Podstawy Konstrukcji Urządzeń Precyzyjnych

Transkrypt

1 Studia Inżynierskie Dzienne (I stopnia) Wydział Mechatroniki Politechniki Warszawskiej Podstawy Konstrukcji Urządzeń Precyzyjnych Wykład sem. 4 Tarcie Łożyskowania ślizgowe Łożyskowania specjalne D4 ( ) Opracował: dr inż. Wiesław Mościcki Instytut Mikromechaniki i Fotoniki Zakład Konstrukcji Urządzeń Precyzyjnych

2 2.3. Łożyskowanie ślizgowe

3 Łożyskowanie ślizgowe typu maszynowego

4 Łożyskowanie ślizgowe typu maszynowego W drobnych mechanizmach i przyrządach precyzyjnych są to zwykle łożyska ślizgowe, o bardzo prostej konstrukcji, występujące w dwóch wersjach: a) z ruchomym czopem (nieruchoma panewka), b) z nieruchomym czopem (ruchoma panewka). Właściwości łożysk ślizgowych typu maszynowego: - prędkość obwodowa czopa (prędkość poślizgu) jest bardzo mała, do mm/s - niewielkie obciążenie a więc naciski, tj. obciążenie na jednostkę powierzchni, są nieznaczne, 1 MPa W najprostszej wersji otwory łożyskowe wykonuje się bezpośrednio w płycie szkieletu lub w ściance korpusu.

5 Łożyskowanie ślizgowe typu maszynowego z ruchomym czopem

6 Łożyskowanie ślizgowe typu maszynowego z ruchomym czopem (1) 1 płyta szkieletu, 2 łożyskowany wałek Na wałki stosuje się często pręty stalowe kalibrowane (rys. a). Czopy wałków toczonych (rys. b) mają chropowatość nie gorszą niż R a = 1,25 1,6 m, zaś szlifowanych nawet R a = 0,8 m.

7 Łożyskowanie ślizgowe typu maszynowego z ruchomym czopem (2) Płyty szkieletów, które są jednocześnie płytami łożyskowymi, muszą być wykonane z materiału tworzącego ze stalą dobrą parę cierną. Dlatego często wykonuje się je z mosiądzu, np. CW508L (M63), CW509L (M60) lub w przypadku korpusów odlewanych z mosiądzu odlewniczego CB612P (MO59). Jeśli korpus wykonany jest z: materiałów które nie tworzą dobrej pary ciernej ze stalowym wałkiem, np. ze stopów lekkich (np. silumin AK11 AB 44100), niektórych tworzyw sztucznych, itp. z cienkiej blachy konieczne jest zastosowanie tulejek (panewek) łożyskowych. Panewki wykonuje się z materiałów zapewniających dobrą współpracę ze stalowym czopem, np. z brązu CW456K (B443) lub mosiądzu CW617N (MO58).

8 Tulejki łożyskowe (3) a) b) c) d) (a), (b), (c) - wtłaczane (d) - wkręcana

9 Tulejki łożyskowe zaprasowane w tworzywie sztucznym (4) a) radełkowane krzyżowo, b) z frezowanym rowkiem

10 Tulejki łożyskowe nitowane (5) a, b) w ściance z blachy, c, d, e) w ściance z tworzywa sztucznego

11 Tulejki łożyskowe przykręcane (6) a)do ścianki metalowej, b) do ścianki z tworzywa sztucznego c) do ścianki metalowej lub z tworzywa sztucznego 1- tulejka łożyskowa, 2 ścianka korpusu, 3 wkręt, 7 pierścień metalowy, 5 nakrętka łożyskowa

12 Łożyska maszynowe z nieruchomym czopem

13 Łożyska maszynowe z nieruchomym czopem (1) Czopy zabezpieczone: a, b, c, d, e, f, i, j) elementami gwintowymi, g) zgrzewaniem punktowym, h) zagnieceniem

14 Łożyska maszynowe z nieruchomym czopem (2) b) wtłaczanym, c) nitowanym a, d, e, f) mocowanym za pomocą gwintu

15 Miniaturowe łożyska ślizgowe typu zegarowego

16 Łożyska ślizgowe ukształtowane bezpośrednio w płytach mechanizmu

17 Łożyska ślizgowe typu zegarowego (1) Konstrukcja ze stożkowym zagłębieniem smarowym F d l, D 3d, c 1,8d

18 Łożyska ślizgowe typu zegarowego (2) Funkcje stożkowego załamania krawędzi Funkcje załamania (fazki) pod kątem = 45 0 : zmniejsza moment tarcia wywołany siłą wzdłużną Q, D1 Mt Q 2 4 d gdzie: 2 współczynnik tarcia powierzchni czołowej wałka o płytę, 2 = 0,5 dla łożysk pracujących na sucho, 2 = 0,1 dla łożysk smarowanych.

19 Łożyska ślizgowe typu zegarowego (3) Funkcje stożkowego załamania krawędzi Funkcje załamania (fazki) pod kątem = 45 0 : zapobiega rozpływaniu się smaru (włoskowatość), służy jako podstawa obróbkowa do wykonania zębów zębnika Średnice D, d i D 1 muszą być wykonane tak, aby istniała wystarczająco duża powierzchnia oporowa.

20 Łożyska ślizgowe typu zegarowego (4) Materiały i pasowania Materiały: Czop: stal A11 (10S20) Płyta: mosiądz M63 (CW508L) mosiądz M60 (CW509L) Wymiary czopa od 0,1 do 3 mm, pasowania: H9/d9, H9/cd9

21 Łożyska ślizgowe typu zegarowego (5) Moment tarcia przy obciążeniu poprzecznym Mt F 1 d 2 gdzie: 1 współczynnik tarcia powierzchni czopa i otworu, 1 = 0,5 dla łożysk pracujących na sucho, 1 = 0,1 dla łożysk smarowanych.

22 Łożyska ślizgowe z panewkami osadzanymi w płytach mechanizmu

23 Łożyska ślizgowe typu zegarowego (1) Panewki metalowe monolityczne płyta mechanizmu Panewki wykonywane ze stali, mosiądzu lub brązu łożyskowego.

24 Łożyska ślizgowe typu zegarowego (2) Panewki mineralne Nazwa Główny składnik Twardość Mohsa Współczynnik sprężystości wzdłużnej E [MPa] Diament C Korund (syntetyczny) (rubin, szafir) Al 2 O 3 9 (4 4,5) 10 5 Chalcedon (agat, granat) SiO 2 6,9 (0,75 1) 10 5 Korundy: barwione najczęściej na kolor różowy lub czerwony, dają się bardzo dokładnie szlifować. Chalcedony: porowate i barwione (czerwony, brąz). Z5 (11.03)

25 Łożyska ślizgowe typu zegarowego (3) Panewki mineralne wtłaczane i oprawiane a) wtłaczana płaska z otworem wyoblonym (oliwnym) i załamaniem krawędzi, b) wtłaczana płaska z otworem walcowym i załamaniem krawędzi c) wyoblona oprawiana sposobem niemieckim

26 Łożyska ślizgowe typu zegarowego (4) Panewki mineralne oprawiane d) wyoblona, oprawiana sposobem szwajcarskim e) płaska, oprawiana sposobem szwajcarskim

27 Łożyska ślizgowe typu zegarowego (5) Panewki mineralne - właściwości - nominalna średnica czopa od 0,1 do 4mm, - materiał czopa: stal automatowa 10S20 (A11), R a = 0,08 m (rolerowanie), - średnica otworu panewki: tolerancja H4 H8, - tolerancja średnicy zewnętrznej panewki: h7, - bardzo małe opory ruchu, niewielkie zużycie, duża trwałość łożysk, smarowane przy montażu, - zastosowanie: dokładne łożyskowania w przyrządach pomiarowych

28 Łożyska ślizgowe z panewkami spiekanymi

29 Łożyska porowate (1) - mieszanina proszku z brązu lub żelaza z domieszką grafitu prasowana w matrycach o wymiarach łożyska, - wypraska poddawana spiekaniu w temp C, - średnicę wewnętrzną lub wewnętrzną i zewnętrzną kalibruje się dla uzyskania wysokiej gładkości, - łożysko nasącza się olejem próżniowo lub zanurzeniowo.

