Jaké existují druhy ložisek a jaký je mezi nimi rozdíl?
5 min.
Nejběžnějším typem je valivé ložisko, jež tvoří obvykle vnitřní a vnější kroužek, mezi kterým se odvalují hladké kovové kuličky nebo válečky (popřípadě i jiné elementy), uložené v tzv. kleci. Přes tato valivá tělíska se přenáší příslušné zatížení, a tím dochází k volnému otáčení či posuvu odpovídajících strojních součástí.
Co je to ložisko?
Ložisko je základní strojní součást všech strojů a zařízení, která umožňuje snížení tření při vzájemném otáčivém nebo posuvném pohybu strojních dílů. Jeho historie sahá až k vynálezu kola před více než 7 000 lety, kde bylo jako první použito kluzné ložisko. Další zmínky o něm jsou z období antiky.
Při kontaktu kovu s kovem dochází k velkému tření, díky kterému se zvyšuje opotřebení kovu, protože dochází k jeho pomalému obrušování. Ložiska omezují tření tím, že umožňují, aby se oba povrchy vzájemně odvalovaly, čímž se snižuje míra vznikajícího tření.
Základní rozdělení ložisek
Podle konstrukce a principu
- Kluzná ložiska – ložiska obvykle namontovaná v tělese („domku“), jsou buď nedělená (pouzdra) nebo vhodně tvarovaná dělená (pánve). Čep hřídele je v kontaktu přímo s pouzdrem, resp. pánví.
- Valivá ložiska – jsou tvořena dvěma kroužky, valivými tělísky a klecí, která zachycuje valivé segmenty. Rotační pohyb čepu vůči rámu stroje je umožněn přes valivá tělíska.
Podle směru zatížení
- Axiální – většina zatížení působí ve směru osy otáčení
- Radiální – většina zatížení působí kolmo na osu otáčení
- Kombinovaná (radiálně-axiální) - zatížení působí v obou osách
Podle druhu pohybu
- Rotační
- Lineární (neotáčí se, ale zajišťuje přímočarý posuvný pohyb)
Ložiska podle konstrukce a principu
Kluzná ložiska
Mezi náboj a čep kluzného ložiska je vloženo měkké pouzdro (mosaz, plast, bronz atd.) nebo odlévaná pánev. Během pracovní činnosti daného zařízení (rotace hřídele) dochází ve stykových plochách mezi čepem a pouzdrem ke vzniku smykového tření, které je snižováno mazáním. Rovněž dochází k opotřebení pouzdra, (je z měkčího materiálu a levnější než čep a těleso), takže se snadno nahradí novým. Tím se prodlužuje životnost zařízení.
Výhody použití kluzných ložisek (v porovnání s valivými ložisky):
- snadná montáž a oprava
- jednodušší a levnější
- použitelná pro větší zatížení
- snášejí občasná přetížení a rázy
- umožňují přesné uložení hřídelí
Nevýhody použití kluzných ložisek:
- vyžadují delší záběh
- větší spotřeba maziva, nebezpečí zadření při nedostatečném mazání
- větší délka než u valivých ložisek – větší hmotnost
- větší ztráty třením – menší únosnost při rozběhu a doběhu
- nižší účinnost
Tření v kluzných ložiskách
Velikost vzniklého tření závisí na kvalitě povrchu a míře opotřebení styčných ploch, jejich teplotě, druhu materiálu styčných ploch, míře zatížení ložiska a kvalitě mazání. Třením dochází k opotřebení součástí a ztrátě energie (vzniká teplo) – jedná se o důležitý ukazatel technické úrovně výrobku.
Podle míry mazání a velikosti vzniklého olejového filmu mezi styčnými plochami rozlišujeme tření:
Suché
Plochy nejsou mazány, dochází ke vzniku vysokých teplot a následnému zadírání. Řadíme sem i tuhé mazání (grafitem). Vzniká při rozběhu stroje – otáčky čepu jsou malé a mazací látka je vytlačena nad čep. Vlivem hydrodynamických sil se mazací klín teprve začíná tvořit.
Kapalinné (tekutinové)
Dostatek maziva, kluzné plochy jsou zcela odděleny vrstvou maziva. Říkáme, že čep plave. Opotřebení je nepatrné.
Polosuché (mezní)
Mazání není dostatečné, nedochází k oddělení stykových ploch mazivem a dochází k přímému kontaktu povrchových nerovností. Klesá míra opotřebení ploch. Excentricita mezi osou čepu a náboje se zmenšuje, vlivem hydrodynamických sil se vytváří mazací klín.
Konstrukce ložisek by měla být taková, aby vždy vznikalo tření kapalinné. Mezi čepem a pánví musí být trvale olejový film.
