Témata
Reklama

Kluzná ložiska ze spékaných kovů

07. 11. 2001

Spékaná ložiska jsou vyráběna technologií práškové metalurgie. Jedná se o postup, jehož výchozí surovinou je speciální kovový prášek se složením voleným podle požadovaných vlastností konečného produktu.

Pro výrobu ložisek ve firmě Schunk se používají prášky na bázi oceli nebo bronzu, jako příměsi slouží měď nebo uhlík. Tento prášek je za studena lisován ve formách z oceli nebo tvrdokovu, a dostává tak konečnou formu - požadovaný tvar ložiska. Lisování se děje tlaky mezi 1,5 a 4 t/cm2. Po něm následuje proces spékání, při němž je výlisek pod redukční ochranou atmosférou podroben teplotnímu ošetření, kdy dochází k difuzi v místech kontaktu částic prášku a k vytvoření pevné kovové masy. Přitom je cíleně řízena porozita materiálu. Aby bylo dosaženo požadované rozměrové přesnosti a kvality povrchu, je zpravidla ještě nutný proces kalibrace. Následně po něm jsou ložiska impregnována olejem a takto ošetřená jsou hotovým dílcem připraveným pro zástavbu do zařízení.
Reklama
Reklama
Reklama

Jak pracují kluzná ložiska

V klidu se hřídel, která je v ložisku uložena, nachází v rámci volnosti v excentrické poloze. Přitom je vzniklá mezera z velké části zaplněna olejem. Pokud je nyní hřídel uvedena do pohybu, rozloží se jí unášený mazací prostředek rovnoměrně do úzké štěrbiny. V závislosti na obvodové rychlosti dochází ke vzniku tlaku, který způsobí "plutí" hřídele a tím její oddělení od těla ložiska. Uložení tedy pracuje hydrodynamicky. Vzniklý přetlak na straně zátěže ve spojení s nízkým tlakem na straně maximálního otevření mazací štěrbiny má za následek kruhové proudění oleje tělem ložiska.
Koeficient tření kluzného uložení závisí na obvodové rychlosti hřídele. Křivka závislosti začíná při nulové rychlosti nejvyšší hodnotou tření, kontaktním třením. S rostoucí rychlostí je překonávána oblast hraničního tření, kdy jsou díly v intenzivním metalickém kontaktu, a následně přechází v oblast smíšeného tření, přibližně při obvodové rychlosti 2 až 5 cm.s-1, v níž dochází jak ke kontaktnímu, tak i k plovoucímu tření. Při provozu v tomto režimu je nutno zpravidla počítat s nižšími životnostmi. Nejnižší koeficient tření ložiska je při přechodové obvodové rychlosti, v bodě jinak nazývaném jako doznívací bod. Od tohoto bodu dochází při dalším zvyšování rychlosti k oddělení hřídele a ložiska hydroskopickým mazacím polštářem. Vytvoření tohoto nosného olejového filmu lze experimentálně dokázat. Firma Schunk má k tomu zaveden postup, při kterém se používá stejnosměrné napětí o výši 5 a 10 mV a vyhodnocuje se změna napětí mezi hřídelí a ložiskem v závislosti na jeho různých provozních režimech. Obzvláště vhodný je tento kontrolní postup pro sledování zabíhání u nových ložisek.

Záběh a způsoby zatížení

Zjistitelný metalický kontakt dílů během záběhu má více důvodů. Nejprve jsou při záběhu odbourány jemné mikroskopické rozdíly mezi hřídelí a ložiskem. Dále jsou u nového ložiska otevřené póry třením kovových dílů částečně uzavřeny, a tím se zlepší schopnost ložiska tvořit olejový film - vytvoří se takzvané nosné zrcadlo.
V celé řadě aplikací, zvláště pak u vysokootáčkových motorů, dominuje jako radiální zatížení zbytková nevyváženost rotoru. Vytváření kluzného olejového filmu je ovlivněno rotujícím vektorem odstředivé síly. Ještě složitější situace nastane, pokud kluzné ložisko rotuje, například zastříknuté do plastového zubového kola, kolem pevně stojící hřídele. Zde je tvorba filmu ztížena navíc dodatečným odnášením mazacího prostředku z místa kontaktu. Podle způsobu zatížení rozlišujeme následující případy:
  • konstantní vektor radiálního zatížení (radiální zatížení například u ložisek kol zubových řemenů);
  • vektor radiálního zatížení směrově nestacionární (například u ventilátoru s vertikálně uloženou hřídelí, zbytková nevyváženost rotoru);
  • ložisko rotuje kolem pevné hřídele (například u převíjecího zařízení ve videorekordérech).
  • Pro srovnání těchto typů zatížení můžeme zhruba odvodit (samozřejmě velmi zjednodušeně) srovnání životností za jinak stejných podmínek: 1. případu odpovídá životnost 10 000 h, 2. případu životnost 1000 h a 3. případu životnost 100 h. Tato čísla mají pouze demonstrovat, že způsob nasazení ložiska má zásadní vliv na životnost celého systému. V praxi se velmi často vyskytuje kombinace 1. a 2. případu, kdy při vodorovném uložení hřídele je hmotnost rotoru statickou a jeho zbytková nevyváženost dynamickou složkou zatížení.