30 Łożyska porowate (2) Struktura materiału

31 Łożyska porowate z brązu (3) Cu Sn C Pb Fe Inne Wartości panewek z brązu spiekanego Brąz spiekany ŁS1 reszta 9,0 11,0 0, ,0 Brąz spiekany ŁS2 reszta 9,0 11,0 0,5 2, ,0 Brąz spiekany ŁSM3 reszta 8,0 10,0-2,0 4,0-1,5 Proszek żelaza Gęstość spieku [g/cm 3 ] 6,3 6,7 6,3 6,7 6,3 7,0 5,5 6,1 Porowatość całkowita % Twardość minimalna HB Wytrzymałość na rozciąganie R m [MPa] Iloczyn p v [MPa m/s] 1, ,8

32 Łożyska porowate z brązu (4) walcowe kołnierzowe

33 Łożyska porowate z proszku żelaza (5)

34 Łożyska porowate z brązu (6) Rozkład ciśnienia w układzie szczelina-system kapilarny łożyska Smarowanie hydrodynamiczne

35 Łożyska z panewkami spiekanymi (7) Właściwości panewek spiekanych porowatych: - wykonane technologią metalurgii proszkowej, - porowatość całkowita 15 do 30 %, - materiały: proszki żelaza lub brązu (stop Cu i Sn) z dodatkiem proszku grafitu (C) lub/i ołowiu (Pb), - bez nasycenia olejem lub jednorazowo nasycane olejem przez producenta, - duża gama wymiarów, już od średnicy otworu = 2 mm, - średnice kalibrowane: dwustronnie - D, wewnętrznie W, niekalibrowane N,

36 Łożyska z panewkami spiekanymi (8) - współczynnik tarcia = (0,02 0,18), - praca bez konserwacji przez kilka tysięcy godzin, - małe opory ruchu, cicha praca, - mała odporność na wstrząsy i uderzenia, - spieki brązowe odporne na korozję, nie iskrzą, - spieki proszku żelaza nie są w pełni odporne na korozję w wilgotnym środowisku pracy, - spieki proszku żelaza mają wyższą twardość i odporność na ścieranie przy pracy w zanieczyszczonym środowisku,

37 Łożyska z panewkami spiekanymi (9) Tulejka wtłaczana z dodatkowym smarowaniem

38 Łożyska z panewkami spiekanymi (10) 1 korpus, 2 panewka, 3 element podatny dociskający Panewki samonastawne (wahliwe) z dodatkowym smarowaniem

39 Łożyska z panewkami spiekanymi (10) Pasowania otwór-wałek Według DIN Według PN H7/g6 obrotowe ciasne H7/f7 H8/f9 obrotowe zwykłe H7/e8 obrotowe luźne Tulejki wciska się w obudowy stosując pasowanie: H7/r7 lub H8/r8 Pasowanie na zasadzie stałego otworu (H) jest korzystne ze względu na łatwy dobór rozwiertaków do wykonania otworów.

40 Łożyska z panewkami spiekanymi (11) Wymagania dotyczące jakości czopów: - stal węglowa wyższej jakości (C35, C55) - chropowatość powierzchni R a = (0,04 0,08) m,! - twardość min. 50 HRC, gdy pracują z panewkami z proszków żelaza, Własności oleju: - dobre własności w zakresie temperatur od 12 do C, - lepkość oleju w temperaturze 50 0 C: E, lub cst

41 Łożyska z panewkami spiekanymi (12) Graniczne warunki pracy: maksymalna prędkość poślizgu v max = (6 10) m/s, dopuszczalne naciski dynamiczne p obl = (10 20) MPa, maksymalne obciążenie statyczne, które nie spowoduje deformacji średnicy większej niż 0,1%, p max = (50 100) MPa, dopuszczalna wartość wskaźnika (p v) max wynosi (1,8 1,6) MPa m/s

42 Łożyska z panewkami spiekanymi (13) prędkość poślizgu

43 Łożyska z panewkami spiekanymi (14) Zastosowania wałki wirników w silnikach elektrycznych małej mocy, wałki wyjściowe w reduktorach wielostopniowych z kołami walcowymi o zębach prostych, zmechanizowany sprzęt gospodarstwa domowego, elektronarzędzia, maszyny przemysłu włókienniczego, spożywczego, drzewnego, endoprotezy, duże prędkości obrotowe przy niskich i średnich obciążeniach wałka,

44 Łożyska z panewkami spiekanymi z węglików

45 Łożyska spiekane z węglika krzemu (1) Węglik krzemu jest jednym z najtwardszych znanych materiałów konstrukcyjnych. Materiał ten stosuje się ze względu na jego charakterystyczne właściwości. Właściwości spieków z węglików krzemu: bardzo wysoka twardość (ok HV), doskonała odporność na ścieranie, bardzo dobra odporność chemiczna i wytrzymałość mechaniczna, w temp. nawet do 2000 C, wysoka przewodność cieplna, odporność na szoki termiczne (Δ~250 C), niska rozszerzalność cieplna ( x10-6 K), mała gęstość (ok.3.1g/cm 3 )

46 Łożyska zwijane z taśmy

47 Łożyska zwijane z taśmy z litego brązu (1)

48 Łożyska zwijane z taśmy stalowej z pokryciem POM (2)

49 Łożyska zwijane z taśmy stalowej z pokryciem POM (3) Właściwości łożyska: korpus ze stalowej blachy, podkład z brązu spiekanego, warstwa żywicy POM z kieszeniami smarnymi, łożysko pokryte warstwą miedzi jako ochrona przed korozją a także w celu lepszego odprowadzania ciepła. łożyska stosowane w maszynach budowlanych, rolniczych, dźwigach,

50 Łożyska z panewkami wielowarstwowymi zwijanymi z taśmy

51 Łożyska z panewkami wielowarstwowymi (1) Struktura łożyska wielowarstwowego (P10 firmy Permaglide ) 1. Warstwa ślizgowa o grubości od 0,01 do 0,03 mm złożona z PTFE oraz drobin ołowiu (Pb) 2. Warstwa porowata z brązu o grubości od 0,2 do 0,35 mm 3. Stalowe podłoże 4. Powłoka ochronna ok. 0,002 mm

52 Łożyska z panewkami wielowarstwowymi (2) Łożysko wielowarstwowe z kieszeniami smarowymi 1 - warstwa ślizgowa, 2 - warstwa porowata, 3 - stalowe podłoże, 4 - powłoka ochronna

53 Łożyska z panewkami wielowarstwowymi (3)

54 Łożyska z panewkami wielowarstwowymi (4)

55 Łożyska z panewkami wielowarstwowymi (5) Właściwości: - wartość współczynnika tarcia = (0,02 0,2), - dobre właściwości ślizgowe, niewielkie zużycie - brak zjawiska stick-slip, możliwa praca w warunkach tarcia płynnego, - duża odporność na korozję, - temperatura pracy ciągłej od 40 0 C do C, chwilowy wzrost nawet do C, - przewidziane do pracy w ciężkich warunkach w ruchu obrotowym i oscylacyjnym

