Podstawy Konstrukcji Urządzeń. Precyzyjnych

Transkrypt

1 Studia Inżynierskie Dzienne (I stopnia) Wydział Mechatroniki Politechniki Warszawskiej Podstawy Konstrukcji Urządzeń Tarcie Łożyskowania toczne Precyzyjnych Wykład sem. 4 D1 ( ) Opracował: dr inż. Wiesław Mościcki Instytut Mikromechaniki i Fotoniki Zakład Konstrukcji Urządzeń Precyzyjnych

2 Podstawy Konstrukcji Urządzeń Precyzyjnych semestr 4 Wykład 30 godzin prowadzący: dr inż. Wiesław Mościcki Ćwiczenia projektowe 15 godzin Ćwiczenia laboratoryjne 15 godzin kierujący: dr inż. Wiesław Mościcki, pok. 616 mail: w.moscicki@mchtr.pw.edu.pl 1. Wprowadzenie

3 Program wykładu Łożyskowanie Mechanizm ruchu liniowego S Przekładnia mechaniczna Sprzęgło Wprowadzenie

4 Program wykładu 1. Wprowadzenie 1 godz. 2. Tarcie i jego skutki 1 godz. 3. Łożyskowania ślizgowe 4 godz. 4. Łożyskowania toczne 4 godz. 5. Łożyskowania specjalne i prowadnice 2 godz. 5. Przekładnie mechaniczne cz. 1 7 godz. 6. Przekładnie mechaniczne cz. 2 7 godz. 7. Sprzęgła 3 godz. 8. Napędy śrubowe 1 godz. Wprowadzenie

5 Program ćwiczeń projektowych Temat: Zespół napędu liniowego (18 godz.) - wprowadzenie 1 godz. - struktura mechanizmu 1 godz. - obliczenia konstrukcyjnosprawdzające 2 godz. - rysunek złożeniowy 7 godz. - rysunki części 5 godz. - materiały i pokrycia 2 godz. Wprowadzenie

6 Program ćwiczeń laboratoryjnych Tematyka ćwiczeń: (12 godz.) 1. Badanie oporów ruchu łożysk ślizgowych 2 godz. 2. Badanie oporów ruchu łożysk tocznych 2 godz. 5A. Tworzenie zarysu ewolwentowego 2 godz. 5B. Korekcja kół i przekładni zębatych 2 godz. Ćwiczenia z AutoCAD-a 4 godz. Wprowadzenie

7 1. Wykład - 50pkt. Tryb zaliczania przedmiotu Egzamin: 5 pytań, czas trwania 75 min. do zaliczenia wymagane minimum 26 pkt. 2. Ćwiczenia projektowe - 20pkt. do zaliczenia wymagane minimum 10,5 pkt. systematyczność i terminowość, gwarancja zaliczenia 3. Ćwiczenia laboratoryjne 50 pkt. pięć ćwiczeń po 10pkt., do zaliczenia wymagane minimum 27,5 pkt. Wprowadzenie

8 Tryb zaliczania przedmiotu Student otrzymuje jedną ocenę z przedmiotu. Wynika ona z liczby punktów uzyskanych z wykładu (W), projektowania (P) i laboratorium (L). Sumę punktów z przedmiotu (S) ustala się według zależności: S 0,6 W 0,2 L P Liczba 30pkt. 10pkt. 20pkt. punktów obliczeniowych Wprowadzenie

9 Studia Inżynierskie Zaoczne (I stopnia) Wydział Mechatroniki Politechniki Warszawskiej Podstawy Konstrukcji Urządzeń Precyzyjnych Wykład sem. 4 Tarcie Łożyskowania toczne Opracował: dr inż. Wiesław Mościcki Instytut Mikromechaniki i Fotoniki Zakład Konstrukcji Urządzeń Precyzyjnych Z1 (25.02)

10 Podstawy Konstrukcji Urządzeń Precyzyjnych Rok akademicki 2016/2017, semestr 4, studia zaoczne Wykład 26 godzin dr inż. Wiesław Mościcki, pok. 616 Ćwiczenia projektowe 25 godzin dr inż. Wiesław Mościcki, p.616, dr inż. Zbigniew Kusznierewicz, p.723, Ćwiczenia laboratoryjne 12 godzin mgr inż. Dymitr Osiński, p. 607, dr inż. Marcin Zaczyk, p. 607, 1. Wprowadzenie

11 Program wykładu Łożyskowanie S Przekładnia mechaniczna Sprzęgło Wprowadzenie

12 Program wykładu Studia Zaoczne 1. Wprowadzenie 1 godz. 2. Tarcie i jego skutki 1 godz. 3. Łożyskowania ślizgowe 4 godz. 4. Łożyskowania toczne 4 godz. 5. Łożyskowania specjalne i prowadnice 2 godz. 5. Przekładnie mechaniczne cz. 1 6 godz. 6. Przekładnie mechaniczne cz. 2 5 godz. 7. Sprzęgła 2 godz. 8. Napędy śrubowe 1 godz. Wprowadzenie

13 Program ćwiczeń projektowych Studia zaoczne Temat: Zespół napędu liniowego (25 godz.) - wprowadzenie 1 godz. - struktura mechanizmu 1 godz. - założenia konstrukcyjne 6 godz. - obliczenia konstrukcyjno-sprawdzające 4 godz. - rysunek złożeniowy 6 godz. - rysunki części 5 godz. - materiały i pokrycia 2 godz. Wprowadzenie

14 Program ćwiczeń laboratoryjnych Studia zaoczne Tematyka ćwiczeń: (12 godz.) 1. Badanie oporów ruchu łożysk ślizgowych 3 godz. 5. Tworzenie zarysu ewolwentowego 3 godz. 7. Prowadnice liniowe 3 godz. 8. Termobimetale 3 godz. Wprowadzenie

15 Tryb zaliczania przedmiotu PKUP Studia zaoczne 1. Wykład - 50pkt. egzamin: 5 pytań, czas trwania 75 min. do zaliczenia wymagane minimum 26 pkt. tematy pomocnicze do egzaminu 2. Ćwiczenia projektowe - 22pkt. do zaliczenia wymagane minimum 11,5 pkt. systematyczność i terminowość, gwarancja zaliczenia 3. Ćwiczenia laboratoryjne 40 pkt. cztery ćwiczenia po 10pkt., do zaliczenia wymagane minimum 22 pkt. Wprowadzenie

16 Tryb zaliczania przedmiotu PKUP Studia zaoczne Student otrzymuje jedną ocenę z przedmiotu. Wynika ona z liczby punktów uzyskanych z wykładu (W), projektowania (P) i laboratorium (L). Sumę punktów z przedmiotu (S) ustala się według zależności: S 0,6 W 0,2 L P Liczba punktów 30pkt. 8pkt. 22pkt. obliczeniowych Wprowadzenie

