Najužitočnejšie prístroje vo fyzike a strojárstve sú niekedy tie najjednoduchšie. Guličkové ložiská ukazujú, ako môžu byť kovové krúžky mimoriadne všestranné. Ako môžete vidieť na mnohých bežných predmetoch, ako sú vozidlá, bicykle, skateboardy a ďalšie stroje, ktoré zahŕňajú pohyblivé kovové časti, ľudia využívajú silu guľkových ložísk po celé storočia.
Používa guľkové ložisko
Predstavte si, že sa počas obúvania kĺžete po mäkkom koberci. Môže to byť ťažké kvôli treniu medzi kobercom a vašimi topánkami, ktoré môžu byť vyrobené z čohokoľvek vrátane kože, plastu, dreva alebo gumy. Ak by ste namiesto toho nosili ponožky, bolo by to oveľa jednoduchšie kvôli oveľa menšiemu treniu medzi mäkkým kobercom a materiálmi ponožiek. Rovnako fungujú aj guľkové ložiská.
Guličkové ložiská znižujú mieru trenia medzi zaťaženiami, ktoré na ne pôsobia. Robia to preto, lebo sú to kovové guľky alebo valčeky, ktoré sa pohybujú okolo hladkého kovového povrchu vo vnútornej slučke a vonkajšej slučke (niekedy označovanej ako krúžky). Môžete sa dozvedieť o mnohých aplikáciách guľkových ložísk prostredníctvom ich fyziky. Guľkové ložiská prenášajú druhy zaťaženia v radiálnom smere a tieto zaťaženia pôsobia kolmou silou na os otáčania guľkového ložiska.
Kĺzanie kovových guľôčok okolo slučiek guľkového ložiska vytvára trenie medzi predmetom a jeho povrchom, ktoré predmet spomaľuje. V niektorých prípadoch sa objekt priblíži k dorazu. Tento mechanizmus umožňuje použitie guľkových ložísk v kladkových systémoch alebo rotačných systémoch, ktoré je potrebné ovládať. Napríklad nábojové koleso automobilu využíva radiálne zaťaženie z hmotnosti vozidla a ťah z otočenia zákruty.
Vo všetkých prípadoch guľkových ložísk rovnováha medzi ťahom a radiálnym zaťažením spôsobuje, že guľkové ložiská znižujú trenie medzi guľkami vo vnútornom a vonkajšom krúžku a zvládajú zaťaženie predmetu. Guličkové ložiská zaberajú zaťaženie a prenášajú ho z vonkajšieho krúžku na vnútorný krúžok, aby sa guľky v strede každého krúžku mohli ľahko otáčať.
Každá guľa je spojená s dvoma krúžkami, ale iba tam, kde je to potrebné, aby sa znížilo trenie medzi komponentmi samotného guľkového ložiska. Z týchto dôvodov sú guľkové ložiská vyrobené tak, aby znižovali trenie a uľahčovali rýchlosť otáčania.
Typy guľkových ložísk
Typy guľkových ložísk sa veľmi líšia podľa použitého mechanizmu. Najpoužívanejším druhom je tuhý jednoradový, príp radiálne guľkové ložisko. Táto konštrukcia spôsobuje, že guľky bežia v dráhach s hlbokými drážkami a usporiadanie guľkových ložísk s hlbokými drážkami im umožňuje niesť radiálne aj axiálne zaťaženie. Utesnené verzie guľkových ložísk sú trvalo mazané, aby sa znížila ich údržba.
Dvojradové guľkové ložiská použite dva rady guličiek. Konštrukcia dodáva väčšiu tuhosť pohybu samotného ložiska. Nachádzajú sa v elektrických motoroch, odstredivých čerpadlách a elektromagnetických spojkách. Niektoré guľkové ložiská sa vyrovnávajú tak, aby umožňovali hriadeľu zohľadniť prípadné vychýlenie v uhle vzhľadom na puzdro guľkového ložiska.
The typ s uhlovým kontaktom guľkového ložiska má jednu stranu vonkajšieho krúžku odrezanú, aby sa umožnilo vloženie ďalších guľôčok. Tieto ložiská potom môžu zadržiavať veľké množstvá axiálnych zaťažení v jednom smere a rovnako môžu používať viac guličiek v samotných ložiskách. To znamená, že ich inžinieri používajú v pároch v oboch smeroch na prepravu ťažkých bremien v usporiadaní, ktoré ich robí guľkové ložiská s kosouhlým stykom. Tieto typy guľkových ložísk sa líšia aj podľa materiálu.
Typy materiálu s guľkovými ložiskami
Guľôčkové ložiská sa líšia v závislosti od materiálu, ktorý majú oceľové, keramické alebo plastové guľkové ložiská na rôzne použitie. Tieto typy guľkových ložísk sa líšia v tom, ako rýchlo môžu pracovať, aké teploty môžu dosiahnuť a aké ďalšie vlastnosti súvisia s použitím guľkových ložísk. Pochopenie pozitív a negatív každého druhu materiálu vám umožní urobiť múdrejšie rozhodnutie, ak potrebujete guľkové ložiská.
Oceľové guľkové ložiská
Oceľové guľkové ložiská používajú buď komponenty, ktoré sú celé vyrobené z ocele alebo zliatin ocele so stopami ďalších prvkov v zložení. Sú ideálnymi kandidátmi na manipuláciu s veľmi ťažkými bremenami pri dosahovaní vysokých rýchlostí rotácie pri točení sa.