56 Łożyska z panewkami wielowarstwowymi (6) - duża wartość iloczynu (p v), nawet do: (pv) max = 3,6 MPa m/s, przy pracy okresowej, (pv) max = ok. 1,8 MPa m/s, przy pracy ciągłej, - maksymalna prędkość poślizgu do ok. 3 m/s, a przy tarciu płynnym nawet > 3 m/s, - dopuszczalne naciski obliczeniowe: p dop = 250 MPa, gdy obciążenie statyczne, p dop = 140 MPa, gdy mała prędkość poślizgu, p dop = 70 MPa, przy ruchu obrotowym i oscylacyjnym

57 Porównanie łożysk (7) Typ Dopuszczalne naciski statyczne Dopuszczalne naciski dynamiczne Maksymalna prędkość poślizgu Jednostka Brąz spiek Fe spiek Brąz lity B-POM B-PTFE Fe-PTFE MPa MPa m/s 6 4 2,5 2, ,5 (p v) max MPa m/s 1,8 1,6 2,8 2,8 1,8 1,8 Współczynnik tarcia Temperatura pracy Odporność na korozję min. max. min. max. 0,04 0, ,05 0, ,05 0, ,04 0, ,02 0, ,03 0, Tak Ograniczona Tak Ograniczona Tak Słaba

58 Łożyska z panewkami z tworzyw sztucznych

59 Łożyska z panewkami z tworzyw sztucznych (1) Zalety panewek z tworzyw sztucznych: panewki są łatwe i tanie do wykonania zarówno metodą obróbki termoplastycznej (produkcja wielkoseryjna) jak i obróbki mechanicznej (produkcja jednostkowa), są odporne na działanie substancji chemicznych, nie ulegają korozji, są lekkie, więc ograniczają ciężar urządzenia mają zdolność do tłumienia drgań, (mają duże tarcie wewnętrzne)

60 moment tarcia łożyska niesmarowanego jest mniejszy niż niesmarowanego łożyska w płycie mosiężnej, raczej zbliżony do oporów w łożyskach smarowanych, łożyska niesmarowane mają dość stabilną wartość współczynnika tarcia, nie wymagają konserwacji, wywołują małe straty energetyczne, mają ograniczone zużycie, szczególnie po zastosowaniu smarowania, mają własności samosmarne, Łożyska z panewkami z tworzyw sztucznych (2) poprawnie skonstruowane mają bardzo dużą trwałość

61 Łożyska z panewkami z tworzyw sztucznych (3) Wady panewek z tworzyw sztucznych: - pochłaniają wilgoć z otoczenia (są higroskopijne), np. nasiąkliwość poliamidów: 6 10%, poliformaldehydów ok. 1,5%, PTFE 0%, - są niestabilne wymiarowo z upływem czasu: różny skurcz odlewniczy, zmiany strukturalne w materiale, higroskopijność (przeciwdziałanie niestabilności wymiarowej: metalowe wkładki lub technika out-sert przy płytowych szkieletach)

62 Łożyska z panewkami z tworzyw sztucznych (4) - mała przewodność cieplna ogranicza nośność łożysk: mniejsze wartości nacisków dopuszczalnych p dop, nieprzydatność do pracy przy dużych prędkościach poślizgu v istotna staje się wartość iloczynu (p dop v) - zmieniają właściwości mechaniczne z upływem czasu (starzenie materiału) - nieprzydatne do pracy w podwyższonych temperaturach (np. spada ich twardość, stają się plastyczne) - trudniej utrzymują środek smarny, co oznacza, że częściej pracują na sucho - niedopuszczalna para: tworzywo sztuczne mosiądz

63 Łożyska z panewkami z tworzyw sztucznych (5) Orientacyjne wartości parametru (p obl v) i współczynnika tarcia przy współpracy stalowego czopa z panewkami z tworzywa sztucznego Nazwa tworzywa Oznaczenie wg ISO Moduł sprężystości, E MPa 10 3 Dopuszczal na temperatura pracy o C Parametr (p obl v) MPa m/s bez smaru ze smarem Poliamid 6 PA ,05 0,2 0,35 Poliamid 6.6 PA 6.6 2,5 85 0,05 0,2 0,35 Poliamid 6.10 PA ,5 85 0,05 0,2 0,35 Poliamid 11 PA 11 1,1 65 0,05 0,2 0,30 Poliamid 12 PA 12 1,5 65 0,05 0,2 0,30 Poliacetal h POM-H ,08 0,3 0,25 Poliacetal k POM-K 2, ,08 0,3 0,30 Współczynnik tarcia (bez smarowania) Policzterofluoroetylen (teflon) PTFE 0, ,

64 Łożyska z panewkami z tworzyw sztucznych (6) Wartości parametru (p obl v) i współczynnika tarcia przy współpracy stalowego czopa z panewkami z tworzywa sztucznego Rodzaj tworzywa Obliczeniowy współczynnik tarcia przy pracy bez smarowania V = 1, m/s P obl =0,2 MPa P obl = 3 MPa V = m/s P obl =0,2 MPa P obl = 3 MPa Dopuszczalne wartości parametru (p obl v) [MPa m/s] Delrin 500 0,15 0,22 0,28 0,37 0,13 Tarnoform 0,20 0,24 0,39 0,47 0,13 Tarnamid 27 0,44 0,57 0, ,1 Tarnamid 25M (zbrojony włóknem szklanym) 0,39 0,41 * 0,43 0,46 0,1

65 Panewki z tworzyw sztucznych (7) Nowe materiały iglidur Iglidur (firma IGUS) tworzywo termoplastyczne z wypełniaczem w postaci włókna zespolonego. Graniczne warunki pracy: - maksymalna wartość iloczynu p v: od 0,3 N/mm 2 m/s dla PA6.6 do 3,5 N/mm 2 m/s dla igliduru X, - maksymalna temperatura pracy C D5 ( ) - maksymalna prędkość poślizgu v = 3 5 m/s,

66 Panewki z tworzyw sztucznych (8) Właściwości igliduru Temperatura pracy t = 20 0 C Czop stalowy: d = 10 mm Panewka z igliduru: szerokość panewki b = 5, grubość ścianki s = 1 mm

67 Panewki z tworzyw sztucznych (9) Właściwości igliduru d = 10 mm, b = 5 mm, F = 10N, v = 0,3 m/s, t = C Czop: stalowy Panewka: Iglidur G grubość ścianki tulejki

68 Łożyska z panewkami z tworzyw sztucznych (11) Wymagania dotyczące jakości czopów: - stal węglowa wyższej jakości, - chropowatość powierzchni R a = (0,4 0,63) m, - twardość ok. 50 HRC - zarówno gorsza chropowatość jak i większa gładkość zwiększa zużycie,

69 Łożyska pryzmatyczne

70 Łożyska pryzmatyczne są łożyskami otwartymi, tzn. czop jest dociskany do dna panewki siłą ciężkości układu łożyskowanego lub siłą sprężyny. Jest to łożysko ślizgowe, ale tylko wtedy, gdy r promień zaokrąglenia krawędzi czopa jest większy od R promienia zaokrąglenia dna panewki, czyli spełniony jest warunek: Łożyska pryzmatyczne (1) r > R

71 Łożyska pryzmatyczne (2) Cechy łożyska: - kąt między ścianami panewki (pryzmy) jest zazwyczaj prosty, czyli 2 = 90 o, - kąt ostrza czopa 2 musi być mniejszy niż kąt między ścianami pryzmy, 2 < 2, - krawędź czopa nożowego jest zaokrąglona bardzo małym promieniem, r = (0,01 0,05) mm, - jeśli czop ma kształt noża kąt obrotu jest ograniczony,

