Łożyska

Autor mechanika-obrobka.pl


Napisane 2017-09-30 21:08:45


Łożyska

Łożyska

W przypadku każdej z maszyn bardzo istotną kwestią jest zachowanie odpowiedniego położenia osi obrotu. W szczególności dotyczy to wałków i osi. I właśnie w tym celu, czyli zapewnieniu odpowiedniego położenia i możliwości obrotu elementów ruchomych względem nieruchomych stosuje się łożyska. Łożyska podczas pracy są obciążane siłami pochodzącymi z ciężaru wałów, elementów osadzonych czy działających na nie sił zewnętrznych. Znając podstawowe prawa fizyki, wiemy że każdej akcji towarzyszy reakcja. To znaczy, że łożyska wywierają na wał taką samą siłę jak wał na łożysko, tylko o przeciwnym kierunku działania.

Podstawowe cechy i wymagania od łożysk:

  • bardzo małe opory ruchu,
  • stabilna praca,
  • odporność na zużycie,
  • duża trwałość i niezawodność.

Podstawowym podziałem jest podział na łożyska ślizgowe i toczne. Wybór łożyska jest podyktowany wieloma czynnikami takimi jak warunki pracy łożyska, konstrukcja wału czy rodzaj smarowania. 

Łożyska ślizgowe

łożysko ślizgowe
Łożysko ślizgowe

W tego rodzaju łożyskach powierzchnia wału ślizga się po panewce lub bezpośrednio po otworze łożyska – występuje zjawisko tarcia ślizgowego - stąd też ich nazwa. Zastosowanie łożysk ślizgowych:

  • przy przenoszeniu bardzo dużych obciążeń,
  • w miejscach w których należy tłumić drgania,
  • przy bardzo dużych prędkościach obrotowych przy uzyskaniu tarcia płynnego,
  • w miejscach w których wymaga się cichobieżności,
  • w urządzeniach precyzyjnych (małe obciążenia).

W zależności od kierunku przenoszonych obciążeń wyróżnia się podział łożysk ślizgowych:

  • poprzeczne – stosowane do przenoszenia obciążeń prostopadłych do osi obrotu wału,
  • wzdłużne – stosowane do przenoszenia obciążeń działających zgodnie z kierunkiem osi obrotu wału.
  • poprzeczno-wzdłużne – stosowane do przenoszenia obciążeń w obu kierunkach.

zastosowanie łożyska ślizgowego
Schemat wykorzystania łożyska ślizgowego poprzecznego

Tarcie występujące pomiędzy panewką a czopem wału w dużej mierze zależy od materiału elementu łożyskowanego i samego łożyska, od ich zużycia, chropowatości powierzchni czy smarowania. Zbyt duże tarcie powoduje powstawanie coraz większych temperatur pracy co z kolei może wpływać na zbyt szybkie zużycie łożyska. Można rozróżnić tarcie suche, płynne i mieszane.

Tarcie suche cechuje się brakiem smarowania. W tarciu płynnym pomiędzy powierzchnią czopa a panewki występuje warstwa smaru lub gazu  W tarciu mieszanym powierzchnie współpracujące stykają się częściowo a w pozostałych miejscach są rozdzielone warstwą smaru lub gazu. W praktyce tarcia suchego się nie stosuje (zbyt szybkie zużycie łożysk) i dąży się do uzyskania tarcia płynnego, które wymaga utrzymania odpowiedniego ciśnienia smaru większego od nacisku czopa na panewkę.

W celu minimalizacji tarcia łożyska powinny być one odpowiednie smarowane lub powinna zostać utworzona odpowiednia warstwa nośna gazu co nie zawsze jest to możliwe, dlatego najczęście stosuje się powietrze. W zależności od sposobu podawania smaru lub gazu można wyróżnić łożyska w których smar (gaz) jest poddawany pod ciśnieniem i są to łożyska hydrostatyczne. Łożyska w których warstwa gazu/smaru powstaje w skutek pracy i wzajemnego poślizgu pomiędzy powierzchniami nazywane są łożyskami hydrodynamicznymi.