17 Literatura W. Oleksiuk red.: Konstrukcja przyrządów i urządzeń precyzyjnych. WNT, Warszawa, 1996 Wprowadzenie

18 Literatura W. Oleksiuk red.: Konstrukcja przyrządów i urządzeń precyzyjnych. WNT, Warszawa, 1996 Wprowadzenie

19 Oleksiuk W., Paprocki K.: Konstrukcja mechanicznych zespołów sprzętu elektronicznego. WK i Ł, 1997 Literatura Wprowadzenie

20 Literatura Tryliński W.: Drobne mechanizmy i przyrządy precyzyjne. Podstawy konstrukcji. WNT, Warszawa, 1978 Wprowadzenie

21 Literatura Mościcki W. red: Podstawy konstrukcji urządzeń precyzyjnych. Ćwiczenia laboratoryjne. Oficyna Wydawnicza PW, Warszawa 2002 Wprowadzenie

22 Literatura Potrykus J. red.: Poradnik mechanika. Wydawnictwo Rea, Warszawa 2009, Licencja Europa-Lehrmittel Verlag Wprowadzenie

23 Literatura Oleksiuk W.: Wybrane zagadnienia z podstaw konstrukcji przyrządów precyzyjnych. Wydawnictwo PW, 1979 Kurmaz L.: Projektowanie węzłów i części maszyn. Politechnika Świętokrzyska, Kielce 2006 Mościcki W: Prezentacje do wykładu z PKUP sem4 ze strony: Wprowadzenie

24 Krajowe Ramy Kwalifikacji Kompetencje w zakresie wiedzy: Ma wiedzę na temat konstrukcji, działania i podstawowych właściwości: łożyskowań i prowadnic oraz przekładni mechanicznych i sprzęgieł, występujących w urządzeniach mechatronicznych, w tym w zakresie doboru materiałów Mechatronika : K_W13 i K_W15 Automatyka i Robotyka: K_W13 Symbol K_W13 Efekty kształcenia kierunku Mechatronika prowadzonego przez Wydział Mechatroniki Politechniki Warszawskiej Po ukończeniu studiów pierwszego stopnia na tym kierunku studiów absolwent uzyskuje Ma uporządkowaną wiedzę w zakresie grafiki inżynierskiej oraz konstrukcji urządzeń precyzyjnych z zastosowaniem komputerowego wspomagania projektowania Efekty kształcenia kierunku MCHTR prowadzonego przez Wydział Mechatroniki PW T1A_W03 T1A_W04 Wprowadzenie

25 Krajowe Ramy Kwalifikacji Kompetencje w zakresie umiejętności: Potrafi zaprojektować zespół mechaniczny urządzenia, przeprowadzić niezbędne obliczenia konstrukcyjne i sprawdzające, dobrać katalogowe elementy i podzespoły, w szczególności silnik elektryczny prądu stałego z reduktorem oraz wykonać dokumentację konstrukcyjną z wykorzystaniem programu AutoCAD Mechatronika: K_U02, K_U08, K_U014, K_U021, K_U024 Automatyka i Robotyka: K_U02 Symbol K_U02 Efekty kształcenia kierunku Mechatronika prowadzonego przez Wydział Mechatroniki Politechniki Warszawskiej Po ukończeniu studiów pierwszego stopnia na tym kierunku studiów absolwent uzyskuje Potrafi przygotować w języku polskim dokumentację zadania inżynierskiego i opis jego wyników oraz przedstawić je za pomocą różnych technik, w szczególności umie opracowywać schematy blokowe urządzeń i dokumentację techniczną podzespołów. Efekty kształcenia kierunku MCHTR prowadzonego przez Wydział Mechatroniki PW T1A_U02 T1A_U07 Wprowadzenie

26 Kompetencje społeczne: Krajowe Ramy Kwalifikacji Potrafi pracować w zespole zarówno jako uczestnik podczas przeprowadzania eksperymentów jak też jako oceniany lub oceniający przy omawianiu projektów zespołów mechanicznych Mechatronika: K_K04 Automatyka i Robotyka: K_K04 Symbol K_K04 Efekty kształcenia kierunku Mechatronika prowadzonego przez Wydział Mechatroniki Politechniki Warszawskiej Po ukończeniu studiów pierwszego stopnia na tym kierunku studiów absolwent uzyskuje Ma świadomość odpowiedzialności za pracę własną i zespołu, którego jest członkiem i zna zasady działania w sposób profesjonalny i zgodny z etyką zawodową Efekty kształcenia kierunku MCHTR prowadzonego przez Wydział Mechatroniki PW T1A_K03 T1A_K04 T1A_K05 Wprowadzenie

27 Tarcie i jego skutki Tarcie

28 Pojęcia podstawowe Nieodłącznym zjawiskiem towarzyszącym stykowi dwóch dociśniętych do siebie ciał jest tarcie. Występuje ono wtedy, gdy ciała są względem siebie w ruchu jak i wtedy gdy pozostają w spoczynku tarcie rozwinięte i tarcie nierozwinięte. W pierwszym przypadku pojawia się także zużycie elementów współpracujących. Nauka zajmująca się zjawiskiem tarcia i zużycia materiałów to trybologia (tribo pocieram oraz logos nauka). Tarcie

29 Korzystne skutki tarcia Dzięki istnieniu tarcia możliwy jest ruch: chodzenie, ruch pojazdów kołowych, jazda na nartach, łyżwach, sankach, itp. Tarcie

30 Przykłady wykorzystania tarcia w technice a) hamulce i sprzęgła cierne, zaciski, itp. P P Hamulec Sprzęgło Zacisk Tarcie

31 Przykłady wykorzystania tarcia w technice b) przekładnie cierne i cięgnowe cierne Przekładnia cierna Przekładnia cięgnowa cierna Tarcie

32 Przykłady wykorzystania tarcia w technice c) zjawisko samohamowności występuje w połączeniach gwintowych, w napędach śrubowych, w przekładni zębatej ślimakowej; Tarcie

33 Niekorzystne skutki tarcia a) opory ruchu Jest to dodatkowe obciążenie mechanizmu, które trzeba pokonać tak podczas rozruchu, jak i przy normalnej pracy urządzenia, gdy człon wyjściowy wykonuje np. ruch z zadaną roboczą prędkością. b) straty energetyczne Na pokonanie oporów ruchu niezbędne jest dostarczenie dodatkowej energii, która jest właściwie energią traconą. c) wydzielanie ciepła Praca sił tarcia zamieniana jest na ciepło, którego wydzielanie może wywołać potrzebę chłodzenia mechanizmu. d) zużycie elementów Tarcie, w połączeniu z grzaniem się elementów, powoduje przyspieszone zużycie. Zmusza to do stosowania lepszych, czyli droższych, materiałów a także niekiedy wymusza stosowanie kosztownych układów chłodzenia. Tarcie