72 Łożyska pryzmatyczne (3) z czopem walcowym - jeśli czop jest walcowy kąt obrotu może być dowolny, - w tym przypadku możliwa jest regulacja położenia osi czopa, 1 korpus, 2 czop walcowy, 3 płytka, 4 sprężyna płaska, 5 kołek, 6, 7 wkręty regulacyjne

73 Łożyska pryzmatyczne (4) Naciski na powierzchni zetknięcia czopa nożowego dociśniętego do panewki siłą F oblicza się ze wzorów Hertza. l długość czopa Czop i panewka wykonane są ze stali, dla której: - współczynnik sprężystości wzdłużnej (moduł Younga) E1 = E2 = 2,1 105 MPa, - współczynnik przewężenia poprzecznego (liczba Poissona) 1 = 2 = 0,3 l długość czopa, r promień zaokrąglenia krawędzi ostrza czopa, wyrażone w mm, zaś F siła docisku, wyrażona w N. pmax F 135,5 l r sin

74 Łożyska pryzmatyczne (5) Moment tarcia w łożysku pryzmatycznym z czopem nożowym wynosi: M t 2 N r N F 2sin M t F r sin gdzie: - współczynnik tarcia między czopem i panewką.

75 Łożyska pryzmatyczne (6) Zalety ułożyskowania pryzmatycznego: - bardzo mały moment tarcia, - nie występuje luz pomiędzy czopem i panewką dzięki czemu uzyskuje się dokładne położenie łożyskowanego układu Zastosowanie: - drobne przyrządy pomiarowe, - przyrządy optyczne, - w mechanizmach dźwigniowych, gdy zależy na niezmiennej długości ramion podczas obrotu,

76 Łożyskowanie mikroczujnika (7) 1 czop (nóż), 2 panewka (łożysko noża), 3 wkręt regulacyjny, 4 płytka, 5 kamień przesuwny, 6 nóż ruchomy, 7 trzpień z łożyskiem stożkowym

77 Łożyska stożkowe

78 Łożyska stożkowe (1) Łożyska stożkowe w drobnych mechanizmach stosuje się w tych przypadkach, w których wymagany jest mały luz zarówno poprzeczny jak i wzdłużny. W łożyskach tych stożkowy czop wałka 1 może współpracować: (a) z krawędziową lub (b) ze stożkową powierzchnią nośną otworu panewki 2.

79 Łożyska stożkowe w drobnych mechanizmach (2) z powierzchnią nośną a) krawędziową i b) stożkową zalecane wartości kątów: 2 = 60 0 oraz 2 = 90 0 dla takich kątów moment tarcia jest najmniejszy, smarowanie nie ma wpływu na opory ruchu, na moment tarcia ma duży wpływ chropowatość czopa i panewki

80 Łożyska stożkowe w DM (3) Właściwości łożysk stożkowych: - są stosowane jedynie do krótkich wałków, - pracują przy niewielkich prędkościach obrotowych, - łatwy montaż oraz regulacja luzów łożyskowania, - duże wartości współczynnika tarcia, ze względu na małą skuteczność smarowania, - czopy i panewki wykonuje się ze stali, są one hartowane i polerowane, - zużycie głównie wskutek korozji i tworzenia się pasty ściernej z produktów zużycia

81 Łożyska stożkowe w DM (4) - łożyska krawędziowe mają niewielką nośność (złe przyleganie czopa), ale są mało wrażliwe na nieosiowe położenie panewek łożyskowych, - łożyska o stożkowej powierzchni nośnej mają większą zdolność do przenoszenia dużych obciążeń, ale wymagana jest współosiowość panewek łożyskowych, - czopy ze stożkowym zakończeniem mają stosunkowo dużą wytrzymałość na zginanie. Przy jednakowych średnicach tarcia obu czopów, czop stożkowy ma około 8 razy większą wytrzymałość na zginanie niż czop walcowy.

82 Łożyska stożkowe w DM (5) Naciski obliczeniowe w łożysku ze stożkową powierzchnią nośną oblicza się tak, jakby czop był walcowy i miał średnicę d o - równą mniejszej średnicy stożkowej panewki. Przy obciążeniu siłą poprzeczną F naciski obliczeniowe wyznacza się z zależności: p obl l 1 F d o l 1 czynna długość panewki, wzdłuż osi W łożysku z krawędziową powierzchnią nośną naciski maksymalne wyznacza się ze wzorów Hertza. Z6 (18.03)

83 Łożyska stożkowe w DM (6) Moment tarcia dowolnego łożyska stożkowego obciążonego siłą osiową F w jest równy: M t 0,5 d t F przy czym siłę F n prostopadłą do powierzchni trących wyznacza się z następującej relacji F n = F w /sin n - współczynnik tarcia czopa i panewki w łożysku walcowym poprzecznym, 2 - kąt wierzchołkowy stożka, zalecana wartość kąta 2 = 60 o (min M t ), d t średnica tarcia, zależy od rodzaju łożyska

84 Łożyska stożkowe w DM (7) Moment tarcia dowolnego łożyska stożkowego obciążonego siłą poprzeczną F wynosi: Mt 0,5 dt ' Fn przy czym siłę Fn prostopadłą do powierzchni trących wyznacza się z następującej relacji Fn = F/cos obliczeniowy współczynnik tarcia, = 1,27, zaś to współczynnik tarcia czopa i panewki w łożysku walcowym poprzecznym, 2 - kąt wierzchołkowy stożka, zalecana wartość kąta 2 = 60o (min Mt), dt średnica tarcia, zależna od rodzaju łożyska

85 Łożyska stożkowe w DM (8) Średnica tarcia d t w łożyskach stożkowych a) Łożysko kawędziowe b) Łożysko ze stożkową powierzchnią nośną d t = d o d t = 0,5(d o + d m )

86 Łożyska stożkowe w mechanizmach precyzyjnych (9) dobre złe

87 Łożyska stożkowe w mechanizmach precyzyjnych (10) W tym łożyskowaniu przyrządu precyzyjnego łożysko stożkowe przenosi siły poprzeczne oraz służy do regulowania luzu promieniowego. 1 czop, 2 nakrętka i przeciwnakrętka, 3 i 7 łożysko kulkowe wzdłużne, 4 nakrętka, 5 panewka, 6 korpus, 8 kołek, 9 pokrywa przednia

88 Łożyska stożkowe w mechanizmach precyzyjnych (11)

89 Łożyska kulowe

90 Łożyska kulowe (1) Stosowane głównie jako ułożyskowania nastawcze.

91 Cechy konstrukcyjne: Łożyska kulowe (2) - są łożyskami otwartymi, czop i panewka muszą być do siebie dociskane, - przenoszą duże obciążenia (gdy panewka ma kształt czaszy kulistej powierzchnia styku jest duża, więc naciski małe), - kształt panewek częściej jest jednak stożkowy (łatwiejsze wykonanie, możliwa regulacja luzu w miarę zużywania się czopa), co wywołuje dużo większe naciski jednostkowe), - obliczenia takich łożyskowań wykonuje się niezbyt często, mimo to dalej podano kilka zależności do wyznaczenia nacisków i momentu tarcia

92 Łożyska kulowe (3) Panewka kulista obciążenie siłą poprzeczną P Jednostkowe naciski obliczeniowe: S p obl P S Moment tarcia w łożysku jest równy: M t P ' R obliczeniowy współczynnik tarcia

93 Łożyska kulowe (4) Panewka stożkowa obciążenie siłą osiową P Oś obrotu P n P sin l BC 2 R cos BA Moment tarcia przy ruchu czopa wokół osi siły P jest równy: R cos M t P n ' BA P ' R ctg Nacisk jednostkowy maksymalny p max wyznacza się ze wzorów Hertza dla styku walca o długości l BC i promieniu R z płaszczyzną.

