Tribotechnické listy

 

 

Trenie, ložiská a ich mazanie

Strojové časti, mobilná technika, zariadenia priemyselnej výroby, poľnohospodárskej produkcie, stavebníctva, zdravotnícke prístroje a zariadenia uľahčujúce človeku život vyrobené z kovu pozostávajú z mnohých súčiastok. Pri ich vzájomnom pohybe sa dotýkajú v trecích uzloch. Ich zložitosť je rôzna - je poväčšine závislá od konštrukcie, náročnosti technologického procesu, materiálov, rýchlosti pohybu strojových častí, prostredia, makro alebo mikrotechnológie, fyzikálnych pomerov a v neposlednom rade aj od faktorov, ktoré ovplyvňuje človek.

 

Od vzniku priemyselnej výroby a rozvoja dopravy od prvopočiatku po súčasnosť zdokonaľovaním výrobných zariadení a dopravných prostriedkov rástla zložitosť techniky a tým i nároky na faktory ovplyvňujúce styk trecích dvojíc.

Obr.1

 

Trenie

Podľa typu vzájomného pohybu rozlišujeme trenie klzné a valivé. Tieto sú charakterizované ako vonkajšie trenie. Okrem toho sa zúčastňuje trecieho procesu aj vnútorné trenie, prebiehajúce v materiálových vrstvách. Klzné trenie je výsledkom vzájomného posuvu dvoch povrchov. Podstatu týchto procesov vystihujú zákonitosti klzného trenia, ktoré boli sformulované v minulých storočiach. Klzné trenie sa prejavuje svojimi účinkami vo forme trecej sily, trecieho momentu a mechanickej trecej energie. Spotrebovaná energia sa pri trecom procese transformuje najmä do tepla, deformačných procesov, opotrebenia (tvorby nových povrchov), štruktúrnych zmien, chemických reakcií a emisií produktov opotrebenia.
Človek už dávno prišiel na to, že procesy trenia a opotrebenia povrchov trecích dvojíc môžu byť účinne eliminované ich oddelením vrstvou maziva s vhodnými šmykovými vlastnosťami, ktorá bráni ich kontaktu počas ich vzájomného klzného alebo valivého pohybu. Tento proces nazývaný tiež mazanie je jedným z najúčinnejších prostriedkov na znižovanie trenia a jeho nepriaznivých dôsledkov - opotrebenia.
Trecie stavy, rozlišované v závislosti od prítomnosti maziva a hrúbke mazacieho filmu, charakterizuje Stribeckov diagram (obr.1).

Z diagramu je zrejmá závislosť koeficienta trenia na suchom (bez prítomnosti maziva) trení, zmiešanom trení a kvapalinovom trení.
Pri suchom trení (obr.2a) sa dotýkajú povrchy nerovností trecích telies. Fyzikálno-chemické interakcie medzi trecími povrchmi sú pre trecí koeficient určujúce.
Ak sa medzi trecími povrchmi nachádza mazadlo, pričom hrúbka olejového filmu je menšia ako výška vrcholkov nerovností trecích povrchov, k oddeľovaniu trecích povrchov dochádza len čiastočne (obr.2b), pretože súčasne sa dotýkajú aj vrcholky nerovností (dochádza k tzv. medznému treniu). Toto trenie je preto charaktrerizované ako zmiešané.
Ak je vrstva mazacieho filmu hrubšia ako výška vrcholkov nerovností trecích povrchov (obr.2c), dochádza k ich úplnému oddeleniu vrstvou mazadla a tým k tzv. kvapalinovému treniu.

 

 

Najžiadúcejším z hľadiska eliminácie opotrebenia pri trení sa preto javí kvapalinové trenie, ktoré sa delí na tri skupiny:
- hydrostatické
- hydrodynamické
- elastodynamické

Valivé trenie sa uplatňuje pri valivom pohybe jedného telesa po inom telese. Prevedením klzného trenia na valivé sa odpor proti pohybu zvyčajne výrazne zníži, nakoľko sa telesá nedotýkajú celými povrchmi, ale len malými plochami (poväčšine kruhového, obdĺžnikového tvaru).

 

Ložiská

Sú to konštrukčné prvky, zabezpečujúce vzájomnú polohu pevných a otáčajúcich sa súčiastok a prenášajúce zaťaženie hriadeľa na ostatné časti stroja. Trenie vzniká mezi pohybujúcimi sa plochami hriadeľa a ložiska.

