożyska kulkowe, warto poświęcić chwilę na zastanowienie się, jak bardzo te małe części zmieniły świat inżynierii.
Mogą wyglądać jak małe, zwykłe części, ale tak wiele maszyn i urządzeń, z których korzystamy na co dzień, nie działałoby bez nich.
Łożyska kulkowe to niedoceniani bohaterowie współczesnej inżynierii.
Są używane we wszystkim, od silnika samochodu po ruchy robota chirurgicznego.
Więc następnym razem, gdy zobaczysz łożysko kulkowe, zatrzymaj się na chwilę i pomyśl, jak bardzo pomogło uczynić nasz świat cudem techniki.
A gdy będziesz przesuwać granice tego, co jest możliwe we własnej pracy inżynierskiej, niech proste łożysko kulkowe przypomni ci, jak potężne mogą być nawet najmniejsze i pozornie najmniej ważne części.
Podziel się na…
