Obciążenie łożyska: promieniowy vs osiowy

W złożonym obszarze maszyn i łożyska zrozumienie pojemności obciążenia łożysk jest niezbędne dla wydajnego działania i długoterminowej trwałości maszyn. Nieprawidłowe obciążenia łożyska mogą prowadzić do katastrofalnych awarii, zagrożeń bezpieczeństwa, kosztownych przestojów itp. Zbyt mało ładunków jest w stanie prowadzić do wczesnej awarii, przestojów, naprawy i zagrożeń bezpieczeństwa, podczas gdy zbyt duże obciążenie może prowadzić do przegrzania, zużycia i zwiększonego zużycia energii. 

Dlatego, gdy ludzie wybierają łożyska, bardzo konieczne jest rozważenie wpływu wielkości łożyska na żywotność i wydajność zgodnie ze specyficznymi warunkami pracy sprzętu mechanicznego i upewnić się, że łożysko może wytrzymać odpowiednie obciążenie promieniowe i osiowe.

Następnie LNB łożyska zagłębią się i wprowadzi podstawową wiedzę na temat obciążeń łożyska, aby pomóc klientom lepiej wybrać odpowiednie łożyska.

Jakie jest obciążenie łożyska?

1. Definicja obciążenia łożyska

Obciążenie łożyska to siła lub ciśnienie działające na łożysko. W szczególności jest to siła, że przez niektóre lub wszystkie elementy toczenia przesyła się z jednego pierścienia łożyska do innego pierścienia łożyska ogólnie, ładunek najpierw będzie działał na wałku, a następnie zostanie przeniesiony do wewnętrznego pierścienia łożyska i wreszcie dotrze do pierścienia zewnętrznego.

Łożyska mogą wytrzymać różne obciążenia, w tym obciążenia promieniowe, obciążenia osiowe, obciążenia kompozytowe, obciążenia odśrodkowe itp. Dwa najczęstsze typy to obciążenia promieniowe i obciążenia osiowe, które są również przedmiotem tego artykułu.

Wiele czynników może wpływać na wielkość i kierunek obciążenia, takie jak prędkość sprzętu, waga sprzętu, przyspieszenie i spowolnienie sprzętu, wstrząs i wibracje sprzętu itp. Oprócz temperatury i smarowania, niewłaściwe wyrównanie, instalacja lub konserwacja mogą również wpływać na stan obciążenia.

2. Rodzaje obciążeń łożyska

(1) Obciążenie promieniowe 

Obciążenie promieniowe jest obciążeniem prostopadłym do osi łożyska, działa na zewnętrzny pierścień łożyska. Promieniowe łożyska obciążenia są zaprojektowane do obsługi sił zewnętrznych, które działają na sprzęcie podczas wirowania. Siły te mogą pochodzić z ciężaru samego sprzętu lub nacisków zewnętrznych wciskających z boków.

(2) Obciążenie osiowe 

Obciążenie osiowe, znane również jako obciążenie ciągu, jest obciążeniem, które działa wzdłuż osi łożyska. Łożyska obciążenia osiowego są używane głównie do przenoszenia ciągu spowodowanego przez siły osiowe.

(3) Obciążenie kompozytowe 

Obciążenie związane jest kombinacją obciążenia promieniowego i obciążenia osiowego. W rzeczywistych warunkach pracy wiele łożysk musi nosić obciążenia w wielu kierunkach.

(4) Obciążenie dynamiczne 

Obciążenie dynamiczne oznacza obciążenie, które zmienia się wraz z częstotliwością obrotu lub wibracji. Zasadniczo obciążenie łożyska jest zawsze zmieniane z czasem podczas ruchu.

(5) Obciążenie statyczne

Obciążenie statyczne pochodzi głównie z ciężaru samego sprzętu lub ciśnienia statycznego. Obciążenie statyczne jest obciążeniem łożyska, gdy jest stacjonarne, a nie w ruchu.

(6) Obciążenie uderzenia 

Obciążenie uderzenia odnosi się do ogromnego obciążenia, które nagle stosuje się w krótkim czasie. Łożyska obciążenia uderzenia zwykle mają wysokie wymagania dotyczące materiałów łożyskowych i struktur, które mogą poradzić sobie z szybko zmieniającymi się siłami uderzeniowymi.

(7) Obciążenie odśrodkowe 

Obciążenie odśrodkowe odnosi się do ciągu zewnętrznego wygenerowanego przez obrót. Kiedy pierścień wewnętrzny obraca elementy toczenia, poruszają się stycznie na prostej ścieżce, ale pierścień zewnętrzny musi je zmusić do podążania za łukiem łożyska. Ta interakcja wytwarza odśrodkowe obciążenia promieniowe. Maksymalna prędkość aplikacji jest czasem ograniczona przez silne wygenerowane obciążenia odśrodkowe.