34 Tarcie spoczynkowe i kinetyczne F F Tarcie jest efektem styku dociśniętych powierzchni spoczynek tarcie spoczynkowe T T ruch tarcie podczas ruchu (kinetyczne) Podczas ruchu występuje tarcie kinetyczne. Tarcie ruchowe (kinetyczne) ślizgowe wiertne toczne N T Tarcie

35 Istota tarcia wiertnego Jest to odmiana tarcia ślizgowego pojawiająca się w ruchu wiertnym. Ruch wiertny to taki ruch obrotowy, w którym punkty tego samego ciała mają różną prędkość poślizgu, zależną od swego położenia względem osi obrotu. Tarcie

36 Prawa tarcia. Współczynnik tarcia I prawo tarcia (Amontonsa): wartość siły tarcia jest proporcjonalna do wartości siły normalnej (1699); II prawo tarcia (Amontonsa): tarcie nie zależy od wielkości powierzchni stykających się ciał; III prawo tarcia (Coulomba): tarcie kinetyczne nie zależy od prędkości ślizgania. Parametrem, który w sposób ilościowy opisuje zjawisko tarcia jest współczynnik tarcia -. W zależności od rodzaju ruchu współpracujących elementów rozróżniamy: - współczynnik tarcia ślizgowego -, - współczynnik tarcia wiertnego - w. - obliczeniowy współczynnik tarcia (tocznego) obl Tarcie

37 Współczynnik tarcia ślizgowego i tocznego Współczynnik tarcia ślizgowego - to iloraz siły tarcia - T oraz siły docisku elementów - N: T N Obliczeniowy współczynnik tarcia tocznego obl jest wyznaczany doświadczalnie w taki sam sposób jak dla łożysk ślizgowych. Dlatego jego wartość może być porównywana ze współczynnikiem tarcia ślizgowego. Do ilościowego opisu tarcia tocznego używa się powszechnie współczynnika tarcia tocznego f. Jest to wielkość mianowana, wyrażona w milimetrach, a jej definicja zostanie podana w dalszej części wykładu. Tarcie

38 Węzeł cierny: 1 - panewka (tulejka), 2 - środek smarny, 3 - czop Parametry pracy węzła ciernego Cel wprowadzenia środka smarnego do węzła ciernego: - zmniejszenie tarcia i zużycia części, - ochrona części przed korozją, - odprowadzanie wytworzonego ciepła, - tłumienie drgań i hałasu Warunki pracy węzła ciernego opisują następujące wielkości: - prędkość poślizgu - v [mm/s], - naciski obliczeniowe p obl [MPa], czyli obciążenie przypadające na jednostkę powierzchni, - lepkość -, czyli właściwości środka smarnego (np. oleju) Tarcie

39 Tarcie ślizgowe Tarcie

40 Klasyfikacja tarcia ze względu na charakter styku (1) W zależności od tego czy i w jaki sposób współpracujące powierzchnie stykają się ze sobą (bezpośrednio czy oddzielone warstwą środka smarnego) rozróżniamy następujące rodzaje tarcia: - tarcie technicznie suche, - tarcie graniczne, - tarcie mieszane, - tarcie płynne. Tarcie

41 Tarcie technicznie suche (2) Nierówności powierzchni stykają się bezpośrednio, brak między nimi warstewki filmu olejowego. Środkiem smarnym jest para wodna oraz zanieczyszczenia występujące w środowisku pracy. Tarcie technicznie suche występuje wtedy, gdy prędkość poślizgu v 0. Minimalna wartość współczynnika tarcia jest zwykle większa od 0,1. Tarcie

42 Tarcie graniczne (3) Występuje cienka warstewka środka smarnego pokrywająca nierówności powierzchni, która: - ma grubość kilkudziesięciu molekuł, tj. nie więcej niż 0,5 m, - ma zdolność do trwałego przyczepienia się do powierzchni trących ciał stałych, - powoduje trwałe oddzielenie ich od siebie. Taką warstwę nazywamy warstwą graniczną zaś tarcie między dwiema takimi warstwami nazywa się tarciem granicznym. Tarcie

43 Tarcie graniczne (4) Warunki sprzyjające do tego, aby pojawiło się tarcie graniczne mogą zaistnieć wtedy, gdy prędkość poślizgu jest bardzo mała, a więc między innymi w następujących przypadkach: warstwa graniczna - podczas wprawiania czopa w ruch obrotowy, - w czasie zatrzymywania czopa łożyskowego, - przy zmianie kierunku obrotów czopa, Tarcie

44 Tarcie płynne (5) Obszary współpracy ciał stałych są trwale rozdzielone warstwą smaru, a bezpośrednie tarcie elementów jest zastąpione tarciem wewnętrznym cząsteczek w smarze. Mamy tu do czynienia z tarciem hydrodynamicznym. W warunkach tarcia płynnego występuje: - zmniejszenie oporów ruchu, - mniejsze zużywanie się elementów, - lepsze tłumienie drgań, - większa intensywność odprowadzania ciepła oraz produktów zużycia, - skuteczniejsze przeciwdziałanie korozji. Współczynnik tarcia przyjmuje wartości w granicach od około 0,005 do 0,08. Tarcie

45 Tarcie mieszane (6) Między obszarami styku metalicznego istnieją połączone między sobą mikrostrefy, które są wypełnione substancją smarującą (powietrze, olej) oraz produktami zużycia. Podczas przemieszczania współpracujących powierzchni kształt i objętość tych mikrostref zmienia się, wskutek czego powstają elementarne mikrokliny hydrodynamiczne. Oddziaływanie mikroklinów sumuje się i wywołuje lokalne unoszenie jednej powierzchni nad drugą. Tarcie

46 Tarcie mieszane (7) W takich warunkach obciążenie poprzeczne łożyska jest równoważone jednocześnie przez - mikroobszary bezpośredniego styku, - mikrokliny cieczy smarującej. Zdecydowana większość miniaturowych łożysk ślizgowych występujących w przyrządach pomiarowych oraz precyzyjnych pracuje w warunkach sprzyjających do wystąpienia tarcia mieszanego. Minimalne wartości współczynnika tarcia w takich warunkach pracy leżą w granicach od około 0,02 do 0,08. Tarcie

47 Tarcie toczne Tarcie

48 Tarcie przy toczeniu (1) Głównym źródłem tarcia podczas toczenia elementu po powierzchni jest histereza odkształceń w miejscu styku. Gdy elementem tocznym jest kulka występuje ponadto poślizg i mikropoślizg. Tarcie

