6. Mezní otáčky a vibrace

V tabulkové části katalogu jsou uváděny mezní otáčky, které jsou stanoveny jako tepelné referenční otáčky v souladu s ISO 15312:2003. Referenční podmínky, které definují tepelnou rovnováhu, jsou: zvýšení teploty o 50°C nad okolní teplotu a zatížení ve výši 5% statické únosnosti ložiska. Tyto podmínky platí pro nezakrytá ložiska s normální radiální vůlí.

Mezní otáčky valivého ložiska, které jsou uvedeny v tabulkové části katalogu, jsou referenční otáčky pro mazání olejem bez EP přísad s kinematickou viskozitou při teplotě 70°C: 12 mm2/s, resp. 24 mm2/s pro axiální ložiska s čárovým stykem.

Mezní otáčky pro mazání plastickým mazivem jsou přibližně o 20% nižší.

Výpočet mezních otáček vychází z následující podmínky tepelné rovnováhy:

n_mez=(W_s (T_(D,max)-T_o )-∑▒Q_i )/jM

kde    Ws [W·K-1] … součinitel chlazení
TD,max [K] … max. teplota na vnějším kroužku
To [K] … teplota okolí
Q [J] … množství tepla
j [ - ] … mechanický ekvivalent
M [N·mm] … celkový třecí moment

Po úpravě a dosazení dostaneme rovnici pro mezní otáčky:

n^(5/3)+n (f_α^´∙F∙(F/C_0 )^c)/(f_0^´∙d_m^2∙ν^(2/3) )-(W_s (T_(D,max)-T_o )-∑▒Q_i )/(j∙f_0^´∙d_m^3∙ν^(2/3) )  = 0

kde    f0´ [ - ] … funkce vlivu mazání pro ložiska téže řady, téhož provedení a přesnosti

Daná rovnice má pouze jeden reálný kořen, přičemž tento kořen fyzikálně odpovídá hodnotě mezních otáček.

Přibližně lze hodnotu mezních otáček stanovit podle následujících vztahů:
    pro radiální ložiska: n_mez=(A∙f)/d_m 
kde     A [ - ] … koeficient závislý na ložiskové řadě a mazání
    f [ - ] … funkce vlivu velikosti a zatížení ložiska
    pro axiální ložiska: n_mez=(A∙f)/√(D∙H)
kde     D [mm] … vnější průměr ložiska
    H [mm] … výška ložiska
 

Experimentálně se poté mezní frekvence otáčení stanovuje při radiálním zatížení, které odpovídá trvanlivosti Lh = 104 ÷ 105 hodin tak, že se stupňovitě mění otáčky a zaznamenává se ustálená teplota na vnějším kroužku ložiska. Mezní otáčky jsou poté určeny jako průsečík lineární aproximace naměřených hodnot a omezující referenční teploty (obr. 6.1).

 

Typ ložiska	Součinitel A
Jednořadá kuličková	500 000
Jednořadá kuličková s těsněním RS a 2RS	300 000
Jednořadá kuličková s kosoúhlým stykem
α≤15°	500 000
α=26°	420 000
α=40°	400 000
Dvouřadá kuličková s kosoúhlým stykem	320 000
Jednořadá válečková	500 000
Dvouřadá válečková	500 000
Dvouřadá soudečková, kromě řady 232	250 000
Dvouřadá soudečková řady 232	200 000
Kuželíková, kromě řady 313	250 000
Kuželíková řady 313	200 000
Axiální kuličková	100 000
Axiální válečková	100 000
Axiální soudečková	200 000

V případě velmi nízkých otáček nedochází k vytvoření elastohydrodynamického mazivového filmu v místě valivého kontaktu. V takovýchto uloženích je poté nutné používat maziva s obsahem EP přísad.

Dalším zvláštním případem jsou oscilační pohyby. U tohoto typu pohybu dochází ke změně smyslu otáčení dříve, než ložisko dokončí jednu otáčku. V okamžiku, kdy dochází k změně smyslu otáčení, jsou otáčky nulové a hydrodynamický mazivový film tak není zachován. V daném případě dochází k vytvoření mazivového filmu v oblasti smíšeného mazání. Pro oscilační pohyby není možné stanovit mezní otáčky, protože horní mez není určena tepelnou rovnováhou, nesetrvačnými silami. Během každé změny smyslu pohybu dochází k nebezpečí, že setrvačnost způsobí krátkodobé prokluzování valivých těles a poškození oběžných drah. Přípustné zrychlení, resp. zpomalení, je závislé na hmotnosti valivých elementů a klece, mazání a zatížení ložiska.