Jaký účinek má vnitřní clearance hlubokých kuličkových ložisek na výkon ložiska

Hluboká ložiska kuliček jsou nejčastěji používaná lil -ložiska v mechanickém vybavení. Jejich výkon přímo ovlivňuje spolehlivost, efektivitu a životnost zařízení. Mezi mnoha faktory ovlivňujícími výkonnost ložiska je vnitřní clearance bezpochyby jedním z klíčových parametrů určujících výkon ložiska. Vnitřní vůle, známá také jako radiální vůle, se týká maximálního radiálního a axiálního pohybu vnitřního a vnějšího kroužku ložiska, když se nenaplní žádné zatížení. Tato zdánlivě jednoduchá vůle má ve skutečnosti hluboký dopad na řadu ukazatelů výkonu, včetně nárůstu teploty, hluku, vibrací, životnosti a tuhosti.

Dopad clearance na zvýšení teploty ložiska
Během provozu ložiska, válcování a posuvné tření mezi válcovacími prvky a závodníky generuje teplo, což způsobuje zvýšení teploty. Vnitřní vůle má zásadní dopad na zvýšení teploty ložiska.
Pokud je vůle příliš malá, budou kolísavé prvky a závody ložiska zažít předpětí nebo nadměrné přizpůsobení. To významně zvyšuje třecí točivý moment válcovacích prvků a vytváří významné teplo. Nadměrná nárůst teploty nejen zrychluje stárnutí a selhání tuku, ale také způsobuje tepelnou rozšiřování ložiskového materiálu. Nesynchronizovaná tepelná rozšíření vnitřních a vnějších kroužků může dále snížit nebo dokonce eliminovat vůli a vytvořit začarovaný cyklus, který může nakonec vést k záchvatu nebo předčasnému selhání. Pokud je vůle příliš velká, pohyb valivých prvků v ložiskových závodech se stává nestabilním. Když je ložisko pod zatížením, snižuje se kontaktní plocha mezi válcovacími prvky a závodníky, což vede k koncentraci kontaktního napětí. Současně se zvyšuje klouzání a tření. I když to není tak závažné jako tření způsobené příliš malou vůlí, může to stále způsobit zvýšení teploty za podmínek s vysokou rychlostí a s vysokým zatížením. Nadměrná clearance může navíc způsobit šok během radiálního házení, což dále zvyšuje teplotu.

Ideální vůli je udržovat mírnou pozitivní vůli po instalaci ložiska a dosáhne tepelné rovnováhy. Tím je zajištěno hladký provoz válcovacích prvků a zároveň účinně snižuje tření, čímž se udržuje nárůst teploty v přijatelných mezích.

Dopad clearance na hluk a vibrace
Důležitými ukazateli hladkého provozu jsou hluk a vibrace ložiska. Vnitřní vůle přímo ovlivňuje dynamický výkon ložiska.

Nadměrná clearance může způsobit, že válcovací prvky způsobí, že během operace vytvoří „bouchající“ zvuk. Když je ložisko vystaveno kolísajícím zatížení, válcovací prvky se odrazí tam a zpět mezi vnitřní a vnější kroužky. Tento nestabilní pohyb může způsobit znatelné vibrace a hluk. Zejména ve vysokorychlostních aplikacích, jako jsou motory a vřetena, může nadměrná clearance způsobit závažné vibrace, což ovlivňuje přesnost obrábění a provozní stabilitu zařízení.

Ačkoli nadměrně malá clearance snižuje házení válcovacího prvku, generuje také vysokofrekvenční vibrace a vysoký šum kvůli zvýšenému točivému momentu. Tento šum často přímo souvisí s předpětí ložiska: čím vyšší je předpětí, tím vyšší je hluk. Například v aplikacích vyžadujících vysokou tuhost a přesnost, jako jsou například vřetena s přesným strojem, jsou často zvolena ložiska s nízkou nebo dokonce negativní vůlí, ale předpětí musí být přesně kontrolováno, aby se vyrovnala tuhost a hluk.

Vhodná clearance zajišťuje hladké a nepřetržité válcování válcovacích prvků v závodech, snižuje dopad a skluz, čímž se minimalizuje vibrace a hluk. To je zásadní pro vybavení vyžadující extrémně hladký provoz, jako jsou domácí spotřebiče a zdravotnické prostředky.

Dopad vůle na životnost a tuhost

Život ložiska je obecně určován únavovou životností a clearance je jedním z klíčových faktorů ovlivňujících únavovou životnost.

Nadměrná clearance významně zvyšuje kontaktní napětí mezi válcovacími prvky a závodníky. Podle teorie kontaktu Hertz může nadměrný kontaktní stres způsobit předčasnou únavu materiálu, což zkrátí únavovou životnost ložiska. Zvýšení teploty způsobené nadměrnou clearací může navíc urychlit selhání tuku, což dále zkrátí životnost ložiska.
Nadměrná clearance může také zkrátit životnost. Při použití zatížení nesoucího zatížení snižuje nadměrná clearance počet válcovacích prvků a soustředí zátěž na několik. To způsobuje prudké zvýšení kontaktního napětí na těchto válcovacích prvcích, což vede k lokalizované únavě a snížení celkové životnosti ložiska.
Vhodná clearance může rovnoměrně distribuovat zátěž napříč více válcovacími prvky, účinně snižovat kontaktní napětí a maximalizovat životnost únavy ložiska.
Tuhost ložiska je důležitým ukazatelem jeho odolnosti vůči deformaci. Clearance má přímý dopad na tuhost. Čím menší je vůle, tím menší deformace ložiska zažívá při zatížení, což vede k vyšší tuhosti. V aplikacích, které vyžadují vysokou tuhost, jako jsou vřetena stroje a rozbočovače automobilových kol, jsou ložiska s nízkou vůlí nebo dokonce negativní vůle (předpětí) často vybírány pro zlepšení celkové tuhosti systému.

Výběr stupňů vůle
Aby se vyhověly různým požadavkům na aplikaci, nabízejí kulička Deep Groove obvykle více stupňů vůle, jako jsou C2, CN (nebo C0), C3, C4 a C5. CN představuje standardní vůli, C3, C4 a C5 představují vysokou vůli a C2 představuje nízkou vůli.

Standardní vůle (CN) je vhodná pro většinu obecných průmyslových aplikací, jako jsou elektrické motory a čerpadla.

Vysoká vůle (C3 a C4) je vhodná pro aplikace s velkým pohybovým rušením a drastickými fluktuacemi teploty, jako jsou válcovací mlýny a vysokoteplotní ventilátory, aby se kompenzovalo snížení vůle způsobené tepelnou expanzí.

Nízká vůle (C2) je vhodná pro aplikace vyžadující vysokou provozní přesnost a nízký šum, jako jsou přesné nástroje a malé motory.

Při výběru kuličkových ložisek s hlubokým drážkou je proto nedostatečné zaměření pouze na velikost a model. Důkladné porozumění komplexnímu dopadu vnitřní clearance na výkon ložiska a výběru příslušné třídy clearance založené na konkrétních provozních podmínkách je klíčem k zajištění dlouhodobého stabilního a spolehlivého provozu vašeho zařízení. Správný výběr maximalizuje výkon ložiska, rozšiřuje jeho životnost a nakonec snižuje náklady na údržbu.