94 Łożyska kulowe (5) Panewka stożkowa obciążenie siłą poprzeczną P Przy takim obciążeniu w punkcie B pojawi się niewielki luz. Maksymalna siła docisku w pkt. C - P Cmax - będzie około 5x większa od siły P n1 wyliczonej ze wzoru: P n1 P l n BC Nacisk jednostkowy maksymalny p max wyznacza się ze wzorów Hertza dla styku walca o długości l BC i promieniu R z płaszczyzną. Jako maksymalną przyjmuje się siłę P Cmax.

95 Łożyska kulowe (6) Panewka stożkowa obciążenie siłą poprzeczną P BA R cos Oś obrotu P n P' cos Moment tarcia przy ruchu czopa wokół osi siły P jest równy: M t P M t n ' R cos P' ' R

96 Łożyska kiełkowe

97 Łożyska kiełkowe (1) W łożysku kiełkowym czop ma kształt stożka zakończonego czaszą kulistą o promieniu r, który współpracuje: rys. a) z panewką w kształcie czaszy kulistej o promieniu R rys. b) z panewką w kształcie stożka zakończonego czaszą kulistą o promieniu R W każdym przypadku R > r. Podczas współpracy czopa z panewką występuje tarcie wiertne. Prędkość poślizgu zmienia się liniowo od zera w osi czopa do prędkości v tmax (rysunek (c)).

98 Łożyska kiełkowe (2) Gdy siła F działa wzdłuż osi czopa, rzut powierzchni styku czopa i panewki na płaszczyznę prostopadłą do osi ma kształt okręgu o promieniu r 0. Promień r o wyznacza się ze wzorów Hertza: r o 3 3 F 1 4 r 1 R 1 E E gdzie: E 1,2 współczynniki sprężystości wzdłużnej (moduły Younga) materiału czopa i panewki, 1,2 liczba Poissona materiału czopa i panewki

99 Łożyska kiełkowe (3) Duża wartość promienia r 0 wystąpi wtedy gdy: - wartości modułów E 1 i E 2 będą małe, - wartości promieni r i R będą duże - siła F będzie duża

100 Łożyska kiełkowe (4) Maksymalny nacisk p max występuje w środku powierzchni styku i wynosi: p max 1,5 F r Opory ruchu łożyska kiełkowego obciążonego siłą osiową, przy założeniu eliptycznego rozkładu nacisków oraz przy stałej wartości współczynnika tarcia w całym obszarze styku czopa z panewką, można wyznaczyć z zależności: 2 0 M 3 16 F t r 0 F siła działająca wzdłuż osi czopa, r o promień powierzchni styku

101 Łożyska kiełkowe (5) W łożysku należy zapewnić wystarczająco dużą obciążalność i możliwie małe opory ruchu. Mamy tu do czynienia z klasycznym przykładem sprzeczności wymagań: jednocześnie nie jest możliwa duża obciążalność i małe opory ruch. Oznacza to, że dobór materiałów oraz wymiarów czopa i panewki musi być wynikiem kompromisu osiągniętego np. z wykorzystaniem metod optymalizacyjnych.

102 Łożyska kiełkowe (6) Łożyskowanie igły busoli 1 nieruchomy czop, 2 igła, 3 korpus igły z obsadzoną panewką, 4 przezroczysta osłona

103 Łożyska kiełkowe (7)

104 Łożyska nakrywkowe

105 Łożyska nakrywkowe (1) System INCABLOC Tarcie wiertne, bardzo małe opory ruchu

106 Łożyskowanie nakrywkowe (2) Ułożyskowanie: a) wirnika wodomierza, b) wałka w przekładni liczydła wodomierza 1 czop, 2 kamień (agat), 3 kulka, 4 nakrętka, 5 wałek wirnika, 6 czop łożyska poprzecznego, 7 płyta łożyskowa, 8 płyta nakrywająca

107 Zjawiska zachodzące w łożysku ślizgowym Wpływ luzu promieniowego

108 Zjawiska zachodzące w łożysku ślizgowym Rozkład nacisków w łożysku ślizgowym a) przy braku luzu promieniowego, b) przy małym luzie (w przyrządach precyzyjnych), c) przy dużym luzie (w łożyskach drobnych mechanizmów), kąt styku między czopem a panewką

109 Zjawiska zachodzące w łożysku ślizgowym Wpływ luzu promieniowego Jeśli obciążenie F jest stałe, parametry rozkładu nacisków: kąt styku czopa i panewki, p max maksymalna wartość nacisków są zależne od pola rzeczywistej powierzchni styku czopa z panewką. Wielkość powierzchni styku zależy zaś od wartości luzu promieniowego w łożysku. Luz promieniowy ma wpływ na kształt rozkładu i wartość nacisków w łożysku.

110 Zjawiska zachodzące w łożysku ślizgowym Wpływ luzu promieniowego W łożyskach maszynowych luz promieniowy jest bardzo mały, ( 0). Naciski maksymalne p max są, według Moszyńskiego, 2 razy większe niż naciski średnie: p max p max 2 1,27 2F d l F l d gdzie: l długość wspólnej tworzącej czopa i panewki w [mm], d średnica czopa w [mm], F siła promieniowa obciążająca łożysko w [N], p max - naciski maksymalne w [MPa].

111 Zjawiska zachodzące w łożysku ślizgowym Wpływ luzu promieniowego W łożyskach miniaturowych urządzeń mechatronicznych luz promieniowy jest duży a niekiedy nawet bardzo duży. Maksymalne naciski są wtedy większe niż naciski p max wyliczone ze wzoru Moszyńskiego. W łożyskach miniaturowych zależność Moszyńskiego nie może być stosowana.

112 Zjawiska zachodzące w łożysku ślizgowym Jednostkowe naciski obliczeniowe p obl Aby możliwe było porównywanie łożysk pracujących w różnych warunkach wprowadzono pojęcie tzw. jednostkowych nacisków obliczeniowych - p obl : p obl F l d l długość wspólnej tworzącej czopa i panewki w [mm], d średnica czopa w [mm], F siła promieniowa obciążająca łożysko w [N] Wartość jednostkowych nacisków obliczeniowych jest niezależna od luzu promieniowego w łożysku.

113 Zjawiska zachodzące w łożysku ślizgowym Dopuszczalne naciski obliczeniowe p dop W łożysku musi być spełniony warunek: p p obl dop Wartości dopuszczalne jednostkowych nacisków obliczeniowych p dop wyznacza się doświadczalnie w zależności od: rodzaju współpracujących materiałów, wartości luzu promieniowego oraz sposobu smarowania. Odpowiada to różnym warunkom eksploatacji łożysk.

114 Zjawiska zachodzące w łożysku ślizgowym Dopuszczalne naciski obliczeniowe p obl Przykład: łożysko ślizgowe typu zegarowego o średnicy czopa d 3 mm, pasowanie czop panewka: obrotowe bardzo luźne H9/d9 czop wykonany ze stali: 10S20 (A11), panewka z mosiądzu: CW617N (MO58), Dopuszczalna wartość jednostkowych nacisków obliczeniowych p dop = 5 MPa.

