Ložiska ve strojích Hřídele se otáčejí v ložiskách, která přenášejí silové účinky do rámu stroje. Mezi pohybujícími se plochami je pro bezškodný provoz nutná mezivrstva mazacího prostředku – mazací film apod.
Ložiska jsou kluzná valivá
Ložiska kluzná hydrodynamická hydrostatická hybridní
Ložiska kluzná se dělí na vyžadující trvalou péči vyžadující občasnou péči nevyžadující údržbu
Ložiska valivá
radální radiálně axiální axiální kladky
Ložiska kluzná dobře zachycují a tlumí rázy, vyžadují však řádnou obsluhu (centrální mazání aj.). Valivá ložiska nevyžadují obsluhu, velké rázy však nezvládají. Pro méně náročná uložení lze použít kluzná ložiska – pouzdra, tzv. samomazná (bezúdržbová) aj. K ložiskům patří i konstrukce zabezpečující přímočarý pohyb s minimálním odporem proti pohybu.
Kluzná ložiska Použití kluzných ložisek ložiska kliková a ojniční spalovacích motorů a píst. strojů (radiální nestacionárně zatížená) axiální ložiska svislých hřídelů vodních turbin (včetně rotoru generátoru) ložiska radiální a axiální parních turbin a turbokompresorů ložiska strojů pracujících s velkými rázy (drtiče, mlýny, rotační pece) ložiska v textilních strojích apod. s vysokou frekvencí otáčení ložiska s minimální obsluhou a údržbou (tzv. samomazná) Kromě posledního případu jsou to ložiska s nutnou obsluhou a její kontrolou (viz např. kontrolu mazání pro motor automobilu). Obsluha – zajištění přívodu dostatečného množství vhodného maziva s potřebným tlakem a teplotou (čerpadlo, chladič, filtr, kontrolní přístroje aj.).
Kontrola obsluhy ložisek
kontrola tlaku zdroje (čerpadla) kontrola teploty ložiska kontrola průtoku maziva ložiskem kontrola částic otěru v cirkulujícím mazivu aj.
Mazací soustava – zásobník, zdroj tlaku, filtr, rozvod, návrat maziva bez úniku, systém kontroly.
DRUHY MAZIV A POŽADAVKY NA NĚ Mazivo vytváří mezivrstvu mezi kluznými plochami. Malé tření, zabránění korozi aj.
Mazivo má vytvořit souvislou mazací vrstvu s dobrou přilnavostí a malým vnitřním třením.
Požadavky: -
mazací schopnost chemická stálost nezpůsobovat korozi povrchů ekonomicky přijatelné ekologicky vhodné
Druhy maziv: o o o o
kapalná plastická – mazací tuky tuhá plynná
Látky používané jako maziva – homogenní směsi, kapalné disperze, suspenze Obvyklá maziva – ropné minerální oleje (produkty získané destilací, rafinací a odparafinováním ropy) s dalšími přísadami, mazací tuky aj.
VLASTNOSTI MAZIV Fyzikální vlastnosti – důležité pro výběr maziva – jejich měření a hodnocení • • • • •
hustota viskozita dynamická a kinematická (míra vnitřního tření, odpor proti posunu vrstev) měrná tepelná kapacita tepelná vodivost bod tuhnutí, vznícení (teplota)
Další vlastnosti maziv používané pro jejich výběr a hodnocení o o o o o o
viskozitní index (charakterizuje rychlost změny viskozity s teplotou) bod vzplanutí v otevřeném kelímku (teplota zažehnutí par) anilinový bod (teplota oddělení fází směsi, agresivita vůči pryži a plastům) neutralizační číslo a číslo zmýdelnění a další chemické vlastnosti (gramů KOH pro neutralizaci) karbonizační zbytek (množství popela při shoření) penetrace (stupeň konzistence), bod skápnutí a další vlastnosti hodnocené pouze u plastických maziv (tuhost resp. tečení a jejich závislost na teplotě)
Viskozita kapalných maziv (olejů) s růstem teploty klesá. Regenerace maziv – mobilní jednotky (filtrace, odstranění vody, produktů degradace, Kleentek)
Kluzná ložiska hydrodynamicky a hydrostaticky mazaná Mazivo smáčí povrch kluzných ploch a ulpívá na něm (přilnavost maziva), je při vzájemném pohybu vtahováno mezi kluzné plochy (klínová spára) a vzniká hydrodynamický tlak. Účinkem přívodu tlakového maziva působí v mazací kapse (komoře) hydrostatický tlak. Pro vznik hydrodynamického tlaku je nutná dostatečná kluzná rychlost a viskozita maziva. p=F/(d.l)
řešení tlaku v ložisku podal Sommerfeld a používá se tzv. Sommerfeldovo číslo (bezrozm.) p . ψ2 So =
= So (ε ) η.ω
rychlost otáčení ω
So plyne z podmínek provozování ložiska a představuje bezrozměrný střední tlak. So je funkcí polohy čepu v ložisku (excentricity ε) a poměru průměru ku délce ložiska D/B.
Hydrostatický účinek je účinek přiváděného tlaku v komoře a jeho rozložení ve spáře ložiska. Hydrostatický a hydrodynamický účinek se superponují.