    Mazací prostředky

    Chování ložiska závisí nejen na kluzné rychlosti, specifickém zatížení nebo na použitelném materiálu, to znamená jeho hustotě, struktuře pórů, ale i na vlastnostech mazacího prostředku. Mazadlo musí být vybráno s ohledem na jeho speciální tribologické vlastnosti (např. viskozita, rozsah teplot, chování při styku s plasty). Mimoto je třeba vzít v úvahu i dodatečné zatížení způsobené provozními a zástavbovými poměry (jako prašnost, kmitání, agresivní média atd.). Proto jsou využívány oleje jak minerální nebo syntetické, tak i velmi nákladné speciální mazací směsi. Vhodnou volbou oleje lze dosáhnout provozních teplot uložení v rozsahu -30 až +100 °C, v extrémních případech až 250 °C. V posledních letech převažuje použití syntetických olejů, u nichž je možno jejich vlastnosti optimálně přizpůsobit konkrétní aplikaci. Vyznačují se vysokou čistotou, odolností proti stárnutí, dobrou teplotní zatížitelností a příznivou závislostí viskozity na teplotě. Při obzvláště vysokých nárocích (vysoké teploty, přítomnost agresivních médií atd.) lze sáhnout k použití velmi drahých fluorsilikonových olejů. V takovémto případě však může být mazací prostředek i mnohonásobně dražší než vlastní tělo ložiska.

    Hřídele pro kluzná ložiska

    Jako materiály vhodné pro hřídele se osvědčily legované i nelegované zušlechtěné oceli (DIN 17 200) ve formě tvrzené i netvrzené. Drsnost povrchu by měla ležet mezi Rz 0,3 a 0,8 ?m. Při vyšších nárocích na kvalitu uložení se pak používají tvrzené hřídele (> 50 HRC) s drsností povrchu Rz < 0,5 ?m. Přesnost hřídele by neměla překročit toleranční pole IT 2. Pokud nemohou být tyto požadavky dodrženy, je potřeba počítat s vyšším opotřebením, teplotou (s negativním vlivem na mazací prostředek) a zvýšenou hlučností, což souhrnně znamená nižší životnost. Doporučené nasazení pro standardní ložiska Schunk s tolerancí otvoru G7 nebo H6 zohledňují deformaci ložisek způsobenou zalisováním do skříněk.

    Provedení ložisek a dvojité ložisko Schunk

    Ložiska ze spékaných kovů lze, pokud jde o velké série, vyrábět velmi ekonomicky v nejrůznějších rozměrech, provedeních a tolerancích. Firma Schunk nabízí pro malé série standardní sortiment válcových, přírubových a kulových ložisek ze spékaného bronzu. Při větších sériích jsou pak na přání zákazníka vyráběna ložiska téměř libovolných tvarů za použití širšího spektra materiálů se zohledněním zákaznických požadavků.
    Zvláštní formou ložiska je dvojité ložisko (DBP), které v aplikaci principiálně nahrazuje dvě kulová ložiska se společnou zásobou maziva. Tato konstrukce je patentově chráněna v celé řadě zemí. Výhod tohoto provedení je několik:
  • jedná se o jednodílné ložisko se dvěma běžnými plochami a malým vnitřním odsazením. Proto nedochází při zalisování k problémům spojeným s deformováním hran;
  • má malé hodnoty tření při stejně dobrém vedení hřídele, což je velmi důležité pro zařízení napájená z baterií;
    1. průměr vrtání provozního místa zůstává po zalisování nezměněn;
    2. je možno exaktně vypočítat provozní volnost ložiska;
    3. nejsou nutné žádné zkoušky zalisování;
    4. jsou přípustné větší tolerance vrtání místa zalisování. Odchylky vrtání skříně se po zalisování neprojeví negativně na deformaci kontaktního povrchu ložiska.

