Tribotechnické listy

 

 

Materiály, použití a návrh kluzných ložisek

Návrh, výpočet a výroba kluzných ložisek není zcela jednoduchou záležitostí. Problematikou komplexních služeb v oblasti výroby a oprav kompozicových kluzných ložisek se více něž 10 let zabývá společnost GTW BEARINGS, s. r. o.

Pro správný návrh materiálu kluzného ložiska je třeba vzít v úvahu kromě provozních podmínek ložiska i stavy jako jsou např. doba rozběhu a doba doběhu, kdy ložisko pracuje při nižších rychlostech. Někdy označujeme tyto stavy jako nouzové. V této oblasti jsou ložiska náchylná k zadírání, znečišťování maziva nečistotami apod. Proto musí mít kluzné materiály některé vlastnosti, které rozhodují o vhodném použití. Mezi tyto vlastnosti patří především odolnost proti zadírání, přilnavost k oleji, zatížitelnost, únavová pevnost a korozivzdornost.

 

K základním ložiskovým kovům patří kompozice, bronzy, slitiny hliníku, teflon atd. V následující tabulce jsou uvedeny nejpoužívanější materiály.

 

Materiál

Dovolený tlak

Přípustná teplota

MPa

běžný

krátkodobý

°C

Kompozice

cínová

15

30

110

olověná

12

25

100

Bronz

cínový

25

52

250

cínoolověný

18

36

220

olověný

18

36

160

Slitiny hliníku

30

50

120

Teflon

10

100

150

Vrstvený textil

-

12

90

Polyamid

0,5

5

110

Základní přehled ložiskových materiálů [1]

 

Kompozicové materiály pro kluzná ložiska můžeme rozdělit na cínové a olověné slitiny. Tyto materiály mají především dobré nouzové vlastnosti, odolnost proti zadírání, jímavost cizích částic. Cínové kompozice jsou korozivzdorné. U olověných kompozic je třeba přidávat do olejů antikorozní aditiva. Kompozice se vyznačují nízkou pevností, únavovou pevností a malou tepelnou odolností tj. maximální provozní teplota kompozice je cca 100°C. Cínovými a olověnými kompozicemi se většinou vylévají ložiska a ložiskové pánve dvěma metodami. První je statická metoda tzv. metoda statického lití. Jedná se o vylévání kompozice na základní materiál (ocelové těleso) staticky. Druhá metoda, označovaná jako tzv. odstředivé lití, je vylévání základního materiálu kompozicí ve speciálním stroji v tzv. odstředivce. Zde dochází díky odstředivé síle k výrazně lepšímu spojení roztavené kompozice a základního materiálu. Vedle výše uvedených metod, lze kompozicové materiály navařovat na základní materiál speciální technologií. V následující tabulce je přehled nejpoužívanějších cínových a olověných kompozic a jejich složení.

 

 

Označení

Chemické složení %

Sn

Sb

Cu

Pb

Ostatní

WM 80

80 ± 1

12 ± 1

6 ± 1

2 ± 1

-

GTW 80

Tego V738

80,5 ± 0,5

12 ± 1

5,5 ± 0,5

< 0,06

2

GTW V80

Tegotenax V840

89 ± 1

7,5 ± 0,5

3,5 ± 0,5

< 0,06

-

GTW 89

Tegotenax S

88 ± 1

7,5 ± 0,5

3,5 ± 0,5

< 0,06

1

GTW V90

Stanit

86 ± 2

10 ± 1

3 ± 1

< 0,5

0,2

ČSN423753

Thermit

6 ± 1

15 ± 1

1 ± 0,2

76 ± 3

2

GTW V6

Asmit

6 ± 0,5

14 ± 1

0,7 ± 0,3

78 ± 2

1

ČSN423721

Přehled cínových a olověných kompozic a jejich složení [2]

 

Cínové, cínoolověné a olověné bronzy se vyznačují vyšší pevností vyšší únavovou pevností, vyšší tvrdostí a vyšší tepelnou odolností. Z hlediska nouzových vlastností jsou o něco horší než kompozice. Slitiny hliníku společně s cínem, mědí, zinkem či křemíkem mají vysokou únavovou pevnost, dobrou tepelnou vodivost a korozivzdornost. Oproti tomu mají špatnou jímavost cizích částic a nouzové vlastnosti jsou horší. Nekovové ložiskové materiály a především plasty jsou korozivzdorné, a to nejen proti minerálním olejům, ale i proti agresívním kapalinám. Některé plasty snášejí poměrně vysoké teploty a nevyžadují mazání. Jeden z nejznámějších plastů je polytetrafluoretylén označovaný jako teflon. V poslední době se velmi rozvíjí termoplasty jako materiál pro ložiska. Mezi nejpoužívanější termoplasty patří např. polyfenylensulfid (označovaný PPS), polyetheretherketon (označovaný PEEK) a polyamid (označovaný PA).

