Łożyska toczne i ślizgowe

Report
Pa ń s t wo wa Wyżs za S zk oł a Za wo d ow a
w Nysie
Instytut Zarządzania
Projektowanie Inżynierskie
Łożyska toczne i ślizgowe
Prowadzący: dr inż. Piotr Chwastyk
e-mail: [email protected]
www.chwastyk.pwsz.nysa.pl
Łożyska toczne
Definicja łożysk
Aby zapewnić prawidłową pracę elementu, jakim jest wał, należy
zachować stałe położenie osi jego obrotu względem nieruchomej
podstawy. Zadanie to spełniają łożyska, a ustalenie położenia osi i wałów
względem korpusów nazywa się łożyskowaniem.
Łożysko - część urządzenia technicznego np. maszyny lub mechanizmu,
podtrzymująca (łożyskująca) inną jego część (łożyskowaną) w sposób
umożliwiający jej względny ruch obrotowy (np. wał, oś).
Cechy materiału łożyskowego: dobra odkształcalność, odporność na
zatarcie, mały współczynnik tarcia suchego, odporność na zużycie,
odporność na korozję, wytrzymałość na nacisk w temperaturze pracy,
wytrzymałość zmęczeniowa, dobra przewodność cieplna, stabilność
geometryczna, dobra obrabialność.
dr inż. Piotr Chwastyk
Łożyska– nr 2
Łożyska toczne
Łożyska toczne
Łożysko toczne - łożysko, w którym ruch jest
zapewniony przez toczne elementy umieszczone
pomiędzy dwoma pierścieniami łożyska. Pierścień
wewnętrzny (2) osadzony jest z pasowaniem
ciasnym na czopie wału lub innym elemencie.
Pierścień zewnętrzny (1) umieszczony jest także
nieruchomo w oprawie lub w innym elemencie
nośnym. Elementy toczne (3) umieszczone są
pomiędzy pierścieniami i stykają się z ich
bieżniami, wewnętrzną (5) i zewnętrzną (6),
zapewniając obrót pierścieni względem siebie.
Dodatkowymi elementami łożyska tocznego mogą
być koszyczki (4) utrzymujące elementy toczne w
stałym
do
siebie
oddaleniu,
blaszki
zabezpieczające, uszczelki itp.
dr inż. Piotr Chwastyk
Łożyska– nr 3
Łożyska toczne
dr inż. Piotr Chwastyk
Łożyska– nr 4
Łożyska toczne
dr inż. Piotr Chwastyk
Łożyska– nr 5
Łożyska toczne
Podział łożysk tocznych
Łożyska
dzielimy
ze
względu
na
kierunek
obciążenia na:
• poprzeczne (a);
• wzdłużne (b);
• skośne (c)  < 45o.
W zależności od kształtu
elementu tocznego:
• kulkowe;
• wałeczkowe:
• walcowe;
• stożkowe;
• baryłkowe.
Wałeczki walcowe o średnicy do 5 mm i stosunku ich długości do średnicy
większej lub równej 2,5 są nazywane igiełkami.
dr inż. Piotr Chwastyk
Łożyska– nr 6
Łożyska toczne
Podział łożysk tocznych
Podział łożysk tocznych ze względu na główne cechy konstrukcyjne
1. KULKOWE
3. IGIEŁKOWE
• zwykłe a (serie: 618, 619, 160, 60, 62, 63, 64);
• poprzeczne jednorzędowe g;
• skośne jednorzędowe c (serie: 70, 72, 73);
• poprzeczne dwurzędowe;
• skośne dwurzędowe d (serie: 32, 33);
• wzdłużne.
• wzdłużne jednorzędowe-dwukierunkowe j;
4. STOŻKOWE
• wahliwe b (serie: 12, 13, 22, 23).
• poprzeczne jednokierunkowe;
2. WALCOWE
• poprzeczne dwukierunkowe h.
• poprzeczne jednorzędowe e, f (serie: 2, 3, 4, 10, 22, 23);
5. BARYŁKOWE
• poprzeczne dwurzędowe;
• poprzeczne i;
• wzdłużne jednokierunkowe;
• wzdłużne l.
• wzdłużne dwukierunkowe.
dr inż. Piotr Chwastyk
Łożyska– nr 7
Łożyska toczne
Łożysko wahliwe
dr inż. Piotr Chwastyk
Łożyska– nr 8
Łożyska toczne
Podstawowe wymiary łożysk tocznych
Podstawowe wymiary łożysk tocznych to:
• średnica otworu d;
• średnica zewnętrzna D;
• szerokość łożyska B;
• wysokość łożyska H.
dr inż. Piotr Chwastyk
Łożyska– nr 9
Łożyska toczne
Oznaczenia łożysk tocznych
Łożyska są znormalizowane w skali światowej (ISO).
