Proč je tepelná roztažnost důležitá pro ložiska?

Když se hřídel během provozu zahřeje, axiálně se roztahuje. Pokud jsou obě ložiska axiálně ukotvena (lokalizující uložení), roztahování vytváří vnitřní předpětí, které zvyšuje tření a teplotu. Správné uspořádání axiálního/neaxiálního uložení umožňuje tepelný nárůst bez poškození ložisek.

Co je to uspořádání s axiálním/neaxiálním uložením ložisek?

V uspořádání s axiálním/neaxiálním uložením je jedno ložisko axiálně upevněno (axiální uložení/lokalizující) pro polohování hřídele, zatímco druhé ložisko se může volně axiálně posouvat (neaxiální uložení) pro vyrovnání tepelné roztažnosti. Toto je nejběžnější uspořádání.

Jaký je součinitel tepelné roztažnosti oceli?

Koeficient tepelné roztažnosti (CTE) pro uhlíkovou ocel je přibližně 11–12 × 10⁻⁶ /°C. Pro nerezovou ocel je to asi 16–17, pro hliník 23 a pro litinu 10–11.

Jaké je typické tepelné rozšíření?

Ocelová hřídel o délce 1 metru se při nárůstu teploty o 50 °C roztáhne přibližně o 0,6 mm. To se může zdát malé, ale pokud jsou obě ložiska axiálně fixována, může to generovat obrovské síly.

Co když hřídel a pouzdro jsou z různých materiálů?

Pokud mají hřídel a pouzdro různé součinitele tepelné roztažnosti (např. ocelová hřídel v hliníkovém pouzdře), je nutné vypočítat jejich rozdílné rozšíření. Pouzdro se roztahuje více než hřídel, což může vést ke snížení přesahu.

Bezplatný inženýrský nástroj #054

Kalkulačka tepelné roztažnosti ložiska

Výpočet axiálního tepelného růstu hřídelí a pouzder ovlivňujících uspořádání ložisek. Zahrnuje průvodce axiálním/neaxiálním uložením.

δ = L × α × ΔTVíce materiálůPrůvodce uspořádáním

Výsledky

Axiální expanze hřídele δ_shaft

Axiální roztažnost pouzdra δ_housing

Diferenciální expanze

Doporučení k uspořádání

Vzorec pro tepelnou roztažnost

L — vzdálenost mezi ložisky (mm)
α — součinitel tepelné roztažnosti (×10⁻⁶ /°C)
ΔT — nárůst teploty (°C)

Hodnoty CTE

Materiál	α (×10-⁶ /°C)
Uhlíková ocel	11.7
Nerezová ocel 304	16.0
Litina	10.5
Hliníková slitina	23.0
Měď / bronz	17.3
Titanová slitina	8.6

Uspořádání s pevným ložiskem / volným ložiskem

ℹ️ Nejběžnější uspořádání ložisek používá jedno axiálně upevněné ložisko (axiálně upevněné v obou směrech) a jedno axiálně volné ložisko (s možností axiálního kluzu). To umožňuje vyrovnat tepelnou roztažnost bez vytváření vnitřních sil.