Łożyska baryłkowe

 

 

 

W łożyskach baryłkowych elementy toczne o kształcie tzw. baryłek są bryłami obrotowymi, których powierzchnia boczna ma kształt lekko sferyczny. Dzięki kulistej bieżni pierścienia zewnętrznego pierścień wewnętrzny i koszyk z elementami tocznymi może się wychylać. Na rynku dostępne są łożyska baryłkowe poprzeczne z otworem walcowym i stożkowym z myślą o zamocowaniu na tulei wciskanej bądź wciąganej. Do smarowania tego rodzaju łożysk wykorzystuje zarówno smar plastyczny, jak i olej.

 

W praktyce najczęściej montuje się łożyska baryłkowe dwurzędowe, natomiast nieco rzadziej zastosowanie znajdują odmiany jednorzędowe. Oprócz tego łożyska baryłkowe mogą mieć postać łożysk poprzecznych i wzdłużnych.

 

Jednorzędowe, dwurzędowe, oporowe (wzdłużne)

Łożyska baryłkowe jednorzędowe są łożyskami wałeczkowymi zdolnymi do wychyleń kątowych. Stąd też ich zastosowanie obejmuje aplikacje, gdzie występują duże nośności promieniowe, przy czym konieczne jest wyrównanie odchyłek współosiowości. Łożyska tego typu, dzięki wytrzymałej nierozłącznej konstrukcji, sprawdzają się w aplikacjach z dużymi udarowymi obciążeniami promieniowymi. Należy podkreślić, że nośność osiowa łożysk baryłkowych jednorzędowych jest niewielka.

Niejednokrotnie, zwłaszcza w najcięższych obciążeniach, zastosowanie znajdują łożyska baryłkowe dwurzędowe. Istotną rolę w konstrukcji takich łożysk odgrywają dwa rzędy symetrycznych baryłek. Podczas pracy mają one swobodne prowadzenie na kulistej bieżni pierścienia zewnętrznego. Mogą być przejmowane nie tylko obciążenia promieniowe, ale również obciążenia osiowe z uwzględnieniem obu kierunków.

Z myślą o przenoszeniu bardzo dużych obciążeń i pracy z dużymi prędkościami obrotowymi produkuje się łożyska baryłkowe oporowe (wzdłużne). Bieżnie i kierunek działania obciążenia między asymetrycznymi baryłkami tworzą kąt w odniesieniu do osi. Łożyska tego typu są w stanie przenosić równocześnie obciążenia poprzeczne i wzdłużne, przy czym wartość obciążenia poprzecznego nie powinna być większa niż 55% wartości działającego w tym samym czasie obciążenia wzdłużnego.

Należy podkreślić, że łożyska baryłkowe wzdłużne mają konstrukcję rozłączną. Tym sposobem poszczególne pierścienie można montować do węzła w sposób oddzielny.

Kulista powierzchnia bieżni pierścienia zewnętrznego powoduje, że łożyska mogą być wykorzystywane w aplikacjach, gdzie występują stosunkowo duże błędy współosiowości wału i oprawy. Elementy tego typu zawsze poddaje się określonemu obciążeniu wzdłużnemu, co wynika z obecności sił giroskopowych i odśrodkowych podczas obracania. Producenci z reguły oferują łożyska baryłkowe wzdłużne w normalnej klasie dokładności. Masywny koszyk, który jest prowadzony na tulei stalowej połączonej na stałe w otworze pierścienia zewnętrznego, może być zastąpiony koszykiem blaszanym.

Największym odbiorcom łożysk jest Azja. Szacuje się, że na ten kontynent trafia prawie połowa światowej sprzedaży łożysk. Znaczny udział w odbiorze łożysk mają Chiny, bowiem ich udział w światowym rynku wynosi ok. 25%.

 

Budowa łożysk baryłkowych

W łożyskach baryłkowych zastosowanie znajdują dwa rzędy baryłek, kulista bieżnia w pierścieniu zewnętrznym, a także dwie bieżnie na pierścieniu wewnętrznym, które są ustawione pod kątem w odniesieniu do osi łożyska. Środek kuli tworzony przez bieżnię w pierścieniu zewnętrznym jest umieszczony na osi łożyska. Tym sposobem łożyska są wahliwe i niewrażliwe na niewspółosiowość wału względem oprawy, co może wynikać np. z ugięcia wału. Warto podkreślić możliwość przenoszenia dużych obciążeń promieniowych oraz znacznych obciążeń osiowych działających w obu kierunkach.

Na parametry łożysk baryłkowych wpływają przede wszystkim znamionowe wartości obciążenia i prędkości oraz szereg czynników determinujących jakość pracy łożyska. Chodzi głównie o geometrię wałeczków, koszyków i bieżni, a także obróbkę cieplną i wykończenie wszystkich powierzchni styku.

