Pasowanie ciasne, mieszane, luźne. Poniższy artykuł może Ci rozpoznać i zdefiniować te trzy rodzaje. Zacznijmy od tego czym właściwie jest wybór pasowania i o czym należy pamiętać.
Dlaczego wybór pasowania jest ważny?
Rozsądnie jest wybrać pasowanie przed obliczeniem luzu łożyska, ponieważ ma to na nie bezpośredni wpływ. Zrozumienie tego jest bardzo ważne w mechanice. Wybór pasowania, , jest bardzo istotny, żeby zapobiec lub umożliwić względne ruchy między pierścieniem wewnętrznym a wałem lub pierścieniem zewnętrznym a obudową podczas pracy.
Jeśli pasowanie będzie zbyt luźne, potencjalnie mogą wystąpić niepożądane ruchy względne (osiowe, promieniowe lub koncentryczne) między współpracującymi powierzchniami łożyska a wałem lub obudową. Takie ruchy względne mogą prowadzić do uszkodzenia wału, oprawy i łożyska, co z kolei może prowadzić do kosztownych lub skomplikowanych napraw. Oprócz samego łożyska, konieczna może być również wymiana wału i obudowy. Istnieją jednak przypadki, w których łożysko powinno poruszać się swobodnie, na przykład w przypadku łożysk pływających. W takim przypadku należy zapewnić wystarczający luz pomiędzy współpracującymi powierzchniami łożyska i wału lub obudowy. W przypadku braku luzu istnieje ryzyko zakleszczenia się łożyska w skutek zmiany temperatury i związanego z tym wydłużenia oprawy i/lub wału.
W odniesieniu do wyboru pasowania, należy zauważyć, że wszystkie łożyska ze stykiem liniowym (łożyska wałeczkowe) mogą potencjalnie pracować również bezpośrednio w oprawie i/lub na wale. Pasowanie łożyska jest także w takich przypadkach ważne, ponieważ ma bezpośredni wpływ na luz łożyska.
Prawidłowe pasowanie jest niezbędne. Szczególną uwagę należy zwrócić na geometrię wału i oprawy, ponieważ wszystkie defekty mogą zostać przeniesione na pierścienie łożyska. Mogą one prowadzić do drgań, głośnej pracy i ostatecznie do uszkodzenia łożyska (patrz lista „Uszkodzenie łożyska z powodu nieprawidłowego pasowania”). Aby tego uniknąć, zaleca się wybór pasowania dopiero po dokładnym przeanalizowaniu warunków pracy (i otoczenia). W tym celu, należy ściśle przestrzegać założeń producenta zawartych w katalogu.
Uszkodzenia łożysk spowodowane nieprawidłowym pasowaniem:
• Pęknięcie pierścienia, przedwczesne łuszczenie i niewspółosiowość bieżni
•Wycieranie się bieżni i wału lub obudowy wskutek pełzania i korozji ciernej
• Zatarcie spowodowane ujemnym luzem łożyska (napięciem wstępnym)
• Zwiększony hałas i brak współosiowości w wyniku deformacji bieżni
Typów uszkodzeń łożysk z powodu nieprawidłowego pasowania jest wiele ale przy zachowaniu odpowiednich praktyk jesteśmy w stanie ich uniknąć.
Kluczowymi kryteriami doboru pasowania są: materiał wału i obudowy, grubość ścianki i obróbka powierzchni. Należy zwrócić też uwagę na warunki pracy łożyska tocznego – obejmują takie czynniki, jak: rodzaj, wielkość i kierunek obciążenia, prędkość i temperatura.
Pasowanie ciasne
Ogólnie rzecz biorąc, pasowanie ciasne jest skuteczną metodą mocowania łożyska na wale lub w oprawie. Jak pokazano w poniższej tabeli, ciasne pasowanie jest stosowane w przypadku pierścienia obciążonego dynamicznie – dotyczy to zarówno pierścienia wewnętrznego, jak i zewnętrznego. „Pierścienie łożyskowe z obciążeniem dynamicznym” odnoszą się do pierścieni łożyskowych, które są poddawane obciążeniom obrotowym w kierunku promieniowym. Bardzo ciasne pasowania są również zalecane do warunków pracy z wysokimi wibracjami lub obciążeniami udarowymi, do wałów drążonych i cienkościennych obudów, a także do zastosowań z obudowami z tworzyw sztucznych. Co więcej, lekkie pasowania ciasne są czasami zalecane do aplikacji o wysokiej wymaganej dokładności pracy lub w przypadku stosowania małych lub cienkościennych łożysk. W większości przypadków łożysko musi być wciśnięte na wał lub oprawę w przypadku pasowania z wciskiem, dlatego montaż i demontaż może być dość skomplikowany. Warunkiem wstępnym jest zatem, aby na przykład wał był nieco większy niż wewnętrzna średnica d łożyska tocznego. Inną ogólną wadą tego rodzaju pasowania jest zmniejszenie luzu roboczego łożyska.