3. Obciążenia łożyska obliczenia

Zwykle ludzie mogą obliczyć pojemność ładunku łożyska za pomocą metod, w tym katalogi producentów łożyska, kalkulatory online, analizę elementów skończonych (FEA) itp. Dla procesu selekcji łożyska obliczenie obciążeń łożyskowych jest ważną częścią. Prawidłowe obliczanie obciążenia może zapewnić, że łożysko ma wystarczającą długość życia i niezawodność w użyciu.

Co to jest obciążenie promieniowe?

1. Definicja obciążenia promieniowego

Obciążenie promieniowe jest jednym z typowych rodzajów obciążenia łożyska. Ogólnie rzecz biorąc, jest to siła ortogonalna do osi obrotowej łożysk, która zwykle działa na środku zarówno wewnętrznego, jak i zewnętrznego pierścienia łożyska. Pod obciążeniem promieniowym wewnętrzne i zewnętrzne pierścienie łożyska poruszają się względnie siebie, co prowadzi do trzębienia lub przesuwnego tarcia w łożyskach. 

Podczas procesu noszenia obciążenia promieniowego elementy toczenia przenoszą siłę z boku. W takim przypadku może to prowadzić do zginania łożyska, odkształcenia lub wypierania. Wraz ze wzrostem obciążenia promieniowego również naprężenie w szczególności plamy. Jeśli siła jest zbyt duża, przyspieszy zużycie i zmęczenie łożysk, zwiększając możliwe awarie lub uszkodzenie łożysk. 

Dlatego przy projektowaniu i pracy z łożyskami należy zwrócić dużą uwagę na wielkość i rozkład obciążenia promieniowego. Prawidłowy wybór rodzaju łożyska do dowolnego obciążenia może pomóc w zapewnieniu niezawodnego i płynnego działania maszyn i sprzętu.

2. Zastosowanie obciążenia promieniowego

Obciążenie promieniowe jest zwykle stosowane do obracania części i obsługi części, które ma ważne zastosowanie w wielu urządzeniach mechanicznych.

Na przykład koła samochodowe, wały maszynowe, silniki i generatory, skrzynie biegów, systemy przenośników, systemy zawieszenia pojazdów itp. Kontrolowanie obciążeń promieniowych w tych systemach odgrywa kluczową rolę w poprawie wydajności sprzętu i przedłużeniu żywotności usług.

3. Obliczanie obciążenia promieniowego

Pozwalają na płynne i ruchowe części obracające lub ruchome z kontrolą. Aby upewnić się, że łożyska trwają i działają niezawodnie, ważne jest, aby obliczyć obciążenia, które dokładnie obsługują. Uzyskanie tego słuszne pomaga zapobiec przedwczesnemu zużyciu lub awarii, utrzymując efektywne działanie maszyny.

Poniżej przedstawiono podstawowe wzory do obliczania obciążeń promieniowych na łożyska:

F_r = p_r + f_a

Notatka:

F_R to obciążenie promieniowe (N lub LBF)

P_R jest czystym obciążeniem promieniowym (N lub LBF)

F_A jest obciążeniem osiowym (N lub LBF)

Należy zauważyć, że w niektórych przypadkach można wymagać rozważenia innych czynników przy obliczaniu obciążeń promieniowych, takich jak obciążenia dynamiczne, obciążenia statyczne i obciążenia momentu.

4. Odpowiednie typy łożyska do obciążenia promieniowego

Łożyska kulkowe z głębokim groove 

Łożyska piłki kontaktowej kątowej 

Samozwańcze łożyska kulkowe 

Cylindryczne łożyska wałka 

Łożyska wałka igły 

Kuliste łożyska wałka 

Cienkie łożyska sekcji

Co to jest obciążenie osiowe?

1. Definicja obciążenia osiowego

Obciążenie osiowe, znane również jako obciążenie ciągu lub obciążenie równoległe, jest siłą działającą równolegle do osi. Działa na wewnętrzny i zewnętrzny pierścień łożyska. Obciążenie osiowe zwykle wynika z ciągu lub napięcia. Siła ta może być jednokierunkowa lub dwukierunkowa. Krótko mówiąc, obciążenie osiowe jest siłą przyłożoną wzdłuż środka lub osi czegoś.

Obciążenie osiowe jest przesyłane za pomocą bieżni i toczących się elementów łożyska. Rozkład obciążenia osiowego powinien być zrównoważony dla maksymalnej wydajności i żywotności serwisowej z łożyska. Idealnie, przenoszenie siły z obciążeń osiowych jest równomiernie rozmieszczone między wszystkimi elementami toczenia, co wywiera zrównoważony rozkład obciążenia, minimalizując zużycie i maksymalizując wydajność łożyska. 

Jednak w przypadku przesunięcia obciążeń osiowych czynniki, w tym niewspółosiowość lub nierówne obciążenie, co denerwuje równowagę i zwiększa naprężenie, które mogą powodować deformację, wyboczenie lub wczesną awarię struktury łożyska.

