• Łożyska igiełkowe należą do grupy łożysk tocznych wałeczkowych, w których wałeczki przypominają igiełki.
• Do najważniejszych zalet łożysk igiełkowych należy możliwość pracy przy dowolnych niemal prędkościach obrotowych.
• Odpowiednią trwałość, żywotność i szczelność łożysk igiełkowych zapewnia odpowiednie smarowanie przy użyciu smaru lub oleju.
• W zależności od różnych czynników łożysko igiełkowe może być wykonane z różnego rodzaju stali i domieszki różnych pierwiastków.
• W ofercie producentów można znaleźć różne typy łożysk igiełkowych, w tym m.in. cienkościenne i masywne.
• Osobną grupę stanowią łożyska igiełkowe hybrydowe oraz łożyska igiełkowe wzdłużne.

W łożyskach igiełkowych nie stosuje się kulek, których powierzchnia styku z pierścieniami jest właściwie punktowa, ale wałeczki o maks. średnicy 6 mm i stosunku długości do średnicy w zakresie od 3:1 do 10:1 (w mm). Widać więc, że wałeczki takich łożysk przypominają raczej igiełki – i właśnie to skojarzenie leżało u podstaw nadania im używanej dziś nazwy. Przedstawione proporcje pokazują też w sposób oczywisty, że stosunek średnicy zewnętrznej takich łożysk do wewnętrznej jest niewielki, a stosunek różnicy tych średnic do szerokości pierścienia zewnętrznego dość duży, muszą one zatem mieć wysoką zdolność do przenoszenia obciążeń promieniowych, choć trzeba przyznać, że do pewnego stopnia znoszą również obciążenia osiowe (zależnie od kierunku obciążenia). Warto też zwrócić uwagę na wykonanie samych igiełek. Ich zaokrąglenie na końcach przeciwdziała zaklinowaniu między pierścieniem wewnętrznym i zewnętrznym.

Łożyska igiełkowe do pracy przy dowolnych prędkościach obrotowych

Łożyska igiełkowe są bardzo popularne wszędzie tam, gdzie wymaga się ciągłej pracy w ciasnej przestrzeni i przy dużych prędkościach obrotowych. Jednak wbrew powtarzanej w internecie opinii sprawdzają się także w zastosowaniach niskoobrotowych. Są bardzo sztywne, a ich ciasne usadowienie i mały przekrój poprzeczny sprawiają, że łatwo się dopasowują do wału i oprawy. W gruncie rzeczy przypominają swoją geometrią łożyska ślizgowe, ale mają nad nimi przewagę w tym, że można je stosować przy dowolnych prędkościach obrotowych (ślizgowe tylko przy wysokich), gdyż ich tarcie toczne nie wynika bezpośrednio z prędkości. Najważniejszą zaletą łożysk igiełkowych jest jednak to, że są w stanie przenosić poprzeczne obciążenia, i to duże, podczas gdy kulkowe najlepiej znoszą obciążenie wzdłużne.

Oczywiście powszechne są sytuacje, gdy od łożyska oczekuje się zdolności do przenoszenia jednocześnie obciążenia poprzecznego i wzdłużnego. Wówczas sięga się po rozwiązania hybrydowe, czyli konstrukcje mieszane, które łączą pożądane cechy w jednym produkcie.

Łożyska igiełkowe – niezbędne smarowanie

Na płynność pracy, zużycie i zarazem szczelność łożysk igiełkowych (i wszelkich łożysk w ogóle) decydujący wpływ ma smarowanie łożysk. Stosuje się je przede wszystkim dla zmniejszenia tarcia, co ma niebagatelny wpływ na żywotność łożyska. Działa to w ten sposób, że w miejscach bezpośredniego styku metalu między pierścieniami łożyska, igiełkami i koszykiem znajduje się cieniutka warstewka smaru lub oleju, który zmniejsza nie tylko tarcie, ale i ścieranie się powierzchni na styku. Smarowanie przy właściwej lepkości i grubości warstwy oleju wpływa też na zwiększenie żywotności zmęczeniowej łożysk – im grubsza jego warstwa, tym żywotność większa. Jednocześnie wraz ze spadkiem lepkości oleju żywotność zmęczeniowa łożyska spada. Smarowanie pomaga też w zapewnieniu odpowiedniego rozkładu ciepła i zapobiega do pewnego stopnia przegrzaniu. Pozostaje jeszcze kwestia szczelności: smarowanie przeciwdziała dostawaniu się niepożądanych cząsteczek, drobinek i pyłów do łożyska, ale też pełni funkcję zabezpieczenia antykorozyjnego.

