Što su dvoredni kuglični ležajevi s kutnim kontaktom?

Dvoredni kuglični ležajevi s kutnim kontaktom su konstrukcija ležaja koja kombinira dva reda kutnih kontaktnih kuglica unutar jednog unutarnjeg i vanjskog prstena, raspoređenih jedna uz drugu tako da mogu istovremeno podnijeti radijalna opterećenja, aksijalna opterećenja u oba smjera i momentna opterećenja. Kontaktni kut svakog reda postavljen je tako da se linije opterećenja sa suprotnih strana ležaja skupljaju na os ležaja, stvarajući samostalnu jedinicu koja se odupire silama naginjanja bez potrebe za drugim zasebno montiranim ležajem za rukovanje suprotnim aksijalnim smjerom. U smislu strukturnog načela, dvoredni kuglični ležaj s kutnim kontaktom u biti je ekvivalent paru međusobno povezanih (DB) dvaju jednorednih kugličnih ležajeva s kutnim kontaktom integriranih u jednu užu, kompaktniju jedinicu koja dijeli zajednički unutarnji i vanjski prsten (izvor: NSK Global Technical Library; NTN Bearing Catalog 2203E). Standardni kontaktni kut za dvoredne ležajeve serije 5200 i 5300 je 25 stupnjeva , dok Schaeffler i neke druge dizajnerske obitelji koriste kontaktni kut od 30 stupnjeva, što povećava kapacitet aksijalnog opterećenja u odnosu na radijalni kapacitet (izvor: NSK; Schaeffler TPI 213). Kompaktna geometrija znači da jedinica s dva reda zauzima znatno manje aksijalnog prostora od dva zasebno montirana jednoredna kutna kontaktna ležaja s istim provrtom i vanjskim promjerom, što je čini preferiranim rješenjem gdje god je potrebno dvosmjerno aksijalno ograničenje u uskom instalacijskom omotaču. Kuglični ležajevi s dvostrukim kutnim kontaktom u serijama 30 i 38 pokrivaju niz veličina provrta i mogućnosti brtvljenja koje odgovaraju upravo ovoj vrsti kompaktne, višesmjerne primjene opterećenja.

Kako kontaktni kut definira ponašanje ležaja

Kontaktni kut je najvažniji geometrijski parametar koji razlikuje kuglični ležaj s kutnim kontaktom od kugličnog ležaja s dubokim utorima i izravno određuje omjer aksijalnog i radijalnog opterećenja koje ležaj može isporučiti.

Geometrijsko značenje kontaktnog kuta

U svakom kotrljajućem ležaju, kuglice prenose opterećenje između klizne staze unutarnjeg prstena i klizne staze vanjskog prstena kroz kontaktne točke. U ležaju s dubokim utorima, ove kontaktne točke leže na liniji koja je okomita na os osovine, što znači da je ležaj dobro prilagođen radijalnim opterećenjima, ali može prihvatiti aksijalna opterećenja samo slučajno. U ležaju s kutnim kontaktom, staze za klizanje su pomaknute tako da linija koja povezuje dvije kontaktne točke tvori kut s radijalnom ravninom. Ovaj kut je kontaktni kut, označen alfa. Kada se čisto aksijalno opterećenje primijeni na ležaj s kutnim kontaktom, ono se prenosi kroz ovu nagnutu kontaktnu liniju, koja dijeli silu na radijalnu komponentu i aksijalnu komponentu unutar geometrije ležaja. Što je veći kontaktni kut, to je veći udio primijenjenog aksijalnog opterećenja koje se učinkovito prenosi i to veći omjer aksijalnog i radijalnog opterećenja ležaj može podnijeti prije nego što kontaktno naprezanje postane kritično (izvor: NTN Bearing Catalog 2203E; brkbearings.com).