łożyska ślizgowe
Łożyska ślizgowe

Materiały z których wykonane są elementy współpracujące, czyli łożysko i wał, mają duży wpływ na działanie tego połączenia. Wały w dużym stopniu są wykonywane ze stali (o zbliżonych właściwościach) więc wybór materiału na panewki łożyska ma bardzo duże znaczenie. Od materiału stosowanego na panewki łożysk wymaga się między innymi odpowiedniej rozszerzalności cieplnej, odporności na korozję, małego tarcia, odporności na zatarcie czy wytrzymałości mechanicznej na działające obciążenia. Nie ma jednego materiału, który spełnia wymagane kryteria więc wybiera się te najbardziej dla nas (producenta łożysk) istotne. Najczęściej są to stopy łożyskowe – stopy cynkowe lub ołowiowe. Stosowane są również brązy odlewnicze, mosiądz czy stopy aluminium.

łożysko toczne wałeczkowe
Łożysko toczne wałeczkowe

Łożyska toczne

W tego rodzaju łożyskach pomiędzy współpracującymi powierzchniami pierścieni są umieszczone elementy toczne, które mogą mieć różny kształt np. łożyska toczne kulkowe. Nie występuje w nich tarcie ślizgowe tylko ruch toczny - eliminujemy tarcie, którego tak bardzo nie lubimy (w odniesieniu do ruchów w maszynach). 

Zastosowanie łożysk tocznych:

  • stosujemy tam gdzie zależy nam na bardzo małych oporach ruchu,
  • przy zmiennych prędkościach obrotowych współpracujących elementów,
  • gdy wymaga się niezawodności pracy i trwałości łożyska,
  • przy bardzo dużych prędkościach obrotowych,
  • przy częstych załączaniu i wyłączaniu obrotu elementu łożyskowanego.

Budowa łożysk tocznych jest dosyć prosta. Zbudowane są z pierścieni (zewnętrznego i wewnętrznego), elementów tocznych oraz koszyczka. Powierzchnie po których toczą się kulki lub wałeczki nazywane są bieżnikami. Budowę łożyska tocznego kulkowego przedstawiono poniżej.

budowa łożyska tocznego kulkowego

Budowa łożyska tocznego kulkowego – 1 – pierścień zewnętrzny, – 2 pierścień wewnętrzny
3 – obejma wianka, 4 – osłona, 5 – kulki, 6 – nit łączący,
D1 – średnica wewnętrzna,
 
D2
– średnica zewnętrzna, H – szerokość

Istnieją również łożyska walcowe i igiełkowe bez koszyczka lub pierścieni wewnętrznych. Wtedy bieżnią jest powierzchnia wału. Pierścień zewnętrzny łożyska jest osadzony w gnieździe korpusu lub oprawy łożyska, a wewnętrzny na wale. Koszyczek służy do odpowiedniego - równomiernego rozmieszczenia elementu tocznego. Kontakt elementów tocznych na charakter prawie punktowy, a to powoduje powstawanie bardzo dużych sił jednostkowych. Dlatego od materiału zastosowanego na elementy toczne i pierścienie wymaga się bardzo dużej twardości i odporności na ścieranie. Koszyczki wykonuje się z tworzyw sztucznych lub stali, mosiądzu, brązu.

Można wyróżnic rodzaje łożysk tocznych:

  • poprzeczne,
  • wzdłużne,
  • skośne.

Podział ten, tak jak w poprzednim przypadku jest podyktowany kierunkiem przenoszonych obciążeń. W rzeczywistości jednak, łożyska poprzeczne mogą przenosić obciążenia wzdłużne. Łożyska skośne są łożyskami specjalnymi, które stosuje się do przenoszenia obciążeń wzdłużnych i poprzecznych, w których kąt działania jest mniejszy od 45 stopni.

rodzaje łożysk tocznych

Podział łożysk tocznych: A – poprzeczne, B – wzdłużne, C – skośne

Można rozróżnić również podział ze względu na element toczny. Przykładowe rodzaje łożysk tocznych pokazano poniżej.

rodzaje łożysk tocznych

A – kulkowe zwykłe, B – skośne dwurzędowe, C – walcowe, D –  igiełkowe, E – baryłkowe wzdłużne.