Każde łożysko jest oznaczone symbolem cyfrowym lub literowo – cyfrowym, w którym
wyróżnia się oznaczenia serii (w tym odmiany średnicowej), oznaczenie średnicy otworu d,
oraz inne informacje.
Ostatnie dwie cyfry symbolu cyfrowego określają średnicę łożyska. Gdy mamy 00, oznacza
to d = 10 mm, 01 – d = 12 mm, 02 – d = 15 mm, 03 – d = 17 mm. Wyższe liczby (04  96)
mnoży się przez pięć, otrzymując w wyniku średnicę otworu łożyska. Przy d > 500 mm
wymiar otworu podaje się bezpośrednio za kreską ułamkową (po znaku serii) np. 60/500. Dla
średnic d < 10 mm wymiar średnicy podaje się pojedynczą cyfrą, równą średnicy otworu np.
dla d = 7 mm – 607. Pozostała część symbolu określa serię łożyska, podstawowe cechy
konstrukcyjne, w tym głównie odmianę średnicową.
dr inż. Piotr Chwastyk
Łożyska– nr 10
Łożyska toczne
Oznaczenia łożysk tocznych
Odmiana
średnicowa
Odmiana
szerokości
dr inż. Piotr Chwastyk
Odmiany łożysk
7
8
szczególnie lekka
9
0
bardzo lekka
1
lżejsza
2
lekka
3
średnia
4
ciężka
5
bardzo ciężka
8
bardzo wąska
0
wąska
1
normalna
2
szeroka
3
4
5
bardzo szeroka
6
Łożyska– nr 11
Łożyska toczne
Dobór łożysk tocznych
Zasady doboru łożysk tocznych, rodzaje łożysk, materiały z których są
wykonane, znajdują się w katalogu łożysk tocznych.
Czynniki decydujące o doborze łożyska:
1. Pierwsza grupa decyduje o doborze typu łożyska. Zależna jest od warunków
konstrukcyjnych, przeznaczenia maszyny, warunków pracy łożyska,
warunków montażu i obsługi. Zależy ona od konstruktora (wytyczne
ułatwiające to zadanie znajdują się w katalogach).
2. Druga grupa to czynniki decydujące o wymiarach łożyska (wartość
obciążenia przy którym łożysko przepracuje określony czas bez zniszczenia
oraz maksymalna prędkość obrotowa ngr).
dr inż. Piotr Chwastyk
Łożyska– nr 12
Łożyska toczne
Dobór łożysk tocznych
Obciążenie łożyska określa się w czasie ruchu łożyska. Podstawowe parametry służące
doborowi łożysk to:
●Nośność ruchowa – gdy pierścienie obracają się względem siebie z prędkością
obrotową n > 10 obr/min.
●Nośność spoczynkowa – w czasie spoczynku gdy n  10 obr/min.
●Wartość nośności ruchowej (C) – określa obciążenie, przy którym łożysko osiągnie
trwałość 1 mln obr.
●Wartość nośności spoczynkowej (Co)– obciążenie wywołujące odkształcenia plastyczne
współpracujących elementów, równe 0,0001 średnicy części toczonej.
●Trwałość łożyska – przy dowolnym obciążeniu, czas pracy łożyska do chwili
wystąpienia pierwszych oznak zniszczenia, którymi będą rysy lub mikropęknięcia na
powierzchniach tocznych, potem łuszczenie powierzchni tocznych, w rezultacie
zniszczenie łożyska.
●Nośność ruchowa dla poszczególnych łożysk wyznaczona jest przy założeniu
niewielkiej trwałości odpowiadającej 500 h pracy przy n = 331/3 obr/min. W
rzeczywistości wymagamy znacznie większej ilości godzin pracy (Lh) oraz stosowanie
większych obrotów (n).
Dobrać łożysko to przyjąć większe C niż wyznaczone.
dr inż. Piotr Chwastyk
Łożyska– nr 13
Łożyska toczne
Dobór łożysk tocznych
Zależność między żądaną trwałością, nośnością ruchową i rzeczywistym
obciążeniem łożyska określa wzór:
C
L 
F
gdzie:
L – trwałość łożyska w mln obrotów;
C – nośność ruchowa (katalog);
F – obciążenie;
p – wykładnik potęgowy: dla łożysk kulkowych
p = 3, dla wałeczkowych p = 10/3.
p
Chcąc wyznaczyć trwałość pracy łożyska w godzinach Lh, wzór ten przyjmuje
postać:
L 10
16600  C 
Lh 

 
n  60
n
F
6
dr inż. Piotr Chwastyk
p
Łożyska– nr 14
Łożyska toczne
Dobór łożysk tocznych przy obciążeniu zastępczym
W rzeczywistości łożyska obciążone są siłą wzdłużną Fa i poprzeczną Fr.
powoduje to konieczność wyznaczenia obciążenia zastępczego, którego
wartość będzie podstawą do doboru łożyska wg poniższych zasad:
Fz = X  Fr + Y  Fa
gdzie:
F – obciążenie równoważne (zastępcze [N, daN]);
Fr – składowa promieniowa obciążenia;
Fa – składowa osiowa obciążenia;
X – współczynnik obciążenia promieniowego;
Y – współczynnik obciążenia osiowego.