115 Zjawiska zachodzące w łożysku ślizgowym Wpływ prędkości obrotowej D6 ( )

116 Zjawiska zachodzące w łożysku ślizgowym Wpływ prędkości obrotowej W łożysku niesmarowanym, w najgorszym przypadku, może wystąpić tarcie technicznie suche. Środkiem smarnym jest wtedy para wodna, zanieczyszczenia i produkty zużycia. Dodanie środka smarnego zmienia warunki pracy łożyska. Wpływ smarowania potęguje się wraz ze zwiększaniem prędkości obrotowej czopa.

117 Zjawiska zachodzące w łożysku ślizgowym Wpływ prędkości obrotowej czop początkowo wtacza się na panewkę w kierunku przeciwnym do kierunku obrotu, krańcowe położenie, określone kątem 1, osiągane jest przy pewnej prędkości obrotowej, której wartość zależy od lepkości oleju i od obliczeniowych nacisków jednostkowych p obl, kąt 1 jest równy rzeczywistemu kątowi tarcia, gdy łożysko jest smarowane czop wtoczy się niżej niż w łożysku niesmarowanym, gdyż między współpracującymi powierzchniami utworzy się film olejowy,

118 Zjawiska zachodzące w łożysku ślizgowym Wpływ prędkości obrotowej przy zwiększaniu prędkości czopa, łożysko pracuje najpierw w warunkach tarcia granicznego, potem - mieszanego a w końcu hydrodynamicznego, w każdym przekroju osiowym zachowana jest stałość natężenia przepływu cieczy smarującej, czyli Q p = const. różnica ciśnień w przekrojach A, B, C jest źródłem siły unoszącej czop, w stanie równowagi czopa, w położeniu opisanym kątem 2, obciążenie jest przenoszone przez smar,

119 Zjawiska zachodzące w łożysku ślizgowym Wpływ prędkości obrotowej grubość klina smarowego, a więc i współczynnik tarcia, zależą, między innymi, od: - cech geometrycznych łożyska (d, l, c), - stanu powierzchni współpracujących elementów, - warunków eksploatacji łożyska, czyli lepkości oleju, prędkości poślizgu v (czyli od prędkości obrotowej n czopa) oraz od jednostkowych nacisków obliczeniowych p obl. Wskaźnikiem łączącym te wielkości jest liczba Sommerfelda A

120 Zjawiska zachodzące w łożysku ślizgowym Liczba Sommerfelda A n p obl d 2c 2 - lepkość oleju, v - prędkość poślizgu, n - prędkość obrotowa czopa, p obl jednostkowe naciski obliczeniowe, d średnica czopa (łożyska), c luz promieniowy w łożysku

121 Zjawiska zachodzące w łożysku ślizgowym Krzywa Stribecka - przy wartości A 0 (np. podczas rozruchu) współczynnik tarcia ma dość dużą wartość (tarcie spoczynkowe jest większe niż kinetyczne), - obciążenie jest wtedy przenoszone głównie przez bezpośredni styk czopa i panewki, - w pierwszym obszarze pracy (tarcie technicznie suche i tarcie graniczne) opory ruchu zależą przede wszystkim od materiału i stanu powierzchni współpracujących elementów łożyska, w mniejszym stopniu od lepkości użytego smaru,

122 Zjawiska zachodzące w łożysku ślizgowym Krzywa Stribecka - ze wzrostem wartości liczby Sommerfelda zwiększa się ciśnienie w klinie smarowym, a łożysko zaczyna pracować najpierw w warunkach tarcia granicznego a potem mieszanego - w warunkach tarcia mieszanego zwiększa się udział klina smarowego w przenoszeniu obciążenia, wzrasta więc wpływ właściwości smaru na opory ruchu, - wartość współczynnika tarcia szybko maleje, dzięki coraz większemu udziałowi tarcia płynnego,

123 Zjawiska zachodzące w łożysku ślizgowym Krzywa Stribecka Współrzędna punktu, który jest początkiem strefy tarcia płynnego to wartość krytyczna liczby Sommerfelda A kr. - po przekroczeniu krytycznej wartości liczby Sommerfelda występuje praca w warunkach tarcia płynnego,

124 Zjawiska zachodzące w łożysku ślizgowym Krzywa Stribecka - przebieg krzywej = f(a) jak i położenie minimum zależą od nacisku obliczeniowego p obl. - im większa wartość p obl, tym większa jest prędkość krytyczna przy której zacznie się tarcie płynne, - utrata warunków tarcia płynnego może być wywołana nie tylko zwiększeniem obciążenia (nacisków obliczeniowych - p obl ) ale także zmniejszeniem prędkości obrotowej czopa n lub zmniejszeniem lepkości środka smarnego -.

125 współczynnik tarcia Wpływ prędkości poślizgu na współczynnik tarcia w łożysku ślizgowym 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0, prędkość obrotow a [obr/min] p=0,1mpa p=0,2mpa p=0,3mpa p=0,6mpa p=1,2mpa

126 współczynnik tarcia Wpływ prędkości poślizgu na współczynnik tarcia w łożysku ślizgowym 0,2 0,15 0,1 0, prędkość obrotowa [obr/min]

127 Moment tarcia w łożysku ślizgowym

128 Moment tarcia w łożysku ślizgowym 1 - współczynnik tarcia przy współpracy czopa z panewką, 2 współczynnik tarcia przy współpracy powierzchni oporowej wałka z powierzchnią płyty łożyskowej, d, D 1 średnice czopa i powierzchni oporowej d D1 Mt F 1 Q d

129 Zjawiska cieplne w łożysku ślizgowym

130 Zjawiska cieplne w łożysku ślizgowym Praca wykonana przez siły tarcia, podczas ruchu obrotowego czopa w panewce, zamienia się w ciepło. Temperatura podczas pracy węzła ciernego wzrasta, staje się wyższa niż temperatura otoczenia a przy niewystarczającym chłodzeniu może się szybko podnosić. Wzrost temperatury powoduje utratę właściwości smaru oraz zmianę wartości luzu promieniowego w łożysku. Taka zmiana warunków pracy, jeśli jest gwałtowna, może doprowadzić do zatarcia łożyska.

131 Zjawiska cieplne w łożysku ślizgowym Przebieg zacierania się łożyska: lokalne, silne przegrzanie materiału, szczególnie wierzchołków nierówności, wywołuje chwilowe zgrzanie czopa z panewką i ich połączenie, wskutek wymuszanego ruchu względnego obu elementów następuje zerwanie tego połączenia, powoduje to uszkodzenie współpracujących powierzchni, a więc dalszy wzrost oporów ruchu, jeszcze większe zużycie elementów i dalszy wzrost temperatury.

132 Zjawiska cieplne w łożysku ślizgowym Aby nie wystąpiło zjawisko zatarcia ilość ciepła q wydzielanego podczas pracy łożyska w jednostce czasu na jednostkę powierzchni musi być mniejsza od wartości dopuszczalnej q dop : q q dop q, q dop - ilość ciepła wydzielanego w jednostce czasu przypadająca na jednostkę powierzchni,

133 Zjawiska cieplne w łożysku ślizgowym q Nt S M t d l d F 1 2 d l F 1 q d l d 2 p obl 1 v t N t - moc tarcia, S - powierzchnia styku czopa i panewki, M t - moment tarcia - prędkość kątowa czopa, d - średnica czopa, l - czynna długość czopa,

134 Zjawiska cieplne w łożysku ślizgowym Ilość wydzielanego ciepła zależy więc od iloczynu (p obl v t ) q 1 p obl vt 1 p v obl t Dlatego musi być spełniony warunek: p obl vt pobl vt dop Wartość (p obl v t ) zależy od rodzaju współpracujących materiałów, ale także od konstrukcji łożyska, warunków chłodzenia, zabudowy, itp.

