Łożyska kulkowe uszczelniające – uszczelki, podkładki uszczelniające i podkładki pokrywy

Łożyska kulkowe są kluczowymi elementami w wielu maszynach i urządzeniach i odgrywają kluczową rolę w ruchu części o niskim współczynniku tarcia. Oparta na projektowaniu ochrona łożysk tocznych przed przeciążeniem i awarią z powodu przegrzania, zanieczyszczenia i wpływów zewnętrznych jest zatem jednym z podstawowych zadań inżyniera projektu. Łożyska kulkowe mogą być na przykład uszczelnione lub można użyć łożysk wałeczkowych już uszczelnionych fabrycznie, aby osiągnąć jak najdłuższy okres eksploatacji. Aby zminimalizować tarcie i zużycie, należy upewnić się, że łożyska są odpowiednio nasmarowane. W ramach konserwacji łożyska kulkowe należy w razie potrzeby sprawdzić i dosmarować. Jednak nowoczesna technologia przemysłowa coraz częściej wykorzystuje samosmarujące lub niesprawne uszczelnione łożyska toczne, które są już wyposażone przez producenta w odpowiednie elementy uszczelniające i osady smarowe.

Czym są uszczelnienia i podkładki pokrywy łożysk kulkowych?

Uszczelnienia i podkładki pokrywy to specjalnie zaprojektowane elementy, które mają na celu ochronę wnętrza łożyska przed zewnętrznymi zanieczyszczeniami, a jednocześnie zapobiegają wyciekowi smaru. Podkładki pokrywy są nieściernymi (bezstykowymi) uszczelkami łożysk tocznych. Podkładki pokrywy są zwykle wciskane w zewnętrzny pierścień łożyska kulkowego. Między pierścieniem wewnętrznym a pierścieniem zewnętrznym występuje szczelina, dlatego całkowite uszczelnienie nie jest możliwe. Podkładek pokrywy nie należy mylić z podkładkami uszczelniającymi (w tym podkładkami uszczelniającymi wykonanymi z gumy) i płytami przegrody. Podkładki uszczelniające są dostępne w różnych wersjach. W zależności od użytego materiału i kształtu podkładki uszczelniającej mogą one być również zaprojektowane jako uszczelnienia kontaktowe. Zwykle skutkuje to lepszym uszczelnieniem łożyska. Jednak szczelne uszczelnienie spowoduje tarcie, co spowoduje straty energii związane z tarciem i wyższe temperatury łożysk.

• 1 - Otwór
• 2 - Płyta przegrody
• 3 - Wał

W przeciwieństwie do podkładek pokrywy, płyty przegrody nie są na ogół zintegrowane bezpośrednio z łożyskiem tocznym, ale są umieszczone nieruchomo obok łożyska. Utrzymują one smar blisko łożysk i zmniejszają wyciek smaru nawet przy wyższych prędkościach obwodowych lub gdy lepkość smaru spada w wysokich zakresach temperatur.

Dlaczego uszczelnienia są ważne?

Łożyska otwarte nie mogą być stosowane we wszystkich sytuacjach, np. w środowiskach charakteryzujących się wysokim poziomem zanieczyszczenia. W takich przypadkach zaleca się stosowanie łożysk z uszczelkami gumowymi. W przypadku łożysk kulkowych, uszczelnienia i podkładki pokrywy pełnią główną funkcję ochrony wnętrza przed wnikaniem pyłu, ciał obcych i wilgoci, co zmniejsza blokowanie obrotowe z powodu zakleszczenia lub rdzewienia ciał obcych i poprawia trwałość. Uszczelnienia chronią również przed niepożądanym wyciekiem środków smarnych, utrzymując w ten sposób efekt smarowania w łożysku kulkowym.

Rodzaje uszczelnień

Zasadniczo uszczelnienia można podzielić na dwie kategorie: uszczelnienia kontaktowe i bezstykowe. Następujące rodzaje uszczelnień są również rozróżniane w zależności od tego, jak części, które mają być uszczelnione, poruszają się względem siebie: Uszczelnienia statyczne (brak ruchu), uszczelnienia translacyjne (ruch liniowy) i obrotowe (ruch obrotowy). Poniższa tabela zawiera przegląd zalet i wad uszczelnień kontaktowych i bezdotykowych, a także kilka przykładów:

• 1 - Otwarte łożysko kulkowe z głębokim rowkiem
• 2 - Podkładka pokrywy po jednej stronie (np. Z)
• 3 - Podkładka pokrywy po obu stronach (np. ZZ / 2Z)
• 4 - Uszczelnienie bezstykowe (np. VV lub 2RZ)
• 5 - Uszczelka kontaktowa (np. DDU lub 2RS)

Do łożysk kulkowych można stosować różne uszczelnienia. W tym kontekście firma MISUMI oferuje szeroką gamę pierścieni uszczelniających wał i łożyska kulkowe z różnymi opcjami uszczelnienia. Dostępne są specjalne tabele pierścieni uszczelniających wał, które ułatwiają wybór.

