Dokážou hluboká kuličková ložiska zvládnout jak radiální, tak axiální zatížení?

Hluboká ložiska kuliček (DGROS) jsou pravděpodobně nejvíce všudypřítomným typem válcování, které se nacházejí ve všem od elektrických motorů a domácích spotřebičů po automobilové komponenty a průmyslové převodovky. Často vyvstává základní otázka: Mohou hluboká kuličková ložiska efektivně zvládnout obě radiální a axiální zatížení? Odpověď je nuance: Ano, mohou pojmout oba, ale především vynikají při radiálním zatížení a mají specifická omezení týkající se axiální kapacity.

Porozumění designu pro duální schopnost

Klíč k schopnosti DGRO spravovat oba typy zátěže spočívá v jeho základní geometrii:

1. Hluboké, nepřetržité drážky: Vnitřní i vnější prsteny mají hluboké, nepřetržité závodní dráhy. Toto nepřetržité zakřivení poskytuje hladké dráhy pro koule.
2. Kontakt s míčovým raceway: Hluboké drážky umožňují intimní kontakt mezi koulemi a oběma závody podél významných oblouků.
3. Axiální cesta zatížení: Když je naneseno axiální zatížení (rovnoběžně s osou hřídele), kuličky přenášejí sílu z drážkového ramene jednoho kroužku na rameno drážky opačného kroužku. Hluboké drážky poskytují stabilní povrchy pro tento přenos síly.

Tento design neodmyslitelně umožňuje ložisku přenášet axiální zatížení obě Pokyny současně, i když s výrazně menší kapacitou než jeho radiální zatížení.

Výkonové charakteristiky: radiální vs. axiální

• Síla radiálního zatížení: DGROS jsou speciálně optimalizovány pro radiální zatížení (síly působící kolmo k ose hřídele). Jejich geometrie distribuuje radiální zatížení efektivně na více koulích, což umožňuje vysokou radiální zatížení ve srovnání s jejich velikostí.
• Axiální zatížení: Přestože je schopná axiální zatížení jediného ložiska kuličky s hlubokým drážkou je výrazně nižší než jeho radiální zatížení. Jako obecné pokyny:
  • Jednomístné DGRO může obvykle zvládnout axiální zatížení až do přibližně 25-50% svého statického radiálního zatížení (C0) . Přesné procento do značné míry závisí na specifické řadě ložisek (šířka, hloubka drážky, zakřivení) a tolerance výroby.
  • Směr: Dokážou zvládnout axiální zatížení v obou směrech.
  • Faktory ovlivňující axiální kapacitu: Vyšší axiální kapacita upřednostňuje:
    • Větší ložiska ve stejné sérii.
    • Ložiska s většími koulemi nebo zvýšeným doplňkem míče.
    • Ložiska vyrobená s větším vnitřní vůlí (např. C3 clearance zvládne o něco více axiální zatížení než C0 před zažitím škodlivého předpětí).
    • Správné mazání a mírné provozní rychlosti.

Praktické aplikace využívající duální zatížení

DGROS se úspěšně používají v nesčetných aplikacích, kde jsou přítomny mírné kombinované zatížení (radiální axiální) nebo čistá axiální zatížení:

1. Elektrické motory a generátory: Manipulace s zbytkovými axiálními silami z magnetických polí nebo menšího vyrovnání hřídele během provozu.
2. Převodovky: Podpůrné zatížení hřídele, kde se vyskytují jak radiální síly z převodových kol, tak axiální tah z helikálních ozubených kola.
3. Čerpadla a kompresory: Správa radiálních zatížení z oběžných kol a mírného axiálního tahu.
4. Manipulační dopravníky: Podpůrné válce podléhají radiálnímu zatížení s určitým axiálním omezením.
5. Automobilové příslušenství: Používá se v alternátorech, vodních čerpacích a napínacích, kde jsou zátěže primárně radiální, ale existuje určitá axiální složka.
6. Spotřebiče: Nalezeno v bubnech pračky (významné radiální, střední axiální během rotace) a motory s malými zařízeními.

Kdy je dostačující hluboká kulička a kdy jsou potřebné alternativy?

• Vhodné pro:
  • Primárně radiální zatížení.
  • Aplikace s low to moderate axiální zatížení vzhledem k kapacitě ložiska.
  • Situace vyžadující axiální zatížení v obou směrech.
  • Aplikace, kde jsou prioritami jednoduchost, nákladová efektivita a vysokorychlostní schopnost.
• Zvažte alternativy (úhlový kontakt, zúžený válec) pro:
  • Aplikace, kterým dominuje Těžká axiální zatížení (čistý tah nebo tah významně přesahující ~ 50% C0).
  • Scénáře vyžadující Velmi vysoká axiální tuhost nebo přesné axiální polohování.
  • Aplikace zahrnující vysoká kombinovaná zatížení kde axiální složka posune limity kapacity DGRO. Úhlová kontaktní kulička nebo kužená válecská ložiska jsou výslovně navržena tak, aby zvládla významná axiální zatížení, ať už jednotlivě nebo v kombinaci s radiálním zatížením, mnohem efektivněji.

Hluboká kulická ložiska mají přirozenou schopnost zvládnout radiální i axiální zatížení současně, což je významná výhoda přispívající k jejich rozšířenému použití. Tato kapacita s dvojím zatížením pramení přímo z jejich hlubokých, kontinuálních drážkových závodníků. Jejich axiální zatížení je však ve srovnání s jejich radiální pevností zásadně omezená. Inženýři musí pečlivě vyhodnotit velikost a směr radiálního i axiálního zatížení v aplikaci. Zatímco DGROS jsou vynikající pro nízko-střední axiální zatížení kombinované s radiálním zatížením, aplikace vyžadující vysoký axiální tah nebo extrémní axiální tuhost vyžadují ložiska speciálně vytvořená pro tento primární účel. Porozumění této rovnováze je zásadní pro výběr optimálního ložiska pro spolehlivý výkon a dlouhověkost.