Vrijednosti kontaktnog kuta u dizajnu s dva reda

Jednoredni kuglični ležajevi s kutnim kontaktom dostupni su u četiri standardne konfiguracije kontaktnog kuta: 15 stupnjeva, 25 stupnjeva, 30 stupnjeva i 40 stupnjeva. Varijanta od 15 stupnjeva daje prednost radu velike brzine i niskoj aksijalnoj krutosti; varijanta od 40 stupnjeva daje prednost maksimalnom kapacitetu aksijalnog opterećenja po cijenu smanjene brzine i većeg stvaranja topline. Dvoredni kuglični ležajevi s kutnim kontaktom u standardnoj seriji 5000 (serije 5200, 5300) proizvode se s Kontaktni kut od 25 stupnjeva po redu, raspoređeni jedan uz drugoga tako da svaki red podržava aksijalno opterećenje iz jednog smjera. Varijante velikog kapaciteta, uključujući obitelj dizajna Schaeffler, koriste a Kontaktni kut od 30 stupnjeva koji osigurava veći udio aksijalnog opterećenja, ali proizvodi odgovarajuće smanjenje ograničenja brzine za kontinuirani rad (izvor: NSK Global; Schaeffler TPI 213).

Sposobnost momentalnog opterećenja

Kritično važna sposobnost koju omogućuje dvoredni raspored je otpornost na momentna opterećenja, koja se nazivaju i momenti nagiba. Momentno opterećenje djeluje tako da rotira osovinu u odnosu na kućište oko osi okomite na središnju crtu osovine. Jednoredni ležaj s kutnim kontaktom ili ležaj s jednim dubokim utorom ne može pouzdano izdržati ovu vrstu opterećenja jer bi kontaktna zona na jednoj strani bila preopterećena, dok bi suprotna strana izgubila kontakt. Leđa uz leđa dvorednog ležaja stvara širok učinkovit raspon između dviju linija opterećenja, čak i unutar jedne širine ležaja, što osigurava mehaničku momentnu ruku koja se odupire silama prevrtanja. Zbog toga su dvoredni kuglični ležajevi s kutnim kontaktom specificirani za primjene u kojima savijanje vratila, visinska opterećenja ili žiroskopske sile generiraju momentna opterećenja na položaj ležaja (izvor: NTN Bearing Catalog 2203E).

Unutarnja struktura i materijali komponenti

Razumijevanje unutarnje konstrukcije dvorednog kugličnog ležaja s kutnim kontaktom objašnjava zašto određeni dizajn i odabiri materijala utječu na izvedbu na načine koji nisu uvijek vidljivi samo iz kataloške vrijednosti opterećenja.

Prstenovi i trkače

Unutarnji i vanjski prstenovi standardnih dvorednih kugličnih ležajeva s kutnim kontaktom proizvedeni su od čelika za ležaje s visokim udjelom ugljika, najčešće 52100 ili ekvivalentnih nacionalnih standarda, koji je kaljen na površinsku tvrdoću obično u rasponu od 58 do 65 HRC. Kanale su brušene do uskih tolerancija na promjer, okruglost i hrapavost površine, budući da kvaliteta površine u kontaktnoj zoni izravno određuje raspodjelu naprezanja pod opterećenjem i razinu buke i vibracija tijekom rada. Geometrija ramena na svakom prstenu dizajnirana je za generiranje pomaka između dva reda trkaćih staza koji stvara predviđeni kontaktni kut, a ta visina ramena također postavlja maksimalno aksijalno opterećenje koje prstenovi mogu podnijeti prije nego što kontaktni stres migrira na rame prstena umjesto da ostane na kliznom kanalu.

kotrljajući elementi

Kuglice u oba reda obično se proizvode od istog čelika za ležajeve 52100 kao i prstenovi, ili od keramike kao što je silicijev nitrid (Si3N4) u primjenama pri velikim brzinama ili koroziji kritičnim. Promjer kuglice i broj kuglica po redu odabiru se tijekom procesa projektiranja kako bi se optimiziralo dinamičko opterećenje, statičko opterećenje i sposobnost brzine ležaja za namjeravanu seriju primjene. Unutar dane serije, veći promjer kuglice povećava opterećenje, ali smanjuje najveću dopuštenu brzinu jer centrifugalna sila na svakoj kuglici varira s masom kuglice i kvadratom brzine. Kuglice preciznog razreda imaju varijaciju promjera manju od 0,00025 mm između kuglica u istom redu, budući da čak i male razlike u promjeru uzrokuju neravnomjernu raspodjelu opterećenja koja smanjuje efektivnu nosivost ispod kataloške brojke.

