Prečo väčšina banských strojov volí valivé ložiská namiesto klzných?

Ložiská ako nevyhnutná a dôležitá súčasť mechanických výrobkov zohrávajú dôležitú úlohu pri podopieraní rotujúcich hriadeľov. Podľa rôznych trecích vlastností ložiska sa ložiská delia na valivé trecie ložiská (označované ako valivé ložisko) a klzné trecie ložiská (označované ako posuvné ložisko). Tieto dva typy ložísk majú svoje vlastné konštrukčné charakteristiky a každý z nich má svoje výhody a nevýhody vo výkone.

Porovnanie valivých a klzných ložísk

1. Porovnanie štruktúry a spôsobu pohybu

Najzreteľnejší rozdiel medzi valivými ložiskami aklzné ložiskáje prítomnosť alebo neprítomnosť valivých telies.

Valivé ložiská majú valivé telesá (guľôčky, valcové valčeky, kužeľové valčeky, ihlové valčeky), ktoré sa pri podopieraní rotujúceho hriadeľa spoliehajú na svoju rotáciu, takže kontaktná časť je bodová a čím viac valivých telies, tým viac kontaktných bodov.

Klzné ložiskánemajú žiadne valivé telesá a spoliehajú sa na hladké povrchy na podopretie rotujúceho hriadeľa, takže kontaktnou časťou je povrch.

 

Rozdiel v štruktúre týchto dvoch určuje, že režim pohybu valivého ložiska je valenie a režim pohybu klzného ložiska je kĺzanie, takže trecia situácia je úplne odlišná.

 

2. Porovnanie nosnosti

Vo všeobecnosti je únosnosť klzného ložiska vzhľadom na veľkú plochu ložiska vo všeobecnosti vyššia ako únosnosť valivého ložiska a schopnosť valivého ložiska niesť rázové zaťaženie nie je vysoká, ale ložisko mazané výlučne kvapalinou môže uniesť veľké rázové zaťaženie vďaka tlmeniu a absorpcii vibrácií v dôsledku mazacieho filmu. Pri vysokých otáčkach sa zvyšuje odstredivá sila valivých telies vo valivom ložisku a znižuje sa jeho únosnosť (pri vysokých otáčkach sa náchylnejší objavovať hluk). V prípade dynamických klzných ložísk sa ich únosnosť zvyšuje s vyššími otáčkami.

 

3. Porovnanie koeficientu trenia a počiatočného trecieho odporu

Za normálnych prevádzkových podmienok je koeficient trenia valivých ložísk nižší ako koeficient trenia klzných ložísk a jeho hodnota je stabilnejšia. Mazanie klzných ložísk je ľahko ovplyvnené vonkajšími faktormi, ako sú rýchlosť a vibrácie, a koeficient trenia sa značne mení.

 

Pri rozbehu je odpor väčší ako odpor valivého ložiska, pretože klzné ložisko ešte nevytvorilo stabilný olejový film, ale počiatočný trecí odpor a pracovný koeficient trenia hydrostatického klzného ložiska sú veľmi malé.

 

4. Porovnanie použiteľných pracovných rýchlostí

Vzhľadom na obmedzenie odstredivej sily valivého telesa a nárast teploty ložiska nemôže byť rýchlosť valivého ložiska príliš vysoká a je vo všeobecnosti vhodné pre pracovné podmienky so strednou a nízkou rýchlosťou. V prípade neúplne mazaných ložísk kvapalinou by pracovná rýchlosť nemala byť príliš vysoká v dôsledku zahrievania a opotrebovania ložiska. Vysokorýchlostný výkon plne mazaných ložísk kvapalinou je veľmi dobrý, najmä ak sú hydrostatické klzné ložiská mazané vzduchom a ich otáčky môžu dosiahnuť 100 000 ot./min.

 

5. Porovnanie straty výkonu

Vzhľadom na malý koeficient trenia valivých ložísk nie je ich strata výkonu vo všeobecnosti veľká, čo je menej ako u neúplne mazaných kvapalinou ložísk, ale pri správnom mazaní a inštalácii sa dramaticky zvýši. Strata trecieho výkonu plne mazaných kvapalinou ložísk je nízka, ale pri hydrostatických klzných ložiskách môže byť celková strata výkonu vyššia ako u hydrostatických klzných ložísk v dôsledku straty výkonu olejového čerpadla.

 

6. Porovnanie životnosti

Vzhľadom na vplyv jamkovej kryosti materiálu a únavy materiálu sú valivé ložiská vo všeobecnosti navrhnuté na 5 až 10 rokov alebo sa vymieňajú počas generálnej opravy. Podložky neúplných ložísk mazaných kvapalinou sú silne opotrebované a je potrebné ich pravidelne vymieňať. Životnosť plne mazaných ložísk kvapalinou je teoreticky neobmedzená, ale v praxi môže dôjsť k únavovému porušeniu ložiskového materiálu v dôsledku cyklického namáhania, najmä pri dynamických klzných ložiskách.