    Zabudování ložisek

    Válcová a přírubová ložiska bývají zpravidla zabudovávána zalisováním za použití trnu z tvrdokovu. Přitom je dosaženo dostatečné pevnosti upevnění. Pokud takto dosažená pevnost nevyhovuje, je možno při sériové výrobě zahrnout do konstrukce ložiska pojistky proti protočení.
    Nasazení kulových ložisek naproti tomu umožňuje automatické natočení vrtání ložiska podle osy hřídele. Toto je zaručeno použitím sférického nebo kónického uložení, ve kterém je ložisko fixováno svíracími brýlemi. Přitom je potřeba zajistit, aby sevření zabraňovalo spoluotáčení ložiska společně s hřídelí, na druhou stranu však musí být umožněno stavění ložiska podle působící radiální síly (například tíhou rotoru, tahovou silou řemenového pohonu a podobně). I zde lze podle naší zkušenosti doporučit na požádání specifické hodnoty.
    Jinými metodami zabudování kluzných ložisek do zařízení je jejich vlepení nebo zastříknutí. Pokud jsou vlepována, jsou používána jednosložková lepidla na umělohmotné bázi. Předtím však musí být ložiska napuštěna, jinak dojde k tomu, že je lepidlo nasáno póry v materiálu a nedostatečně spojí lepené plochy. Při zalévání do kovů nebo při obstříknutí plasty je nutno zohlednit teplotu, které je při tomto procesu ložisko vystaveno. Na základě toho je nutno zpracovávat buď napuštěná, nebo nenapuštěná ložiska.

    Další výrobky práškové metalurgie

    Firma Schunk využívá stejnou technologii, jakou jsou vyráběna kluzná spékaná ložiska, i pro výrobu formovaných dílů - geometricky složitých přesných dílů, které by jinak bylo možno vyrábět pouze nákladným obráběním. Pokroková metoda MIM jde ještě dále a umožňuje z podobných prášků vyrábět díly ještě složitější. Co se týče možné geometrie dílů, prakticky se vyrovná možnostem vstřikování plastů, neboť má podobná konstrukční doporučení, s tím rozdílem, že výsledný výrobek má pevnosti a vlastnosti kovů. Několik příkladů je uvedeno na obrázku 6.
    Reklama
    Vydání #11
    Kód článku: 11138
    Datum: 07. 11. 2001
    Rubrika: Trendy / Ložiska
    Autor:
    Firmy
    Související články
    Monitoring stavu ložisek zlepšuje proces broušení

    Sledování stavu ložisek není jen způsob, jak včas zjistit potřebu jejich výměny, ale také způsob, jak si udělat obrázek o stavu celého stroje nebo zařízení. Pro ilustraci výhod služby CMS (Condition Monitoring Service) od firmy NSK budou uvedeny dva příklady jejího využití pro brousicí stroje.

    Optimalizace péče o ložiska zabraňuje odstávkám výroby

    Ložiska jsou vysoce namáhanými součástmi pohonů, které v průběhu času podléhají opotřebení. S ohledem na to je zvláště důležité zahrnout je do plánů údržby, protože tato strategie pomáhá prodloužit životnost strojů nebo zařízení.

    Projekt výrobní linky pro inovovaná ložiska do převodovek Porsche

    V souvislosti s vyššími požadavky odběratelů v automobilovém průmyslu na nižší výslednou hlučnost pro pasažéry plánuje olomoucký závod na výrobu ložisek Koyo Bearings zavedení technologických změn. Konkrétně se jedná o nákup nové linky, která umožní implementaci technologie vysoce přesných dokončovacích operací, mezi něž patří soustružení „za tvrda“, broušení a superfinišování pro ložiskové kroužky nově vyvinuté řady ložisek LNT (Low Noise Transmission).