2. Zastosowanie obciążenia osiowego

Obciążenia osiowe są również powszechne w wielu dziedzinach, takich jak osie samochodowe, silniki odrzutowe, silniki samolotów, wrzeciona maszynowe, turbiny wiatrowe, silniki samolotów, pompy, sprężarki, systemy napędu śrubowego itp.

3. Obliczenie obciążenia osiowego

Aby obliczyć pojemność obciążenia osiowego, wielkość łożyska, materiał i geometrię, a także kierunek obciążenia i wielkość, należy wziąć pod uwagę, a producenci muszą ocenić łożyska zgodnie z znormalizowanymi formułami i testami.

Obciążenie osiowe (F_A) można obliczyć za pomocą następującego wzoru:

F_a = p_a + f_r

Notatka:

F_A jest obciążeniem osiowym (N lub LBF)

P_A jest czystym obciążeniem osiowym (N lub LBF)

F_R to obciążenie promieniowe (N lub LBF)

Podobnie, podobnie jak w przypadku obciążeń promieniowych, przy obliczaniu obciążeń osiowych można wymagać rozważenia innych czynników.

Uwagi:

Należy zauważyć, że te formuły są uproszczone, aby mogły zapewnić przybliżone szacunki w niektórych sytuacjach, podczas gdy sytuacje, które są ogólnie bardziej złożone. W rzeczywistych zastosowaniach obliczenia obciążeń łożyska są zwykle bardzo skomplikowane, szczególnie przy rozważaniu niewspółosiowości, łożysk kontaktowych kątowych lub zmiennych obciążeń. 

Inżynierowie i projektanci często powracają na określone oprogramowanie lub narzędzia, które uwzględniają wiele czynników, w tym rozkład obciążenia, geometrię łożyska, smarowanie i żywotność zmęczeniową, aby dokładnie obliczyć obciążenia łożyska i wybrać odpowiedni łożysko do ich zastosowania.

Ponadto producenci łożyska zwykle dostarczają danych ocen i wytycznych dotyczących ratingu, aby pomóc klientom w wyborze odpowiedniego łożyska dla określonej aplikacji.

4. Rodzaje łożyska odpowiednie dla obciążeń osiowych

Łożyska kulkowe

Łożyska wałka

Łożyska kulkowe kątowe (pod warunkiem, że komponent osiowy jest duży)

Wniosek

Na koniec przejrzyjmy główne różnice między obciążeniem promieniowym a obciążeniem osiowym. Poniższa tabela może dać nam bardziej intuicyjne porównanie obciążeń promieniowych i osiowych.

Przedmiot	Obciążenie promieniowe	Obciążenie osiowe
Kierunek siły	Prostopadle do osi	Równolegle do osi
Siła	Głównie siły promieniowe	Głównie siły osiowe
Rozkład obciążenia	Rozkłada siłę w obwodzie łożyska	Rozkłada siłę wzdłuż osi łożyska
Typowe zastosowania	Koła samochodowe, obracające się maszyny, przenośniki, silniki elektryczne, skrzynie biegów itp.	Transmisje, helikoptery, turbiny wiatrowe, spiralne koła zębate itp.
Przykłady łożysk	Łożyska kulowe o głębokim groove, łożyska wałka igieł, cylindryczne łożyska wałka itp.	Łożyska kulowe, łożyska wałka pędu, łożyska kontaktowe kątowe itp.
Zasada pracy	Wytrzymuje siły pionowe i siły tarcia działające z zewnątrz	Wytrzymuje siły wytłaczania w kierunku równoległym do osi

Warto zauważyć, że wiele systemów mechanicznych działa jednocześnie z obciążeniami promieniowymi i osiowymi w praktyce inżynierskiej. Istnieją również łożyska odpowiednie dla takich sytuacji. Na przykład kątowe łożyska kontaktowe mogą nosić zarówno obciążenie promieniowe, jak i osiowe oraz pasować do środowiska obrotu o dużej prędkości. Stożone łożyska wałka mogą również nosić oba obciążenia jednocześnie i znajdować powszechną aplikację w systemach skrzyni biegów samochodowych, wrzecion narzędzi maszynowych itp.

Obciążenie promieniowe i osiowe odnosi się do ważnych pojęć stosowanych do zrozumienia efektów mechanicznych w systemie. Oba reprezentują odpowiednio siłę pionową i siłę wzdłuż osi działającej na łożyska i inne części mechaniczne. Przy projektowaniu lub wyborze łożysk lub innych obrotowych części należy wybrać zgodnie z odpowiednim rodzajem warunków obciążenia, jeśli system ma zapewnić długoterminowe stabilne operacje.

W łożysku LNB możemy pomóc naszym klientom o różnych rodzajach łożysk dla różnych potrzeb ładowania. Nasza zawodowa wiedza i wysokiej jakości zaangażowanie łożysk zapewniają optymalną wydajność i długotrwałą żywotność maszyn.