Hydrostatické ložisko 4-komorové Do 4 komor pánve ložiska je přiváděno mazivo pod tlakem (od čerpadla) přes hydraulický odpor. Odpor (reduktor, kapilára, clona) je vřazen pro zvýšení tuhosti (brání průtoku mezi komorami). Při změně excentricity čepu v pánvi se zvýší odpor průtoku z určité komory a sníží u protilehlé (zvýšení odporu vyvolá vzestup tlaku). Plochy v ložisku jsou válcové, rovinné, kuželové a kulové.
Kluzné plochy ložisek připouštějí pouze omezené hodnoty středního tlaku pD ≥ F / ( d . l ). Třením v mazivu vzniká teplo, které ohřívá mazivo, a mění se tak viskozita maziva – proto se mění i poměry v ložisku a je nutno najít ustálený stav (postupným přibližováním). Závislost viskozity kapalného maziva na teplotě má exponenciální charakter (poč. stav T0, η0) η = η0 .e - (T – To) . β Pro orientační kontrolu se používá vztah, dávající hodnotu, která nemá překročit dovolenou velikost
tlaku p a součinu p.v (tento součin má charakter výkonu na jednotku plochy W / m2)
v = r. ω
p . v ≤ ( p . v )D
pD = 20 MPa ( p . v ) D = 25 MPa . m . s-1
Hydrostatická ložiska oddělí kluzné plochy vrstvou maziva i při nízké (též nulové) frekvenci otáčení. Proto jsou používána pro pomalu se otáčející hřídele (drtiče, pece aj.) se silnými rázy.
Hybridní ložiska – rozběh a doběh probíhá s hydrostatickým mazáním, provoz při potřebné kluzné rychlosti s hydrodynamickým mazáním (turbiny, turbokompresory aj.).
Axiální ložisko vodní turbiny Ložiska kluzná s dokonalou obsluhou a kontrolou
klidné (stacionární) zatížení
Radiální stacionární hydrodynamické ložisko parní turbiny, turbokompresoru
Kluzná pouzdra Iglidur
Ložiska bezobslužná a samomazná
http://www.igus.cz/wpck/2400/productoverview_iglidur?C=CZ&L=cs
bezobslužná – náplň maziva (tuk) samomazná – materiál obsahuje látky schopné snížit tření (grafit aj.)
Kluzná pouzdra kov, bimetal
Samomazná ložisková pouzdra Iglidur technologie výroby
Materiály bronz hliník polyacethalharz (POM-H) polyoxymethylen (POM-C) polyamid, -in (PA, PAI) teflon (PTFE) polyetheretherketon (PEEK) aj. Technologie spékání (syntrování) galvanické pokovení plátování Mohou nahradit valivá ložiska, jsou levnější, jednodušší.
Rozdělení valivých ložisek Podle tvaru valivého elementu
kuličková válečková a jehlová kuželíková soudečková
Podle dosednutí či počtu val. elementů v dráze • • •
obyčejná radiální s kosoúhlým stykem axiální
jednořadá dvouřadá víceřadá
Valivá ložiska jsou s bodovým kontaktem nebo s čárovým kontaktem val. elementů a drah. Val. ložiska hůře snášejí rázy (prudké změny zatížení), dochází k poškození elementů nebo drah.
Trvanlivost valivého ložiska je určována na základě jeho dynamické únosnosti C C / Fekv = { Lh . n / ( 500 . 33,33 ) }
m
životnost ložiska je dána počtem hodin Lh, zatížení určuje ekvivalentní síla Fekv = X . Frad + Y . Fax exponent m je 0,3 pro ložiska s čárovým kontaktem elementů a drah, 1/3 pro bodový kontakt, n je frekvence otáčení [ min-1 ]
součinitelé X a Y se stanoví podle poměru Fax / Frad a typu a velikosti ložiska
Valivá ložiska, jejich příslušenství aj. ložiska ložisk. tělesa hřídel. matice kladky kloubová ložiska kloubové hlavice těsnění nářadí
ZKL SKF FAG - INA
Valivá ložiska a ložisková tělesa
Klece valivých ložisek lisované (plech ocel, mosaz) masivní (mosaz, ocel, lehká slitina, polymer, fenol. prysk.) čepové Spojení nýty, deformací aj. Základní typy valivých ložisek
Lineární valivé uložení
klece čepové
lisované či nýtované plechové klece
masivní klece obráběné z mosazi, bronzu aj.
Některá zvláštní valivá ložiska Kuželíková
Utěsněná valivá ložiska – plechový labyrint proti prachu, pryžové těsnění přitlačené pružinou. Montáž a demontáž valivých ložisek – udržení čistoty, specielní nářadí (stahováky, hydraulické pomůcky pro nalisování a stahování - hydr. matice, pouzdra, čerpadla, induktory pro ohřev aj.). Mazání valivých ložisek – náplň mazacího tuku, olejová mlha aj. Montáž pomocí hydraulických matic, pouzder, drážek a hydraulického nářadí. http://www.skf.com/cz/products/index.html
http://www.fag.cz/content.schaeffler.cz/cs/products_services/products_services.jsp
Ložiskové kladky a pojezdová kola Mají vestavěná valivá ložiska nebo vloženy val. Elementy (možno i kluzná pouzdra).
-
kuličkové šrouby
ložiska kuličkové šrouby ložisk. tělesa hřídel. matice kladky kloubová ložiska kloubové hlavice těsnění nářadí
klíč na KM matice
hřídelové matice KM
kloubová ložiska
Technické prostředky spojené s valivými ložisky
Mobilní zařízení pro regeneraci maziv
filtrace odstranění produktů degradace maziv zbavení vody úprava vlastností
