Prohledat tento blog

středa 29. ledna 2014

TechBox - Kuličková ložiska

Datum původního publikování: 20.9.2009

Kluzná a kuličková ložiska pro aplikaci v modelářství, díl první.

Úvodem mi dovolte krátkou úvahu.

Jistě si vzpomenete na doby, kdy stavebnice nebo RTR sety modelů aut byly výrobcem dodávány s kluznými ložisky. Ta byla v různých provedeních, setkal jsem se s bronzovými a silonovými. U některých serv jsou i ocelové vložky. Jestli jste si vzpoměli, tak se vám jistě vybavilo, jak to bylo super, když jste tato ložiska vyměnil za kuličková. To byl rozdíl nad kterým se srdce smálo. V té době se prodávaly célé sady ložisek pro konkrétní modely (každý model používá jiný počet a i jiné rozměry ložisek). Říkalo se tomu přeložiskování. Jestli je to správný termín nevím, ale každý tomu rozuměl.
Ostatně toto popisuje i Jan Cinger na jeho webovkach, čtěte zde "Co je tuning?". A také tento jeho článek o výměně plastových ložisek za valivá, čtěte zde.
Kluzná ložiska měla několik nevýhod. Ta nejvíc viditelná je, že kluzné ložisko má větší odpor než valivé ložisko a další významná vlastnost je obrušování hřídelí vlivem špíny a nečistot. Vznikly tak vůle, které se pak težko zachraňovaly. Proto kdo přeložiskoval dřív, byl spokojenější.
Z popisu to teď možná vypadá, že kluzná ložiska jsou špatná, ale opak je pravdou. Záleží na aplikaci.Instalovat kluzné ložisko na místo, kde je exponované nečistotem je opravdu nešťastný nápad. Vemte si nitro motory. Ojniční ložiska jsou kluzná, bronzová vložka, s mazacím kanálkem. Zadní víko nitro motorů ve variantě IPS mají startovací hřídel také v bronzovém kluzném ložisku. Víte, že tyhle nitro motory točí mnohdy i přes 30 tisíc otáček za minutu? No, nezdá se to, ale je to tak, a víte, že tato kluzná ložiska často přežijí celý motor? NO, i tohle je pravda.

Kluzná ložiska mají v konstrukci svoje místo. Mají svoje vlastnosti, které při konstrukci využijí. Aplikují se tam, kde je například pro valivá ložiska málo místa, jako je tomu u modelářských spalovacích motorů s malým obsahem.Bez nich by se naše motory netočily.
Tento článek ale nemá obhajovat nebo vychvalovat kluzná ložiska, nýbrž poukázat na způsob aplikace, uvědomit si prostředí ložiska a podle toho vybrat náhradu za poškozené a nebo pokud stavíte vlastní modely, tak správně zvolit typ ložiska.
Na nitro motoru jsem vám ukázal, jak je pro ložisko důležité prostředí a čistota. V zásadě výrobci (významy aplikuji na modelářství) toto prostředí rozdělili na několik segmentů a podle toho také ložiska vybavují ochranami. My se zajímáme převážně o radiální ložiska kuličková jednořadá, značená jako "Deep groove ball bearings - single row" a občas (převodovky a startery pro nitromotory) používáme válečková, značená jako "Needle roller bearings - single row" a jednosměrná ložiska značená jako "One way needle roller bearings - single row". Cca 90% ložisek v modelu jsou jednořadá kuličková ložiska. Na ty se chci zaměřit.

Radiální jednořadá kuličková ložiska jsou velice oblíbená nejen mezi námi modeláři, ale také v širokém průmyslu kolem nás. Vynikají nížkou hlučností, vysokými otáčkami, možností zatížení jak v radialním tak i v axiálním směru. Vyrábějí se z mnoha materuálů, mají několik typů těsnění nebo ochran a díky masivnímu použití je jejich cena velice příznivá. 

Stejně jako pro kluzné ložisko je důležitá čistota pouzdra a hřídele, je i pro kuličkové ložisko důležité, aby se do dráhy kuličkám nedostala nečistota. Ta ložisko dokáže zničit.

Například ložiska, ktará se aplikují na klikové hřídele nitromotorů často způsobují smrt motoru tím, že v důsledku špíny v karburátoru se do prostoru Karteru dostává drobná nečistota nasáváním palivové směsi z karburátoru, pokud se tato nečistota potká s kuličkou, která se v ložisku točí několikanásobně větší rychlostí než je zmiňovaných 30 tiscíc otáček, způsobí, že se z kuličky odloupne šupinka kovu. Nejen že tato šupinka dál přispívá k započaté destrukci, ale také pomůže pístu a válci aby dřive stratily kompresi atd. Možná se vám zdá, že přeháním, ale ujišťuji vás, že takto zničených motorů jsem viděl víc než mám prstů (zatím mám všechny :) ). Schválně, jestli máte doma nitro motor, vemte si teď hned vatičku na špejli na čištění uší, sundejte krk sání na karburátoru a hrdlo karburátoru vytřete. Je tam špína?

