Do czego służą łożyska kulkowe?

Czasami najbardziej przydatne urządzenia w fizyce i inżynierii są najprostsze. Łożyska kulkowe pokazują, jak metalowe pierścienie mogą być niezwykle wszechstronne. Jak widać w wielu popularnych przedmiotach, takich jak pojazdy, rowery, deskorolki i inne maszyny z ruchomymi częściami metalowymi, ludzie od wieków wykorzystywali moc łożysk kulkowych.

Wyobraź sobie ślizganie się po miękkim dywanie podczas noszenia butów. Może to być trudne z powodu tarcia między dywanem a butami, które mogą być wykonane ze skóry, plastiku, drewna lub gumy. Gdybyś zamiast tego nosiła skarpetki, byłoby to znacznie łatwiejsze, ponieważ tarcie między miękkim dywanem a materiałami skarpet jest znacznie mniejsze. Łożyska kulkowe działają w ten sam sposób.

Łożyska kulkowe zmniejszają tarcie między nakładanymi na nie obciążeniami. Robią to, ponieważ są metalowymi kulkami lub rolkami, które poruszają się po gładkiej metalowej powierzchni w wewnętrznej pętli i zewnętrznej pętli (czasami nazywanej pierścieniami). Możesz dowiedzieć się o wielu zastosowaniach łożysk kulkowych dzięki ich fizyce. Łożyska kulkowe przenoszą obciążenia w kierunku promieniowym, a obciążenia te przykładają siłę prostopadłą do osi obrotu łożyska kulkowego.

Przesuwanie się metalowych kulek wokół pętli łożyska kulkowego powoduje tarcie między przedmiotem a jego powierzchnią, które spowalnia przedmiot. W niektórych przypadkach obiekt zbliża się do przystanku. Ten mechanizm pozwala łożyskom kulkowym na zastosowanie w układach kół pasowych lub układach obrotowych, które muszą być kontrolowane. Na przykład, koło piasty samochodu wykorzystuje obciążenie promieniowe od masy samochodu i siły ciągu podczas wykonywania zakrętu.

We wszystkich przypadkach łożysk kulkowych równowaga między obciążeniem wzdłużnym i promieniowym powoduje, że łożyska kulkowe zmniejszają tarcie między kulkami w pierścieniu wewnętrznym i zewnętrznym i przenoszą obciążenie obiektu. Łożyska kulkowe przejmują obciążenie i przenoszą je z pierścienia zewnętrznego na pierścień wewnętrzny, aby kulki w środkach każdego pierścienia mogły się swobodnie obracać.

Każda kula jest połączona dwoma pierścieniami, ale tylko tam, gdzie jest to konieczne, aby zmniejszyć tarcie między elementami samego łożyska kulkowego. Z tych powodów łożyska kulkowe są tworzone w celu zmniejszenia tarcia i ułatwienia prędkości obrotowej.

Typy łożysk kulkowych różnią się znacznie mechanizmem. Najczęściej stosowanym rodzajem jest sztywny jednorzędowy lub promieniowe łożysko kulkowe. Taka konstrukcja powoduje, że kulki poruszają się w głębokich torach rowkowych, a łożysko kulkowe zwykłe pozwala im przenosić obciążenia zarówno promieniowe, jak i osiowe. Uszczelnione wersje łożysk kulkowych są trwale smarowane, aby zmniejszyć ich konserwację.

Łożyska kulkowe dwurzędowe użyj dwóch rzędów kulek. Konstrukcja zapewnia większą sztywność ruchu samego łożyska. Można je znaleźć w silnikach elektrycznych, pompach odśrodkowych i sprzęgłach elektromagnetycznych. Niektóre łożyska kulkowe ustawiają się w linii w sposób, który pozwala wałowi uwzględnić wszelkie niewspółosiowości pod kątem w stosunku do obudowy łożyska kulkowego.

typ styku kątowego łożyska kulkowego ma odciętą jedną stronę pierścienia zewnętrznego, aby umożliwić włożenie większej liczby kulek. Łożyska te mogą następnie wytrzymywać duże obciążenia osiowe w jednym kierunku, a także wykorzystywać więcej kulek w samych łożyskach. Oznacza to, że inżynierowie używają ich parami w obu kierunkach do przenoszenia ciężkich ładunków w konfiguracji, która je tworzy makes dwurzędowe łożyska kulkowe skośne. Te typy łożysk kulkowych różnią się również w zależności od materiału.

Łożyska kulkowe różnią się materiałem od łożysk kulkowych ze stali, ceramiki lub tworzywa sztucznego do różnych zastosowań. Te typy łożysk kulkowych różnią się szybkością działania, osiąganymi temperaturami oraz innymi właściwościami związanymi z zastosowaniem łożysk kulkowych. Zrozumienie pozytywów i negatywów każdego rodzaju materiału pozwoli Ci podjąć mądrzejszą decyzję, jeśli potrzebujesz łożysk kulkowych.

Łożyska kulkowe stalowe wykorzystują albo elementy, które są w całości wykonane ze stali, albo ze stopów stali ze śladami innych pierwiastków w składzie. Są idealnymi kandydatami do obsługi bardzo ciężkich ładunków, przy jednoczesnym osiąganiu dużych prędkości obrotowych podczas wirowania.

Tego typu łożyska kulkowe zapewniają bardzo dokładne pomiary, ponieważ są produkowane z dużą precyzją. Dzięki swoim właściwościom łożyska kulkowe ze stali węglowej znajdują zastosowanie między innymi w zamkach, rowerach, wrotkach, wózkach i przenośnikach.