Rozdělení kluzných ložisek
Z funkčního hlediska:
- Hydrodynamická – mazivo je mezi kluzné plochy přiváděno otáčkami hřídele. Čím jsou otáčky vyšší, tím je mazání intenzivnější. Není třeba přídavných zařízení (čerpadlo, ventily, potrubí pro rozvod oleje)
- Hydrostatická – mazivo je mezi kluzné plochy přiváděno pomocí čerpadla (nejčastěji zubovým). Pracují při nízkých otáčkách a vyšších zatíženích
- S omezeným mazáním – není třeba velké množství maziva, materiál kluzných ploch má malý součinitel tření a je odolný proti zadírání, opotřebení
- Samomazná – vyráběná práškovou metalurgií, ve svojí struktuře mají póry, ve kterých je uloženo mazivo a to za chodu stroje vystupuje na povrch (18 344, 18 280, slinutý bronz)
- Samomazná s tuhými mazivy – mazivo je obsaženo přímo ve struktuře materiálu
Podle směru zatížení:
- Radiální
- Axiální
- Kombinovaná (radiálně-axiální)
Podle tvaru:
- Válcová
- Kuželová
- Patní
- Prstencová
- Kulová
- Hřebenová
Podle konstrukce:
- S pouzdrem
- S pouzdrem a výstelkou
Valivá ložiska
Základními stavebními prvky jsou vnitřní a vnější kroužek, valivá tělíska a klec pro vedení a rovnoměrné rozložení valivých těles.
Čep se odvaluje pomocí těchto rotačních tělísek, čímž se nahradí smykové tření (u kluzných ložisek) třením valivým. Dle typu mohou být ložiska dále opatřeny krycími plechy nebo těsněními.
Výhody použití valivých ložisek (v porovnání s klužnými ložisky):
- menší tření – vyšší účinnost, menší oteplení
- malá spotřeba maziva, vysoká odolnost proti zadření
- možné vyšší provozní teploty
- přenos velkých zatížení při rozběhu i doběhu
- možnost práce při vyšších otáčkách
- snadná údržba
Nevýhody použití valivých ložisek:
- mnohem vyšší pořizovací náklady
- složitější montáž a demontáž
- vyšší hmotnost
- větší hlučnost při vysokých otáčkách
Rozdělení valivých ložisek
Podle směru zatížení:
- Radiální
- Axiální
- Kombinovaná (radiálně-axiální)
Podle formy styku valivého tělesa s kroužkem:
- S bodovým stykem – Kuličková
- S čárovým stykem – Válečková, Soudečková, Kuželíková, Jehlová
Podle tvaru valivého elementu:
- Kuličková
- Válečková
- Soudečková
- Kuželíková
- Jehlová
Podle počtu řad valivého tělesa:
- Jednořadá
- Dvouřadá
- Víceřadá
Ložiska podle tvaru valivého elementu
Kuličková ložiska
Kuličková ložiska jsou nejběžnějším typem ložisek a mohou zvládat jak radiální, tak axiální zatížení. Kuličková ložiska se také označují jako jednořadá ložiska s hlubokou drážkou neboli Conradova ložiska. Vnitřní kroužek je obvykle připevněn na otočnou hřídel a drážka na jeho vnějším průměru slouží jako kruhová oběžná dráha pro kuličky. Vnější kroužek je upevněn do ložiskového pouzdra. Kulové valivé elementy jsou umístěny v kroužku s oběžnou dráhou a působící zatížení se přenáší z vnějšího kroužku na kuličku a z kuličky na vnitřní kroužek. Drážky oběžných drah mají obvykle poloměry zakřivení odpovídající 51,5 % až 53 % průměru kuličky. Kuličková ložiska se obvykle používají v aplikacích s relativně malým zatížením.
Válečková ložiska
Válečky neboli válcové valivé elementy se pohybují v oběžných drahách válcového tvaru a mají nízké tření, velkou radiální únosnost a schopnost snášet velké rychlosti. Válečkové elementy jsou valivé elementy ve tvaru válce, přičemž místem styku mezi valivým elementem a kroužkem s oběžnou dráhou není bod, ale přímka. Zatížení se rozkládá na větší plochu, a to umožňuje valivému elementu zvládat větší zatížení. Aby se minimalizovala jeho tendence ke stáčení, není délka válečku o moc větší než jeho průměr.
Soudečková ložiska
Soudečková ložiska se obvykle skládají ze dvou řad valivých elementů soudkovitého tvaru pohybujících se ve dvou oběžných drahách. Jedna je na vnitřním kroužku a druhá je na souvislé kulové ploše vybroušené na vnitřním průměru vnějšího kroužku. To umožňuje fungování soudečkového ložiska i s určitou mírou nesouososti. Zaoblené valivé elementy mají soudečkové profily, které velmi přesně odpovídají profilům oběžných drah, a proto jsou odolné a mají velkou únosnost. Uvnitř ložiskového pouzdra jsou umístěny v párech a směřují v opačných směrech. Je to proto, aby zachycovaly zatížení v libovolném z obou směrů.
Kuželíková ložiska
U kuželíkových ložisek mají kroužky i valivé elementy tvar komolého kužele, a proto zachycují současně axiální i radiální zatížení. Poměr těchto zatížení závisí na vzájemném úhlu os kuželíku a ložiska. Čím větší je tento úhel, tím větší může být axiální zatížení. Styčný úhel je u většiny kuželíkových ložisek v rozmezí 10 až 16 stupňů. Pro větší axiální únosnost se používá styčný úhel 30 stupňů.
Jehlová ložiska
V jehlových ložiskách se používají prodloužené válcové valivé elementy s malými průměry. Využívají se v aplikacích s omezeným místem v radiálním směru. Poměr průměru k délce se u jehel pohybuje mezi 1 : 2,5 až 1 : 10. Vzhledem k malé velikosti jehlových ložisek není možné jejich přesné vedení a vzniká u nich velká míra tření. Kvůli tomu se používají při nízkých otáčkách a oscilačním pohybu. K lepšímu vedení jehel a jejich zachycení mohou sloužit klece.