V dnešní době je většina stavebnic již vybavena kuličkovými ložisky (středně kvalitní modely), profi modely, které se používají snad výhradně na závodech jsou samozřejmě osazena kvalitnějšími ložisky, než modely, které stojí poloviční cenu.

Ochrany ložisek.

Nepochybě jste si všimli, že některá ložiska mají kuličky zakryté gumou, jiná plechem a další nejsou zakrytá vůbec. A to je důvod, proč píšu tento článek. Nyní po takovém dlouhém úvodu dobře pochopíte jejich význam.

Těmto krytkám se anglicky říká "shields" a "seals". Já jim říkam prachovky. Shields doslovně jako štíty jsou v zásadě z ocelového plechu a některé typy lze demontovat. Selas jsou doslovně těsnění, což bývá sysntetická guma se zalitým ocelovým kroužkem. Typ prachovky volíme podle charakteru okolního prostředí ložiska, jak jsem již naznačil výše.

Gumové prachovky se aplikuje pro prašné prostředí, kde rychlost není prioritou. Gumové prachovky kladou větší odpor protože mají kontakt s rotujícími elementy ložiska.

Kovové prachovky se používají tam, kde je rychlost na prvním místě a také se předpokládá, že okolní prostředí je relativně čisté (čistčí než prašné).

Ložiska bez prachovek se aplikují do sterilního prostředí, jako jsou převodovky plněné olejem nebo také nitro motory. Oba uvedené přiklady, jak převodovka tak i nitro motor mají společné to, že jsou uzavřený a vnitřně čistý svět, kde se nečistoty ani nepředpokládají.

Když tato pravidla přenesu na model Traxxas Revo, Summit nebo Maxx, tak výrobci musím udělit pochvalu, protože zcela správně zvolil prachovky ložisek podle předpokladu nečistot. Na spojce spalovaciho motoru jsou ložiska s kovovou prachovkou z obou stran, převodovka a uložení náprav mají gumové prachovky. U těchto modelů můžete měnit ložiska za ten samý typ a neuděláte chybu. Pokud ale chcete modelu dopřát a říkáte si, že autu dopřejete ložiska s lepšími prachovkami, pak nejříve podle indícií z článku považte, jak rychle se ložisko bude otáčet a na jakém místě je umístěno. Nemá smysl dávat super ložiska například do nábojů kol když už předem víte, že jejich životnost bude malá, protože jsou exponovaná špínou i vlhkostí.


  

Značení ložisek.

Než se dostanu k popisu prachovek, popíšu jak se ložiska značí. Nikdy není na škodu mít k dispozici referenci. Popravdě, značení ložisek není jednoduché a liší od výrobce. Přesto platí pár zásad. Vždy je dobré mít informaci kdo je výrobcem ložiska u kterého chcete určit kód.
Primárně se ložisko značí číselným kódem, který se skládá ze základního čísla a doplňkového kódu, které značí typ ložiska, jeho specifikaci atd. Kód může mít alfanumerickou předponu (prefix) a příponu (sufix), té se říká dodatečné značení. Dodatečné značení popisují například přesnost uložení ložiska, provozní teploty, typ klece kuliček atd. Každý výrobce používá jinou množinu značek.

Základní číselná řada ložiska se dělí na:
  • základní konstrukční znak
  • šířkovou řadu
  • průměrovou řadu

První číslo základního značení je konstrukční typ a všichni výrobci tento kód dodržují. Toto je referenční seznam kódů:
0   - Kuličková ložiska s kosoúhlám stykem, dvouřadá.
1   - Naklápěcí kuličková ložiska.
2   - Soudečková ložiska a axiální soudečková ložiska.
3   - Kuželíková ložiska.
4   - Kuličková ložiska dvouřadá.
5   - Axiální kuličková ložiska.
6   - Kuličková ložiska, jednořadá.
7   - Kuličková ložiska s kosoúhlým stykem, jednořadá.
8   - Axiální válečková ložiska
Nx  - Válečková ložiska. X značí varianty NJ, NU, NUP apd. Např. jehlová ložiska často začínají NA nebo NK.

Ložiska která nejčastěji najdete v RC modelech jsou typu 6 - Kuličková ložiska jednořadá. Další členění základního i doplňkového kódu omezím na popis právě tomuto konstrukčnímu typu.