Tieto typy guľkových ložísk vám môžu poskytnúť veľmi presné merania, pretože sú vyrobené s vysokou presnosťou. Ich vlastnosti umožňujú, aby sa oceľové uhlíkové guľkové ložiská uplatnili okrem iného v zámkoch, bicykloch, kolieskových korčuliach, vozíkoch a dopravných strojoch.
Materiál z oceľových guľkových ložísk môže, bohužiaľ, spôsobiť koróziu za prítomnosti vody alebo plynov, ktoré menia chemické zloženie samotnej ocele. Tieto typy guľkových ložísk môžu byť tiež veľmi ťažké a hlučné, keď sa používajú vo výrobe a iných prostrediach.
Oceľové guľkové ložiská môžu byť veľmi drahé a inžinieri tiež musia neustále mazať oceľové kovy, aby im zaistila efektívnu prácu. Ak nie sú správne udržiavané, môžu spôsobiť zlyhanie ložiska a nedosiahnu koniec zamýšľanej životnosti.
Výrobcovia vyrábajú a predávajú oceľové guľkové ložiská v rôznych štýloch. Môžete si kúpiť oceľové guľky s vyšším množstvom uhlíka, ktoré sú vystavené tepelnému spracovaniu alebo boli kalené inými metódami. Zmeny obsahu uhlíka v oceľových guľkových ložiskách ovplyvňujú ich vlastnosti. Nízko uhlíkové ocele sa vyskytujú v aplikáciách, ktoré musia byť odolné proti korózii, ale nemusia mať nevyhnutne vytvrdený povrch.
Zatiaľ čo materiál s nízkouhlíkovou oceľou sa môže použiť na lineárne hriadeľ guľôčkového ložiska, nie sú skvelé na kontakt medzi guľkami samotnými. Spravidla sa používajú s polymérom, aby sa v týchto prípadoch nepoškodilo. Oceľové guľkové ložiská s miernym množstvom uhlíka sú pevné, vodotesné a odolné. Vďaka týmto vlastnostiam sú vhodné pre prevody, nápravy, čapy a ďalšie komponenty stroja. Vysoko uhlíkové ocele sú najpevnejšie a najtvrdšie, pričom odolávajú korózii.
Keramické guľkové ložiská
Keramické guľkové ložiská sa zvyčajne vyrábajú ako „hybridy“, ktoré využívajú vonkajší krúžok, vnútorný krúžok a klietku vyrobenú z ocele s guľkami samotnými vyrobenými z keramiky. Keramické vlastnosti im umožňujú pracovať pri vysokých otáčkach za minútu, pričom udržujú chladnú svoju prevádzkovú teplotu a obmedzujú množstvo hluku, ktorý vytvárajú.
Tieto hybridné vzory z keramickej ocele sú poškodené koróziou, ale samotných keramických guličiek je menej náchylné na koróziu ako oceľové materiály a sú odolnejšie a ľahšie ako oceľové guľky ložiská.
Tieto typy guľkových ložísk sa dajú použiť v elektrických aplikáciách, kde oceľové guľkové ložiská nemôžu, pretože keramické guľkové ložiská sú nevodivé, ale sú tiež veľmi drahé. Keramické guľkové ložiská odolávajú vysokým teplotám a umožňujú im pracovať vyššiu rýchlosť. Ceny niektorých z týchto guľkových ložísk môžu byť všeobecne drahé, ale môžete nájsť aj ich lacné verzie.
Keramický materiál týchto guľkových ložísk im dodáva hmotnosť menšiu ako 40% ako hmotnosti oceľových guľkových ložísk. Inžinieri ich zvyčajne vyrábajú pomocou keramického nitridu kremíka, aby spôsobili výskyt týchto chemických a fyzikálnych vlastností. Používajú sa v uhlových ložiskách, axiálnych ložiskách, ložiskách s blokmi vankúšov, ihlových ložiskách a valčekových ložiskách. Keramické materiály môžu byť pevnejšie ako oceľ, ale vo všeobecnosti sú tuhšie ako materiály s guľkovými ložiskami.
Pri leštení guličiek z keramickej ocele sa využíva magnetické pole s prúdom plazmy. Tento spôsob výroby im poskytuje vyššiu rýchlosť otáčania ako oceľové guľkové ložiská. Sú elektricky izolačné, to znamená, že nevedú elektrinu, takže nezlyhajú, ak sú aktuálne prechádza cez ne a môžu fungovať bez toho, aby boli mazané ako oceľové guľkové ložiská byť.
Plastové guľkové ložiská
Posledné inovácie priniesli plastové guľkové ložiská, ktoré používajú plastové krúžky a plastovú klietku a dajú sa kúpiť vo forme guľôčok vyrobených z plastu, skla alebo nehrdzavejúcej ocele. Najbežnejším guľkovým materiálom pre tento typ guľkových ložísk je guľka z nehrdzavejúcej ocele. Sú cenovo najdostupnejšou voľbou, ale sú tiež ťažšie ako plastové alebo sklenené druhy. Môžu sa tiež ľahko stať magnetickými, čo môže narušiť pohyb a fyziku blízkych materiálov.
Plastové guľkové ložiská so sklenenými guľkami sú skvelou voľbou, keď nemôžete použiť kov. Majú vysokú chemickú odolnosť a majú nižšiu hmotnosť ako oceľové guľky. Plastové guľky pre plastové guľkové ložiská vážia ešte menej a ponúkajú odolnosť proti opotrebeniu, pretože sa časom používajú. Väčšina plastových guľkových ložísk je samomazná, ľahká a odolná proti korózii pri tichej prevádzke.
Tieto typy guľkových ložísk bohužiaľ nevydržia vysoké teploty tak dobre ako iné guľkové ložiská a nedokážu zvládnuť také vysoké zaťaženie ako niekedy.