Mogućnosti kaveza

Kavez odvaja kuglice i održava dosljedan obodni razmak tako da se opterećenje ravnomjerno raspoređuje oko perimetra ležaja. Dvoredni kuglični ležajevi s kutnim kontaktom dostupni su s dvije glavne vrste kaveza (izvor: NSK Global; NTN):

• Prešani čelični kavez, koji je standardna opcija za većinu primjena srednje i velike brzine i izrađen je od čeličnog lima s niskim udjelom ugljika s džepovima oblikovanim za vođenje kuglica; kavezi od prešanog čelika prikladni su za većinu primjena podmazivanja uljem i mašću unutar standardne brzine ležaja
• Kavez od poliamida ili najlona, koji nudi manju masu i nižu buku pri većim brzinama, bolju izvedbu u zabrtvljenim ležajevima podmazanim mašću gdje je viskozna otpornost masti izvor topline i smanjeni rizik od razmazivanja tijekom trenutnog gubitka podmazivanja pri velikoj brzini

Mogućnosti brtvljenja i zaštite

Otvoreni dvoredni kuglični ležajevi s kutnim kontaktom zahtijevaju vanjsko podmazivanje periodičnim dopunjavanjem masti ili sustavom ulja pod tlakom. Dostupne su zatvorene i oklopljene varijante koje se sve više specificiraju za primjene gdje je pristup održavanju ograničen ili postoji problem ulaska kontaminacije (izvor: NTN Bearing Catalog 2203E; NSK). Oznake sufiksa koje se najčešće koriste su:

Konvencija o imenovanju serija 30-2RS, 38-2RS, 30-ZZ i 38-ZZ koja se koristi u Kuglični ležajevi s dvostrukim kutnim kontaktom asortiman proizvoda izravno kodira i serijski broj i vrstu brtve u oznaku ležaja, čineći jednostavnim identificiranje koja je varijanta prikladna za određenu primjenu samo iz broja dijela.

Ocjene opterećenja i specifikacije performansi

Učinkovitost bilo kojeg kotrljajućeg ležaja karakteriziraju prvenstveno tri vrijednosti: osnovna dinamička nosivost, osnovna statička nosivost i granična brzina. Ove brojke određene su unutarnjom geometrijom ležaja i moraju se ispravno protumačiti u odnosu na stvarni ciklus opterećenja i brzinu primjene prije nego što se može predvidjeti pouzdan vijek trajanja.

Osnovna dinamička nosivost

Osnovna dinamička nosivost (C) definirana je kao konstantno radijalno opterećenje pod kojim će grupa identičnih ležajeva postići nazivni vijek trajanja od jednog milijuna okretaja uz pouzdanost od 90 posto, slijedeći metodu izračuna definiranu u ISO 281. Za dvoredni kuglični ležaj s kutnim dodirom, dinamička nosivost je viša od one jednorednog ležaja s istim provrtom jer dva reda kuglica dijele primijenjeno opterećenje, raspoređujući Hertzov kontaktni napon na veći broj kontaktnih točaka. Kao praktična referenca, ležaj serije 5200 s provrtom od 10 mm (broj ležaja 5200) nosi dinamičko opterećenje od 7,150 N , dok serija 5203 s provrtom od 17 mm nosi približno 12.700 N, a serija 5204 s provrtom od 20 mm nosi približno 15.900 N (izvor: katalog NSK zabrtvljenih i oklopljenih dvorednih kugličnih ležajeva s kutnim kontaktom, dokument e1249b).