Wspomniane dwa środki smarujące, czyli olej i smar, w różny sposób wpływają na efektywność smarowania. Smar wymaga znacznie prostszej struktury okołołożyskowej, olej zaś – choć wymusza znacznie bardziej skomplikowaną konstrukcję obudowy – pozwala na lepszy efekt chłodzenia i pracę przy wyższych prędkościach obrotowych.

Łożyska igiełkowe – materiały

Dla żywotności i sprawności każdego łożyska kluczowe są materiały zastosowane do jego wytworzenia. W przypadku łożyska igiełkowego mowa oczywiście o stali, na której właściwości znaczący wpływ mają jednak odpowiednie domieszki różnych pierwiastków. Pierścienie i igiełki wykonuje się z reguły ze stali chromo-węglowych z dość dużą zawartością węgla i chromu (oba do 1,2%) i takimi dodatkami do stopu jak siarka (ok. 0,5%), mangan (ok. 1%) czy molibden (do 0,25%). Łożyska przeznaczone do pracy pod bardzo dużymi obciążeniami wykonuje się natomiast z niskowęglowych stali przeznaczonych do nawęglania i uzupełnianych chromem, niklem oraz molibdenem.

Łożysko igiełkowe pracujące w wysokich temperaturach często wykonane jest ze stali szybkotnącej, które w składzie wykazują nieco mniej węgla, za to 3-4 razy więcej chromu, molibdenu i wanadu. Koszyki łożysk igiełkowych wykonywane są z niskowęglowych odmian stali lub z mosiądzu o wysokiej trwałości i zawartości miedzi w zakresie 50–60% oraz cynku w zakresie 30–40%. Mosiądz taki zawiera też nieco molibdenu, żelaza i aluminium, przy czym udział każdego z tych pierwiastków oscyluje wokół wartości 1,5%.

Rodzaje łożysk igiełkowych

Choć różni producenci łożysk podają własne, czasem dość odmienne klasyfikacje łożysk igiełkowych, to istnieje kilka podstawowych rodzajów wskazywanych, nawet przy nieco innej nomenklaturze, w katalogach głównych graczy na rynku. Dwie podstawowe grupy łożysk igiełkowych to łożyska cienkościenne i łożyska masywne. Te pierwsze posiadają bardzo cienki pierścień zewnętrzny, wykonywany ze stalowej blachy, i z reguły nie mają pierścienia wewnętrznego. Są to najczęściej łożyska jednorzędowe, choć wielu producentów wprowadziło również odmiany dwurzędowe. Niezależnie od liczby rzędów występują one w odmianach przelotowych i nieprzelotowych. Jak sugeruje ich nazwa, zawsze cechują się małą grubością (wysokością) w przekroju poprzecznym i zdolnością do przejmowania sporych obciążeń wzdłużnych. Znajdują zastosowanie w bardzo ciasnych przestrzeniach, w których brakuje miejsca na pierścień wewnętrzny.

Natomiast łożyska igiełkowe masywne (czyli z masywnym pierścieniem zewnętrznym) to wyroby przenoszące obciążenia promieniowe, cechujące się dużą sztywnością. Ich pierścienie są na tyle grube, że zawierają w sobie igiełki i cały koszyk, które stanowią nierozłączną całość. Są idealnym rozwiązaniem tam, gdzie występują wysokie prędkości obrotowe, duże obciążenia i gdzie wymaga się dokładnej tolerancji roboczej. Ich oferta rynkowa obejmuje wersje z pierścieniem wewnętrznym, jak i bez niego. Warto wspomnieć o odmianie łożysk igiełkowych masywnych z rozłącznym pierścieniem, który trzeba montować tak, aby złożenie łożyskowe było wprowadzane przez wał (osadzenie). Można też zrobić to inaczej: pierścień zewnętrzny, złożenie igiełkowe oraz pierścień wewnętrzny wciskać pojedynczo na wał, co jest możliwe dzięki ich rozłączności.