Wartości X i Y są przypisane (zależnie) od rodzaju łożyska i od rodzaju
stosunku Fa do Fr
dr inż. Piotr Chwastyk
Łożyska– nr 15
Łożyska toczne
Dobór łożysk tocznych przy obciążeniu zastępczym
W katalogu należy znaleźć wartości współczynnika e, który charakteryzuje
konstrukcję łożyska w zakresie zdolności do przeniesienia dodatkowych
obciążeń. Dla łożysk kulkowych zwykłych wartość współczynnika e zależy od
stosunku Fa/Co.
Fa/Co = 0,014  0,56  e = 0,19  0,44
Znając stosunek obciążenia Fa/Fr, należy porównać go z wartością e.
1. Fa/Fr  e  X = 1; Y = 0 przy takim obciążeniu pomijamy
wpływ obciążenia osiowego F = Fr.
2. Fa/Fr > e  X = (0,56; 0,46; 0,44) zależny od wielkości luzu; Y –
zależne od stosunku Fa/Co i wielkości luzu.
120oC – łożyska są przystosowane do pracy w tej temperaturze.
UWAGA: Zabrania się przekraczania tej temperatury nawet jednorazowo.
dr inż. Piotr Chwastyk
Łożyska– nr 16
Łożyska toczne
Dobór łożysk tocznych przy obciążeniu zastępczym
Dla łożysk pracujących powyżej 120oC przyjmuje się obniżoną wartość nośności C.
Ct = C  ft
C – nośność ruchowa;
ft – współczynnik temperatur.
Dla 150oC
ft = 0,98
Dla 200oC
ft = 0,9
Dla 250oC
ft = 0,75
Dla 300oC
ft = 0,6
Ze względu na różne wartości X i Y oraz e dla poszczególnych łożysk obliczanie F
oprzemy na odpowiednich tablicach Katalogu Łożysk Tocznych (KŁT).
Dla łożysk obracających się z prędkością n < 10 obr/min nośność spoczynkowa Co zależy
od trwałego odkształcenia. Przy doborze tych łożysk wystarczy spełnić warunek, aby
maksymalne obciążenie łożyska było mniejsze od Co.
Jeżeli obciążenie działa skośnie:
Fo = Xo  Fr + Yo  Fa
Fo – obciążenie zastępcze spoczynkowe;
Fr,Fa – składowe obciążeń;
Xo,Yo – współczynnik obciążeń.
Dla łożysk kulkowych zwykłych: Xo = 0,6; Yo = 0,5.
dr inż. Piotr Chwastyk
Łożyska– nr 17
Łożyska toczne
Węzły łożyskowe
Osadzanie łożysk tocznych powinno zapewnić ustalenie wzdłużne wału i łożyska, oraz ustalenie
właściwego luzu łożyskowego w czasie pracy łożyska.
Pełne wykorzystanie łożysk tocznych zależy od:
- dobrania łożyska;
- odpowiednich warunków pracy jak i od własności osadzenia łożysk na wale i w korpusie
maszyny.
Ustalenie wzdłużne polega na tym, że jedno łożysko ustala wał w kierunku wzdłużnym, tzn.
zapewnia stałe położenie jednego czopa wału względem korpusu maszyny, a drugie łożysko
powinno mieć możliwość wzdłużnego przesuwu względem korpusu, aby nie krępować odkształceń
cieplnych wału i niwelować błędy montażu lub wykonania elementu. Zasada ustalania wzdłużnego
stosowana jest do łożysk kulkowych i walcowych.
dr inż. Piotr Chwastyk
Łożyska– nr 18
Łożyska toczne
Pasowanie pierścieni łożyskowych i oprawy
Przy doborze pasowań należy zwracać uwagę, aby:
• w czasie pracy łożyska istniał właściwy luz poprzeczny
(zakleszczanie łożyska),
• nie występowało obracanie się pierścieni łożyska wałka i
oprawy.
Rozróżniamy dwa przypadki obciążenia łożyska:
• ruchomy wałek,
• ruchoma oprawa.