Osnovno statičko opterećenje

Osnovna statička vrijednost opterećenja (C0) definira opterećenje pod kojim maksimalno kontaktno naprezanje između kuglice i klizne staze doseže približno 4000 MPa, razinu na kojoj lokalna plastična deformacija klizne staze počinje stvarati trajno udubljenje koje povećava vibracije i buku tijekom naknadnog rada. Koristeći iste NSK referentne podatke, serija 5200 (provrt 10 mm) ima statičku vrijednost opterećenja od 3.900 N, dok 5203 (provrt 17 mm) ima 8.300 N, a 5204 (provrt 20 mm) ima 10.700 N (izvor: NSK katalog e1249b). Primjene koje uključuju udarna opterećenja, teška statička opterećenja tijekom sastavljanja ili teška momentalna opterećenja pri maloj brzini moraju se procijeniti u odnosu na statičku ocjenu, a ne na dinamičku ocjenu.

Proračun ekvivalentnog dinamičkog opterećenja

Kada ležaj doživi kombinirano radijalno i aksijalno opterećenje, a ne čisto radijalno opterećenje, mora se izračunati ekvivalentno dinamičko opterećenje P prije primjene ISO 281 jednadžbe životnog vijeka. Za dvoredne kuglične ležajeve s kutnim kontaktom, standardna formula je P = XFr YFa, gdje je Fr radijalna sila, Fa je aksijalna sila, a X i Y su faktori opterećenja koji ovise o omjeru aksijalne i radijalne sile u odnosu na graničnu vrijednost e. Za zapečaćenu i oklopljenu dvorednu seriju, tipične vrijednosti kada je Fa/Fr manji od ili jednak e su X = 1, Y = 0,92, a kada Fa/Fr premašuje e, X = 0,67 i Y = 1,41, s e približno 0,68 (izvor: NSK katalog e1249b). Ove se vrijednosti pomiču s kontaktnim kutom i serijom ležaja, a dizajneri bi uvijek trebali koristiti vrijednosti iz specifikacije određenog proizvođača za seriju ležaja koja se primjenjuje.

Sposobnost brzine

Ograničenje brzine dvorednog kugličnog ležaja s kutnim kontaktom postavljeno je toplinom koja se stvara na kotrljajućim kontaktima i na sučelju kaveza i kuglice, a konvencionalno se izražava ili kao ograničenje brzine podmazanja ili kao ograničenje brzine ulja, pri čemu je ograničenje ulja obično 20 do 30 posto više od ograničenja podmazivanja. Zabrtvljene i oklopljene varijante imaju niže ograničenje brzine od ekvivalentnih otvorenih ležajeva jer trenje usne brtve ili blizina oklopa dodaju toplinu koju fiksno punjenje mašću mora raspršiti bez vanjskog hlađenja. Norma DIN 628-3, koja upravlja glavnim dimenzijama dvorednih kugličnih ležajeva s kutnim kontaktom, utvrđuje dimenzionalna ograničenja koja osiguravaju zamjenjivost između proizvođača ležajeva unutar iste serije (izvor: Schaeffler TPI 213).

Sustav označavanja i identifikacija serije

Ispravno očitavanje oznake dvorednog kugličnog ležaja s kutnim kontaktom omogućuje inženjeru ili stručnjaku za nabavu da potvrdi promjer provrta, seriju (a time i vanjski promjer i širinu) i konfiguraciju brtvljenja iz broja dijela bez potrebe za pregledom pune tablice dimenzija.

Reference serije 30 i 38 u oznaci proizvoda odnose se na klasifikaciju serije vanjskog promjera ležaja. Serije 30 i 38 u dvorednim kugličnim ležajevima s kutnim kontaktom označavaju specifičnu omotnicu dimenzija, a popratne varijante sufiksa 2RS i ZZ izravno identificiraju koriste li se kontaktne brtve ili čelični štitnici, omogućujući da se specificira ispravna varijanta za zatvorenu uslugu podmazanu mašću ili zaštićenu uslugu.