49 Tarcie przy toczeniu (2) Histereza odkształceń P obciążenie walca, S siła wywołująca ruch, F n wypadkowa nacisków normalnych, - prędkość kątowa w ruchu toczenia walca, r promień walca, f przesunięcie siły F n oraz ramię siły P Tarcie

50 Tarcie przy toczeniu (3) Histereza odkształceń Podczas toczenia walca lub kuli, wywołanego momentem siły S, obszar wchodzący w styk jest ściskany, natomiast wychodzący ze styku jest odprężany. W części czołowej (przedniej) powstaje wybrzuszenie zaś w części wylotowej (tylnej) niedostatek materiału. Naciski normalne, w strefie styku, nie są symetryczne względem linii łączącej środki elementów współpracujących. Tarcie

51 Tarcie przy toczeniu (4) Histereza odkształceń Przy małych odkształceniach promienie r i r są w przybliżeniu równe, r = r. Moment strat tarcia tocznego M t jest pokonywany przez moment siły S, która wywołuje ruch toczenia. M t P f S r' S r Tarcie

52 Tarcie przy toczeniu (5) Wypadkowa nacisków siła F n jest przesunięta względem linii przechodzącej przez środki krzywizny współpracujących powierzchni o odcinek f. Ten odcinek jest nazywany współczynnikiem tarcia tocznego, i ma wymiar długości. Przy małych odkształceniach twardych ciał wartość współczynnika f wynosi: f ~ (0,005-0,01) mm. Tarcie

53 Tarcie przy toczeniu (6) Wartość momentu strat na tarcie, a więc także wartość współczynnika tarcia tocznego - f zależy od: - wartości nacisków jednostkowych na powierzchni styku, czyli od obciążenia, - wartości promieni krzywizny stykających się powierzchni, - właściwości sprężysto-plastycznych materiału w strefie styku (im większa twardość tym mniejsze straty). Tarcie

54 Tarcie przy toczeniu kulki (7) Poślizg W płaszczyźnie przechodzącej przez osie obu elementów istnieją dwa punkty A, w których wystąpi zjawisko czystego toczenia (bez poślizgów). 1- kulka, 2 - bieżnia oś łożyska tocznego Tarcie

55 Tarcie przy toczeniu kulki (8) Poślizg 1- kulka, 2 - bieżnia W pozostałych punktach w strefie styku wystąpią poślizgi: - w strefie I (wokół płaszczyzny środkowej) poślizgi mają kierunek przeciwny do kierunku toczenia, - w strefie II (zewnętrznej) kierunek poślizgów jest zgodny z kierunkiem toczenia. Tarcie

56 Tarcie przy toczeniu kulki (9) Mikropoślizg W płaszczyźnie ruchu (prostopadłej do osi obrotu) występuje mikropoślizg spowodowany sprężystym ugięciem współpracujących elementów pod działaniem siły P. Podczas pracy elementów pod obciążeniem długość łuku l, wzdłuż którego stykają się oba ciała, jako wspólna jest jednakowa. Przed ugięciem każdy z łuków miał inną długość (l 1 l 2 ). Elementarne odcinki powierzchni zetknięcia skracają się lub wydłużają. To zjawisko jest źródłem mikropoślizgów. Tarcie

57 Łożyskowania Wprowadzenie

58 Łożyskowanie Celem łożyskowania jest: - umożliwienie realizacji ruchu obrotowego elementów konstrukcyjnych w różnym zakresie kątowym, - podtrzymanie obracających się elementów i przeniesienie sił je obciążających, - zapewnienie możliwie małych oporów ruchu i małego zużycia elementów Łożyskowanie elementu, najczęściej wałka lub dźwigni, stanowią zazwyczaj dwa łożyska. Łożyskowanie

59 Łożysko jako element konstrukcyjny Łożyskowanie ślizgowe 1 panewka, 2 środek smarny, 3 czop Postać konstrukcyjna łożyska zależy od zasady jego działania. Łożysko element konstrukcyjny umożliwiający ruch obrotowy czopa. Czop odpowiednio ukształtowane zakończenie wałka lub osi. 3 Łożyskowanie toczne Łożyskowanie

60 UŁOŻYSKOWANIA ŚLIZGOWE TOCZNE z tarciem ślizgowym z tarciem wiertnym bez elementów pośrednich z elementami pośrednimi typu maszynowego kiełkowe nożowe typu zegarowego z panewką spiekaną typu zegarowego z panewką z tworzywa pryzmatyczne stożkowe nakrywkowe (wzdłużne) sprężyste aerostatyczne SPECJALNE kulkowe magnetyczne elektrostatyczne wałeczkowe walcowe igiełkowe baryłkowe kulowe aerodynamiczne rtęciowe stożkowe Łożyskowanie

61 Łożyskowania toczne

62 Klasyfikacja łożysk tocznych 1. Łożyskowania z pośrednimi elementami tocznymi (katalogowe łożyska toczne) Ruch obrotowy jest uzyskiwany przez toczenie się specjalnie do tego celu przeznaczonych elementów pośrednich umieszczonych między wałkiem a obudową (oprawą). 2. Łożyska bez pośrednich elementów tocznych Ruch obrotowy jest uzyskiwany przez bezpośrednie toczenie się czopa (wałka) po powierzchni panewki Łożyskowania toczne

63 Łożyska toczne z elementami pośrednimi Katalogowe łożyska toczne Łożyskowania toczne

64 Budowa łożyska tocznego 1 pierścień zewnętrzny, 2 pierścień wewnętrzny, 3 elementy toczne, 4 koszyczek 5 bieżnia główna Łożyskowania toczne

65 Łożyska toczne z elementami pośrednimi Właściwości trudne do wykonania precyzyjne elementy konstrukcyjne (z materiałów o dużej twardości, wykonane z dużą dokładnością), kosztowne oprzyrządowanie: specjalizowane obrabiarki, narzędzia z węglików i tytanu, automatyzacja produkcji, produkowane masowo, dzięki czemu koszt jednostkowy względnie niski, podstawowe parametry geometryczne i eksploatacyjne są znormalizowane w skali międzynarodowej, są elementem handlowym, konstruktorzy dobierają łożyska, korzystając z katalogów producentów oferujących duży asortyment tych elementów Łożyskowania toczne

66 Łożyska toczne w urządzeniach mechatronicznych średnica czopa < 10 mm, najczęściej kilka milimetrów (w precyzyjnych urządzeniach mechatronicznych stosowane są łożyska miniaturowe, o średnicy d 3 mm), niekiedy konieczne stosowanie łożysk tocznych o specjalnej konstrukcji, np. bez pierścienia wewnętrznego (najczęściej d < 2 3 mm), zazwyczaj obciążone małymi siłami, a to oznacza, że pracują w warunkach niedociążenia, nośność nie jest najważniejszym kryterium doboru łożyska, o przydatności łożyska często decydują takie właściwości, jak: - zachowanie stałego położenia osi obrotu (istotny jest tu wpływ bicia promieniowego, luzu oraz podatności łożyska), - cichobieżność łożyska, - mała wartość momentu tarcia, zwłaszcza mała jego zmienność spowodowana takimi czynnikami, jak prędkość, obciążenie, temperatura Łożyskowania toczne

