Proč většina těžebních strojů volí valivá ložiska místo kluzných?

Jako nepostradatelná a důležitá součást strojírenských výrobků hrají ložiska důležitou roli při podpírání rotujících hřídelí. Podle různých třecích vlastností se ložiska dělí na valivé třecí ložisko (označované jako valivé ložisko) a kluzné třecí ložisko (označované jako kluzné ložisko). Tyto dva typy ložisek mají své vlastní konstrukční charakteristiky a každý z nich má své výhody a nevýhody ve výkonu.

Porovnání valivých a kluzných ložisek

1. Porovnání struktury a způsobu pohybu

Nejzřetelnější rozdíl mezi valivými ložisky akluzná ložiskaje přítomnost nebo nepřítomnost valivých těles.

Valivá ložiska mají valivá tělesa (kuličky, válcové válečky, kuželíkové válečky, jehlové válečky), která se při podepírání rotujícího hřídele spoléhají na svou rotaci, takže kontaktní část je bodová a čím více valivých těles, tím více kontaktních bodů.

Kluzná ložiskanemají žádné valivé prvky a spoléhají se na hladké povrchy pro podepření rotujícího hřídele, takže kontaktní částí je povrch.

 

Rozdíl ve struktuře obou určuje, že režim pohybu valivého ložiska je valivý a režim pohybu kluzného ložiska je kluzný, takže třecí situace je zcela odlišná.

 

2. Porovnání nosnosti

Obecně platí, že vzhledem k velké ploše ložiska kluzného ložiska je jeho únosnost obecně vyšší než u valivého ložiska a schopnost valivého ložiska nést rázové zatížení není vysoká, ale ložisko plně mazané kapalinou může nést velké rázové zatížení díky roli tlumení a absorpce vibrací v důsledku mazacího filmu. Při vysokých otáčkách se zvyšuje odstředivá síla valivých těles ve valivém ložisku a jeho únosnost se snižuje (při vysokých otáčkách je náchylnější k hluku). V případě dynamických kluzných ložisek se jejich únosnost zvyšuje s vyššími otáčkami.

 

3. Porovnání součinitele tření a počátečního třecího odporu

Za normálních provozních podmínek je součinitel tření valivých ložisek nižší než u kluzných ložisek a jeho hodnota je stabilnější. Mazání kluzných ložisek je snadno ovlivněno vnějšími faktory, jako je rychlost a vibrace, a součinitel tření se značně mění.

 

Při rozběhu je odpor větší než odpor valivého ložiska, protože kluzné ložisko si ještě nevytvořilo stabilní olejový film, ale počáteční třecí odpor a provozní koeficient tření hydrostatického kluzného ložiska jsou velmi malé.

 

4. Porovnání použitelných pracovních rychlostí

Vzhledem k omezení odstředivé síly valivého tělesa a nárůstu teploty ložiska nesmí být rychlost valivého ložiska příliš vysoká a je obecně vhodné pro provozní podmínky se středními a nízkými otáčkami. U neúplných kapalinou mazaných ložisek by pracovní rychlost neměla být příliš vysoká v důsledku zahřívání a opotřebení ložiska. Vysokorychlostní výkon plně kapalinou mazaných ložisek je velmi dobrý, zejména když jsou hydrostatická kluzná ložiska mazána vzduchem, a jejich otáčky mohou dosáhnout 100 000 ot/min.

 

5. Porovnání ztrátového výkonu

Vzhledem k malému součiniteli tření valivých ložisek není jejich ztráta výkonu obecně velká, je menší než u neúplných kapalinou mazaných ložisek, ale při správném mazání a instalaci se dramaticky zvýší. Ztráta třením ložisek plně mazaných kapalinou je nízká, ale u hydrostatických kluzných ložisek může být celková ztráta výkonu vyšší než u hydrostatických kluzných ložisek v důsledku ztráty výkonu olejového čerpadla.

 

6. Porovnání životnosti

Vzhledem k vlivu důlkové koroze a únavy materiálu jsou valivá ložiska obecně konstruována na 5~10 let nebo se vyměňují při generální opravě. Destičky neúplných kapalinou mazaných ložisek jsou silně opotřebované a je třeba je pravidelně měnit. Životnost plně kapalinou mazaných ložisek je teoreticky neomezená, ale v praxi může dojít k únavovému porušení ložiskového materiálu v důsledku cyklického namáhání, zejména u dynamických kluzných ložisek.