Usporedba s alternativnim vrstama ležajeva

Odabir dvorednog kugličnog ležaja s kutnim kontaktom za aplikaciju zahtijeva razumijevanje po čemu se on razlikuje od ostalih tipova ležaja koji bi se potencijalno mogli uzeti u obzir za isti položaj.

u odnosu na jednoredni kuglični ležaj s kutnim kontaktom

Kuglični ležaj s kutnim kontaktom u jednom redu može podnijeti aksijalno opterećenje samo u jednom smjeru jer pomaknuta geometrija staze stvara kontaktnu liniju koja konvergira na osi samo s jedne strane. Za podupiranje dvosmjernih aksijalnih opterećenja s jednorednim ležajevima, dva ležaja moraju biti montirana u suprotnosti, bilo jedan uz drugoga (DB), licem u lice (DF), ili u tandemu (DT za povećanje aksijalnog opterećenja u istom smjeru). Ležaj s dva reda postiže isto dvosmjerno aksijalno ograničenje u jednoj, užoj jedinici s jednim unutarnjim prstenom i jednim vanjskim prstenom, što pojednostavljuje dizajn kućišta i smanjuje potreban aksijalni prostor. Kompromis je u tome što jedinica s dva reda ima fiksni kontaktni kut i raspored leđa uz leđa koji se ne može mijenjati, dok upareni raspored u jednom redu omogućuje inženjeru da odabere montažu licem u lice ako geometrija primjene zahtijeva različite karakteristike kraka momenta (izvor: NSK Global; NTN Bearing Catalogue 2203E).

u odnosu na kuglični ležaj s dubokim utorom

Kuglični ležaj s dubokim utorima ima simetrične žlijebove na oba prstena koji mu omogućuju da izdrži umjerena aksijalna opterećenja u oba smjera, ali linija opterećenja ostaje u biti radijalna pri niskim aksijalnim opterećenjima i ležaj nema definiran kontaktni kut. Za niska do umjerena kombinirana opterećenja pri velikim brzinama, ležaj s dubokim utorima često je ekonomičniji i postiže veće brzine od ležaja s kutnim kontaktom iste veličine. Međutim, ležajevi s dubokim žljebovima ne mogu osigurati kruto aksijalno pozicioniranje osovine koje pruža ležaj s kutnim kontaktom i nisu prikladni za primjene u kojima se mora oduprijeti momentnim opterećenjima ili gdje je precizna aksijalna krutost dio dizajna sustava (izvor: brkbearings.com).

vs Konusni valjkasti ležaj

Konusni valjkasti ležaj nosi veća radijalna i aksijalna opterećenja od kugličnog ležaja s kutnim kontaktom iste veličine provrta jer linijski kontakt između valjaka i trkaćih staza raspoređuje opterećenje na veće područje, smanjujući vršno kontaktno naprezanje. Međutim, konusni valjkasti ležajevi zahtijevaju precizno podešavanje aksijalnog prednaprezanja tijekom sastavljanja, stvaraju više topline pri velikim brzinama zbog kliznog trenja na kraju prirubnice valjka i imaju niže ograničenje brzine od kugličnih ležajeva s kutnim kontaktom. Za primjene srednje brzine gdje su umjerena kombinirana opterećenja i kompaktna geometrija primarni zahtjevi, dvoredni kuglični ležajevi s kutnim kontaktom općenito se preferiraju u odnosu na konusne valjkaste ležajeve.

Tablica usporedbe

Tipične primjene i slučajevi uporabe u industriji

Dvoredni kuglični ležajevi s kutnim kontaktom nalaze se u primjenama koje dijele zajednički zahtjev: dvosmjerno aksijalno ograničenje u kompaktnom prostoru s umjerenom do velikom brzinom, gdje momentna opterećenja ili kombinirana opterećenja čine ležaj s dubokim utorima nedovoljnim.