Například ložisko používané na klikové hřídeli motoru TRX3.3 má u SKF kód 61801.
První číslo značí, jak už víme, konstrukční typ ložiska
Druhé a třetí číslo označuje rozměry a to takto:
  • Druhé číslo je kód šířky.
  • Třetí číslo je kód vnějšíjho průměru.
Následují 2 doplňkové číslice
  • Čtvrté a páté číslo je vnitřní průměr ložiska dělený 5.
Pro rozkódování těchto údajů je dobré použít tabulky výrobce.
6   - jednořadé kuličkové ložisko
1   - označené šírky
8   - označení průměru
01 - vnitřní průměr, podle tabulky výrobce jde o průměr 12mm

U vnitřního průměru platí:
Ložiska s průměrem díry do 10mm
  • Poslední číslice udává přímo průměr díry.
Ložiska s průměrem díry 0 až 17mm platí
  • dvojčíslí 00 značí díru 10 mm např.: 6700
  • dvojčíslí 01 značí díru 12 mm např.: 61801
  • dvojčíslí 02 značí díru 15 mm např.: 6702
  • dvojčíslí 03 značí díru 17 mm např.: 6903
Ložiska s průměrem díry 20 až 480mm:
Průměr díry v mm je pětinásobkem posledního dvojčíslí, např. ložisko 6210 má průměr díry 50 mm. Výjimku tvoří normalizované průměry díry 22, 28 a 32mm. Průměr díry se označuje přiřazením čísla 22, 28 resp. 32, například NU22/32B.
Ložiska s průměrem díry nad 500mm:
  • Poslední trojčíslí, respektive čtyřčíslí udává přímo průměr díry v mm, např. 230/560.

  

Označení prachovek.

Označení pracchovek patří do skupiony doplňkových kódu a to skupina přípony (sufix).
Ložiska bez prachovek žádné dodatečné označení nemají, ale občas se můžete setkat s výrazem "open bearing" nebo "opened" či "open" a znamená to nechráněné ložisko. Klec kuliček a kuličky ložiska jsou viditelná.

Gumové prachovky se značí podle typu a účinku těsnění. RS je zkratka anglických slov (Rubber Seal). Podle toho jakým způsobem je prachovka v kontaktu s kuličkami ložiska se můžete setkat s těmito značeními:
RS - Prachovka se dotýká kuliček.
RD - Prachovka se kuliček dotýká jen z lehka.
RU - Bezkontaktní prachovka.
RK - Bezkontaktní prachovka.
Kovové prachovky se značí Z.

Prachovky RD, RU a RK se vyskytují až u ložisek s vnitřním průměrem větším jak 9mm. Pro aplikace v modelářství (měřítka modelů 1:16, 1:10, 1:8) jsou tedy nejčastější prachovky buď RS nebo Z. Modely v měřítku 1:6 nebo 1:5, kterých je na trhu také dostatek, jsou už tak velké, že se jim možná výklad o prachovkách RD, RU a RK může hodit.

Tyto značky se pak vyskytují ve dvou variantách. 2RS znamená, že je ložisko chráněno gumovou prachovkou z obou stran. RS znamena, ze je gumová prachovka je na jedné straně. ZZ znamená 2 kovové prachovky, Z znamená jednu kovovou prachovku atd.

Když už jsem otevřel téma více druhů prachovek, tak jistě oceníte krátké vysvetlení vlivu a rozdílu v prachovkách.

Typ prachovky udává další vlastnosti ložiska, nejen to v jakém prostředí ložisko může pracovat, nebo spíše do jakého prostředí je určeno, ale i další drobnosti jako jsou: tření, maximální otáčky, těsnící schopnosti maziva, odolnost proti špíně, vodotěsnost a konec konců i rozsah pracovních teplot.

Pokud tyto vlastnosti zobecním, pak lze popsat účinek prachovek takto:
ZZ 2RU 2RS 2RK 2RD 
tření: malé malé velké velké malé 
max.otáčky: dobrédobré omezené kvůli kontaktu dobré 
mazání: dobrélepší než ZZlepší než 2RU excelentníexcelentní
odolnost proti špíně:dobrálepší než ZZlepší než 2RUexcelentníexcelentní
voděvzdornost:nic moc lepší jak ZZ, ale horší
než 2RS, 2RK a 2RD 
dobrá excelentnílepší jak ZZ a 2RU 

Existují jestě dalsí označení, ale ty se běžně v RC modelech nevyskytují, snad s vyjímkou nitromotorů, kde na předním ložisku je gufero na jeho vnější straně.

Tím jsem vyčerpal všeobecný přehled, který lze v jeho jednotlivých bodech dále rozšiřovat.

V dalším článku popíšu základní rozdíly mezi ocelovým ložiskem a keramickým ložiskem. Jak se o ložiska strat, jak je mazat, rozebírat a zase skládat.

Odkazy na použité zdroje a materiály:

www.tpb.cz - ložiska - pohony - těsnění
zkl.comin.cz - výrobce ložisek
www.zkl.cz - ložiska ZKL
www.skf.com - výrobce ložisek
www.tec.nsk.com - výrobce ložisek
www.ahrinternational.com - prefisy a sufixy různých výrobců ložisek
www.exvalos.cz - Exvalos- distributor SKF



Obrázky jsou použity ze zmíněných stránek.