Rodzaje łożysk — toczne i ślizgowe: jak dobrać łożysko do zastosowania

Łożysko to element maszynowy, którego jedynym zadaniem jest podparcie obracającego się wału i przeniesienie jego obciążeń na nieruchomą obudowę — przy możliwie najmniejszym tarciu. Brzmi prosto, ale dobór właściwego łożyska decyduje często o trwałości całej maszyny. Źle dobrane łożysko przegrzewa się, przedwcześnie się zużywa albo nie wytrzymuje obciążeń i ulega nagłemu zniszczeniu.

Łożyska dzielimy na dwie wielkie rodziny: toczne i ślizgowe. W łożyskach tocznych element nośny (kulki, wałeczki lub stożki) toczy się między pierścieniami, zamieniając tarcie ślizgowe na znacznie mniejsze tarcie toczne. W łożyskach ślizgowych wał obraca się bezpośrednio w panewce — oddzielony od niej filmem olejowym.

Łożyska kulkowe — najpopularniejszy wybór

Łożysko kulkowe głębokobieżne to absolutny bestseller wśród łożysk tocznych. Kulki toczą się w głębokich bieżniach pierścienia wewnętrznego i zewnętrznego, co pozwala przenosić zarówno obciążenia promieniowe (poprzeczne), jak i pewne obciążenia osiowe w obu kierunkach. Przy tym łożysko kulkowe dobrze znosi duże prędkości obrotowe i pracuje cicho.

Łożyska kulkowe skośne mają kąt działania 15–40°, dzięki czemu przenoszą znaczne obciążenia osiowe. Stosuje się je parami (naprzeciwlegle lub w tandemie) w wrzecionach obrabiarek, kołach pojazdów i pompach. Łożyska kulkowe wahliwe (baryłkowe) kompensują kątowe odchylenia osi wału — przydatne przy ugięciach długich wałów.

Łożyska walcowe i igiełkowe — duże obciążenia promieniowe

Tam gdzie obciążenia promieniowe są bardzo duże, a osiowych prawie nie ma, sięgamy po łożyska walcowe. Wałeczkowe elementy toczne mają znacznie większą powierzchnię styku z bieżnią niż kulki, więc nośność jest wielokrotnie wyższa. Łożyska walcowe stosuje się w reduktorach, przekładniach i napędach walcarek.

Łożyska igiełkowe to specjalna odmiana walcowych: cienkie, długie wałeczki pozwalają na bardzo małą średnicę zewnętrzną łożyska przy dużej nośności. Idealne do przegubów, wałów korbowych i miejscach o ograniczonej przestrzeni. Łożyska igłowe często pracują bez koszyka, co zwiększa ich nośność jeszcze bardziej.

Łożyska stożkowe — do kombinowanych obciążeń

Łożyska stożkowe radzą sobie jednocześnie z dużymi obciążeniami promieniowymi i osiowymi — w jednym kierunku. Stożkowe elementy toczne pracują na stożkowych bieżniach. Stosowane parami (naprzeciwlegle) dominują w mostach napędowych, skrzyniach biegów i piastach kół. Przy montażu wymagają precyzyjnego ustawienia luzu osiowego.

Łożyska baryłkowe (wahliwe dwurzędowe) to odmiana walcowych z beczkowatymi elementami tocznymi. Mogą kompensować ugięcia kątowe wału do kilku stopni — dlatego znajdziemy je w maszynach papierniczych, wentylatorach i wałach z dużym ugięciem.

Łożyska ślizgowe — tam gdzie toczne nie wystarczą

Łożysko ślizgowe składa się z wału i panewki (tulei). Wał obraca się w panewce oddzielony od niej filmem olejowym — tarcie jest wtedy minimalne. Panewki wykonuje się z brązu, białego metalu (babbitu) lub tworzyw sztucznych. Łożyska ślizgowe stosuje się tam, gdzie łożyska toczne byłyby zbyt duże, zbyt drogie lub nie wytrzymałyby udarów — np. panewki korbowodowe w silnikach spalinowych, łożyska turbin parowych i papierniczych.

Zaletą łożysk ślizgowych jest cicha praca, dobra odporność na udary i możliwość pracy przy bardzo dużych prędkościach wałów. Wadą — konieczność ciągłego doprowadzania smaru.

Oznaczenia łożysk i klasy dokładności

Łożyska toczne opisuje system oznaczeń ISO. Pierwsze cyfry kodu określają typ łożyska, kolejne — średnicę otworu i serię wymiarową. Dopiski literowe precyzują szczegóły: RS/2RS to uszczelnienie gumowe po jednej lub obu stronach, ZZ — osłona metalowa. Klasy dokładności (P0 = normalna, P6, P5, P4, P2 = precyzyjna) decydują o tolerancji wykonania i hałasie pracy.

Współczynnik C/P (nośność dynamiczna do obciążenia roboczego) pozwala obliczyć przewidywaną żywotność łożyska według normy ISO — wyrażoną jako L₁₀h (godziny, po których 10% partii wykaże pierwsze uszkodzenia zmęczeniowe).

Najczęściej zadawane pytania o rodzaje łożysk

Czym różni się łożysko toczne od ślizgowego?

W łożysku tocznym elementy toczące się (kulki, wałeczki) eliminują bezpośredni kontakt wału z obudową i zamieniają tarcie ślizgowe na toczne — wielokrotnie mniejsze. W łożysku ślizgowym wał obraca się w panewce na filmie olejowym, bez elementów tocznych. Łożyska ślizgowe są cichsze i lepiej przenoszą udary, ale wymagają ciągłego smarowania.

Jak dobrać łożysko do maszyny?

Przy doborze bierze się pod uwagę: kierunek i wartość obciążenia (promieniowe, osiowe lub kombinowane), wymaganą prędkość obrotową, temperaturę pracy, wymaganą żywotność oraz dostępną przestrzeń. Łożyska kulkowe sprawdzają się przy umiarkowanych obciążeniach i dużych prędkościach, walcowe — przy dużych obciążeniach promieniowych, stożkowe — przy kombinowanych.

Dlaczego łożyska się przegrzewają?

Najczęstsze przyczyny to: zbyt mała lub zbyt duża ilość smaru, zbyt ciasne pasowanie powodujące brak luzu roboczego, zbyt duże prędkości dla danego typu łożyska lub zanieczyszczony smar. Przegrzane łożysko traci właściwości smarne i ulega przyspieszonemu zużyciu zmęczeniowemu.

Co oznaczają litery RS i ZZ w oznaczeniu łożyska?

RS (lub 2RS) to uszczelnienie gumowe — jedno- lub dwustronne. Zatrzymuje smar wewnątrz łożyska i chroni przed zanieczyszczeniami z zewnątrz. ZZ to odpowiednik metalowy — osłona stalowa. Łożyska 2RS są lepiej uszczelnione i można je zabudować bez dostępu do smarowania, ale mają nieco wyższe tarcie i mniejszą dopuszczalną prędkość obrotową.

Kiedy wymieniać łożyska?

Sygnałami zużycia są: podwyższona temperatura w okolicy łożyska, nadmierny hałas (szum, trzask, pisk), zwiększone luzy wału i wibracje przekraczające normy. Łożyska w maszynach ciągłych zazwyczaj wymienia się profilaktycznie — przed upływem obliczonej żywotności L₁₀h, np. podczas planowanego przeglądu.