PKM

Wprowadzenie

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 ślizgowe – powierzchnia czopa wału
ślizga się po powierzchni panewki lub
bezpośrednio po powierzchni otworu łożyska.

Wprowadzenie

Zalety łożysk ślizgowych:



małe wymiary poprzeczne;



duża żywotność (przy zapewnieniu tarcia

płynnego);



cichobieżność i tłumienie drgań;



wygodny montaż (szczególnie łożysk

dzielonych);



mały koszt.

Klasyfikacja łożysk ślizgowych

Zależnie

kierunku

obciążeń

rozróżniamy:



łożyska ślizgowe poprzeczne (rys. a);



łożyska ślizgowe wzdłużne (rys. b);



łożyska ślizgowe poprzeczno-wzdłużne.

Klasyfikacja łożysk ślizgowych

W zależności od sposobu podawania smaru rozróżnia się

łożyska:



samosmarujące, nie wymagające w całym okresie

swojego użytkowania wymiany i dostarczania smaru,

wykonywane

z materiałów

porowatych

nasyconych

smarem, który jest wyciskany z porów w trakcie

eksploatacji i wypełnia szczelinę smarną;



hydrostatyczne (aerostatyczne), w których warstwa

nośna smaru (gazu) jest podawana pod ciśnieniem;



hydrodynamiczne (aerodynamiczne), w których warstwa

nośna smaru (gazu) powstaje na skutek ruchu

obrotowego czopa względem panwi i wzajemnego poślizgu

między ich powierzchniami ślizgowymi.

Łożyska hydrostatyczne

W łożyskach tych warstwa nośna smaru (gazu) jest

podawana pod ciśnieniem. Podpory mają równoległe

powierzchnie nieruchome lub wykonują małe ruchy.

Podpory łożyska mogą działać poprawnie tylko przy

zasilaniu zewnętrznym. Grubość warstwy smaru

zależy od wydajności zasilania lub ciśnienia zasilania

i obciążenia.
Podpora z jedną osiowo-symetryczną komorą i

jednym punktem zasilania nie zapewnia poprawnej

pracy łożyska. Dlatego jako regułę przyjęto budować

łożyska

hydrostatyczne

wieloma

komorami

zasilanymi osobnymi pompami lub jedną pompą ale z

regulacją ciśnienia i dławikami przy każdej komorze.

Łożyska hydrostatyczne

Brak

możliwości

stabilizacji

układu

przypadku

jednokomorowego

łożyska

hydrostatycznego (a) oraz
stabilizacja ruchu w przypadku
łożysk wielokomorowych (b, c).

Łożyska hydrodynamiczne

W obszarze I nie może powstać ciągły film smarny

bądź ze względu na duże obciążenie, bądź mały

iloczyn



v. Mamy tu do czynienia z tarciem

granicznym.
W obszarze II film smarny częściowo przenosi

obciążenie, jednakże jest on stosunkowo cienki i

część obciążenia jest przenoszona przez warstwy

graniczne. Jest to zakres tarcia lub smarowania

mieszanego.
W obszarze III formuje się nieprzerwany film

smarny. Odpowiada to minimum oporów ruchu,

które wzrastają jednak w miarę wzrostu prędkości i

lepkości.

Łożyska hydrodynamiczne

Rozkład współczynnika

oporów

ruchu

oraz

procentowego udziału

czasu, w którym nie

zarejestrowano

kontaktów

mechanicznych

obydwu powierzchni, w

zależności

prędkości.

Łożyska hydrodynamiczne - kryteria

wyznaczania nośności

Jako nośność łożyska przyjmuje się taką wielkość

obciążenia, której przekroczenie powoduje:



wzrost temperatury łożyska aż do wartości

granicznej

dla

stosowanego

oleju

lub

stopu

łożyskowego panewki;



wzrost oporów ruchu, co jest spowodowane

objawami smarowania mieszanego, czemu odpowiada

osiągnięcie granicznej wartości liczby Herseya.
Pierwsze

kryterium

nośności

dotyczy

łożysk

pracujących w zakresie dużych prędkości, drugie – w

zakresie mniejszych prędkości, a dużych obciążeń.

Łożyska hydrodynamiczne - kryteria

wyznaczania nośności

Dopuszczalne średnie naciski p dla łożysk

w funkcji prędkości obwodowej wału
T

– temperatura graniczna

Nośność

łożysk

ślizgowych

Tarcie w łożysku ślizgowym

Tarcie ślizgowe pomiędzy panwią łożyska a
czopem wału zależy od:



materiałów współpracujących;



chropowatości

powierzchni

współpracujących;



rodzaju smarowania;



sił nacisku.