Električni motori i puhala

Električni motori često koriste dvoredne kuglične ležajeve s kutnim kontaktom na pogonskom kraju gdje aksijalne sile od napetosti remena, potiska spiralnog zupčanika ili opterećenja lopatica ventilatora stvaraju dvosmjerno aksijalno opterećenje ovisno o smjeru pokretanja i zaustavljanja. Kompaktni dizajn s jednom jedinicom pojednostavljuje konstrukciju kućišta motora u usporedbi s rasporedom s dva ležaja, a kontaktni kut od 25 stupnjeva standardnih serija 5200 i 5300 pruža kombinaciju razumne aksijalne krutosti i ocjene brzine rotacije koja odgovara većini aplikacija asinkronih motora. NSK navodi pumpe, električne motore i puhala kao primarne tipične primjene za ovaj tip ležaja (izvor: NSK Global Technical Library).

Pumpe i kompresori

Centrifugalne pumpe generiraju aksijalne potisne sile koje mijenjaju smjer s promjenama u brzini protoka i diferencijalnom tlaku, a ovo dvosmjerno aksijalno opterećenje točno je uvjet za koji su dizajnirani dvoredni kuglični ležajevi s kutnim kontaktom. Dizajn pumpi velikog kapaciteta koji koristi ležaj od kontaktnog kuta od 30 stupnjeva može podnijeti veća aksijalna opterećenja tipična za višestupanjske centrifugalne pumpe, dok i dalje održava odgovarajuću sposobnost brzine za većinu radnih uvjeta pumpe. Zabrtvljene i oklopljene varijante s oznakama 2RS ili ZZ naširoko se koriste u primjenama pumpi gdje šupljina ležaja nije dostupna za periodično ponovno podmazivanje.

Mjenjači i reduktori

Spiralni zupčanici proizvode aksijalnu komponentu opterećenja zuba koja djeluje duž osi osovine, a smjer ovog potiska se mijenja između zupčanika i zupčanika u spojenom paru. Dvoredni kuglični ležajevi s kutnim kontaktom na krajevima vratila ograničavaju ovaj potisak u oba smjera bez potrebe za odvojenim položajima potisnih ležajeva ili dodatnim aksijalnim prednaprezanjem. U kompaktnim industrijskim mjenjačima gdje je minimiziranje duljine kućišta prioritet dizajna, jednodijelni dvoredni ležaj na svakom položaju vratila štedi značajnu aksijalnu ovojnicu u usporedbi s uparenim jednorednim rasporedom.

Vretena alatnih strojeva i precizna oprema

Vretena CNC alatnih strojeva, posebno ona koja rade u srednjem rasponu brzina, koriste dvoredne kuglične ležajeve s kutnim kontaktom kako bi se osiguralo kruto aksijalno i radijalno pozicioniranje vretena u odnosu na kućište glave. Otpornost momentnog opterećenja posebno je vrijedna u ovoj primjeni jer sile rezanja primijenjene na vrhu alata stvaraju moment savijanja na prednjem položaju ležaja koji bi uzrokovao neprihvatljivo otklon vretena ako bi se koristio standardni ležaj s dubokim utorima. Precizni prednapregnuti dvoredni ležajevi s manjim unutarnjim zazorom od uobičajenog (C2 klasa zazora) specificirani su za najveće zahtjeve krutosti u ovoj kategoriji primjene.

Automobilska i poljoprivredna oprema

Mjenjači poljoprivrednih strojeva, mjenjači traktora i neke pogonske aplikacije u automobilskoj opremi koriste dvoredne kuglične ležajeve s kutnim kontaktom na mjestima gdje se kombiniranim radijalnim i aksijalnim opterećenjem s momentnim komponentama mora rukovati unutar kompaktne zatvorene jedinice bez održavanja. ZZ oklopljene ili 2RS zatvorene varijante posebno su prikladne za ove primjene jer je servisni pristup obično ograničen i potrebna je zaštita od kontaminacije od tla, ostataka usjeva ili cestovnog pijeska tijekom servisnog intervala od stotina radnih sati.

Zahtjevi za podmazivanje i intervali održavanja

Podmazivanje je najčešći glavni uzrok kvara kotrljajućih ležajeva, a razumijevanje zahtjeva za podmazivanje specifičnih za dvoredne kuglične ležajeve s kutnim kontaktom ključno je za postizanje očekivanog životnog vijeka u bilo kojoj primjeni.

