Někdy jsou nejužitečnější zařízení ve fyzice a inženýrství nejjednodušší. Kuličková ložiska ukazují, jak mohou být kovové kroužky extrémně univerzální. Jak můžete vidět na mnoha běžných předmětech, jako jsou vozidla, jízdní kola, skateboardy a další stroje, které zahrnují pohyblivé kovové části, lidé využívají sílu kuličkových ložisek po celá staletí.
Použití kuličkových ložisek
Představte si, že klouzáte po měkkém koberci a máte na sobě boty. Může to být obtížné kvůli tření mezi kobercem a vašimi botami, které mohou být vyrobeny z čehokoli včetně kůže, plastu, dřeva nebo gumy. Pokud byste místo toho nosili ponožky, bylo by to mnohem jednodušší kvůli mnohem menšímu tření mezi měkkým kobercem a materiály ponožek. Kuličková ložiska fungují stejným způsobem.
Kuličková ložiska snižují míru tření mezi zatížením, které na ně působí. Dělají to proto, že jsou to kovové kuličky nebo válečky, které se pohybují kolem hladkého kovového povrchu ve vnitřní smyčce a vnější smyčce (někdy označované jako prsteny). Můžete se dozvědět o mnoha aplikacích kuličkových ložisek prostřednictvím jejich fyziky. Kuličková ložiska nesou typy zatížení v radiálním směru a tato zatížení působí kolmou silou na osu otáčení kuličkového ložiska.
Klouzání kovových kuliček kolem smyček kuličkového ložiska vytváří tření mezi předmětem a jeho povrchem, které předmět zpomaluje. V některých případech se objekt přiblíží k zastavení. Tento mechanismus umožňuje použití kuličkových ložisek v kladkových systémech nebo rotačních systémech, které je třeba ovládat. Například nábojové kolo automobilu využívá radiální zatížení z hmotnosti vozu a tah z projíždění zatáčky.
Ve všech případech kuličkových ložisek rovnováha mezi tahem a radiálním zatížením způsobí, že kuličková ložiska sníží tření mezi kuličkami ve vnitřním a vnějším kroužku a zvládnou zatížení předmětu. Kuličková ložiska berou břemeno a přenášejí jej z vnějšího kroužku na vnitřní kroužek, aby se koule ve středech každého kroužku snadno otáčely.
Každá koule je spojena se dvěma kroužky, ale pouze v případě potřeby ke snížení tření mezi součástmi samotného kuličkového ložiska. Z těchto důvodů jsou kuličková ložiska vytvořena tak, aby snižovaly tření a usnadňovaly rychlost otáčení.
Typy kuličkových ložisek
Typy kuličkových ložisek se velmi liší podle použitého mechanismu. Nejčastěji používaným druhem je tuhá jednoduchá řada, nebo radiální kuličkové ložisko. Tato konstrukce způsobuje, že kuličky běží ve stopách s hlubokými drážkami a uspořádání kuličkových ložisek s hlubokými drážkami jim umožňuje nést radiální i axiální zatížení. Utěsněné verze kuličkových ložisek jsou trvale mazány, aby se snížila jejich údržba.
Dvouřadá kuličková ložiska použijte dvě řady koulí. Konstrukce zajišťuje větší tuhost pohybu samotného ložiska. Nacházejí se v elektrických motorech, odstředivých čerpadlech a elektromagnetických spojkách. Některá kuličková ložiska se vyrovnávají způsobem, který umožňuje, aby hřídel odpovídala za jakékoli vychýlení v úhlu vzhledem k pouzdru kuličkového ložiska.
The typ úhlového kontaktu kuličkového ložiska má jednu stranu vnějšího kroužku odříznutou, aby se mohlo zasunout více kuliček. Tato ložiska pak mohou držet velké množství axiálních zatížení v jednom směru a také mohou používat více kuliček v samotných ložiscích. To znamená, že je inženýři používají v párech v obou směrech k přepravě těžkých břemen v nastavení, které je dělá dvouřadá kuličková ložiska s kosoúhlým stykem. Tyto typy kuličkových ložisek se také liší podle jejich materiálu.
Druhy materiálu kuličkových ložisek
Kuličková ložiska se liší materiálem, ocelová, keramická nebo plastová kuličková ložiska pro různá použití. Tyto typy kuličkových ložisek se liší v tom, jak rychle mohou pracovat, jaké teploty mohou dosáhnout a další vlastnosti související s použitím kuličkových ložisek. Pochopení pozitiv a negativ každého druhu materiálu vám umožní udělat moudřejší rozhodnutí, pokud potřebujete kuličková ložiska.
Ocelová kuličková ložiska
Ocelová kuličková ložiska používají buď komponenty, které jsou zcela vyrobeny z oceli, nebo ze slitin oceli se stopami dalších prvků ve složení. Jsou ideálním kandidátem na manipulaci s velmi těžkými břemeny při dosahování velkých rychlostí otáčení při otáčení.