67 Budowa łożysk tocznych Łożyskowania toczne

68 Budowa łożyska tocznego Pierścienie łożyskowe a b umożliwiają osadzenie łożyska na wałku i w oprawie, są bieżniami dla elementów tocznych, materiał: stal 100Cr6 (ŁH15), ulepszana cieplnie, większość ich powierzchni jest dokładnie szlifowana, Łożyskowania toczne

69 Budowa łożyska tocznego Koszyczki Koszyczek (separator) oddziela i prowadzi elementy toczne. Może być wykonany: z dwóch części tłoczonych z blachy, połączonych nitami lub zgrzewanych, jako wypraska z tworzywa sztucznego (jedna część lub dwie łączone) Łożyskowania toczne

70 Budowa łożyska tocznego Elementy toczne umożliwiają ruch pierścieni łożyskowych względem siebie przy stosunkowo małych siłach tarcia i przy niewielkim zużyciu współpracujących elementów, wykonywane są ze stali 100Cr6 (ŁH15), z drutu ciętego na niewielkie segmenty i w razie potrzeby spulchnianego do kształtu przypominającego np. kulkę. tak wykonane elementy są docierane pomiędzy dwiema tarczami aż do uzyskania zadowalającego kształtu i wymiaru, mają wtedy odchyłki średnicy do 100 m i dlatego przed montażem w łożysku podlegają selekcji. Łożyskowania toczne

71 Montaż łożysk tocznych Łożyskowania toczne

72 Łożyskowania toczne

73 Łożyskowania toczne

74 Klasyfikacja łożysk tocznych Łożyskowania toczne

75 Klasyfikacja łożysk tocznych Nominalny kąt działania łożyska - Nominalny kąt działania łożysk kulkowych, w nieobciążonym łożysku, jest zawarty między prostą (płaszczyzną) przechodzącą przez środek łuku punktów styku kulki z bieżniami a płaszczyzną prostopadłą do osi łożyska. W łożyskach wałeczkowych mieści się on między prostą prostopadłą do tworzącej bieżni zewnętrznej a płaszczyzną prostopadłą do osi łożyska. Łożyskowania toczne

76 Klasyfikacja łożysk tocznych Według kąta działania łożyska Promieniowe (poprzeczne) 0 0 < 45 0 Zwykłe Skośne Osiowe (wzdłużne) Łożyskowania toczne

77 Klasyfikacja łożysk tocznych Według kształtu elementu tocznego Kulkowe baryłkowe Łożyskowania toczne

78 Klasyfikacja łożysk tocznych Według możliwości wzajemnego wychylenia pierścieni Łożyskowania toczne

79 Klasyfikacja łożysk tocznych Według liczby rzędów części tocznych Łożyskowania toczne

80 Klasyfikacja łożysk tocznych Według klasy dokładności łożyska Łożyskowania toczne

81 Klasyfikacja łożysk tocznych Według luzu łożyskowego normalny zmniejszony powiększony Łożyskowania toczne

82 Rodzaje łożysk tocznych Łożyska poprzeczne Z2 (26.02) Łożyskowania toczne

83 Budowa łożyska tocznego Łożysko kulkowe promieniowe zwykłe, od 1mm Łożyskowania toczne

84 Budowa łożyska tocznego Odmiany konstrukcyjne łożysk Z 2Z RS 2RS N NR ZNR Łożyska kulkowe promieniowe zwykłe Łożyskowania toczne

85 Budowa łożyska tocznego Łożysko kulkowe do iskrowników Łożyskowania toczne

86 Budowa łożyska tocznego Łożysko kulkowe skośne jednorzędowe, od 10 mm Łożyskowania toczne

87 Budowa łożyska tocznego Łożysko kulkowe skośne dwurzędowe, od 10 mm Łożyskowania toczne

88 Budowa łożyska tocznego Łożysko kulkowe skośne czteropunktowe, od 20 mm (z dzielonym pierścieniem) Łożyskowania toczne

89 Budowa łożyska tocznego Łożysko kulkowe wahliwe dwurzędowe, od 5 mm Łożyskowania toczne

90 Budowa łożyska tocznego Łożysko walcowe jednorzędowe, od 20 mm Łożyskowania toczne

91 Budowa łożyska tocznego Odmiany konstrukcyjne łożysk NJ NH (NJ+HJ) NUP NU N RNU Łożyska walcowe jednorzędowe Łożyskowania toczne

92 Budowa łożyska tocznego Łożysko walcowe dwurzędowe, od 25 mm Łożyskowania toczne

93 Budowa łożyska tocznego Odmiany konstrukcyjne łożyska NA RBNA RNA NA69 Łożysko igiełkowe, od 10 mm Łożyskowania toczne

94 Budowa łożyska tocznego Łożysko stożkowe, od 15 mm Łożyskowania toczne

95 Budowa łożyska tocznego Łożysko baryłkowe wahliwe jednorzędowe Łożyskowania toczne

96 Budowa łożyska tocznego Łożysko baryłkowe wahliwe dwurzędowe, od 25 mm Łożyskowania toczne

97 Rodzaje łożysk tocznych Łożyska wzdłużne Łożyskowania toczne

98 Budowa łożyska tocznego Łożysko kulkowe wzdłużne jednokierunkowe, od 10 mm Łożyskowania toczne

99 Budowa łożyska tocznego Łożysko kulkowe wzdłużne dwukierunkowe, od 10 mm Łożyskowania toczne

100 Budowa łożyska tocznego Łożysko walcowe wzdłużne Łożyskowania toczne

101 Budowa łożyska tocznego Łożysko baryłkowe wzdłużne, od 60 mm Łożyskowania toczne

102 Miniaturowe łożyska toczne D2 ( ) Łożyskowania toczne

103 Miniaturowe łożyska toczne o średnicy d 1 mm RK RP RC Miniaturowe łożyska toczne według katalogu RMB - średnica czopa 1 d 3 mm Łożyskowania toczne

104 Miniaturowe łożyska toczne o średnicy d 1 mm P, PF C, CF OR, ORT OD,ODT Łożyska toczne miseczkowe według katalogu RMB - średnica czopa d 1 mm Łożyskowania toczne