Materiał stalowego łożyska kulkowego może niestety powodować korozję w obecności wody lub gazów, które zmieniają skład chemiczny samej stali. Tego typu łożyska kulkowe mogą być również bardzo ciężkie i hałaśliwe, gdy są używane w produkcji i innych środowiskach.

Łożyska kulkowe ze stali mogą być bardzo drogie, a inżynierowie muszą również stale smarować metale stalowe, aby zapewnić ich wydajną pracę. Jeśli nie są odpowiednio konserwowane, mogą spowodować awarię łożysk i nie osiągną końca swojego zamierzonego okresu użytkowania.

Producenci tworzą i sprzedają stalowe łożyska kulkowe w różnych stylach. Możesz kupić kulki stalowe o większej zawartości węgla, które są poddawane obróbce cieplnej lub zostały utwardzone innymi metodami. Różnice w zawartości węgla wśród stalowych łożysk kulkowych wpływają na ich właściwości. Stale niskowęglowe znajdują zastosowanie w zastosowaniach, które muszą być odporne na korozję, ale niekoniecznie mają utwardzoną powierzchnię.

Chociaż materiał ze stali niskowęglowej może być stosowany w liniowym wałku łożyska kulkowego, nie są one idealne do kontaktu między samymi kulkami. Zwykle stosuje się je z polimerem, aby zapobiec uszkodzeniom w takich przypadkach. Łożyska kulkowe ze stali z umiarkowaną zawartością węgla są mocne, wodoodporne i wytrzymałe, a te cechy sprawiają, że nadają się do kół zębatych, osi, szpilek i innych elementów maszyn. Stale wysokowęglowe są najmocniejsze i najtwardsze, a jednocześnie są odporne na korozję.

Ceramiczne łożyska kulkowe są zwykle tworzone jako „hybrydy”, które wykorzystują pierścień zewnętrzny, pierścień wewnętrzny i koszyk zbudowane ze stali, a same kulki wykonane są z ceramiki. Właściwości ceramiczne pozwalają im pracować z dużą prędkością obrotową na minutę, utrzymując niską temperaturę pracy i ograniczając hałas, jaki generują.

Te hybrydowe konstrukcje ceramiczno-stalowe są uszkodzone przez korozję, ale same kulki ceramiczne są mniej podatne na korozję niż materiały stalowe, są trwalsze i lżejsze niż kulka stalowa namiar.

Tego typu łożyska kulkowe mogą być stosowane w zastosowaniach elektrycznych, w których stalowe łożyska kulkowe nie mogą, ponieważ ceramiczne łożyska kulkowe są nieprzewodzące, ale są również bardzo drogie. Ceramiczne łożyska kulkowe wytrzymują wysokie temperatury, co pozwala im pracować przy wyższych prędkościach. Ceny niektórych z tych łożysk kulkowych mogą być ogólnie drogie, ale można również znaleźć ich niedrogie wersje.

Ceramiczny materiał tych łożysk kulkowych daje im masę mniejszą niż 40% niż stalowym łożyskom kulkowym. Inżynierowie zazwyczaj wytwarzają je przy użyciu ceramicznego azotku krzemu, aby wywołać te właściwości chemiczne i fizyczne. Stosowane są w łożyskach skośnych, łożyskach oporowych, łożyskach stojakowych, łożyskach igiełkowych i łożyskach wałeczkowych. Materiały ceramiczne mogą być mocniejsze niż stal, ale generalnie są sztywniejsze jako materiał łożyska kulkowego.

Polerowanie kulek ze stali ceramicznej wykorzystuje pole magnetyczne ze strumieniem plazmy. Ta metoda produkcji zapewnia im wyższe prędkości obrotowe niż stalowe łożyska kulkowe. Są izolujące elektrycznie, co oznacza, że ​​nie przewodzą prądu, więc nie zawodzą pod wpływem prądu przechodzi przez nie i mogą funkcjonować bez smarowania, tak jak muszą to robić stalowe łożyska kulkowe być.

Ostatnie innowacje doprowadziły do ​​produkcji łożysk kulkowych z tworzywa sztucznego, które wykorzystują pierścienie z tworzywa sztucznego i koszyk z tworzywa sztucznego i można je kupić w postaci kulek wykonanych z tworzywa sztucznego, szkła lub stali nierdzewnej. Najpopularniejszym materiałem kulkowym tego typu łożysk kulkowych jest kulka ze stali nierdzewnej. Są najtańszą opcją, ale są również cięższe niż rodzaje plastiku lub szkła. Mogą również łatwo stać się magnetyczne, co może zakłócić ruch i fizykę pobliskich materiałów.

Plastikowe łożyska kulkowe ze szklanymi kulkami to świetny wybór, gdy nie możesz użyć metalu. Charakteryzują się wysoką odpornością chemiczną i mniejszą wagą niż kulki stalowe. Plastikowe kulki do plastikowych łożysk kulkowych ważą jeszcze mniej i zapewniają odporność na zużycie, ponieważ są używane w miarę upływu czasu. Większość plastikowych łożysk kulkowych jest samosmarujących, lekkich i odpornych na korozję, a jednocześnie cicho pracuje.

Tego typu łożyska kulkowe niestety nie wytrzymują wysokich temperatur tak jak inne łożyska kulkowe i czasami nie wytrzymują tak dużych obciążeń.