Pasowanie mieszane
Oprócz pasowania z wciskiem, istnieje również pasowanie mieszane, które jest stosowane, gdy w aplikacji występują tolerancje, które dopuszczają zarówno luz, jak i wcisk.
Pasowanie z luzem
W przypadku łożysk nierozłącznych, takich jak łożyska kulkowe zwykłe, zalecane jest pasowanie luźne pierścienia obciążonego punktowo. Średnica pierścienia zewnętrznego łożyska jest mniejsza niż minimalna średnica oprawy lub średnica pierścienia wewnętrznego jest większa niż maksymalna średnica wału. Zależność między gniazdem łożyskowym a rodzajem obciążenia przedstawiono na ilustracji.
| Ilustracja | Kierunek obrotu łożyska | Obciążenie pierścienia | Gniazdo łożyskowe |
Stałe obciążenie
|
obraca się jest nieruchomy | Obciążenie dynamiczne pierścienia wewnętrznego Obciążenie punktowe dla pierścienia zewnętrznego | Pierścień wewnętrzny: ciasne pasowanie Pierścień zewnętrzny: luźne pasowanie |
Obciążenie dynamiczne
|
Pierścień wewnętrzny jest nieruchomy Pierścień zewnętrzny obraca się | ||
Stałe obciążenie
|
Pierścień wewnętrzny jest nieruchomy Pierścień zewnętrzny obraca się | Obciążenie punktowe dla pierścienia wewnętrznego Obciążenie dynamiczne pierścienia zewnętrznego | Pierścień wewnętrzny: pasowanie luźne Pierścień zewnętrzny: pasowanie ciasne |
Obciążenie dynamiczne
|
Pierścień wewnętrzny obraca się Pierścień zewnętrzny jest nieruchomy |
Obciążenie promieniowe i pasowanie łożyska: Przedstawienie zależności między typem obciążenia a pasowaniem łożyska.
Określanie pasowania łożyska
Wcisk można określić na podstawie tolerancji średnicy otworów wału i oprawy oraz tolerancji pierścieni łożyska. Zalecane wartości wcisku i możliwych pasowań dla różnych zastosowań można zwykle znaleźć w odpowiednich tabelach, na przykład w katalogu NTN.
Minimalny i maksymalny wcisk
W niektórych zastosowaniach konieczne jest obliczenie minimalnego i maksymalnego zachodzenia (wcisku) na siebie pierścienia wewnętrznego i wału lub obudowy i pierścienia zewnętrznego. Minimalny wcisk powinien uwzględniać fakt, że jest redukowana przez cztery czynniki centralne.
Redukcja wcisku ze względu na:
• Obciążenia promieniowe
• Zmiany temperatury
• Zmianę geometrii kształtu/ powierzchni współpracujących
• Odkształcenia
Przy doborze pasowań należy uwzględnić naprężenie pierścienia wewnętrznego i zewnętrznego.
Pierwszym czynnikiem, który należy szczegółowo rozważyć, jest fakt, że wcisk między pierścieniem wewnętrznym a wałem jest zmniejszony, gdy na łożysko toczne działa obciążenie promieniowe. Wpływ ten, określany poniżej jako wymagany efektywny wcisk odpowiadający obciążeniu promieniowemu ∆dF można obliczyć za pomocą wzorów 7 i 8.
Wzór 7
Fr ≤ 0,3 Cor
∆dF = 0,08 (d x Fr /B)1/2 N
Wzór 8
Fr > 0,3 Cor
∆dF = 0,02 (Fr /B) N
Wzory są używane do obliczania redukcji wcisku z powodu występowania obciążenia promieniowego △dF.
∆dF = Wymagany efektywny wcisk po uwzględnieniu obciążenia promieniowego, μ m
d = Średnica otworu łożyska, mm
B = Szerokość pierścienia wewnętrznego, mm
Fr = Obciążenie promieniowe N {kgf}
Cor = Obciążenie statyczne N {kgf}
Do obliczania ∆dF wartości jest używane kilka zmiennych.