 

7. Porovnanie presnosti otáčania

Valivé ložiská majú vo všeobecnosti vysokú presnosť otáčania vďaka malej radiálnej vôli. Neúplné kvapalinou mazané ložisko je v stave hraničného mazania alebo zmiešaného mazania, čo má za následok nestabilnú prevádzku, značné opotrebenie a nízku presnosť. Vďaka prítomnosti olejového filmu plne kvapalinou mazané ložisko tlmí a absorbuje vibrácie s vysokou presnosťou. Hydrostatické klzné ložiská majú vyššiu presnosť otáčania.

 

8. Porovnanie iných aspektov

Valivé ložiská používajú olej, mazivo alebo tuhé mazivo, množstvo je veľmi malé, pri vysokých otáčkach veľké, čistota oleja musí byť vysoká, takže je potrebné utesniť ložisko, ale ložisko sa dá ľahko vymeniť a vo všeobecnosti nie je potrebné opravovať čap. Pri klzných ložiskách je okrem neúplného kvapalného mazania mazivo vo všeobecnosti kvapalné alebo plynné, množstvo je veľmi veľké, požiadavky na čistotu oleja sú tiež veľmi vysoké, ložiskové doštičky je potrebné často vymieňať a niekedy je potrebné opraviť čap.

 

Výber valivých a klzných ložísk

Vzhľadom na zložité a rozmanité reálne prevádzkové podmienky neexistuje jednotný štandard pre výber valivých a klzných ložísk. Vďaka malému koeficientu trenia, malému rozbehovému odporu, citlivosti, vysokej účinnosti a štandardizácii majú valivé ložiská vynikajúcu zameniteľnosť a všestrannosť, sú pohodlné na používanie, mazanie a údržbu a vo všeobecnosti sa im pri výbere dáva prednosť, preto sa široko používajú vo všeobecných strojoch. Samotné klzné ložiská majú určité jedinečné výhody, ktoré sa zvyčajne používajú v niektorých prípadoch, keď sa valivé ložiská nedajú použiť, sú nepohodlné alebo nevýhodné, napríklad v nasledujúcich prípadoch:

 

1. Veľkosť radiálneho priestoru je obmedzená alebo musí byť inštalácia rozdelená

Vzhľadom na vnútorný krúžok, vonkajší krúžok, valivé teleso a klietku v konštrukcii je radiálny rozmer valivého ložiska veľký a jeho použitie je do určitej miery obmedzené. Ihlové ložiská sú k dispozícii, keď sú radiálne rozmery prísne, a ak je to potrebné, sú potrebné klzné ložiská. Pre súčiastky, ktoré nie je vhodné na uloženie ložísk, alebo ktoré nie je možné namontovať z axiálneho smeru, alebo kde je potrebné súčiastky rozdeliť na časti, sa používajú delené klzné ložiská.

 

2. Vysoko presné príležitosti

Ak má použité ložisko vysoké požiadavky na presnosť, zvyčajne sa volí klzné ložisko, pretože mazací film klzného ložiska môže tlmiť absorpciu vibrácií a ak je presnosť extrémne vysoká, možno zvoliť iba hydrostatické klzné ložisko. Klzné ložiská sa široko používajú pre presné a vysoko presné brúsky, rôzne presné nástroje atď.

 

3. Príležitosti s vysokým zaťažením

Valivé ložiská, či už guľkové alebo valivé, sú v náročných podmienkach náchylné na teplo a únavu. Preto sa klzné ložiská používajú najmä pri veľkom zaťažení, napríklad vo valcovniach, parných turbínach, príslušenstve leteckých motorov a banských strojoch.

 

4. Iné príležitosti

Napríklad, pracovná rýchlosť je obzvlášť vysoká, nárazy a vibrácie sú mimoriadne veľké a potreba pracovať vo vode alebo korozívnych médiách atď., klzné ložiská je tiež možné rozumne zvoliť.

 

Pre rôzne stroje a zariadenia má použitie valivých a klzných ložísk svoje výhody a nevýhody a malo by sa rozumne voliť v kombinácii s konkrétnym projektom. V minulosti sa vo veľkých a stredných drvičoch všeobecne používali klzné ložiská odlievané z babitu, pretože odolávali veľkým rázovým zaťaženiam a boli odolnejšie voči opotrebovaniu a stabilnejšie. Malé čeľusťové drviče sa väčšinou používajú s valivými ložiskami, ktoré majú vysokú účinnosť prenosu, sú citlivejšie a ľahšie sa udržiavajú. So zlepšením technickej úrovne výroby valivých ložísk sa väčšina veľkých čeľusťových drvičov používa aj vo valivých ložiskách.