W pierwszym przypadku pierścień wewnętrzny osadzony jest
ciasno, a zewnętrzny luźno. W drugim przypadku odwrotnie.
Czopy wałów wykonuje się najczęściej g6 do r6. Otwory korpusu
wykonuje się J7 do P7. Podane symbole nie charakteryzują rodzaju
pasowania.
dr inż. Piotr Chwastyk
Łożyska– nr 19
Łożyska toczne
Smarowanie łożysk tocznych
Aby polepszyć warunki pracy łożyska i maksymalnie je
wykorzystać stosujemy smarowanie. Zależy ono od:
• warunków eksploatacji łożyska,
• konstrukcji węzła łożyskowego.
Czynniki decydujące o środku smarnym:
• temperatura pracy,
• rodzaj uszczelnienia i warunki otoczenia,
• prędkość obrotowa łożyska,
• obciążenie,
• rodzaj konstrukcji łożyska.
dr inż. Piotr Chwastyk
Łożyska– nr 20
Łożyska toczne
Smarowanie łożysk tocznych
Najlepsze jest smarowanie olejowe. Mankamentem smarowania jest konieczność stosowania
złożonych uszczelnień, niebezpieczeństwo zaburzeń w pracy układu.
Rodzaje smarowana:
● Smarowanie olejowe – musimy odprowadzić ciepło z węzła, gdy służy ono do
smarowania innych elementów maszyny. Gdy prędkość obrotowa równa się prędkości
granicznej – łożysko ma korpus o konstrukcji zamkniętej.
● Smarowanie łożysk smarem plastycznym – gdy temperatura pracy niższa niż 70oC.
Smarowanie olejem:
● Smarowanie zanurzeniowe – łożysko zanurzone jest w oleju. Podczas obrotu elementy
toczne w łożysku zwilżone olejem, przenoszą go na bieżnię, obrzeża i powierzchnie
prowadzenia koszyczka. Poziom oleju powinien być poniżej osi najdalej położonych
elementów tocznych.
● Smarowanie obiegowe – wymuszony jest przepływ oleju przez łożysko toczne.
● Smarowanie mgłą olejową – tam gdzie łożyska mają bardzo duże obroty. Drobinki
oleju są rozpylane sprężonym powietrzem. Stosujemy gdy d  n > 100000, potrzebne
intensywne chłodzenie i łożysko musimy izolować.
dr inż. Piotr Chwastyk
Łożyska– nr 21
Łożyska toczne
Uszczelnianie węzłów łożyskowych
Efekt uszczelniania uzyskuje się przy uszczelkach filcowych lub gumowych –
sprężynujący element dokładnie przylega do powierzchni uszczelnianej.
Uszczelnianie filcowe – do smarów plastycznych v < 5 m/s, temperatura do 90oC,
Ra  2,5 m. Powierzchnie czopa polerujemy. Pierścień nasycamy olejem.
Wymiary pierścieni i rowków dobieramy z tabel.
Uszczelnianie gumowe – pierścień uszczelniający, gdy wymagana jest większa
szczelność – olej.
Uszczelnienia bezstykowe:
- szczelinowo rowkowe,
- labiryntowe,
- odrzutnikowe,
- tarcze ochronne.
dr inż. Piotr Chwastyk
Łożyska– nr 22
Łożyska toczne
dr inż. Piotr Chwastyk
Łożyska– nr 23
Łożyska toczne
dr inż. Piotr Chwastyk
Łożyska– nr 24
Łożyska toczne
Łożyska ślizgowe i ich rodzaje
Łożysko ślizgowe – powierzchnia czopa wału ślizga się po powierzchni panewki lub
bezpośrednio po powierzchni otworu łożyska. Jest to łożysko nie posiadające ruchomych
elementów pośredniczących. Czop wału lub inny obrotowy element jest umieszczony w
cylindrycznej panewce z pasowaniem luźnym.
Łożyska ślizgowe dzielą się na:
• suche - okresowo smarowane smarem stałym lub niesmarowane w ogóle. Panewki
takich łożysk wykonane są ze stopów łożyskowych lub z tworzyw sztucznych, takich jak
teflon. Używane są do połączeń słabo obciążonych i mniej odpowiedzialnych.
• powietrzne - w których dystans między wałem a panewką utrzymywany jest przez
poduszkę powietrzną wytworzoną przez sprężone powietrze dostarczane do panewki.
Łożyska tego typu stosuje się w urządzeniach precyzyjnych, w których na wałach
występują niewielkie siły promieniowe.
• olejowe - część korpusu łożyska wypełniona jest olejem. W czasie ruchu wału,
pomiędzy powierzchnią wału a panewką tworzy się cienka warstwa oleju (film olejowy),
która jest wystarczająca do podtrzymania wału.