Tarcie w łożysku ślizgowym

Rodzaje tarcia:



suche – współpracujące powierzchnie nie są

smarowane;



płynne – gdy między powierzchniami czopa i

panwi stale występuje warstewka smaru;



mieszane – przy którym powierzchnie

współpracujące

częściowo

stykają

się

(głównie wierzchołkami nierówności), zaś na

pozostałym

obszarze

są

rozdzielone

warstewką smaru.

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 panwią i

czopem należy wytworzyć warstewkę nośną smaru lub

gazu.

Smary i smarowanie

Podstawow

zadani

smaru:



zmniejszenie oporów tarcia;



zmniejszenie zużycia łożysk;



zabezpieczenie przed zatarciem i ścieraniem;



chłodzenie.

Podstawow

cechy smaru:



lepkość;



smarowność;



temperatura krzepnięcia i

zapłonu;



temperatura kroplenia;



odporność na starzenie

się.

Smary i smarowanie

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.

Smary i smarowanie

Ze względu na pochodzenie rozróżniamy smary: roślinne, zwierzęce,

mineralne.

Wymogi stawiane smarom:



odporność na utlenianie;



nie wydzielanie osadu;



wykazywanie dużego ciepła właściwego;



wykazywanie dużego przewodnictwa cieplnego.

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.

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.

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

stosowanie

dużych

nacisków

powierzchniowych;



duża odporność chemiczna na oddziaływanie ośrodka, oraz podwyższonej

temperatury;

Materiały łożyskowe



odporność na ścieranie i zatarcie (nieniszczenie wału);



duża podatność i duże odkształcenia plastyczne (zabezpieczające przed

spiętrzeniem nacisków);



dobre przewodnictwo cieplne;



mały współczynnik rozszerzalności cieplnej;



dobre własności odlewnicze;



dobra obrabialność;



duża przyczepność do powierzchni panewki;



niska cena i łatwość nabycia.

Materiały łożyskowe

Do najczęściej stosowanych materiałów stosowanych na panwie łożysk zalicza się

stopy cynowe, zwane babbitami o składzie 89% Sn, 8% Sb i 3% Cu 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;

Materiały łożyskowe

stopy aluminium – z miedzią niklem i krzemem. Ich wadą jest duża

rozszerzalność cieplna;
żeliwa – stosowane rzadziej ze względu na dużą twardość i małą odkształcalność.
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 panwi, a po obniżeniu temperatury cofa

się w głąb porów.
Poza stopami metali, stosuje się również inne materiały takie jak twarde drewno,

tworzywa sztuczne, grafit, szkło (mechanizmy precyzyjne).

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 panew łożyska.

Korpusy łożysk ślizgowych poprzecznych są
wykonywane jako oddzielne elementy maszyn
i urządzeń, główne ich rodzaje objęte są normami.

Budowa łożysk ślizgowych

Korpusy dzielone umożliwiają zastosowanie panwi

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.

Budowa łożysk ślizgowych

Korpusem łożyska może być fragment
korpusu

maszyny

–

panew

łożyska

wykonana jest jako osobna tuleja.
Panwie dzielimy na stałe (a) i wahliwe
(b). Panwie

wahliwe

(samonastawne)

stosowane są przy dużym ugięciu wału.

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.

Dokładność wykonania łożysk. Luzy łożyskowe

praktyce

wartości

luzów

łożyskowych,

tolerancji,

pasowań

oraz

chropowatości

powierzchni ustalane są na drodze doświadczeń.
Maksymalne

wysokości

nierówności

powierzchniach czopa i panwi 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.

Obliczanie łożysk ślizgowych

Do wstępnego doboru wymiarów łożyska i rodzaju
pasowania, służą wykresy, pozwalające na szybkie
sprawdzenie

wielu

rozwiązań

różnych

pasowaniach,  gatunkach  oleju  i temperaturach
jego  pracy.  Ponadto  umożliwiają  wybór  łożyska  o
wybranych  cechach  konstrukcyjnych,  np.  łożyska
o najmniejszej średnicy, najmniejszej długości lub
najmniejszej objętości. Za pomocą tych wykresów
można  dobrać  najodpowiedniejsze  dla  danych
warunków pracy łożysko.