Mast za podmazivanje zabrtvljenih i oklopljenih ležajeva

Zabrtvljeni 2RS i oklopljeni ZZ ležajevi tvornički su napunjeni mašću tijekom proizvodnje i dizajnirani su tako da ne zahtijevaju održavanje tijekom predviđenog radnog vijeka u normalnim radnim uvjetima. Volumen punjenja masti optimiziran je u fazi proizvodnje kako bi se osiguralo odgovarajuće podmazivanje bez pretjeranih gubitaka bućkanjem koji bi generirali toplinu i smanjili efektivni radni vijek masti. Zamjena ovih ležajeva na kraju njihovog očekivanog životnog vijeka općenito je isplativija od pokušaja nadoknade masti, budući da zabrtvljena ili oklopljena konstrukcija ne olakšava pristup šupljini za mast bez ugrožavanja funkcije brtvljenja.

Mast za podmazivanje otvorenih ležajeva

Otvoreni dvoredni kuglični ležajevi s kutnim kontaktom zahtijevaju vanjsku primjenu masti. Volumen punjenja masti u šupljini ležaja i kućištu trebao bi tipično ispuniti između jedne trećine i polovice raspoloživog slobodnog prostora; prekomjerno punjenje uzrokuje stvaranje topline koja ubrzava razgradnju masti i skraćuje vijek trajanja ležaja. Masti na bazi litija ili litijeva kompleksa s konzistencijom NLGI Grade 2 prikladne su za većinu standardnih uvjeta brzine i temperature. Schaeffler smjernice o intervalima izmjene ulja za dvoredne kutne ležajeve podmazane uljem preporučuju poštivanje utvrđenih intervala navedenih u FVA projektu br. 171 i prilagođavanje na temelju radne temperature i razine kontaminacije (izvor: Schaeffler TPI 213).

Podmazivanje uljem za primjenu pri velikim brzinama

Pri većim brzinama gdje bi podmazivanje mašću stvaralo prekomjernu toplinu, otvoreni dvoredni kutni ležajevi s kontaktom mogu se podmazati uljem kroz sustav uljne kupke, uljnu maglu ili opskrbu cirkulirajućim uljem. Cirkulacijsko ulje s vanjskim hladnjakom i filtrom je poželjna metoda za aplikacije s najvećim brzinama i velikim opterećenjem kao što su vretena alatnih strojeva i kompresori velike brzine, budući da istovremeno podmazuje, hladi i uklanja ostatke trošenja iz šupljine ležaja.

Smjernice za instalaciju, razmak i prednaprezanje

Ispravna ugradnja jednako je važna kao i ispravan odabir ležaja za postizanje nazivnog životnog vijeka, posebno za dvoredne kuglične ležajeve s kutnim kontaktom koji se moraju ugraditi s odgovarajućim prianjanjima i aksijalnim položajem.

Osovina i kućište odgovaraju

Unutarnji prsten dvorednog kugličnog ležaja s kutnim dodirom obično se montira na osovinu s interferencijskim pristajanjem kada se unutarnji prsten okreće u odnosu na smjer opterećenja, što je najčešća konfiguracija u rotirajućim strojevima. Interferentno pristajanje osigurava da prsten ne puzi po površini osovine pod rotirajućim opterećenjem, što bi uzrokovalo habanje osovine i stvaranje topline. Vanjski prsten obično je montiran u kućište s laganim smetnjama ili prijelaznim spojem. Veličina interferencije navedena je u ISO 286 tablicama tolerancije pristajanja i odabrana na temelju veličine ležaja, brzine vrtnje i veličine opterećenja; veći ležajevi i veća opterećenja zahtijevaju čvršće spojeve kako bi se spriječilo puzanje pod opterećenjem.