    Související články
    Repase ložisek jako součást cirkulární ekonomiky

    Během několika posledních let se o konceptu tzv. cirkulární ekonomiky hodně mluví. Je naprostým opakem ekonomiky lineární, ve které se získané zdroje použijí do produktů a nakonec vyřadí. Cílem cyklické alternativy je ekonomická produkce méně závislá na využívání zdrojů. Zaměřuje se na menší spotřebu materiálu, větší využití výrobků a lepší recyklaci materiálů.

    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Související články
    Velmi přesná profilová lineární vedení s oběhem kuliček

    Nová šestiřadá profilová lineární vedení s oběhem kuliček KUSE X-life jsou důkazem toho, že i v případě osvědčeného produktu lze dosáhnout dalších velkých pokroků ve vývoji. Nová lineární vedení značky INA z koncernu Schaeffler jsou tak přesná a mají natolik klidný chod, že je lze použít dokonce i v měřicích strojích.

    Nová radiální kuličková ložiska

    Společnost Schaeffler prostřednictvím vysokých investic do výrobních kapacit určených pro radiální kuličková ložiska FAG generace C výrazně rozšiřuje svou obchodní nabídku v oblasti standardních valivých ložisek. Díky zdokonaleným vlastnostem produktů, nové logistické koncepci a optimalizovanému poměru ceny a výkonu jsou tato úspěšná radiální kuličková ložiska ještě atraktivnější.

    Lineární vedení v robotizovaných svařovacích linkách

    Výrobce dílů svařovaných z plechů hledal řešení, jak prodloužit krátkou životnost pohonů a vodicích prvků svých automatizovaných svařovacích zařízení, neboť lineární vedení robotizované svařovací pistole v jedné jeho výrobní lince muselo být vyměňováno každé dva nebo tři měsíce.

    Energetická účinnost mazaných ložisek

    Energetická účinnost valivých ložisek se v posledních letech výrazně zvýšila. Přispívají k tomu zejména nové designy ložisek, pomocí nichž lze například snižovat ztráty třením. Jakou roli přitom hraje použité mazivo? Společnost Klüber Lubrication získala díky zkušebnímu zařízení, které sama vyvinula, nové poznatky o vlivu maziv na energetickou účinnost ložisek, a může tedy poskytovat uživatelům optimální poradenství.

    Ložiska pro velká zatížení

    Společnost Coroll jako významný dodavatel ložisek do všech hutních provozů včetně kontinuálního lití, válcoven, výroby surového železa, přepravy a úpravy rud i dalších materiálů využívá zázemí japonského výrobce ložisek NSK a jeho vývoj speciálních produktů pro hutní průmysl.

    Prémiové nástroje pro výpočet ložisek

    Společnost SKF své lety nabyté zkušenosti a znalosti předává svým zákazníkům nejen prostřednictvím seminářů, brožur či katalogů, ale také poskytováním výpočetních nástrojů.

    Správné mazání předchází třetině selhání ložisek

    Domazávání ložisek je naprostou nutností, pokud ložiska nepoužíváte výhradně v aplikacích, které domazávání nevyžadují. Nestačí však pouze domazávat, je důležité provádět domazávání vhodným množstvím a způsobem. Z důvodu nevhodného domazávání totiž selhává 36 % ložisek. Jak tedy správně domazávat?

    Ložiska pro velmi náročné podmínky

    Prostorové omezení představovalo pro firmu Papcel při navrhování nového papírenského stroje velký problém. Řešením byla unikátní toroidní ložiska CARB a inovativní mazací systém od společnosti SKF.

    Inovace komponentů pro obráběcí stroje

    Firma Coroll již od roku 1995 zastupuje na českém trhu společnost NSK. Opírá se o technické zázemí tohoto japonského výrobce, který nepřetržitě investuje do inovací a vývoje svých produktů – ložisek, kuličkových šroubů a lineárních vedení.

    Průmysl 4.0 stojí i na ložiscích a datech

    Společnost SKF je známá především jako výrobce ložisek a dodavatel technických řešení pro rotační stroje. O tom, jak může přispět k zavádění Průmyslu 4.0, si s Davidem Poláčkem, generálním ředitelem české pobočky, povídal Michael Málek.

    Reklama
    Předplatné MM

    Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

    Proč jsme nejlepší?

    • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
    • Vysoký podíl redakčního obsahu
    • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

    a mnoho dalších benefitů.

    ... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

        Předplatit