Wykorzystywane powszechnie w każdej gałęzi przemysłu łożyska dzielimy na wiele typów, w tym ślizgowe, liniowe, wałeczkowe, łożyska kulkowe i tak dalej. Można je również sklasyfikować ze względu na budowę, a dokładniej na rodzajów surowców używanych do produkcji. Dziś przyjrzymy się, czym są łożyska hybrydowe - zastosowanie, budowa oraz charakterystyka tego rozwiązania będą przedmiotem naszego krótkiego artykułu porównawczego. Zapraszamy po garść wiedzy!
Czym są łożyska hybrydowe i stalowe?
Podstawowa kwestia, dzieląca łożyska hybrydowe a łożyska stalowe - różnice materiałowe i wynikające z nich możliwości zastosowań. Łożyska stalowe to komponenty, w których pierścienie i elementy toczne (kulki, wałki) wykonane są ze stali. To zapewnia im wysoką wytrzymałość na obciążenia mechaniczne oraz trwałość w standardowych warunkach pracy.
Z kolei łożyska hybrydowe przeznaczone są do bardziej wymagających aplikacji i trudniejszych warunków pracy. Bieżnie łożysk hybrydowych, w zależności od zastosowania, wykonane są ze stali chromowej lub ze stali nierdzewnej. Elementy toczne zrobione są natomiast z ceramiki - najczęściej tlenku cyrkonu lub azotku krzemu.
Główną zaletą rozwiązań hybrydowych jest to, że łożysko zachowuje swoje właściwości mechaniczne nawet w trudnych warunkach pracy. Modele hybrydowe łożysk wytrzymują do pięciu razy dłużej w porównaniu do standardowych łożysk stalowych.
Kluczowe różnice w trwałości i odporności na ścieranie łożysk hybrydowych
Czym wyróżniają się elementy toczne hybrydowych łożysk ceramicznych? Materiał ten charakteryzuje się znacznie wyższą twardością w porównaniu do stali i mniejszym zużyciem w wyniku tarcia. W łożyskach z ceramicznymi elementami tocznymi zastosowano kulki wykonane z azotku krzemu (Si3N4) zamiast tradycyjnej stali lub stopu metalu. Stal jest wytrzymała na obciążenia mechaniczne, ale jednocześnie podatna na ścieranie, korozję i stopniową degradację, zwłaszcza w przypadku pracy w wysokich temperaturach lub w obecności agresywnych substancji chemicznych.
Do zalet łożysk hybrydowych zaliczają się: zmniejszenie tarcia, dłuższa żywotność, niższy poziom hałasu, niższa masa, zdolność do pracy w trudnych warunkach (ekstremalne temperatury, większe prędkości obrotowe, prądy błądzące, wysoka moc urządzeń) i przy dużych prędkościach. Niska rozszerzalność cieplna sprawia też, że łożyska hybrydowe sprawdzą się w aplikacjach, w których podczas pracy występują skrajne temperatury.
Przykładem zastosowania łożysk hybrydowych w przemyśle może być ich wykorzystanie w napędach elektrycznych wysokiej wydajności. W przypadku zwykłych łożysk stalowych pojawi się szybkie zużycie, a łożyska będą wymagały częstszej wymiany. Nie można również pominąć mniejszej masy własnej oraz niższych oporów pracy. Same kulki ceramiczne zapewniają co prawda stosunkowo niewielką oszczędność masy, ale należy to zsumować dla całego urządzenia lub maszyny. Zredukowany opór toczenia w porównaniu do łożysk stalowych, przy zachowaniu wszystkich parametrów, pozwala przenosić cięższe ładunki bez obciążania kulek i bieżni, a także uzyskać wyższe prędkości obrotowe. Materiały ceramiczne mają też naturalne właściwości izolacyjne, gdyż nie przewodzą prądu. Kulki ceramiczne łożyska przekazują również mniej ciepła, a to ma duże znaczenie w branży spożywczej i farmaceutycznej.
W jakich branżach stosuje się ceramiczne łożyska hybrydowe, a gdzie stalowe?
Porównując ze sobą łożyska hybrydowe a łożyska stalowe łatwo wskazać zalety obu rozwiązań. Kulki ceramiczne mają powierzchnię podobną do szkła, więc prawie w ogóle nie wykazują tarcia. Oprócz tego lżejsze kulki ceramiczne obracają się wydajniej przy większej prędkości. Tym samym hybrydowe łożyska mają szerokie zastosowanie w przemyśle motoryzacyjnym, lotniczym, precyzyjnym, a także w energetyce. Są chętnie wykorzystywane w turbinach, silnikach elektrycznych, maszynach przemysłowych, a także w urządzeniach, które muszą pracować w wymagających warunkach środowiskowych i maszynach dla przemysłu spożywczego.
Tradycyjne stalowe łożyska wciąż dominują w wielu standardowych aplikacjach przemysłowych. Stosuje się je w produkcji maszyn czy w systemach transportowych które nie przedstawiają ekstremalnych warunków pracy. W wielu przypadkach, gdzie obciążenia mechaniczne są niewielkie, a wymagania nie są wyśrubowane, kulki stalowe okazują się wystarczająco wydajne i ekonomiczne.