105 Łożyska toczne specjalne Łożyskowania toczne

106 Łożyska toczne z tworzywa sztucznego pierścienie wykonane z poliwęglanu, zaś koszyczek - z poliamidu PA6.6, elementy toczne: szkło lub stal szlachetna (nierdzewna), przeznaczone do pracy w środowisku agresywnym chemicznie, nośność około 50 dan, prędkość ponad 1500 obr/min Iglidur A500 pierścienie i koszyczek wykonano z odpornego na wysokie temperatury igliduru A500, elementy toczne: szkło lub stal szlachetna, średnica czopa 3, 6, 8 i 10 mm możliwość pracy w temperaturze do C Łożyskowania toczne

107 Łożyska toczne ceramiczne Łożyska ceramiczne to takie łożyska, w których: - pierścienie i kulki są ceramiczne, - koszyk wykonany jest z tworzywa sztucznego. Tworzywami ceramicznymi najczęściej wykorzystywanymi do produkcji pierścieni i kulek łożysk tocznych a także elementów łożysk ślizgowych są: dwutlenek cyrkonu (ZrO 2 ), azotek krzemu (Si 3 N 4 ), węglik krzemu (SiC), Łożyskowania toczne

108 Łożyska toczne ceramiczne Właściwości trwałość - dwutlenek cyrkonu, azotek krzemu oraz węglik krzemu są tworzywami o bardzo dużej twardości i odporności na ścieranie. Łożyska ceramiczne mają 3 i więcej razy dłuższą trwałość niż te ze stali łożyskowej. odporność na temperaturę mogą pracować w zakresie temperatur od 50 o C nawet do ok. 350 C, ograniczeniem jest materiał koszyczka (PA, PTFE), przy wyższych temperaturach pracy stosuje się łożyska całoceramiczne, niska masa (do ok. 1/3 masy łożysk stalowych), Łożyskowania toczne

109 Łożyska toczne ceramiczne Właściwości odporność chemiczna - przede wszystkim na działanie kwasów, łożyska ceramiczne mogą pracować zanurzone w kwasie lub w jego oparach, nawet w wysokich temperaturach niemagnetyczność łożyska ceramiczne mogą bez żadnych zakłóceń pracować w polu magnetycznym, samosmarowność - nie wymagają smarowania nawet podczas najtrudniejszych warunków pracy tj. w wysokiej temperaturze, korozyjnym środowisku czy w próżni, izolacyjność elektryczna azotek krzemu i dwutlenek cyrkonu są izolatorami, stosowane w przemyśle: chemicznym, elektrycznym, spożywczym, sportowym, morskim Łożyskowania toczne

110 Łożyska toczne całoceramiczne Budowa i zastosowanie Łożyska całoceramiczne to takie, w których wszystkie elementy łożyska a więc pierścienie i kulki wykonane są z materiałów ceramicznych. Ten typ łożysk nie posiada koszyka. Łożyska te mogą pracować w najtrudniejszych warunkach, np. w temperaturze nawet do 1350 o C (transport w piecach hutniczych). Mają mniejsze opory ruchu (brak koszyczka) a więc i mniej się nagrzewają. Łożyskowania toczne

111 Łożyska toczne hybrydowe - elementy toczne w łożyskach hybrydowych są wykonane z materiałów ceramicznych. Najczęściej jest to azotek krzemu (Si 3 N 4 ), - pierścienie łożysk hybrydowych wykonane są ze stali łożyskowej (100Cr6) lub ze stali nierdzewnej, - pozostałe elementy (koszyki, uszczelnienia i osłony) jak w łożyskach tradycyjnych (ze stali) Łożyskowania toczne

112 Łożyska toczne hybrydowe Właściwości wydłużona trwałość do 5 razy większa łożysk stalowych, niska masa elementów tocznych - azotek krzemu jest prawie trzykrotnie lżejszy od stali, bardzo niskie opory toczenia - nawet o 70% mniejsze niż w tradycyjnych łożyskach, ceramiczne elementy toczne nie korodują, są niemagnetyczne, bardzo twarde i odporne na ścieranie, maksymalna prędkość obrotowa nawet do obr/min, izolacyjność - elementy toczne izolują bieżnie względem siebie (nie dotyczy to łożysk z osłonami typu ZZ), Łożyskowania toczne

113 Łożyska toczne hybrydowe Zastosowanie dostępne łożyska: miniaturowe zwykłe i wzdłużne (1 9 mm), a także łożyska o większych wymiarach różnych typów (zwykłe, skośne, wahliwe) Łożyska hybrydowe stosowane są w przemyśle: maszynowym: wrzeciona obrabiarek, prowadnice liniowe, elektronicznym: napędy komputerów, wentylatory, sportowym: deskorolki, rolki, kołowrotki wędkarskie, rowery, medycznym: kątnice stomatologiczne, hobbistycznym: w modelach samolotów, samochodów, itp. Łożyskowania toczne

114 Zdolność łożysk tocznych do przenoszenia obciążenia Łożyskowania toczne

115 Łożyska toczne stożkowe Budowa łożyska Geometria bieżni łożyska tocznego stożkowego Łożyskowania toczne

116 Łożyska toczne stożkowe Wpływ kąta działania łożyska stożkowego na wartość możliwego do przeniesienia obciążenia osiowego Łożyskowania toczne

117 Łożyska toczne poprzeczne Zdolność łożysk tocznych poprzecznych do przenoszenia obciążenia promieniowego i osiowego Łożyskowania toczne

118 Łożyska toczne kulkowe skośne Przenoszenie obciążeń przez łożyska kulkowe skośne jedno i dwurzędowe Łożyskowania toczne

119 Łożysko walcowe i skośne czteropunktowe Przenoszenie obciążeń przez łożyska toczne poprzeczne Łożyskowania toczne

120 Podstawowe parametry łożysk tocznych Łożyskowania toczne

121 Normalizacja łożysk tocznych Podstawowe parametry łożysk tocznych są znormalizowane w skali międzynarodowej. Ujednolicone są: symbole literowe oznaczające wielkości geometryczne i eksploatacyjne, sposób oznaczania łożysk tocznych, definicje wielkości eksploatacyjnych, zależności między wielkościami eksploatacyjnymi, wartości liczbowe parametrów geometrycznych i eksploatacyjnych, Łożyskowania toczne

122 Normalizacja łożysk tocznych Parametry geometryczne d średnica otworu pierścienia wewnętrznego, D średnica zewnętrzna łożyska (pierścienia zewnętrznego), B, (T) szerokość łożyska poprzecznego, (stożkowego), H wysokość łożyska wzdłużnego, r, r 1 promienie zaokrągleń krawędzi Łożyskowania toczne

123 Sposób oznaczania łożysk tocznych 1 kulkowe wahliwe, 2 baryłkowe, 3 stożkowe, 5 kulkowe wzdłużne, 6 kulkowe zwykłe, 7 kulkowe skośne Łożyskowania toczne