135 Zjawiska cieplne w łożysku ślizgowym Wartości parametru (p obl v) i współczynnika tarcia przy współpracy stalowego czopa z panewkami z tworzywa sztucznego Rodzaj tworzywa Obliczeniowy współczynnik tarcia przy pracy bez smarowania V = 1, m/s P obl =0,2 MPa P obl = 3 MPa V = m/s P obl =0,2 MPa P obl = 3 MPa Dopuszczalne wartości parametru (p obl v) [MPa m/s] Delrin 500 0,15 0,22 0,28 0,37 0,13 Tarnoform 0,20 0,24 0,39 0,47 0,13 Tarnamid 27 0,44 0,57 0, ,1 Tarnamid 25M (zbrojony włóknem szklanym) 0,39 0,41 * 0,43 0,46 0,1

136 Wartości parametru (p obl v) Czop Prędkość obrotowa Prędkość poślizgu Jednostkowe naciski obliczeniowe Iloczyn (p obl v) d = 2 mm, n 1 = 100 obr/min n 2 = 1000 obr/min v 1 10 mm/s = 0,01 m/s v mm/s = 0,1 m/s p1 obl = 1 MPa p2 obl = 5 MPa (p obl v) 1 = 0,01 MPa m/s (p obl v) 2 = 0,5 MPa m/s

137 Zginanie czopa

138 Zginanie czopa Maksymalne naprężenia gmax występują podczas współpracy krawędziowej w przekroju poprzecznym czopa leżącym w płaszczyźnie czołowej wałka. Wtedy siła poprzeczna F działa na ramieniu równym l. F - obciążenie poprzeczne łożyska w N, l - czynna długość współpracy czopa i panewki, w mm

139 Zginanie czopa Maksymalny moment gnący jest równy: M gmax F l Wskaźnik wytrzymałości na zginanie przekroju kołowego : F - obciążenie poprzeczne łożyska, w N, l - czynna długość współpracy czopa i panewki, w mm W g d 32 3

140 Zginanie czopa Maksymalne naprężenia gnące można wyznaczyć z zależności: gmax M gmax W g 32 F l 3 d Minimalna średnica czopa d min przy której nie zostaną przekroczone dopuszczalne naprężenia gnące kg materiału czopa a więc czop nie ulegnie złamaniu wynosi wtedy: F - obciążenie poprzeczne łożyska, w N, l - czynna długość współpracy czopa i panewki, w mm d min 3 32 F l k g

141 Dokładność kinematyczna łożysk ślizgowych

142 Dokładność położenia osi w łożysku ślizgowym Łożyska ślizgowe walcowe nie zapewniają stałego położenia osi obrotu wałka. Przyczyną tego zjawiska są dwa powody: - istnienie luzu poprzecznego w łożysku, - wtaczanie czopa na ściankę panewki spowodowane występowaniem tarcia.

143 Dokładność położenia osi w łożysku ślizgowym Gdy łożysko pracuje w warunkach tarcia mieszanego, oś czopa wędruje z punktu O 1, w położeniu nieruchomym, do punktu O 2. W punkcie O 2 jest równowaga siły tarcia utrzymującej czop w punkcie styku A 2 i składowej stycznej pochodzącej od obciążenia czopa siłą F, spychającej czop do najniższego położenia.

144 Dokładność położenia osi w łożysku ślizgowym Oś obrotu czopa może się więc przemieścić: - wzdłuż osi y : o odcinek O 1 B, - wzdłuż osi x : o odcinek BO 2, a przy zmianie kierunku ruchu dodatkowo o odcinek BO 3. Wymienione odcinki O 1 B i BO 2 można wyznaczyć z prostych zależności geometrycznych.

145 Dokładność położenia osi w łożysku ślizgowym Aby zmniejszyć poprzeczne przemieszczenie osi wałka w łożysku (oś X) należałoby zapewnić: - jak najmniejszy współczynnik tarcia a więc i kąt tarcia (materiały i smarowanie), - możliwie mały luz promieniowy (trudniejsze do spełnienia).

146 Dokładność położenia osi w łożysku ślizgowym l - nieosiowość otworów łożyskowych, d o - średnica otworów łożyskowych, d c - średnica czopa, b - odległość płyt łożyskowych Minimalna średnica otworów łożyskowych przy nieuniknionej nieosiowości ustawienia łożysk powinna być równa: d o dc cos l tg przy czym tg l b l

147 Dokładność położenia osi w łożysku ślizgowym Minimalny luz poprzeczny c min w łożysku powinien być równy: c min d o d c Przemieszczenie czopa, podczas pracy w warunkach tarcia płynnego, jest bardzo trudne do określenia, gdyż w znacznej mierze zależy od rozkładu ciśnienia w klinie smarnym.

148 Dokładność położenia osi w łożysku ślizgowym Dane: d c = 2 mm, l = 2 mm, b = 20mm oraz l = 0,05 mm tg l b l 0, ,00227 = 0, min. kątowych. Obliczona minimalna średnica otworu jest równa: d omin 2,005 mm

149 Obliczanie łożysk ślizgowych

150 Obliczanie łożysk ślizgowych Podczas projektowania łożyskowania ślizgowego niezbędne jest obliczenie wartości kilku parametrów, w celu porówna-nia ich z wartościami granicznymi tzn. dopuszczalnymi lub minimalnymi. Są to: a) naprężenia przy zginaniu dla materiału czopa w celu określenia dmin, b) obliczeniowe naciski jednostkowe pobl, c) moment tarcia (oporów ruchu) M t, d) obciążenie cieplne łożyska (p obl v t ), e) trwałość łożyska, mierzona czasem jego poprawnej pracy

151 Smarowanie łożysk ślizgowych

152 Smarowanie łożysk (1) Smarowanie miniaturowych łożysk przeprowadza się w celu: - ochrony elementów przed korozją, - zmniejszenia zużycia elementów, Smarowanie łożysk daje wymierne korzyści: - zmniejsza moment tarcia, - znacząco przedłuża trwałość łożyska, - powoduje lepsze odprowadzanie ciepła, - powoduje usuwanie zanieczyszczeń z obszarów styku współpracujących elementów.

153 Smarowanie łożysk (2)

154 Smarowanie łożysk (3)

155 Smarowanie łożysk (4) Olej stosowany w łożyskach ślizgowych powinien: - dobrze pokrywać powierzchnie i nie rozpływać się, - mieć dobre właściwości smarne - nie starzeć się, nie gęstnieć i nie ulegać zmianom chemicznym z upływem czasu, - zachowywać możliwie stałą lepkość i smarność tak w niskich jak i w wysokich temperaturach pracy, - dobrze chronić elementy łożyska przed korozją. Smarnością nazywa się zdolność oleju do zmniejszania współczynnika tarcia, przy małych prędkościach poślizgu, przez utworzenie trwałej bardzo cienkiej warstewki oleju i wywołanie tarcia granicznego.

156 Smarowanie łożysk (5) Własności oleju określane są na podstawie kilku parametrów: - lepkości dynamicznej (bezwzględnej) - t, - lepkości kinematycznej - t, - temperatury krzepnięcia oleju, - odporności na odparowywanie, starzenie oraz rozpływanie, - smarności Rodzaje i przykłady zastosowania materiałów smarnych w łożyskowaniach ślizgowych omówiono w literaturze (ćwiczenie laboratoryjne).