• hydrodynamiczne - w których film olejowy tworzy się samoczynnie wskutek zjawisk
hydrodynamicznych powstających w szczelinie
• hydrostatyczne - w tego typu łożyskach dodatkowo do panewki dostarczany jest olej
pod ciśnieniem.
dr inż. Piotr Chwastyk
Łożyska– nr 25
Łożyska toczne
Łożyska ślizgowe – zalety i wady
Zalety łożysk ślizgowych:
• małe wymiary poprzeczne;
• duża żywotność (przy zapewnieniu tarcia płynnego);
• cichobieżność i tłumienie drgań;
• wygodny montaż (szczególnie łożysk dzielonych);
• mały koszt.
Wady łożysk ślizgowych:
• duży opór tarcia przy rozruchu;
• duża wrażliwość na warunki smarowania;
• duże wymiary wzdłużne;
• kłopotliwa naprawa.
dr inż. Piotr Chwastyk
Łożyska– nr 26
Łożyska toczne
Klasyfikacja łożysk ślizgowych
Zależnie od kierunku obciążeń rozróżniamy:
 łożyska ślizgowe poprzeczne (rys. a);
 łożyska ślizgowe wzdłużne (rys. b);
 łożyska ślizgowe poprzeczno-wzdłużne.
dr inż. Piotr Chwastyk
Łożyska– nr 27
Łożyska toczne
Tarcie w łożysku ślizgowym
Tarcie ślizgowe pomiędzy panewką łożyska a czopem wału zależy
od:
• materiałów współpracujących;
• chropowatości powierzchni współpracujących;
• rodzaju smarowania;
• sił nacisku.
Rodzaje tarcia:
• suche – współpracujące powierzchnie nie są smarowane;
• płynne – gdy między powierzchniami czopa i panewki stale występuje
warstewka smaru;
• mieszane – przy którym powierzchnie współpracujące częściowo
stykają się (głównie wierzchołkami nierówności), zaś na pozostałym
obszarze są rozdzielone warstewką smaru.
dr inż. Piotr Chwastyk
Łożyska– nr 28
Łożyska toczne
Tarcie w łożysku ślizgowym
W łożyskach ślizgowych zawsze dąży się do uzyskania
tarcia płynnego, w przeciwnym razie ulegają one szybkiemu
zużyciu i muszą być zastąpione łożyskami tocznymi. W
praktyce uzyskuje się najczęściej tarcie mieszane.
Uzyskanie tarcia płynnego jest możliwe, gdy ciśnienie
smaru w szczelinie jest większe niż naciski jednostkowe
czopa na panewkę.
W celu zmniejszenia oporów ruchu pomiędzy panewką i
czopem należy wytworzyć warstewkę nośną smaru lub
gazu.
dr inż. Piotr Chwastyk
Łożyska– nr 29
Łożyska toczne
Smary i smarowanie
Podstawowe zadania smaru:
• zmniejszenie oporów tarcia;
• zmniejszenie zużycia łożysk;
• zabezpieczenie przed zatarciem i ścieraniem;
• chłodzenie.
Podstawowe cechy smaru:
• lepkość;
• smarowność;
• temperatura krzepnięcia i zapłonu;
• temperatura kroplenia;
• odporność na starzenie się.
dr inż. Piotr Chwastyk
Łożyska– nr 30
Łożyska toczne
Rodzaje smarów
Rodzaje smarów:
● stałe – grafit, dwusiarczek molibdenu, talk (stosowany
w postaci proszku).
● plastyczne – stosowany do łożysk wolnobieżnych lub
pracujących okresowo, gdy zachodzi obawa zatarcia.
Zasadnicza cecha tych smarów to temperatura kroplenia.
● ciekłe – dzielimy na:
 oleje
mineralne – (z ropy naftowej) zależnie od lepkości:
wrzecionowe, maszynowe, cylindryczne;
 oleje
silnikowe (syntetyczne) – duża temperatura zapłonu, niska
temperatura krzepnięcia, duży wskaźnik lepkości.
dr inż. Piotr Chwastyk
Łożyska– nr 31
Łożyska toczne
Rodzaje smarów
Ze względu na pochodzenie rozróżniamy smary:
● roślinne,
● zwierzęce,
● mineralne.
Wymogi stawiane smarom:
●
●
●
●
dr inż. Piotr Chwastyk
odporność na utlenianie;
nie wydzielanie osadu;
wykazywanie dużego ciepła właściwego;
wykazywanie dużego przewodnictwa cieplnego.