124 Sposób oznaczania łożysk tocznych Łożyskowania toczne

125 Normalizacja łożysk tocznych Parametry eksploatacyjne C C o n gr nośność dynamiczna (ruchowa) łożyska, w [dan], nośność statyczna (spoczynkowa) łożyska, w [dan], prędkość obrotowa graniczna, w [obr/min], L, L h trwałość łożyska wyrażona w milionach obrotów (L) lub w godzinach (L h ), P, P o obciążenie zastępcze dynamiczne (ruchowe) (P) i statyczne (spoczynkowe) (P o ) w [dan]. Łożyskowania toczne

126 Zdolność łożyska do przenoszenia obciążeń, gdy n 10 obr/min Podstawowymi wielkościami charakteryzującymi zdolność łożyska do przenoszenia obciążeń, gdy pierścienie łożyskowe obracają się względem siebie z prędkością n 10 obr/min są: nośność dynamiczna (ruchowa) łożyska - C, wyrażona w dan, umowna trwałość łożyska - L, wyrażona w milionach obrotów Łożyskowania toczne

127 Umowna trwałość łożyska - L Przetaczanie elementów tocznych po bieżniach obciążonego łożyska przy takiej prędkości powoduje: - powstawanie zmiennych nacisków stykowych, - powierzchniowe zmęczenie materiału, - mikropęknięcia a w ich następstwie łuszczenie powierzchni bieżni lub elementów tocznych. Dla takich samych łożysk - jeden wytwórca oraz identyczne warunki pracy - zmęczenie materiału występuje po różnym czasie pracy łożyska. Dlatego wprowadzono pojęcie trwałości umownej. Łożyskowania toczne

128 Umowna trwałość łożyska - L Trwałość umowna L - to, wyrażony w milionach obrotów, okres pracy łożyska ze stałą prędkością obrotową, jaki osiąga 90% pozornie identycznych łożysk (tj. od jednego producenta i z jednej serii produkcyjnej), bez objawów zużycia zmęczeniowego. Oznacza to, że: 10% łożysk nie osiągnie tej trwałości, nie mniej niż 75% będzie miało trwałość 2 razy większą, co najmniej 50% będzie miało trwałość aż czterokrotnie większą. Łożyskowania toczne

129 Nośność dynamiczna łożyska C Nośność dynamiczna (ruchowa) C łożyska tocznego jest to stałe obciążenie łożyska (wyrażone w dan), przy którym grupa pozornie identycznych łożysk osiągnie trwałość równą 1 milion obrotów. To stałe obciążenie powinno działać: w łożyskach poprzecznych (zwykłych i skośnych): w płaszczyźnie prostopadłej do osi obrotu, przy obracającym się pierścieniu wewnętrznym łożyska, a nieruchomym - zewnętrznym, w łożyskach wzdłużnych: wzdłuż osi, gdy obraca się dowolny pierścień. Łożyskowania toczne

130 Obciążenie zastępcze dynamiczne P Obciążenie zastępcze dynamiczne P jest to teoretyczne obciążenie o stałej wartości i kierunku przy którym łożysko osiąga taką samą trwałość jak przy obciążeniu rzeczywistym. Kierunek działania obciążenia zastępczego: - w łożysku poprzecznym (zwykłym i skośnym): w płaszczyźnie prostopadłej do osi (obraca się pierścień wewnętrzny, nieruchomy zewnętrzny), - w łożysku wzdłużnym: wzdłuż osi (obraca się dowolny pierścień). Łożyskowania toczne

131 Obciążenie zastępcze dynamiczne P F r, F a składowe obciążenia łożyska, X (Y) współczynnik obciążenia poprzecznego (wzdłużnego), V - współczynnik przypadku obciążenia P X V F Y F r a V = 1 dla przypadku obciążenia typu RW, V = 1,2 dla przypadku - RO Łożyskowania toczne

132 Obciążenie zastępcze dynamiczne P Wartości współczynników obciążenia X i Y F Łożyska kulkowe zwykłe luz normalny Współczynnik obciążeń a e F a /F r e F a /F r > e Co X Y X Y 0,014 0, ,56 2,30 0,028 0, ,56 1,99 0,056 0, ,56 1,71 0,084 0, ,56 1,55 0,11 0, ,56 1,45 Łożyskowania toczne

133 Obciążenie zastępcze efektywne P e Wpływ nadwyżek dynamicznych Zmiany obciążenia podczas pracy łożyska uwzględnia się obliczając obciążenie zastępcze efektywne: P P f e d f d - współczynnik nadwyżek dynamicznych, P - obciążenie zastępcze dynamiczne (ruchowe) przy normalnej pracy łożyska Łożyskowania toczne

134 Obciążenie zastępcze efektywne P e Współczynnik nadwyżek dynamicznych f d Wartość współczynnika nadwyżek dynamicznych spokojna praca, bez uderzeń 1,00 spokojna praca z przeciążeniami do 25% lub małymi wstrząsami 1 1,2 normalna praca z przeciążeniami do 50% lub wstrząsami i uderzeniami 1,2 1,8 praca przy dużych obciążeniach z uderzeniami 1,8 2,5 ciężka praca i duże uderzenia lub duże siły masowe 2,5 3,5 Łożyskowania toczne

135 Trwałość, nośność, obciążenie zastępcze gdy n 10 obr/min L C P p L umowna trwałość łożyska [w mln obrotów], C nośność ruchowa (dynamiczna) łożyska [dan], P obciążenie zastępcze ruchowe (dynamiczne) [dan], p wykładnik potęgowy wynoszący: p = 3 - dla łożysk kulkowych, p = 10/3 - dla łożysk wałeczkowych Łożyskowania toczne

136 Trwałość w godzinach L h Jeśli prędkość obrotowa łożyska jest stała, to trwałość można wyrazić w godzinach pracy: L h L 10 n n C P p L h trwałość łożyska w godzinach pracy, n prędkość obrotowa łożyska w obr/min C nośność dynamiczna w dan, P obciążenie zastępcze w dan, p wykładnik potęgowy, p = 3 lub p = 10/3 Łożyskowania toczne

137 Trwałość modyfikowana L na W celu dokładniejszego oszacowania wpływu różnych czynników na trwałość łożyska, zgodnie z normami ISO, wprowadzono równanie opisujące tzw. trwałość efektywną: L na a 1 a 2 a 3 C P p L na - trwałość efektywna łożyska [mln obrotów], Indeks oznacza różnicę między niezawodnością 100% a wymaganą. trwałość przy niezawodności 90% L 10 Łożyskowania toczne

138 Trwałość modyfikowana L na Współczynniki korygujące: a 1 współczynnik niezawodności, a 2 współczynnik materiału, a 3 współczynnik warunków pracy Przy niezawodności 90%, gdy łożyska wykonano ze stali 100Cr6 (ŁH15) oraz w normalnych warunkach pracy: a 1 = a 2 = a 3 = 1 Wtedy współczynnik trwałości (iloraz C/P) - L 10 (przy 90% niezawodności) jest równy: C L10 a1 a2 a3 P p L Łożyskowania toczne