Nakładanie się pierścieni wewnętrznych i wałów jest redukowane przez wzrost temperatury (różnica między temperaturą łożyska a temperaturą otoczenia, ∆T), spowodowany pracą łożyska. Obliczenie minimalnego wymaganego wcisku w takich przypadkach przedstawiono we wzorze 9.
Wzór 9
∆dT = 0,0015 × d × ∆T
∆dT = Wymagany efektywny wcisk po uwzględnieniu różnicy temperatur w μ m
∆T = Różnica między temperaturą pierścienia wewnętrznego łożyska a Temperatura otoczenia w °C
d = Średnica otworu łożyska w mm
∆dT jest obliczany za pomocą tego wzoru.
Przy wyborze pasowania należy również pamiętać, że powierzchnia może zostać wygładzona w wyniku wciskania łożyska na wał – w przeciwieństwie do pasowania na gorąco. Oznacza to również, redukcję wcisku. Stopień redukcji zależy od chropowatości współpracujących powierzchni. Można jednak przyjąć, że redukcja wystąpi zawsze (patrz „Zmniejszanie interferencji”).
Redukcja wcisku:
• dla wałów szlifowanych: 1,0~2,5 μ m
• dla wałów toczonych: 5,0~7,0 μ m
Stopień redukcji zakładki w zależności od obróbki powierzchni wału.
Poprzednie kryteria odnosiły się do minimalnego wcisku, teraz przejdziemy do wcisku maksymalnego. Dostosowanie ciasnego pasowania prowadzi do naprężeń i obciążeń ściskających na powierzchni współpracującej. Jeśli wcisk jest zbyt duży – górny limit to około 127 MPa – istnieje prawdopodobieństwo wywołania mikrouszkodzeń pierścieni, co spowoduje skrócenie ich żywotności. Konsekwencją nadmiernego nakładania się mogą być pęknięcia pierścienia wewnętrznego i koszyka.
Wybór pasowania do materiałów o wysokiej rozszerzalności cieplnej
Wał i obudowa mogą być wykonane z materiałów innych niż stal. Szczególnie w przypadku materiałów o wysokich współczynnikach rozszerzalności cieplnej (np. aluminium), należy zauważyć, że pasowanie pomiędzy pierścieniem wewnętrznym i wałem lub pierścieniem zewnętrznym i obudową zmienia się wraz ze wzrostem temperatury podczas pracy łożyska. Ponieważ materiały takie jak aluminium rozszerzają się szybciej niż np. stal, można to skompensować tylko w ograniczonym zakresie poprzez ciaśniejsze pasowanie. Jeśli wahania temperatury są zbyt ekstremalne, obudowa powinna być wykonana z materiałów o porównywalnych współczynnikach rozszerzalności, takich jak staliwo.
Wzór 10
∆dTE = (∝1-∝2) × d × ∆T
∆dTE = Redukcja wcisku wynikająca z różnych współczynników rozszerzalności cieplnej materiałów
∝1 = Współczynnik rozszerzalności łożyska tocznego, 1/℃
∝2 = Współczynnik rozszerzalności wału lub obudowy, 1/℃
d = Średnica referencyjna odpowiedniego pasowania w mm
∆T = Różnica temperatur pomiędzy temperaturą otoczenia i pracy
Współczynniki rozszerzalności poszczególnych materiałów muszą być brane pod uwagę przy wyborze pasowania. Powodem tego jest fakt, że materiały inne niż stal również mają różne współczynniki rozszerzalności.
Może Cię zainteresować
Luz łożyskowy, luz roboczy i napięcie wstępne
W artykule znajdziesz zagadnienia takie jak luz łożyskowy, luz roboczy, definicja napięcia wstępnego, a także obliczanie wartości oraz kryteria ważne w kontekście wyboru właściwego luzu
Łożysko baryłkowe
Charakterystyka łożysk baryłkowych Łożyska baryłkowe są wszechstronne. Są w stanie przenosić duże obciążenia w kierunku promieniowym, a także mniejsze w kierunku osiowym. Stosuje się je
Obliczanie trwałości łożysk
Katastrofa – uszkodzenie łożyska! Jeśli weźmiemy pod uwagę, że łożyska toczne są narażone na ciągły nacisk i obciążenia ścinające, nie jest to nic niezwykłego. Bardziej