Na przykład firma ZVL graniczną prędkość obrotową podawaną oblicza jako maksymalną liczbę obrotów, gdzie graniczna prędkość obrotowa podana w części tabelarycznej to maksymalna liczba obrotów, przy której, z pewnym marginesem bezpieczeństwa, łożysko pracuje bezusterkowo. Spełnione muszą być przy tym następujące warunki: obciążenie łożyska odpowiada trwałości L10 ≈ 100 tys. godzin, a składowa osiowa sił Fa obciążająca łożysko poprzeczne baryłkowe osiąga 25% maksymalnej wartości składowej promieniowej siły Fr. Łożyska są wykonane w normalnej klasie dokładności, z normalnym luzem promieniowym, natomiast graniczna prędkość obrotowa przy smarowaniu olejowym jest określana dla smarowania zanurzeniowego.

 

Czynniki wpływające na parametry łożysk baryłkowych

Dzięki symetrycznym samonastawnym wałeczkom podczas pracy łożyska zyskuje się optymalny rozkład obciążenia na całej długości wałeczka. W efekcie obniżany jest poziom naprężeń w każdych warunkach obciążenia, powodując zwiększenie trwałości eksploatacyjnej łożyska. Wałeczki łożysk baryłkowych produkuje się, uwzględniając bardzo wąskie tolerancje kształtu i wymiaru. Takie rozwiązanie pozwala na optymalizację rozkładu obciążenia pomiędzy wałeczki, zwiększając trwałość eksploatacyjną łożyska. Nie mniej ważny jest odpowiedni profil wpływający na rozkład naprężeń na powierzchniach styku wałeczków z bieżniami. Z kolei specjalnie zaprojektowany zarys jest gwarancją równomiernego rozkładu obciążeń występujących pomiędzy poszczególnymi elementami tocznymi, co eliminuje naprężenia szczytowe na końcach wałeczków, zwiększając trwałość eksploatacyjną łożyska.

Interesujące rozwiązanie stanowią wałeczki o konstrukcji samoprowadzącej. Odpowiednie ich kierowanie zapewnia dopasowanie do strefy obciążenia przy zachowaniu optymalnego położenia, co jest efektem pracy swobodnego pierścienia. Istotnym czynnikiem wpływającym na parametry łożysk są wytrzymałe metalowe koszyki, dzięki czemu łożysko może pracować w wysokich temperaturach przy uwzględnieniu różnych środków smarnych.

Na przykład łożyska baryłkowe HPS TM firmy NSK mają koszyk z blachy tłoczonej (seria EA), co zapewnia wyższe prędkości graniczne (maks. 20%). Istotną rolę odgrywa przy tym specjalna obróbka powierzchniowa, natomiast dostępne średnice otworów wynoszą do 130 mm. Z kolei łożyska serii CAM tego samego producenta mają masywny koszyk z mosiądzu, a dostępne średnice otworów wynoszą od 95 mm.

 

Łożyska dwurzędowe

Dzięki baryłkowym łożyskom dwurzędowym możliwe jest przenoszenie dużych obciążeń promieniowych z obciążeniem osiowym, które działa w obu kierunkach. W konstrukcji łożysk tego typu uwzględnia się podłużne symetryczne wałeczki o dużej średnicy i powierzchni sferycznej umieszczone w dwóch rzędach. Nie mniej ważna jest wspólna bieżnia sferyczna w pierścieniu zewnętrznym.

Zrównoważony rozkład obciążenia na elementach tocznych wynika ze sferyczności bieżni w pierścieniu zewnętrznym. Właściwość w tym zakresie występuje również w przypadku ugięcia wału lub niezachowania współosiowości opraw. To właśnie taka konstrukcja zapewnia możliwość pracy w niskich temperaturach i z wyższymi prędkościami obrotowymi. Oprócz tego przenoszone są większe obciążenia i zwiększa się trwałość łożyska.

Baryłkowe łożyska dwurzędowe w wykonaniu standardowym mają dwuczęściowy koszyk stalowy blaszany środkowany na pierścieniu wewnętrznym. Niejednokrotnie zastosowanie znajdują łożyska o zwiększonej obciążalności z symetrycznymi wałeczkami oraz ruchomym kołnierzem centrującym i dwuczęściowym koszykiem tłoczonym. Co prawda baryłkowe łożyska dwurzędowe z reguły wytwarza się w klasie dokładności P0, to jednak w razie potrzeby może być wyprodukowane łożysko w wyższej klasie.

Łożyska baryłkowe dwurzędowe w wykonaniu standardowym mają normalny luz promieniowy. Z kolei w zastosowaniach specjalnych można wykorzystać łożyska z luzem promieniowym C2 (mniejszym od normalnego) albo z luzem promieniowym C3, C4, C5 (większym od normalnego). Rowek oraz trzy otwory smarowe w pierścieniu zewnętrznym zapewniają lepsze smarowanie przy zwiększonym poziomie bezawaryjności łożyska.

Łożyska dwurzędowe zazwyczaj produkowane są z otworem walcowym lub stożkowym o zbieżności 1 : 12 lub 1 : 30. W przypadku łożysk z otworem stożkowym osadzenie odbywa się bezpośrednio na czopie stożkowym lub na czopie walcowym przy użyciu tulei wciąganych lub wciskanych.