Podľa pohybu, ktorý je používaný na prenos zaťaženia, sa ložiská sa delia na:
- klzné - medzi plochami je len tenká vrstva mazadla
- valivé - medzi pevnou a pohyblivou plochou sa odvaľujú vložené valivé telesá (guľky, valčeky, ihly, súdky, kuželíky ...)

 

Klzné ložiská

Proces trenia v klznom ložisku charakterizujú tri rozdielne podmienky:
kvapalinové trenie - mazadlo celkom oddeľuje kĺzajúce sa plochy
- hydrodynamické mazanie - čerpacím účinkom klzných plôch klinovitého tvaru pod čapom pri minimálnej klznej rýchlosti 0,5 m.s-1
- hydrostatické mazanie - účinkom hydrostatického tlaku mazadla privádzaného medzi klzné plochy
medzné (polosuché) trenie - na vrcholoch nerovností vzniká dotyk klzných plôch
suché trenie - klzné plochy sú suché, nenamazané.

Prirodzeným dôsledkom polosuchého a suchého trenia je opotrebenie klzných plôch. Preto by klzné ložiská nemali trvale pracovať v oblasti týchto trení.
Hydrodynamickým mazaním dochádza k nadnášaniu otáčajúceho sa hriadeľa v puzdre na tenkej vrstve oleja, ktorá oddelí hriadeľ a puzdro. Zvyčajne v mazanom mieste nevzniká vysoká teplota, pokiaľ neklesne rýchlosť a nestúpne zaťaženie v takej miere, že dôjde k prerušeniu olejového filmu, následne styku pohybujúcich sa plôch a tým k zmenám v povrchových vrstvách vzájomne sa dotýkajúcich materiálov a zadretiu ložiska. Olejový film musí mať zodpovedajúcu hrúbku, čo je zabezpečené výberom vhodnej viskozity oleja pri daných otáčkach, rozmeroch ložiska a zaťažení. Pri hydrostatickom mazaní je hriadeľ v puzdre nadnášaný tlakom mazadla privádzaného medzi klzné plocha olejovým čerpadlom. Podstatný význam má pri nábehu a dobehu vysoko zaťažených ložísk veľkých priemerov.

Materiály klzných ložísk sú:
- sivá liatina, zliatiny medi (cínový, olovený bronz), ložisková kompozícia na báze cínu a olova, hliníkové zliatiny, spekaný bronz, plasty (PTFE, polyamid), guma
Požiadavky na materiál klzných ložísk sú odolnosť proti zadieraniu, oteruvzdornosť, nízke hodnoty súčiniteľa trenia, zaťažiteľnosť, dobrá tepelná vodivosť, malá tepelná rozťažnosť, dobrá zmáčavosť mazadlom, cena a i.

Konštrukcia klzných ložísk
Funkčnou časťou klzného ložiska je puzdro, väčšinou valcovitého tvaru, je buď delené alebo celé z ložiskového kovu ako valcové a prírubové, spekané zo spekaných kovov ako valcové, prírubové a guľkové. Panva je valcovitého tvaru, rozdelená v osi rovinou na dve polovice, býva bimetalová hrubostenná liatinová a lebo tenkostenná oceľová. Puzdra, panvy alebo segmenty sú vkladané do telesa ložiska zo sivej liatiny, z ocele na odliatky alebo zváraného z oceľových dielcov.
Klzné ložiská sa bežne vyhotovujú pre rýchlosti 70 až 80 m.s-1 , špeciálne pre rýchlosti až 100 m.s-1 .
Valivé ložiská sa delia na radiálne (zaťaženie pôsobí na os hriadeľa kolmo), axiálne (zaťaženie pôsobí v smere osi hriadeľa) a kombinované (na os hriadeľa pôsobí súčasne radiálne i axiálne zaťaženie). Valivé ložiská s bodovým stykom (guličkové) sú vhodné pre malé a stredné zaťaženia, ložiská s priamkovým stykom (valčekové, ihlové, súdkové kuželíkové a i.) na vysoké zaťaženia.

 

Konštrukcia uloženia valivých ložísk

V konštrukcii uložení sa používajú v zásade dve ložiská na podopretie a zabezpečenie hriadeľa v radiálnom a axiálnom smere: pevné a voľné ložisko. Pevné ložisko (axiálne vodiace) prenáša radiálne zaťaženie a zabezpečuje axiálne vedenie v oboch smeroch. Voľné ložisko (axiálne voľné) prenáša iba radiálne zaťaženie a umožňuje pohyb v axiálnom smere. Uloženia bývajú systematicky usporiadané v katalógoch alebo príslušnej literatúre.