 

7. Porovnání přesnosti rotace

Valivá ložiska mají obecně vysokou přesnost otáčení díky malé radiální vůli. Neúplné kapalinou mazané ložisko je ve stavu mezního mazání nebo smíšeného mazání, což vede k nestabilnímu provozu, značnému opotřebení a nízké přesnosti. Díky přítomnosti olejového filmu plně kapalinou mazané ložisko tlumí a absorbuje vibrace s vysokou přesností. Hydrostatická kluzná ložiska mají vyšší přesnost otáčení.

 

8. Porovnání dalších aspektů

Valivá ložiska používají olej, tuk nebo pevné mazivo, jehož množství je velmi malé, při vysokých otáčkách velké, a proto je požadována vysoká čistota oleje, takže je nutné ložisko utěsnit, ale ložisko se snadno vyměňuje a obecně není nutné opravovat čep. U kluzných ložisek je kromě neúplného kapalného mazání obvykle použito kapalné nebo plynné mazivo, jehož množství je velmi velké, a požadavky na čistotu oleje jsou také velmi vysoké, ložiskové destičky je třeba často měnit a někdy je nutné opravovat čep.

 

Výběr valivých a kluzných ložisek

Vzhledem ke složitým a rozmanitým reálným pracovním podmínkám neexistuje jednotný standard pro výběr valivých a kluzných ložisek. Díky malému koeficientu tření, malému rozběhovému odporu, citlivosti, vysoké účinnosti a standardizaci mají valivá ložiska vynikající zaměnitelnost a všestrannost, snadno se používají, mazají a udržují a obecně se jim dává přednost při výběru, takže se široce používají ve všeobecných strojích. Kluzná ložiska sama o sobě mají určité jedinečné výhody, které se obecně používají v některých případech, kdy nelze valivá ložiska použít, jsou nepohodlná nebo nevýhodná, například v následujících případech:

 

1. Velikost radiálního prostoru je omezená nebo je nutné instalaci rozdělit

Vzhledem k vnitřnímu kroužku, vnějšímu kroužku, valivému tělesu a kleci v konstrukci je radiální rozměr valivého ložiska velký a jeho použití je do určité míry omezené. Jehlová ložiska jsou k dispozici, pokud jsou radiální rozměry přísné, a v případě potřeby jsou vyžadována kluzná ložiska. Pro součásti, u kterých je použití ložisek nepraktické, nebo u kterých nelze montovat z axiálního směru, nebo u kterých je nutné součásti rozdělit na části, se používají dělená kluzná ložiska.

 

2. Vysoce přesné příležitosti

Pokud má použité ložisko vysoké požadavky na přesnost, obvykle se volí kluzné ložisko, protože mazací film kluzného ložiska může tlumit vibrace, a pokud je přesnost extrémně vysoká, lze zvolit pouze hydrostatické kluzné ložisko. Kluzná ložiska se široce používají pro přesné a vysoce přesné brusky, různé přesné nástroje atd.

 

3. Příležitosti s vysokým zatížením

Valivá ložiska, ať už kuličková nebo válečková, jsou v náročných podmínkách náchylná k zahřívání a únavě materiálu. Proto se při velkém zatížení nejčastěji používají kluzná ložiska, například ve válcovnách, parních turbínách, příslušenství leteckých motorů a těžebních strojích.

 

4. Jiné příležitosti

Například pracovní rychlost je obzvláště vysoká, nárazy a vibrace jsou mimořádně velké a potřeba pracovat ve vodě nebo korozivních médiích atd., kluzná ložiska lze také rozumně zvolit.

 

U různých strojů a zařízení má použití valivých a kluzných ložisek své výhody a nevýhody a mělo by být přiměřeně zvoleno v kombinaci s konkrétním projektem. V minulosti se ve velkých a středních drtičích obecně používala kluzná ložiska odlitá z babittu, protože odolala velkým rázovým zatížením a byla odolnější proti opotřebení a stabilnější. Malé čelistní drtiče se většinou používají s valivými ložisky, která mají vysokou účinnost přenosu, jsou citlivější a snadněji se udržují. Se zlepšením technické úrovně výroby valivých ložisek se většina velkých čelistních drtičů používá i ve valivých ložiskách.