 

Společnost GTW Bearings, s. r. o. je specializovaná na kluzná ložiska na bázi cínových a olověných kompozic.

 

Radiální kluzná ložiska používaná v řadě strojů jako např. v motorech, v generátorech, v parních turbínách, v expanzních turbínách, v kompresorech, ve vysokorychlostních pumpách, v převodovkách, v turbokompresorech, v rychloběžných převodovkách, v lodních motorech a pro uložení vřeten obráběcích strojů. Pro správné navržení kluzného ložiska je zapotřebí vzít v úvahu druh stroje, pro který je ložisko určeno, měrné zatížení, obvodovou rychlost hřídele, tuhost, útlum, vstupní tlak a teplota oleje, provozní teplotu ložiska, viskozitu oleje a vhodnou geometrii tzn. vnitřní profil ložiska. Provedení vnitřního profilu můžeme rozdělit na: válcová, citronová (někdy označovaná jako dvouplochá nebo dvouklínová), 3-lobe (někdy označovaná jako tříplochá nebo trojklínová), 4-lobe (někdy označovaná jako čtyřplochá nebo čtyřklínová), offset (někdy označovaná jako přesazená), double offset (někdy označovaná jako dvojnásobně přesazená), se 4-naklápěcími segmenty (někdy označovaná 4-tilting pad) a s 5-naklápěcími segmenty (někdy označovaná jako 5-tilting pad). V následující tabulce je přehled nejpoužívanějších vnitřních profilů a jejich doporučené použití.

 

 

Provedení

Oblast použití

Provedení

Oblast použití

Válec

převodovky, parní turbíny, elektrické motory, generátory

Citron

převodovky, parní turbíny, elektrické motory, generátory

3-Lobe

obecně pro malé průměry hřídelů s vysokými otáčkami

turbodmychadla

4-Lobe

vysokorychlostní pumpy, převodovky, expanzní turbíny, turbíny chlazení, vřetena obráběcích strojů

Offset

převodovky, parní turbíny

Double Offset

převodovky, parní turbíny

4-Segmenty

převodovky, parní turbíny, jednohřídelové kompresory

5-Segmentů

rychloběžné převodovky, turbokompresory, parní turbíny, plynové turbíny

Přehled vnitřních profilů hydrodynamických ložisek jejich použití [3]

 

Vedle zmíněných materiálů a vnitřních profilů ložisek je řada dalších faktorů ovlivňující chod kluzných ložisek. Mezi tyto faktory patří provozní podmínky jako např. zatěžující síla, průběh tlaku v ložisku, otáčky hřídele, relativní ložisková vůle, provozní teplota, druh maziva resp. jeho viskozita, požadované hodnoty útlumu a tuhosti a mnoho dalších faktorů. Zpočátku se veškeré výpočty prováděly ručně, což bylo časově velmi náročné. V současné době již existuje řada výpočtových a simulačních programů, které nám návrh a výpočet ložisek podstatně urychlí.

 

 

Průběh tlaku u hydrodynamického ložiska [4]

 

Na následujícím obrázku je znázorněno radiální kluzné ložisko s pěti naklápěcími segmenty, které se vyznačuje vysokými hodnotami tuhosti, útlumu a schopností přenášet velká zatížení při vysokých otáčkách.

 

 

Radiální ložisko s 5 naklápěcími segmenty [2]

 

Maximální hodnoty měrného tlaku tohoto ložiska mohou dosáhnout 3,5 MPa a maximální obvodové rychlosti až do 150 m/s. Z těchto důvodů se uvedená ložiska používají u rychloběžných převodovek, turbokompresorů, plynových a parních turbín.

 

 

Ing.Jiří Novotný, jirnovot@kks.zcu.cz, ZČU Plzeň, Katedra konstruování strojů

 

Späť

TriboTechnika 4/2019

TriboTechnika_4_2019 by TechPark Vydavatelstvo on Scribd