Łożyska toczne a ślizgowe – kiedy zrezygnować z kulek?

Wybór między łożyskiem tocznym a ślizgowym to jedna z najczęstszych decyzji konstruktorskich. Łożyska ślizgowe mają ogromną przewagę w trzech specyficznych scenariuszach:

1. Ekstremalne obciążenia statyczne i uderzeniowe: Kiedy na wał spada potężny ciężar (np. w prasach mimośrodowych, koparkach, kruszarkach), kulki w łożysku tocznym wbiłyby się w bieżnię. Tuleja ślizgowa rozkłada ten nacisk na znacznie większą powierzchnię.

2. Ograniczona przestrzeń promieniowa: Tuleja ślizgowa ma najczęściej ściankę o grubości zaledwie 1-2 mm. Pozwala to na zastosowanie grubszego (sztywniejszego) wału w tej samej obudowie.

3. Praca w brudzie i pod wodą: Odpowiednio dobrane polimerowe łożyska ślizgowe mogą pracować w pyle, piasku, a nawet całkowicie zanurzone w wodzie morskiej (woda staje się dla nich chłodziwem i smarem).

3 rodzaje tarcia – fundament doboru łożysk ślizgowych

Aby łożysko ślizgowe nie uległo zatarciu, inżynierowie projektują je do pracy w jednym z trzech reżimów tarcia:

• Tarcie suche (Bezobsługowe): Materiał łożyska sam w sobie posiada właściwości smarne. Wykorzystuje się tu wkładki z grafitu, powłoki z PTFE (Teflon) lub specjalne kompozyty polimerowe. Rozwiązanie to wybacza brak konserwacji ze strony służb Utrzymania Ruchu.

• Tarcie mieszane: Łożysko wymaga cyklicznego podawania smaru stałego lub oleju. Smar tworzy cienki film, ale w momencie rozruchu i zatrzymania wał przez ułamek sekundy trze o materiał tulei. Powszechne w tulejach z brązu ze smarowniczkami.

• Tarcie płynne (Hydrodynamiczne): Wał obraca się z tak dużą prędkością, że samoczynnie "wciąga" olej pod siebie, tworząc klin smarny. Wał dosłownie lewituje na poduszce olejowej, nigdy nie dotykając panewki. Charakteryzuje się nieskończoną żywotnością. Stosowane w potężnych turbinach parowych, generatorach i silnikach spalinowych.

Przegląd materiałów – z czego wykonuje się łożyska ślizgowe?

Materiał, z którego wykonana jest tuleja, w 100% definiuje jej zastosowanie. Poniższa tabela przedstawia najpopularniejsze materiały stosowane w przemyśle:

Granice możliwości – czym jest parametr pv?

Przy doborze łożysk tocznych liczyliśmy żywotność. W przypadku łożysk ślizgowych pracujących na sucho najważniejszym ograniczeniem jest tzw. parametr pv.

Jest to iloczyn nacisku jednostkowego oraz prędkości poślizgu.

Każdy materiał (np. brąz, teflon, polimer) ma z góry określoną, maksymalną wartość. Wynika to z faktu, że tarcie generuje ciepło. Jeśli obciążenie wału jest bardzo duże, a obraca się on z dużą prędkością, generowane ciepło nie zdąży zostać odprowadzone. Tuleja polimerowa ulegnie stopieniu, a tuleja z brązu zablokuje się na wale (zatarcie).

Zasada jest prosta: Im wyższe obciążenie, z tym mniejszą prędkością może pracować łożysko ślizgowe (i odwrotnie).

3 najczęstsze błędy w montażu i eksploatacji tulei ślizgowych

1. Smarowanie łożysk bezobsługowych: Tuleje polimerowe lub teflonowe są zaprojektowane do pracy na sucho. Wprowadzenie standardowego smaru litowego często powoduje przyklejanie się brudu i tworzenie "pasty ściernej", która błyskawicznie niszczy plastik.

2. Niewłaściwa chropowatość wału: Łożyska ślizgowe są niezwykle czułe na jakość powierzchni współpracującej. Wał nie może być zbyt chropowaty (będzie działał jak pilnik i zetrze tuleję), ale nie może być też zbyt gładki (utrudni to osadzanie się filmu smarnego lub teflonu na wale).

3. Ignorowanie luzu termicznego: Polimery rozszerzają się pod wpływem ciepła znacznie mocniej niż stal. Zastosowanie zbyt ciasnego pasowania wciskowego w obudowie może spowodować zamknięcie się otworu wewnętrznego tulei i zaciśnięcie jej na wale.

Podsumowanie i pomoc w doborze

Łożyska ślizgowe to fundament ciężkiej mechaniki oraz sprytne rozwiązanie dla nowoczesnych, bezobsługowych urządzeń. Prawidłowy dobór pomiędzy litą tuleją z brązu wymagającą centralnego smarowania, a nowoczesną tuleją polimerową potrafi radykalnie zmniejszyć liczbę awarii i obniżyć koszty produkcji.

Masz problem z zacierającymi się sworzniami w ramieniu maszyny? Chcesz wyeliminować kłopotliwe smarowanie i przejść na tuleje suche? Skontaktuj się z naszymi doradcami technicznymi. Zestawimy parametry Twojego węzła tarcia, obliczymy dopuszczalny parametr p*v i zaproponujemy materiał, który sprosta zadaniu.