Obliczanie łożysk ślizgowych

W celu skorzystania z wykresów należy znać:
R – całkowite promieniowe obciążenie łożyska [N];
n – prędkość obrotową czopa [obr/min];
k

– dopuszczalne naprężenie na zginanie czopa

[N/mm

];



– lepkość dynamiczną oleju w temperaturze pracy

łożyska [Ns/m

];



t – różnicę temperatur łożyska i otoczenia [K];



– przyrost temperatury oleju w łożysku [K];

X – wymaganą wartość współczynnika bezpieczeństwa

zachowania warunków tarcia płynnego.

Obliczanie łożysk ślizgowych

Na podstawie założenia wartości przedstawionych wielkości

oblicza się pomocnicze współczynniki:

W przypadku gdy C

< 1,3 wystarczą naturalne warunki

chłodzenia, a długość czopa nie przekroczy 2 średnic.

W przypadku

przeciwnym

konieczne

jest

obliczenie

współczynnika C

, który ułatwi wybór parametrów sztucznego

chłodzenia oleju i za jego pomocą sztucznego chłodzenia

łożyska.

 

min











Obliczanie łożysk ślizgowych

Na rysunku przedstawiono schematycznie wzajemne

położenie linii A, B, C w przypadku sztucznego

chłodzenia (a) i chłodzenia naturalnego (b). Dozwolone

są także rozwiązania, których rzeczywiste wartości są

większe od wyznaczonych za pomocą powyższych

wzorów, a więc leżą w niezacieniowanym polu.

Obliczanie łożysk ślizgowych

Pola zacieniowane dotyczą łożysk, które nie spełniają

przynajmniej jednego warunku. Natomiast każde łożysko

dobrane z pola niecieniowanego spełnia wymogi, często

z nadmiernym zapasem. Wobec dużej liczby dozwolonych

rozwiązań, istnieje potrzeba optymalizacji wyboru. Najczęściej

poszukuje się łożyska o najmniejszej średnicy, długości czopa,

objętości albo o najmniejszych stratach mocy.

Obliczanie łożysk ślizgowych

Zależności między podstawowymi parametrami łożyska

ślizgowego są następujące:



liczba Sommerfelda:



względny luz czopu w panwi, zależny od rodzaju

pasowania

gdzie:
L – luz czopa w panwi;
d – średnica czopa;



względna długość czopa















Obliczanie łożysk ślizgowych

Całkowite przemieszczenie środka czopa

względem środka otworu łożyska mierzone

w kierunku promieniowym wynosi e, przy

czym jest spełniona zależność

Dla

wygody

wprowadza

się

pojęcie

względnej mimośrodowości

Z powyższego równania wynika

















max















Obliczanie łożysk ślizgowych

Jeżeli  pominąć  tarcie  czopa  o  panew,  to
można  przyjąć,  że  przy  małej  prędkości
obrotowej, środek czopa i środek otworu leżą
na  linii  działania  obciążenia  czopa.  Gdy
prędkość  obrotowa  wzrasta,  środek  czopa
zdąża po łuku koła do środka otworu łożyska.
Przy średnich prędkościach czop znajduje się
między  tymi  skrajnymi  położeniami.  Jego
położenie  określa  kąt



oraz wielkość e

określona

przedstawionym

wcześniej

równaniem.







max

cos

Obliczanie łożysk ślizgowych

Obliczanie

łożysk

ślizgowych

polega

ustaleniu

ich

wymiarów

warunków

wytrzymałościowych i sprawdzeniu, czy łożyska

nie będą ulegały nadmiernemu rozgrzewaniu w

czasie pracy.

Obliczenia głównych wymiarów, tj. średnicy d i

długości czynnej łożyska l są prowadzone w

sposób przybliżonym, gdyż nie wszystkie

czynniki decydujące o warunkach pracy łożyska

mogą być uwzględnione w ścisły sposób.

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

niebezpiecznym

przekroju można obliczyć wg wzoru

Zakładając

równomierne

naciski

między

powierzchnią panwi i czopa określa się
wytrzymałość panwi z warunku na naciski
jednostkowe

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

Obliczanie łożysk ślizgowych

Średnicę czopa określa wzór

Czynna długość czopa

Obliczone

wymiary

zaokrągla

się

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.

Obliczanie łożysk ślizgowych

Sprawdzenie łożyska na rozgrzewanie wykonuje

się przez sprawdzenie wartości iloczynu p

śr

·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 (p

śr

·v)

dop

i sformułować

warunek:

śr

·v  (p

śr

·v)

dop

W przypadku niespełnienia tego warunku,

należy zwiększyć wymiary czopa lub polepszyć

chłodzenie łożyska.

Document Outline