Łożyska kulkowe rowkowane z różnymi uszczelkami

Różne kombinacje liter są używane w odniesieniu do rowkowanych łożysk kulkowych w zależności od typu uszczelnienia. Poniższy przegląd przedstawia łożyska kulkowe z głębokim rowkiem z różnymi rodzajami uszczelnień oraz ich zalety i wady:

Pierścienie uszczelniające wału

Oprócz uszczelek i podkładek uszczelniających istnieją inne rozwiązania projektowe, takie jak pierścienie uszczelniające wał, zwane również pierścieniami Simmera (po ich twórcy, Waltherze Simmerze). Pierścienie uszczelniające wały chronią wały i łożyska przed pyłem, cieczami i innymi zanieczyszczeniami. Zapobiegają one również wyciekaniu płynów lub smarów z obracającego się wału lub osi. Dostępne są różne rodzaje pierścieni uszczelniających wału, np.:

• Pierścień uszczelniający wałka promieniowego
• Pierścień uszczelniający wałka osiowego
• Uszczelka labiryntowa
• Uszczelka teflonowa

Pierścień uszczelniający wałka promieniowego

Uszczelnienie promieniowe wału to uszczelnienie wargowe do uszczelniania wałów obrotowych. Są one montowane ze stałym gniazdem w obudowie lub pokrywie obudowy. radialny pierścień uszczelniający na ogół składa się z wargi uszczelniającej, metalowego pierścienia usztywniającego i sprężyny napinającej śrubę pierścieniową.

• 1 - Uszczelnienie wargowe
• 2 - Sprężyna napinająca śruby
• 3 - Metalowy pierścień

Po wciśnięciu na wał uszczelnienie wargowe jest rozprężane wraz z podkładką sprężystą. Uszczelnienie wargowe leży bezpośrednio na powierzchni wału obrotowego. Pierścienie uszczelniające wału promieniowego są często używane w łożyskach z dwuczęściową obudową.

Zazwyczaj uszczelnienia wałka promieniowego są uszczelkami, które stykają się ze sobą, ale mogą być również zaprojektowane tak, aby nie stykały się z dużymi prędkościami obrotowymi.

Kryteria wyboru uszczelek i podkładek pokrywy

Przy wyborze uszczelek i podkładek pokrywy należy wziąć pod uwagę następujące kryteria:

• Rodzaj uszczelki lub pokrywy: Należy określić główny cel (zapobiegać przedostawaniu się płynu lub jedynie zakryć otwór). Czy wystarczająca jest plomba bezdotykowa, czy tylko jedna plomba kontaktowa spełnia ten cel?
• Warunki środowiskowe: Należy określić takie parametry, jak temperatura, wilgotność, narażenie chemiczne i ciśnienie.
• Wybór materiału: Wybór materiału zależy od mediów, na które narażona jest uszczelka, takich jak olej, woda, kwasy, zasady lub agresywne chemikalia. Typowe materiały to guma, elastomery, teflon, metale i tworzywa sztuczne.
• Obciążenia mechaniczne: Należy przestrzegać obciążeń mechanicznych, takich jak wibracje, obciążenia udarowe i ruchy, które mogą mieć wpływ na uszczelnienie lub podkładkę pokrywy. Uszczelki powinny być w stanie obsłużyć te ładunki bez uszkodzeń i wycieków.
• Efektywność kosztowa: Należy wziąć pod uwagę czynniki kosztowe (np. ilości, oczekiwane koszty utrzymania).

Wybór materiału dla uszczelnień

MISUMI oferuje uszczelnienia, np. wykonane z następujących materiałów:

• Kauczuk nitrylowy (NBR): NBR jest szczególnie odporny na oleje (zwłaszcza na oleje hydrauliczne, mineralne itp.), na warunki atmosferyczne i zapewnia dobrą ogólną odporność na wiele chemikaliów. Zakres zastosowania wynosi od -40 do 108°C. NBR jest często stosowany w uszczelkach płaskich (są to uszczelki statyczne instalowane jako elementy uszczelniające, np. pomiędzy dwoma kołnierzami).
• Kauczuk fluorowy (FKM - znany również jako Viton): FKM charakteryzuje się doskonałą odpornością na chemikalia, wysokie temperatury oraz różne oleje i paliwa. FMK ma również niską przepuszczalność gazu. Specjalne uszczelki FKM są szczególnie odporne m.in. na kwasy
• Politetrafluoroetylen (PTFE, znany również jako teflon): PTFE charakteryzuje się niskim tarciem i bardzo wysoką odpornością na temperaturę (200 do 260°C, chwilowo do 300°C). Może być narażony na działanie agresywnych substancji chemicznych.