Jaký je rozdíl mezi různymi druhy ložisek?

Ložiska se používají ke snížení tření. Při kontaktu kovu s kovem dochází k velkému tření. Třením se zvyšuje opotřebení kovu, protože dochází k jeho pomalému obrušování. Ložiska omezují tření tím, že umožňují, aby se oba povrchy vzájemně odvalovaly, čímž se snižuje míra vznikajícího tření.

Skládají se z hladkých kovových kuliček nebo válečků, které se valí po hladkém vnitřním a vnějším kovovém povrchu. Válečky nebo kuličky přebírají zatížení, a tím umožňují, aby se zařízení otáčelo.
Zatížení působící na ložisko je buď radiální, nebo axiální. V závislost na svém umístění v mechanizmu může být ložisko vystaveno jen radiálním nebo axiálnímu zatížení nebo kombinaci obou. Například ložisko v kole vašeho auta zachycuje jak radiální, tak axiální zatížení. Hmotnost auta působící na ložisko vytváří radiální zatížení, zatímco axiální zatížení vzniká, když auto zatáčí. V tomto textu se podíváme na některé běžné typy ložisek.

Kuličková ložiska
Kuličková ložiska jsou nejběžnějším typem ložisek a mohou zvládat jak radiální, tak axiální zatížení. Kuličková ložiska se také označují jako jednořadá ložiska s hlubokou drážkou neboli Conradova ložiska. Vnitřní kroužek je obvykle připevněn na otočnou hřídel a drážka na jeho vnějším průměru slouží jako kruhová oběžná dráha pro kuličky. Vnější kroužek je upevněn do ložiskového pouzdra. Kulové valivé elementy jsou umístěny v kroužku s oběžnou dráhou a působící zatížení se přenáší z vnějšího kroužku na kuličku a z kuličky na vnitřní kroužek. Drážky oběžných drah mají obvykle poloměry zakřivení odpovídající 51,5 % až 53 % průměru kuličky. U oběžných drah s menším poloměrem zakřivení může velmi podobný tvar kuliček a drah vyvolávat velké valivé tření. U oběžných drah s větším poloměrem zakřivení se může zkracovat únavová životnost z důvodu zvýšeného namáhání v menší styčné ploše mezi kuličkou a kroužkem.

Místo dotyku mezi kuličkou a vnějším kroužkem s oběžnou dráhou je kvůli kulovému tvaru valivého elementu velmi malé. To také napomáhá velmi hladkému otáčení kuličky. Vzhledem k tomu, že je místo dotyku tak malé, může dojít v určitém místě k přetížení valivého elementu, které způsobí deformaci kuličkového ložiska. Tím se ložisko zničí. Kuličková ložiska se obvykle používají v aplikacích s relativně malým zatížením.

Válečková ložiska
Válečky neboli válcové valivé elementy se pohybují v oběžných drahách válcového tvaru a mají nízké tření, velkou radiální únosnost a schopnost snášet velké rychlosti. Válečkové elementy jsou valivé elementy ve tvaru válce, přičemž místem styku mezi valivým elementem a kroužkem s oběžnou dráhou není bod, ale přímka. Zatížení se rozkládá na větší plochu, a to umožňuje valivému elementu zvládat větší zatížení. Aby se minimalizovala jeho tendence ke stáčení, není délka válečku o moc větší než jeho průměr.

Jejich obvyklá konstrukce umožňuje volný axiální pohyb a jsou vybavena vodicími přírubami na obou stranách jednoho kroužku, přičemž druhý kroužek je bez přírub. To při použití v kombinaci s pevně umístěným kuličkovým ložiskem na druhém konci umožňuje roztahování valivého elementu působením tepla. Pokud je strana jednoho z protilehlých kroužků opatřena přírubou, je možné zachycovat axiální síly v jednom směru. Pro schopnost nést axiální zatížení v obou směrech může být doplněna druhá příruba.

Kuželíková ložiska
U kuželíkových ložisek mají kroužky i valivé elementy tvar komolého kužele, a proto zachycují současně axiální i radiální zatížení. Poměr těchto zatížení závisí na vzájemném úhlu os kuželíku a ložiska. Čím větší je tento úhel, tím větší může být axiální zatížení. Styčný úhel je u většiny kuželíkových ložisek v rozmezí 10 až 16 stupňů. Pro větší axiální únosnost se používá styčný úhel 30 stupňů.

Soudečková ložiska
Soudečková ložiska se obvykle skládají ze dvou řad valivých elementů soudkovitého tvaru pohybujících se ve dvou oběžných drahách. Jedna je na vnitřním kroužku a druhá je na souvislé kulové ploše vybroušené na vnitřním průměru vnějšího kroužku. To umožňuje fungování ložiska i s určitou mírou nesouososti. Zaoblené valivé elementy mají soudečkové profily, které velmi přesně odpovídají profilům oběžných drah, a proto jsou odolné a mají velkou únosnost. Uvnitř ložiskového pouzdra jsou umístěny v párech a směřují v opačných směrech. Je to proto, aby zachycovaly zatížení v libovolném z obou směrů.

Jehlová ložiska
V jehlových ložiscích se používají prodloužené válcové valivé elementy s malými průměry. Využívají se v aplikacích s omezeným místem v radiálním směru. Poměr průměru k délce se u jehel pohybuje mezi 1 : 2,5 až 1 : 10. Vhledem k jejich malé velikosti není možné jejich přesné vedení a vzniká u nich velká míra tření. Kvůli tomu se používají při nízkých otáčkách a oscilačním pohybu. K lepšímu vedení jehel a jejich zachycení mohou sloužit klece.

Axiální kuličková ložiska
Axiální válečková ložiska jsou navržena tak, aby zvládala vysoká axiální zatížení, a obvykle se vyskytují v ozubených soukolích automobilových převodovek mezi ozubenými koly nebo mezi skříní a otočnými hřídeli. Šikmé zuby čelních kol používaných v automobilových převodovkách vytvářejí vysoké axiální zatížení, které je zachycováno válečkovými axiálními ložisky. U válečkových axiálních ložisek dochází na styku mezi válečkem a kroužkem s oběžnou dráhou ke kluzu, aby se vyrovnal rozdíl v obvodových rychlostech vznikající v důsledku měnícího se průměru napříč styčnou zónou.

Kuličková axiální ložiska se skládají ze dvou destiček s drážkami a sady kuliček mezi nimi. Na styku mezi kuličkami a kroužkem s oběžnou dráhou dochází ke kluzu, který se při vysokých otáčkách zvyšuje působením odstředivé síly na kuličky. Otáčky jsou u válcových axiálních ložisek omezené na zhruba 20 % otáček jejich radiálních protějšků a u kuličkových axiálních ložisek na zhruba 30 % otáček jejich protějšků.