Tyto typy kuličkových ložisek vám mohou poskytnout velmi přesná měření, protože jsou vyráběna s vysokou přesností. Jejich vlastnosti umožňují použití ocelových uhlíkových kuličkových ložisek mimo jiné v zámcích, jízdních kolech, kolečkových bruslích, vozících a dopravních strojích.
Materiál ocelového kuličkového ložiska může bohužel způsobit korozi v přítomnosti vody nebo plynů, které mění chemické složení samotné oceli. Tyto typy kuličkových ložisek mohou být také velmi těžké a hlučné, když se používají ve výrobě a jiných prostředích.
Ocelová kuličková ložiska mohou být velmi drahá a inženýři také musí neustále mazat ocelové kovy, aby jim zajistila efektivní práci. Pokud nejsou řádně udržovány, mohou způsobit poruchu ložiska a nedosáhnou konce zamýšlené životnosti.
Výrobci vyrábějí a prodávají ocelová kuličková ložiska v různých stylech. Můžete si koupit ocelové kuličky s vyšším množstvím uhlíku, které jsou vystaveny tepelnému ošetření nebo byly kaleny jinými metodami. Odchylky v obsahu uhlíku mezi ocelovými kuličkovými ložisky ovlivňují jejich vlastnosti. Nízkouhlíkové oceli se nacházejí v aplikacích, které musí být odolné vůči korozi, ale nemusí nutně mít povrch, který je tvrzený.
Zatímco materiál s nízkouhlíkovou ocelí lze použít k lineárnímu hřídeli kuličkového ložiska, nejsou skvělé pro kontakt mezi kuličkami samotnými. Obvykle se používají s polymerem, aby se v těchto případech zabránilo poškození. Ocelová kuličková ložiska s mírným množstvím uhlíku jsou pevná, voděodolná a odolná a díky těmto vlastnostem jsou vhodná pro převody, nápravy, čepy a další součásti stroje. Vysokouhlíkové oceli jsou nejsilnější a nejtvrdší a zároveň odolávají korozi.
Keramická kuličková ložiska
Keramická kuličková ložiska se obvykle vyrábějí jako „hybridy“, které používají vnější kroužek, vnitřní kroužek a klec vyrobenou z oceli, přičemž samotné kuličky jsou vyrobeny z keramiky. Keramické vlastnosti jim umožňují pracovat při rychlých otáčkách za minutu při zachování jejich provozní teploty chladné a omezující množství hluku, který vytvářejí.
Tyto hybridní vzory z keramické oceli jsou poškozeny korozí, ale samotných keramických koulí je méně náchylné ke korozi než ocelové materiály a jsou odolnější a lehčí než ocelové kuličky ložiska.
Tyto typy kuličkových ložisek lze použít v elektrických aplikacích, kde ocelová kuličková ložiska nemohou, protože keramická kuličková ložiska jsou nevodivá, ale jsou také velmi drahá. Keramická kuličková ložiska odolávají vysokým teplotám a umožňují jim pracovat při vyšších rychlostech. Ceny některých z těchto kuličkových ložisek mohou být obecně drahé, ale najdete také jejich levná provedení.
Keramický materiál těchto kuličkových ložisek jim dodává hmotnost menší než 40% než u ocelových kuličkových ložisek. Inženýři je obvykle vyrábějí pomocí keramického nitridu křemíku, aby způsobili tyto chemické a fyzikální vlastnosti. Používají se v úhlových ložiscích, axiálních ložiscích, ložiskových ložiskách, jehlových ložiscích a valivých ložiscích. Keramické materiály mohou být silnější než ocel, ale obecně jsou tužší než materiály s kuličkovými ložisky.
Leštění kuliček z keramické oceli využívá magnetické pole s proudem plazmy. Tento způsob výroby jim poskytuje vyšší rychlost otáčení než u ocelových kuličkových ložisek. Jsou elektricky izolační, což znamená, že nevedou elektřinu, takže nezlyhají, pokud jsou aktuální prochází jimi a mohou fungovat bez mazání jako ocelová kuličková ložiska být.
Plastová kuličková ložiska
Nedávné inovace přinesly plastová kuličková ložiska, která používají plastové kroužky a plastovou klec a lze je zakoupit ve formě kuliček vyrobených z plastu, skla nebo nerezové oceli. Nejběžnějším kuličkovým materiálem u tohoto typu kuličkových ložisek je kulička z nerezové oceli. Jsou cenově nejdostupnější možností, ale jsou také těžší než druhy plastů nebo skla. Mohou se také snadno stát magnetickými, což může narušit pohyb a fyziku blízkých materiálů.
Plastová kuličková ložiska se skleněnými kuličkami jsou skvělou volbou, když nemůžete použít kov. Mají vysokou chemickou odolnost a mají nižší hmotnosti než ocelové kuličky. Plastové kuličky pro plastová kuličková ložiska váží ještě méně a nabízejí odolnost proti opotřebení, jak se používají v průběhu času. Většina plastových kuličkových ložisek je samomazná, lehká a odolná proti korozi při tichém provozu.
Tyto typy kuličkových ložisek bohužel neodolávají vysokým teplotám stejně jako ostatní kuličková ložiska a nemohou zvládnout tak vysoké zatížení jako oni někdy.