157 Łożyskowania specjalne Z7 (26.03)

158 Łożyska sprężyste Ruch obrotowy uzyskuje się przez odkształcenie elementu sprężynującego. Jest nim pojedyncza sprężyna lub częściej zespół sprężyn płaskich poddanych zginaniu lub znacznie rzadziej skręcaniu. 5. Łożyskowania specjalne

159 Łożyska sprężyste a) Ułożyskowanie na jednej sprężynie płaskiej obciążonej siłą poprzeczną Gdy a = 0 mamy 2 BA 3 L 2 d y EJ 2 dx P a L x P siła działająca na część ułożyskowania, J osiowy moment bezwładności przekroju sprężyny, natomiast gdy L << a BA Przy niedużych kątach wychylenia położenie środka obrotu (B) ułożyskowania sprężynowego obciążonego siłą poprzeczną jest w przybliżeniu stałe i niezależne od siły i wychylenia. Zachowuje się ono zatem jak łożysko z czopem i panewką. Wychylenia są proporcjonalne do siły wychylającej zwanej siłą zwrotną. L 2 5. Łożyskowania specjalne

160 Łożyska sprężyste b) Ułożyskowanie na jednej sprężynie płaskiej obciążonej momentem Jeśli długość L w wahadła jest duża a ciężar nieznaczny, można pominąć składowe P x oraz P y siły P i rozważać obciążenie tylko momentem M przyłożonym na końcu sprężyny. Sprężyna będzie miała kształt kołowy o stałym promieniu, a w każdym jej przekroju będą takie same naprężenia. Przy dostatecznie długim wahadle L w w stosunku do długości sprężyny L oraz przy małej wartości kąta wychylenia, chwilowy środek obrotu wahadła leży w przybliżeniu w 1/3 długości sprężyny licząc od jej utwierdzenia. 5. Łożyskowania specjalne

161 Łożyska sprężyste W tablicy podano wzory określające położenie środka obrotu S 0 dla różnych przypadków obciążenia sprężyny płaskiej. Najkorzystniejszy jest przypadek, gdy obciążenie płaskiej sprężyny łożyskowej powoduje jej rozciąganie. Siły ściskające mogą spowodować wyboczenie sprężyny, zaś prostopadłe nadmierne odkształcenie lub przekroczenie dopuszczalnych naprężeń zginających (mała sztywność). 5. Łożyskowania specjalne

162 Łożyskowanie na sprężynach płaskich Zawieszki sprężyste Przykłady konstrukcji wahadeł zegarowych Konstrukcja zawieszki sprężystej wahadła zegarowego - ruch obrotowy zwrotny, - niewielki zakres ruchu, - chwilowy środek obrotu ma w przybliżeniu stałe położenie 5. Łożyskowania specjalne

163 Łożyskowanie na sprężynach płaskich Sprężyny krzyżowe a = a oraz b = 2a, kąt przecięcia sprężyn m 1 /m = 1/2. Stosowane w przypadku obciążenia siłami innymi niż siła rozciągająca zawieszkę. F x składowa siły F przenoszona przez sprężynę środkową, F x składowa siły F przenoszona przez sprężyny zewnętrzne Każda ze sprężyn jest więc obciążona siłą wzdłużną. Dzięki temu konstrukcja jest nieczuła na dowolnie skierowane siły przypadkowe, a odkształcenie sprężyn zależy prawie wyłącznie od kąta wychylenia układu ruchomego, czyli od momentu zwrotnego M. 5. Łożyskowania specjalne

164 Łożyskowanie na sprężynach płaskich Sprężyny krzyżowe - układ sprężyn musi być symetryczny, - dla ułożyskowań przenoszących tylko moment zaleca się umieszczać oś obrotu na linii przecięcia sprężyn, a ponadto m 1 /m = ½, kąt między sprężynami 90 0, - dla bardzo małych kątów obrotu korzystniej przyjąć m 1 /m = ¾, - stosowanie sprężyn z napięciem własnym znacznie poprawia liniowość tej charakterystyki, - należy zapewnić dokładnie taką samą czynną długość sprężyn, - przykładowe parametry: długość sprężyn L = 30mm, a = 5 mm, grubość g = 0,1 mm, kąt wychylenia od = 10 0 do = Łożyskowania specjalne

165 Łożyskowanie na sprężynach skrętnych o kształcie krzyżowym - stosowane w układach o poziomej osi obrotu realizujących ruch obrotowy wahliwy, - pracują jako utwierdzone sztywno na obu końcach w kierunku obrotu a w kierunki wzdłużnym mające swobodę ruchu jednego końca, - wykonane z jednego materiału (większa sztywność na zginanie) lub jako dwie płaskie sprężyny połączone np. lutem (tylko bardzo małe sprężyny, takie połączenie wywołuje duże tarcie wewnętrzne) 5. Łożyskowania specjalne

166 Łożyskowanie na sprężynach płaskich Sprężyste zawieszki skrętne Stosowane do łożyskowania zespołów ruchomych w elektrycznych przyrządach pomiarowych. Zespół ruchomy 7 obraca się a kąt skręcenia zawieszki jest proporcjonalny do wartości momentu działającego na zespół. Obliczanie zawieszki polega na wyznaczeniu charakterystyki: M s k oraz sprawdzeniu naprężeń skręcających i rozciągających. 5. Łożyskowania specjalne

167 Właściwości zawieszek skrętnych - iloraz szerokości do grubości: od 10 do 15, - pożądane właściwości materiału na zawieszki: duża wytrzymałość na rozciąganie, bardzo dobre własności sprężyste i wytrzymałościowe, jak najwyższa granica proporcjonalności i małe opóźnienie sprężyste, mała zmiana właściwości sprężystych w funkcji temperatury, duża odporność na korozję, niewielka rezystancja - na zawieszki stosuje się zwykle: brąz fosforowy, brąz berylowy - BB2, brąz berylowo-niklowy-tytanowy - BB2T, albo stop platyny ze srebrem. 5. Łożyskowania specjalne

168 Właściwości łożysk sprężystych Łożyska sprężyste mają szereg cennych właściwości: wykazują małe opory ruchu wynikające głównie z histerezy sprężystej materiału, nie mają luzów, praktycznie nie zużywają się, nie wymagają smarowania ani zabiegów konserwacyjnych, umożliwiają doprowadzenie prądu do elementu ruchomego, realizują obrót tylko o niewielki kąt odkształcenie elementu sprężynującego wywołuje moment zwrotny, który może być wykorzystany do sprowadzenia łożyskowanego elementu do położenia początkowego, na podstawie kąta wychylenia łożyskowanego elementu jest możliwy pomiar wartości wielkości wywołującej to wychylenie 5. Łożyskowania specjalne

169 Łożyska magnetyczne 1 kulka cynowa, 2 tulejka, 3, 12 płyta, 4, 4a panewka mineralna, 5 balans, 6 wałek balansu, 7 drut stalowy, 8 magnes ruchomy ferrytowy, 9 osłona, 10 magnes nieruchomy ferrytowy, 11 oprawa magnesu, 13 - wkręt Łożyskowanie balansu 5. Łożyskowania specjalne

170 Łożyska magnetyczne Gramofon Adam GS 420 Unitra Fonica 5. Łożyskowania specjalne

171 Łożyska magnetyczne Łożysko kiełkowe Łożyskowanie ramienia gramofonu wspomaganego magnetycznie 1 belka ramienia, 2 tulejka, 3 wałek z czopem stożkowym, 4, 5 płytki magnetyczne prostopadłościenne, 6 nieruchomy pierścień magnetyczny 5. Łożyskowania specjalne