Łożyska– nr 32
Łożyska toczne
Smary i smarowanie
Do łożysk ślizgowych najczęściej stosuje się smary
ciekłe, a zwłaszcza oleje mineralne. Oleje o dużej lepkości
umożliwiają powstanie większego ciśnienia w warstwie
smaru, nadają się zatem do łożysk o większych
obciążeniach. Własności olejów można polepszyć przez
stosowanie
dodatków,
np.
przeciwkorozyjnych,
polepszających smarność, przeciwdziałających starzeniu
się oleju itp.
W łożyskach o dużych prędkościach kątowych wału
i niewielkich obciążeniach stosuje się panewki wykonywane
z materiałów źle odprowadzających ciepło, np. z tworzyw
sztucznych. Jako czynnik smarujący stosuje się wówczas
wodę, co równocześnie ułatwia chłodzenia łożyska.
dr inż. Piotr Chwastyk
Łożyska– nr 33
Łożyska toczne
Urządzenia smarownicze
Do smarów stałych stosuje się smarownice kapturowe Stauffera (a) i
dociskowe sprężynowe (b). Przy smarowaniu przelotowym wykorzystuje się
smarownice knotowe (c) lub igłowe (d). Smarowanie obiegowe uzyskuje się
przez zastosowanie pierścieni smarujących luźnych lub
stałych,
albo
dzięki
zastosowaniu
ciśnienia
(smarowanie
obiegowe
ciśnieniowe). Rolę pierścieni
smarujących mogą spełniać
wieńce. Smarowanie pod
ciśnieniem
stanowi
najdoskonalszy
rodzaj
smarowania,
zapewniający
jednocześnie obfity dopływ
oleju oraz chłodzenie łożyska
i filtrowanie.
dr inż. Piotr Chwastyk
Łożyska– nr 34
Łożyska toczne
Materiały łożyskowe
Czop stanowiący część wału lub osi wykonany jest zwykle ze stali, natomiast
element łożyska bezpośrednio stykający się z czopem wykonuje się z tzw.
materiałów łożyskowych. Materiały te powinny spełniać następujące warunki:
• odporność na ścieranie i zatarcie (nieniszczenie wału);
• mały współczynnik tarcia i dobre powiązanie z panewką;
• łatwe docieranie się;
• duża wytrzymałość pozwalająca na stosowanie dużych nacisków
powierzchniowych;
• duża odporność chemiczna na oddziaływanie ośrodka, oraz podwyższonej
temperatury;
• duża podatność i duże odkształcenia plastyczne (zabezpieczające przed
spiętrzeniem nacisków);
• dobre przewodnictwo cieplne;
• mały współczynnik rozszerzalności cieplnej;
• dobre własności odlewnicze;
• dobra obrabialność;
• niska cena i łatwość nabycia.
dr inż. Piotr Chwastyk
Łożyska– nr 35
Łożyska toczne
Materiały łożyskowe
Do najczęściej stosowanych materiałów stosowanych na panewki
łożysk zalicza się stopy cynowe, zwane babbitami o składzie 89% Sn
(cyna), 8% Sb (antymon) i 3% Cu (miedź) lub zbliżonym. Stopy te
odznaczają się bardzo dobrymi własnościami ślizgowymi, dobrą
odkształcalnością, odpornością na zatarcie i odpornością na korozję.
Podobne własności mają stopy ołowiowe, które są nieco miększe ale
tańsze. Do innych materiałów stosowanych na łożyska należą:
● brązy odlewnicze – cynowe i ołowiowe - duża twardość
i wytrzymałość zmęczeniowa, stosowane gdy własności
wytrzymałościowe są ważniejsze od ślizgowych;
● mosiądz – ma niższą wytrzymałość ale lepszą odporność na pracę w
podwyższonej temperaturze;
● stopy aluminium – z miedzią niklem i krzemem. Ich wadą jest duża
rozszerzalność cieplna;
● żeliwa – stosowane rzadziej ze względu na dużą twardość i małą
dr inż. Piotr Chwastyk
Łożyska– nr 36
Łożyska toczne
Materiały łożyskowe
Jeżeli smarowanie łożysk jest bardzo utrudnione lub ze względu
na warunki pracy należy go uniknąć, stosuje się panewki z
materiałów porowatych. Najczęściej są to tuleje prasowane,
spiekane i nasycane olejem. Po rozgrzaniu łożyska smar
wypływa na powierzchnię panewki, a po obniżeniu temperatury
cofa się w głąb porów (łożyska samosmarowne).
Poza stopami metali, stosuje się również inne materiały takie jak
twarde drewno, tworzywa sztuczne, grafit, szkło (mechanizmy
precyzyjne).
dr inż. Piotr Chwastyk
Łożyska– nr 37
Łożyska toczne
Tarcie w łożysku ślizgowym
Tarcie poślizgu – nazywamy opór jaki powstaje, gdy przesuwamy jedno ciało po
drugim.