 

Łożyska do pracy w wysokich temperaturach

Specjalne łożyska baryłkowe dwurzędowe produkuje się z myślą o pracy w wysokich temperaturach przekraczających 120°C. Łożyska tego typu mają konstrukcje stabilizowane dla temperatur 150–400°C zgodnie z normą ISO 2982-1,2. Dwurzędowe łożyska baryłkowe przeznaczone do pracy w wysokich temperaturach mogą się wychylać z położenia centralnego bez zakłóceń w pracy. Uzyskuje się to dzięki koszykom stalowym wykonanym z blachy lub z masywnego mosiądzu. Koszyki mogą być prowadzone przy użyciu elementów tocznych lub pierścieni wewnętrznych.

Warto podkreślić, że dwurzędowe łożyska baryłkowe znajdują zastosowanie przede wszystkim w zestawach kołowych pojazdów szynowych, przekładniach, walcarkach itp.

Na przykład w łożyskach baryłkowych Timken® zastosowano rozwiązania pozwalające na pracę łożyska w wysokich temperaturach. Oprócz tego łożysko przenosi duże obciążenia oraz umożliwia przenoszenie obciążeń promieniowych i osiowych, nawet przy znacznej niewspółosiowości. Producent podaje, że łożyska tego typu mają temperaturę o ok. 8°C niższą niż inne łożyska, zakładając pracę w tych samych warunkach.

 

Zespoły łożyskowe w oprawach niedzielonych

Na rynku oferowane są gotowe zespoły łożyskowe w oprawach łożyskowych. Należy podkreślić wysoki poziom ochrony łożyska, co zapewnia możliwość pracy w trudnych warunkach środowiskowych. Wyeliminowane są przy tym problemy z niewłaściwym smarowaniem, a w niektórych rozwiązaniach wykorzystuje się podwójne systemy uszczelnień. W przestrzeni znajdującej się między uszczelnieniem wstępnym a głównym umieszczony jest otwór smarowniczy. Konstrukcja łożysk przewiduje różne warianty montażu na wale. Stąd też nabyć można rozwiązania z jedną nakrętką i wkrętami dociskowymi. Oprócz tego niejednokrotnie zastosowanie znajdują zespoły z dwoma nakrętkami i wkrętami dociskowymi oraz zespoły z mocowaniem na tulei łożyskowej. Zastosować można również mocowanie na podwójnej tulei stożkowej stosowane w skrajnie ciężkich warunkach pracy. Odpowiednia konstrukcja zapewnia wyeliminowanie ryzyka nadmiernego dokręcenia.

W zespołach łożyskowych istotną rolę odgrywają uszczelnienia. Wiele konstrukcji wykorzystuje uszczelnienia labiryntowe zapewniające szczelność przy wysokich prędkościach i ochronę łożyska zwłaszcza w miejscach, gdzie występuje wysoki poziom zanieczyszczenia i wilgotności. Warto podkreślić przy tym możliwość pracy w wysokich temperaturach i odporność na ścieranie. Wiele aplikacji wykorzystuje również uszczelnienia trójwargowe wykonane z elastomeru nitrylowego umożliwiającego usuwanie nadmiaru smaru. Uszczelnienie tego typu cechuje się odpornością na działanie środków korozyjnych i chemicznych. Z kolei uszczelnienie trójwargowe uretanowe ma wszystkie właściwości uszczelnienia nitrylowego a dodatkowo jest odporne na ścieranie.

Na przykład uszczelnione łożyska baryłkowe SKF Explorer są wytwarzane ze specjalnej stali SKF Xbite. Łożyska te cechuje zmniejszony poziom drgań i hałasu. Oprócz tego zastosowano ulepszone wykończenie powierzchni bieżni, zatem zwiększa się skuteczność środka smarnego przy równomiernej pracy łożyska i mniejszym wzroście temperatury.

 

Podsumowanie

Łożyska baryłkowe projektuje się pod kątem pracy w dużych maszynach, zatem możliwe jest przenoszenie znacznych obciążeń promieniowych i osiowych. Baryłkowe łożyska dwurzędowe są w stanie przenosić obciążenia osiowe w obu kierunkach. Łożyska baryłkowe zalicza się do łożysk wahliwych, przy czym maksymalne wychylenie wynika z obciążenia łożysk i z reguły nie przekracza 2°.

Jako największą wadę łożysk baryłkowych należy wymienić dużą masę, natomiast aplikacje wymagające łożysk z obniżoną masą bazują na lżejszych i o podobnych parametrach łożyskach toroidalnych.

 

Damian Żabicki

 

 

 

Oferta: automatyka magazynowa, case study, centrum logistyczne, dystrybucja, logistyka, magazyn, magazynier, operator logistyczny, palety, regały, studia przypadków, system wms, wózek widłowy, wózki widłowe

Background Image

Header Color

:

Content Color

:

Strona korzysta z plików cookies w celu realizacji usług zgodnie z Polityką prywatności. Możesz określić warunki przechowywania lub dostępu do cookie w Twojej przeglądarce lub w konfiguracji usługi. Polityka prywatności.