Úvod do vztahu mezi kontaktním úhlem jednořadého kuličkového ložiska s kosoúhlým stykem a axiálním zatížením, které nese

Jednořadé kuličkové ložisko s kosoúhlým stykem je ložisko se sofistikovanou strukturou a dobrým výkonem. Je široce používán ve vysokorychlostních, vysoce přesných a vysoce zatížených mechanických zařízeních. Jednou z jeho charakteristik je kontaktní úhel ložiska, který přímo ovlivňuje výkon ložiska, zejména jeho schopnost přenášet axiální zatížení. Kontaktní úhel se vztahuje k úhlu mezi linií dotykového bodu mezi oběžnými dráhami vnitřního a vnějšího kroužku ložiska a ocelovou kuličkou a radiální rovinou ložiska. U jednořadých kuličkových ložisek s kosoúhlým stykem je tento úhel obvykle mezi 15° a 40°. Velikost kontaktního úhlu určuje schopnost ložiska odolávat axiálnímu zatížení a také ovlivňuje tuhost a stabilitu chodu ložiska.

1. Čím větší je kontaktní úhel, tím silnější je axiální únosnost ložiska. Je to proto, že když se kontaktní úhel zvětší, zvětší se kontaktní plocha mezi ocelovou kuličkou a oběžnou dráhou, což může rozptýlit větší zatížení na ocelovou kuličku a oběžnou dráhu. Následuje analýza vztahu mezi různými kontaktními úhly a axiální únosností.
Kontaktní úhel 15°: Jednořadá kuličková ložiska s kosoúhlým stykem s kontaktním úhlem 15° se používají hlavně ve scénářích, které vyžadují vysokorychlostní provoz a malé axiální zatížení. Menší kontaktní úhly umožňují ložiskům udržovat nižší tření a nárůst teploty při vysokých rychlostech, což je činí vhodnými pro vysokorychlostní aplikace, jako jsou vřetena obráběcích strojů a vysokorychlostní motory. Kvůli malému kontaktnímu úhlu však ložisko snese pouze menší axiální zatížení. Pokud je axiální zatížení příliš velké, může způsobit nadměrné opotřebení kontaktní plochy mezi kuličkou a oběžnou dráhou, což zkracuje životnost ložiska.
Kontaktní úhel 25°: Ložiska s kontaktním úhlem 25° jsou běžnou volbou média, která vydrží určitá axiální zatížení a pracují při vyšších rychlostech. Zvládne vyšší axiální zatížení lépe než ložiska s kontaktním úhlem 15° při zachování lepší stability chodu. Pro některé aplikace, které vyžadují rovnováhu mezi axiálním zatížením a vysokorychlostním provozem, jako jsou automobilové převodové systémy nebo všeobecná průmyslová zařízení, jsou vhodnou volbou ložiska s kontaktním úhlem 25°.
Kontaktní úhel 40°: Jednořadá kuličková ložiska s kosoúhlým stykem se stykovým úhlem 40° snesou větší axiální zatížení a jsou vhodná pro ty příležitosti, které vyžadují vyšší axiální únosnost. Ložiska s kontaktním úhlem 40° se například často používají v těžkých strojích a zařízeních, větrných turbínách a vysoce zatížených obráběcích strojích. Tento typ ložisek se vyznačuje vyšší tuhostí a větší odolností proti deformaci, ale vzhledem k velkému kontaktnímu úhlu se při vysokých otáčkách také odpovídajícím způsobem zvyšuje koeficient tření, což může vést k rychlejšímu nárůstu teploty, a tím ovlivňovat účinnost. Ložiska se stykovým úhlem 40° se proto obvykle používají v pracovních prostředích s nižšími otáčkami, ale musí vydržet větší axiální zatížení.

2. Při radiálním zatížení hraje důležitou roli také kontaktní úhel. Menší kontaktní úhel přispívá k vyšším radiálním zatížením, protože umožňuje přímější přenos radiální síly na vnitřní a vnější kroužky ložiska. Čím větší je však kontaktní úhel, tím menší je schopnost ložiska odolávat radiálnímu zatížení, protože větší síla bude distribuována v axiálním směru. Při výběru ložisek musí inženýři najít vhodnou rovnováhu mezi kontaktním úhlem a radiálním a axiálním zatížením.

3. Volba kontaktního úhlu ložiska závisí především na podmínkách zatížení a požadavcích na rychlost v aplikačním scénáři. Pokud zařízení potřebuje pracovat při vysokých otáčkách a hlavně nést radiální zatížení, je vhodnější zvolit ložisko s menším stykovým úhlem, zatímco v těch aplikačních scénářích s velkým axiálním zatížením a relativně nízkými otáčkami budou mít ložiska s většími stykovými úhly více výhod. Například v jednotce náboje kola automobilu musí ložisko nést axiální zatížení a radiální zatížení od gravitace vozidla a nárazu na vozovku, takže se často volí ložisko s kontaktním úhlem 40°. Na vřetenu přesného obráběcího stroje se z důvodu požadavků na vysokorychlostní provoz a přesné obrábění obvykle používá ložisko se stykovým úhlem 15° nebo 25°.