T  N 
T
 
N
gdzie:
 – współczynnik tarcia;
N – siła nacisku.
Tarcie ślizgowe pomiędzy panewką łożyska a czopem wału zależy od:
• materiałów współpracujących;
• chropowatości powierzchni współpracujących;
• rodzaju smarowania;
• sił nacisku.
dr inż. Piotr Chwastyk
Łożyska– nr 38
Łożyska toczne
Tarcie w łożysku ślizgowym
Rodzaje tarcia:
Suche – ( = 0,3  0,8) – nie ma smaru na czopie.
Półsuche – ( = 0,1  0,3) – powstaje na skutek tego, że pod wpływem
powietrza czop pokrywa się tlenkiem (korozja); ewentualnie dostają się tam
oleje, kurz, woda i inne zanieczyszczenia;
Graniczne – ( = 0,1  0,3) – to tarcie na powierzchniach ślizgowych na
mikroskopijnej warstewce smaru, absorbowanego przez pory metalu;
Płynne – ( = 0,001  0,005) – tarcie to powstaje wtedy gdy powierzchnie
ślizgowe przedzielone są warstewką smaru – film olejowy.
Półpłynne – ( = 0,005  0,1) – to przypadek gdy grubość filmu olejowego jest
za cienka aby rozdzielić współpracujące elementy (najwyższe nierówności
zaczepiają o siebie).
Dążymy do uzyskania tarcia płynnego. W praktyce uzyskujemy tarcie
mieszane. Uzyskanie tarcia płynnego jest możliwe, gdy ciśnienie smaru w
szczelinie jest większe niż naciski jednostkowe czopa na panewkę. W celu
zmniejszenia oporów ruchu pomiędzy panewką i czopem powinniśmy wytworzyć
warstewkę nośną smaru lub gazu.
dr inż. Piotr Chwastyk
Łożyska– nr 39
Łożyska toczne
Smarowanie łożysk
W zależności od podawania smaru rozróżniamy łożyska:
hydrostatyczne – smar (gaz) podajemy pod ciśnieniem.
hydrodynamiczne – warstwa nośna smaru (gazu) powstaje na skutek ruchu
obrotowego czopa względem panewki i wzajemnego poślizgu między ich
powierzchniami poślizgowymi.
Częściej jest stosowana metoda hydrodynamiczna – pod wpływem ruchu
obrotowego czopa względem panewki powstaje tzw. klin smarowy. Aby
uzyskać klin smarowy musi być zapewniona odpowiednia prędkość
obrotowa, odpowiednia ilość smaru, niewielka chropowatość czopa i
panewki, niewielki luz łożyskowy. Niespełnienie któregoś z warunków –
tarcie półpłynne.
dr inż. Piotr Chwastyk
Łożyska– nr 40
Łożyska toczne
Budowa łożysk ślizgowych
Podstawową częścią łożysk ślizgowych jest korpus, w którym czop jest
osadzony bezpośrednio lub pośrednio. Elementem pośrednim jest
najczęściej osadzona tuleja, której powierzchnia wewnętrzna stanowi
panewkę łożyska.
Korpusy łożysk ślizgowych poprzecznych są wykonywane jako oddzielne
elementy maszyn i urządzeń, główne ich rodzaje objęte są normami.
Korpus oczkowy kołnierzowy lekki
dr inż. Piotr Chwastyk
Korpus dzielony ciężki
Łożyska– nr 41
Łożyska toczne
Budowa łożysk ślizgowych
Korpusy dzielone umożliwiają zastosowanie panewek
dwukołnierzowych, co pozwala na ustalenie osiowe
łożyskowanego wału. Wykonujemy je z żeliwa lub staliwa.
Korpusy oczkowe – stosowane są w mniejszych łożyskach.
Umożliwiają zachowanie prostej konstrukcji korpusu maszyny.
Wadą ich jest trudny montaż i demontaż.
Tuleje łożyskowe – stanowią wymienne części łożysk
(w większości znormalizowane). Dzielimy je na jednolite
i dwudzielne. Tuleje łożyskowe powinny być zabezpieczone
przed obrotem i przesunięciem wzdłuż osi (np. kołkiem).
W
praktyce
korzysta
się
z
tulei
łożyskowych
znormalizowanych.
dr inż. Piotr Chwastyk
Łożyska– nr 42
Łożyska toczne
Budowa łożysk ślizgowych
Korpusem łożyska może być fragment korpusu maszyny – panewka
łożyska wykonana jest jako osobna tuleja.