Odmianą o najmniejszym przekroju poprzecznym i zarazem podstawowym elementem składowym niemal każdego łożyska igiełkowego są tzw. złożenia igiełkowe o bardzo prostej konstrukcji (igiełki i koszyk są nierozłączne), dużej nośności i zdolności dopasowywania się do elementów współpracujących ze złożeniem w danej aplikacji. Te bardzo popularne produkty to w gruncie rzeczy łożyska pozbawione pierścienia wewnętrznego i zewnętrznego, w których igiełki toczą się bezpośrednio po wale (czopie wału). Oznacza to, że wał taki staje się częścią łożyska, co pociąga za sobą konieczność jego odpowiedniego przygotowania. Krótko mówiąc, powinien wykazywać cechy stali łożyskowej i spełniać wymagania co do twardości, chropowatości powierzchni i właściwej struktury oraz składu chemicznego (domieszki węgla, chromu, molibdenu, wanadu czy siarki). Złożenia igiełkowe trafiają bardzo często do korbowodów w niewielkich silnikach, gdzie działają na nie szybkie zmiany obciążenia i jego kierunku oraz wysoka temperatura, która wpływa negatywnie na smarowanie.

Łożyska igiełkowe hybrydowe i łożyska igiełkowe wzdłużne

Kolejna istotna grupa łożysk igiełkowych w ofercie każdego poważnego producenta to łożyska hybrydowe, zwane kombinowanymi lub zespolonymi. Chodzi tu o połączenie konstrukcji i cech dwóch typów łożysk w jednym wyrobie, np. łożysk igiełkowych z kulkowymi czy igiełkowych z wałeczkowymi. W tego rodzaju hybrydach część igiełkowa przejmuje obciążenia promieniowe, a część z kulkami bądź wałeczkami – obciążenia osiowe.

Ostatnią podstawową grupą łożysk igiełkowych są łożyska igiełkowe wzdłużne, składające się z koszyka igiełkowego i pierścienia, w którym igiełki ułożone są promieniście. Rozwiązanie to stosuje się tam, gdzie powierzchnie czołowe przylegających do siebie części urządzenia służą za bieżnię dla igiełek. Oznacza to, że elementy składowe łożyska ślizgają się z różnymi prędkościami obwodowymi, co jednak nie uniemożliwia stosowania ich przy dużych prędkościach obrotowych. Łożyska igiełkowe wzdłużne przenoszą duże obciążenia osiowe i udarowe, a przy tym zajmują bardzo mało miejsca.

Oprócz wymienionych podstawowych typów łożysk igiełkowych istnieje cała gama innych, które można znaleźć w katalogu każdego renomowanego wytwórcy łożysk, lecz te opisane stanowią dużo powyżej 50% wszystkich sprzedawanych na świecie łożysk igiełkowych.

Łożyska igiełkowe – typowe zastosowania

Łożyska igiełkowe znajdują zastosowanie wszędzie tam, gdzie konstrukcja urządzenia lub mechanizmu oferuje bardzo niewielką, w pewnym sensie wąską (poprzecznie) przestrzeń dla łożyska, które musi się tam znaleźć. Z reguły bowiem w sytuacjach takich nie sprawdzają się inne rodzaje łożysk – może poza ślizgowymi.

Wśród branż wykorzystujących łożyska igiełkowe na pierwszym miejscu wskazuje się przemysł motoryzacyjny. Nie bez powodu – przykłady ich zastosowania w nowoczesnych samochodach można mnożyć. To m.in. wirniki alternatorów, przeguby Cardana, systemy wspomagania kierownicy czy układy przenoszenia napędu.

Inne urządzenia, w których powszechnie spotyka się łożyska igiełkowe, to kompresory, maszyny drukarskie i dziewiarskie, wszelkiego rodzaju narzędzia o napędzie pneumatycznym, spalinowym i elektrycznym (np. elektronarzędzia budowlane, takie jak szlifierki kątowe czy młoto-wiertarki elektropneumatyczne). Z powodzeniem są one też używane w konstrukcjach takich jak pompy, kruszarki, maszyny do produkcji drewna, obrabiarki, ale też środki transportu kolejowego (elementy układów hamulcowych czy skrzynie wałków osiowych w lokomotywach).

Z pewnością rozwój łożysk igiełkowych – podobnie jak wszystkich innych rodzajów łożysk – zmierza od produkcji oferty standardowej (która oczywiście nie zaniknie) do produkcji wyrobów opracowanych na specjalne i indywidualne zamówienia. Są to najczęściej łożyska igiełkowe o wyższych klasach dokładności, nietypowych wymiarach i indywidualnym zakresie luzu lub wykonywane ze specjalnych mieszanek stali łożyskowej o indywidualnie ustalonym stopniu nawęglania. Do tego dochodzą nowe rozwiązania w zakresie smarowania, które wykorzystują oleje polimerowe, będące w gruncie rzeczy masą polimerową wypełnioną do 70% olejem, co skutkuje lepszym uszczelnieniem przeciwko pyłom i wodzie, a zatem wyższą trwałością i żywotnością łożyska.