 

Výhody a nevýhody klzných a valivých ložísk

Klzné ložiská

- výhody: nízka cena, znesú nárazy a preťaženia, ľahká montáž a demontáž, umožňujú presné uloženie hriadeľa, majú pokojný a tichý chod, pri práci v oblasti kvapalinového trenia je ich opotrebenie nulové
- nevýhody: straty trením pri rozbehu a dobehu, menšia účinnosť, väčšia spotreba maziva, zadierajú sa pri nedostatočnom mazaní

 

Valivé ložiská

- výhody: pomerne malé rozmery a hmotnosť, použitie aj pri vysokých otáčkach, jednoduchá obsluha, malá spotreba maziva, straty trením sú nízke
- nevýhody: nie sú vhodné pre veľmi vysoké obvodové rýchlosti, sú hlučné, nemajú schopnosť tlmiť vibrácie

 

Mazanie ložísk

Úlohou mazadla je znížiť trenie, zabrániť opotrebeniu a korózii a chrániť ložisko pred vniknutím tuhých a kvapalných nečistôt prípadne odviesť z ložiska vzniknuté teplo. Správnym mazaním ložiska je možné dosiahnuť jeho maximálnu životnosť.

Mazanie plastickým mazivom
Plastickým mazivom sa mažú ložiská pracujúce pri normálnych frekvenciách otáčania a teplotách. Oproti olejom vystačí plastické mazivo s jednoduchšou a lacnejšou konštrukciou, má tesniace účinky a lepšiu priľnavosť, nevyteká z ložiska, vyžadujú nenáročnú obsluhu. Nevýhodou je väčšie trenie, nečistoty zostávajú v ložisku. Plastickým mazivom sa maže asi 90 % všetkých ložísk.
Kritériami na výber správneho maziva je typ a veľkosť stroja a ložiska, prevádzková teplota, zaťaženie, otáčky, prevádzkové podmienky (napr.vibrácie, orientácia hriadeľa...), chladenie, účinnosť tesnení a okolité vplyvy (prostredie).
Dôležité zásady pri mazaní plastickým mazivom:
- správny výmer maziva
- správne načasovanie (po montáži ložiska)
- správne množstvo (optimálne množstvo v ložisku)
- správny domazávací interval

 

Mazanie olejom

Mazanie ložiska olejom je používané, ak frekvencia otáčania alebo prevádzkové podmienky nedovoľujú použiť plastické mazivo alebo ak treba z ložiska odvádzať teplo. Používa sa i vtedy, keď to vyžadujú ďalšie časti mazaného zariadenia (ozubenia, klzné ložiská a pod.)
Dôležitým kritériom pre výber správneho oleja je kinematická viskozita pri pracovnej teplote. Pre výber správneho oleja slúžia príslušné diagramy, v praxi je prepísaný olej uvedený v technickej dokumentácii zariadenia.
Človek sa teda naučil používať mazadlo ako médium oddeľujúce trecie dvojice. Dnešné mazadlá musia účinne mazať, chladiť, chrániť pred koróziou, udržiavať trecie uzly v čistote, tesniť a zároveň nepoškodzovať materiály, z ktorých je zariadenie zložené. Ich úloha je teda okrem zníženie trenia aj ochranná a pri mazaní ložísk zatiaľ nezastupiteľná.
Mazadlá - t.j. mazacie oleje a plastické mazivá - sú okrem dopravy najviac využívané v priemyselnej výrobe. Vývinom nových technológií, materiálov a pod tlakom obmedzených surovinových zdrojov speje vývoj k eliminácii až úplnému obmedzeniu používania mazacích médií vyrobených na báze ropy ako prostriedkov mazania a fungovania tribologických systémov. V najbližších troch desaťročiach k tomu ale pravdepodobne úplne nedôjde.

 


Spracoval: Ing.Ľubomír Václav, MOGUL SLOVAKIA, s.r.o.

 

 

 

Späť

Komentáre k článku | Pridať komentár

milan kovac (15.05.2017)

Kupil som kolesa na cirkular s klznymi loziskami puzdra su brondzove. Cim ich mam premastit?

fero32 (17.03.2013)

dakujem

 

Pridať komentár

* :
* :
* :
2 + 6 =
Odoslanie formulára

TriboTechnika 4/2019

TriboTechnika_4_2019 by TechPark Vydavatelstvo on Scribd