Panewki dzielimy na stałe (a) i wahliwe (b). Panwie wahliwe
(samonastawne) stosowane są przy dużym ugięciu wału.
dr inż. Piotr Chwastyk
Łożyska– nr 43
Łożyska toczne
Dokładność wykonania łożysk. Luzy łożyskowe
Uzyskanie właściwych luzów łożyskowych oraz płynnego tarcia jest
bardzo trudne. Przy ustalaniu luzów należy uwzględnić:
● chropowatość powierzchni;
● różnicę w rozszerzalności cieplnej czopa i łożyska;
● maksymalną temperaturę pracy łożyska;
● konieczność uzyskania stabilnej pracy wału w różnych
temperaturach;
● własności smaru.
W praktyce wartości luzów łożyskowych, tolerancji, pasowań oraz
chropowatości powierzchni ustalane są na drodze doświadczeń.
Maksymalne wysokości nierówności na powierzchniach czopa
i panewki należy przyjmować w granicach 1  6 m rzadziej 16 m.
Do wstępnych obliczeń (gdy nie jest niezbędne uzyskanie tarcia
płynnego) można przyjmować następujące pasowania: H7/g6, H7/f7,
H7/e8, H7/d8. W ten sposób niezależnie od średnicy czopa określa się
jednoznacznie luz łożyskowy.
dr inż. Piotr Chwastyk
Łożyska– nr 44
Łożyska toczne
Obliczanie łożysk ślizgowych
Obliczanie łożysk ślizgowych polega na ustaleniu ich
wymiarów z warunków wytrzymałościowych oraz
sprawdzeniu, czy łożyska nie będą ulegały nadmiernemu
rozgrzewaniu w czasie pracy.
Obliczenia głównych wymiarów, tj. średnicy d i długości
czynnej łożyska l prowadzone są w sposób przybliżony,
gdyż nie wszystkie czynniki decydujące o warunkach pracy
łożyska mogą być uwzględnione w ścisły sposób.
dr inż. Piotr Chwastyk
Łożyska– nr 45
Łożyska toczne
Obliczanie łożysk ślizgowych
Czop łożyska jest narażony na zginanie, przy czym obciążenie ciągłe
czopa jest zastąpione siłą skupioną F przyłożoną w połowie długości
czopa. Naprężenia zginające w niebezpiecznym przekroju można
obliczyć wg wzoru:
Zakładając równomierne naciski między powierzchnią panewki i
czopa określa się wytrzymałość panewki z warunku na naciski
jednostkowe:
dr inż. Piotr Chwastyk
Łożyska– nr 46
Łożyska toczne
Obliczanie łożysk ślizgowych
Zakładając, że wartości rzeczywistych naprężeń zginających oraz
nacisków będą bliskie wartościom dopuszczalnym, można
wcześniejsze nierówności zastąpić równaniami dzieląc je
stronami. Otrzymuje się wówczas zależność:
Oznaczając przez  = l/d, wówczas:
dr inż. Piotr Chwastyk
Łożyska– nr 47
Łożyska toczne
Obliczanie łożysk ślizgowych
Średnicę czopa określa wzór:
Czynna długość czopa:
Obliczone wymiary zaokrągla się do wymiarów normalnych,
uwzględniając znaki nierówności. Jeżeli średnica czopa otrzymana
z obliczeń wału różni się od obliczonej z powyższego wzoru, należy
przyjąć wartość większą z tych wartości.
dr inż. Piotr Chwastyk
Łożyska– nr 48
Łożyska toczne
Obliczanie łożysk ślizgowych
Sprawdzenie łożyska na rozgrzewanie wykonuje się przez
sprawdzenie wartości iloczynu pśr·v. Iloczyn ten jest
określany jako umowna miara ciepła wytwarzanego przez
tarcie. Zakładając ograniczenie temperatury pracy łożyska
do około 60ºC, można określić dopuszczalne wartości
iloczynu (pśr·v)dop i sformułować warunek:
pśr·v  (pśr·v)dop
W przypadku niespełnienia tego warunku, należy
zwiększyć wymiary czopa lub polepszyć chłodzenie
łożyska.
dr inż. Piotr Chwastyk
Łożyska– nr 49
Łożyska toczne
Obliczanie łożysk ślizgowych
Obliczanie łożysk ślizgowych wzdłużnych polega na obliczeniu średnic
czopa z warunku na naciski oraz sprawdzeniu na rozgrzewanie.
Warunek na naciski przyjmuje postać:
Przy
sprawdzaniu
łożyska
na
rozgrzewanie
wartość
prędkości
obwodowej oblicza się na średnicy
powierzchni pracującej:
dw
dz
dr inż. Piotr Chwastyk
Łożyska– nr 50

similar documents