Odabir unutarnjeg odobrenja

Dvoredni kuglični ležajevi s kutnim kontaktom dostupni su u nekoliko unutarnjih skupina zazora: C2 (manji od normalnog), CN (normalan, zadano ako nije naveden sufiks zazora), C3 (veći od normalnog) i C4 (čak i veći). Ispravna grupa zazora ovisi o pristajanju osovine i kućišta i očekivanoj radnoj temperaturi. Smetnja na vratilu smanjuje unutarnji zazor nakon ugradnje, tako da ležaj koji mjeri normalni zazor prije ugradnje može raditi s nultim razmakom ili malim prednaprezanjem nakon ugradnje. Ako radna temperatura uzrokuje širenje osovine brže od kućišta, tijekom rada dolazi do daljnjeg smanjenja zazora. Za primjene u kojima je osovina znatno toplija od kućišta, C3 ili C4 početni zazor kompenzira ovu razliku toplinskog širenja i sprječava rad ležaja pri prekomjernom predopterećenju (izvor: NTN Bearing Catalog 2203E).

Razmatranja prethodnog opterećenja

Lagano predopterećenje, gdje ležaj radi s nultim unutarnjim zazorom ili vrlo malom količinom elastične deformacije podijeljene između dva reda, povećava radijalnu i aksijalnu krutost položaja ležaja i smanjuje vibracije i buku pod fluktuirajućim opterećenjima. Ležajevi vretena alatnih strojeva obično su prednapregnuti radi poboljšanja točnosti pozicioniranja. Prekomjerno prednaprezanje stvara toplinu i povećava naprezanje uslijed zamora, skraćujući životni vijek, tako da prednaprezanje mora biti pažljivo specificirano i verificirano tijekom sastavljanja korištenjem sile aksijalnog prednaprezanja ili mjerenjem startnog momenta.

Načini kvarova i praćenje stanja

Razumijevanje načina kvara dvorednih kugličnih ležajeva s kutnim kontaktom omogućuje inženjerima održavanja da rano otkriju pogoršanje i planiraju zamjenu ležaja prije nego što katastrofalni kvar prouzroči sekundarno oštećenje osovine, kućišta ili stroja.

Fatigue Spalling

Zamor kotrljajućim kontaktom stvara podpovršinske pukotine u kliznoj stazi ili kugličnom materijalu koje se šire prema površini i na kraju uzrokuju odvajanje materijala, stvarajući pukotinu ili jamu. Spalling generira karakterističan visokofrekventni vibracijski potpis koji se može detektirati praćenjem vibracija temeljenim na akcelerometru pomoću analize frekvencije oštećenja ležaja. Karakteristične frekvencije grešaka za vanjski prsten, unutarnji prsten i kuglice ovise o geometriji ležaja i brzini vrtnje, a te se frekvencije mogu izračunati iz standardnih parametara geometrije ležaja pomoću jednadžbi definiranih u ISO 15243 i srodnim standardima.

Kontaminacija i abrazivno trošenje

Kontaminacija česticama u mazivu uzrokuje abrazivno trošenje na kotrljajućim kontaktima, što postupno ohrapavi površinu staze, povećava vibracije i buku i na kraju uvodi čestice trošenja koje ubrzavaju ciklus oštećenja. Zabrtvljeni i oklopljeni dvoredni ležajevi pružaju znatno bolju zaštitu od kontaminacije od otvorenih ležajeva u većini industrijskih okruženja, i to je jedan od primarnih razloga zbog kojih se varijante 2RS i ZZ daju prednost u odnosu na otvorene ležajeve gdje god radno okruženje uključuje rizik od prašine, strugotina ili procesne tekućine.

Kvar podmazivanja

Nedovoljna količina maziva, degradirano mazivo ili mazivo pogrešne vrste uzrokuje kontakt metala s metalom na kotrljajućim sučeljima, stvarajući brzi porast temperature, trošenje ljepila, razmazivanje površina kuglice i staze za klizanje i eventualno zaklapanje. Za zabrtvljene i oklopljene ležajeve, neuspjeh podmazivanja obično se događa na ili blizu kraja radnog vijeka ležaja kada se tvornički punjena mast razgradi zbog toplinske i mehaničke degradacije. Rano otkrivanje putem praćenja temperature kućišta ležaja ili analize povremenih vibracija omogućuje planiranje zamjene prije kvara, a ne nakon njega.