139 Trwałość modyfikowana L na Współczynnik niezawodności a 1 Pomaga wyznaczyć trwałość przy wyższym poziomie niezawodności niż 90% (trwałość L 10 ). Niezawodność należy rozumieć jako prawdopodobieństwo z jakim dane łożysko może osiągnąć lub przekroczyć określoną trwałość. Współczynnik niezawodności a 1 Łożyskowania toczne

140 Trwałość modyfikowana L na Współczynnik materiału a 2 oraz warunków pracy a 3 Większe wartości współczynnika materiału a 2, czyli a 2 > 1 można przyjmować po konsultacji z producentem łożysk. Współczynnik warunków pracy a 3 zależy od skuteczności smarowania i od temperatury pracy łożyska. Wskaźnikiem tej zależności jest parametr, tj. iloraz rzeczywistej lepkości kinematycznej i wzorcowej 1. Lepkość wzorcowa 1 zapewnia poprawne warunki smarowania w danej temperaturze pracy łożyska. 1 Łożyskowania toczne

141 Trwałość modyfikowana L na Współczynnik zespolony a 23 Współczynniki a 2 oraz a 3 są współzależne, dlatego można spotkać równanie trwałości w postaci: L a a na 1 23 L Wartość współczynnika a 23, zależna od wskaźnika, jest dobierana z wykresów podanych przez producentów łożysk. Łożyskowania toczne

142 Nośność dynamiczna łożyska C Wpływ temperatury Łożyska mogą pracować bez problemów w temperaturze do C. W wyższej temperaturze następuje: - odpuszczanie materiału, - zmniejszenie twardości elementów, - nieodwracalny spadek nośności. Nośność C t łożyska przegrzanego wynosi: C t f t C gdzie: f t - współczynnik zależny od temperatury Łożyskowania toczne

143 Nośność spoczynkowa łożyska C o gdy n < 10 obr/min Podstawowymi wielkościami charakteryzującymi zdolność łożyska do przenoszenia obciążeń, gdy pierścienie łożyskowe obracają się względem siebie z prędkością n < 10 obr/min jest: nośność statyczna (spoczynkowa) łożyska C 0, wyrażona w dan. Nośność spoczynkowa C o - łożyska to takie obciążenie, które wywołuje całkowite (łączne) odkształcenie plastyczne stykających się powierzchni równe 0,0001 średnicy elementu tocznego. Takie odkształcenie nie utrudnia jeszcze spokojnej pracy łożyska. Obciążenie to powinno być statyczne i w przypadku łożysk poprzecznych (zwykłych i skośnych) działać prostopadle do ich osi a w przypadku łożysk wzdłużnych wzdłuż osi. Łożyskowania toczne

144 Nośność spoczynkowa łożyska C o gdy n < 10 obr/min Nośność spoczynkową (statyczną) łożyska C o oblicza się ze wzoru: C o s o P gdzie: s 0 współczynnik bezpieczeństwa obciążenia statycznego, P 0 obciążenie zastępcze statyczne (spoczynkowe) w dan o Łożyskowania toczne

145 Obciążenie zastępcze spoczynkowe P o F ro, F ao składowe obciążenia statycznego łożyska, X o (Y o ) współczynnik obciążenia statycznego poprzecznego (wzdłużnego) P o X o F ro Y o F ao Dla łożysk kulkowych poprzecznych zwykłych: P o 0,6F ro 0,5F ao Łożyskowania toczne

146 Prędkość graniczna n gr Jest to maksymalna prędkość obrotowa jednego z pierścieni, z jaką prawidłowo zamontowane i smarowane łożysko może trwale pracować bez obawy uszkodzenia. Prędkość graniczna jest wyznaczana doświadczalnie. Wartości prędkości granicznej są podawane w tablicach wymiarowych łożysk, przy smarowaniu smarem plastycznym lub olejem łożysk wykonanych w normalnej klasie dokładności, przy pracy bez wstrząsów, uderzeń i przy niewielkim obciążeniu, czyli gdy obciążenie względne C/P 15. Z3 (05.03) Łożyskowania toczne

147 Prędkość graniczna n gr Łożyskowania toczne

148 Przypadki obciążenia łożysk tocznych Łożyskowania toczne

149 Przypadki obciążenia łożysk tocznych Podstawowym zagadnieniem przy konstruowaniu łożyskowania tocznego jest dokładna analiza sposobu obciążenia łożysk. Jej wynik decyduje o sposobie osadzania łożysk na wałku i w oprawie oraz o doborze pasowań. Istnieją trzy przypadki obciążenia łożysk: przypadek obciążenia typu ruchomy wałek (RW) przypadek obciążenia typu ruchoma oprawa (RO) przypadek złożony Łożyskowania toczne

150 Przypadek obciążenia typu ruchomy wałek Pierścień wewnętrzny (wałek) obraca się, kierunek działania siły pozostaje stały 4. Łożyskowania toczne

151 Przypadek obciążenia typu ruchomy wałek Pierścień wewnętrzny (wałek) pozostaje nieruchomy, siła zmienia kierunek swego działania 4. Łożyskowania toczne

152 Przypadek obciążenia typu ruchoma oprawa Pierścień zewnętrzny obraca się względem stałego kierunku siły 4. Łożyskowania toczne

153 Przypadek obciążenia typu ruchoma oprawa Pierścień zewnętrzny jest nieruchomy, siła wirując zmienia kierunek swego działania 4. Łożyskowania toczne

154 Przypadki obciążenia łożysk a) b) F F Ruchomy wałek c) d) Ruchoma oprawa F d = m p n F d Ruchoma oprawa Ruchomy wałek D3 ( ) 4. Łożyskowania toczne

155 Przypadki obciążenia łożysk Najbardziej obciążone punkty bieżni A Ruchomy wałek B Ruchoma oprawa Ruchomy wałek przypadek bardziej korzystny, gdyż stykają się powierzchnie wypukła i wklęsła. 4. Łożyskowania toczne

156 Przypadek obciążenia typu ruchomy wałek RW F F Niedopuszczalne!!! Poprawne osadzenie łożyska 4. Łożyskowania toczne

157 Przypadek obciążenia typu ruchoma oprawa - RO Siła F obraca się razem z wałkiem F F F F Poprawne osadzenie łożyska Niedopuszczalne!!! 4. Łożyskowania toczne

158 Dobór tolerancji wykonania wałka i oprawy Średnica zewnętrzna łożyska h5 gniazdo wałek Średnica otworu łożyska K5 4. Łożyskowania toczne

159 Zalecane pasowania Przypadek obciążenia typu ruchomy wałek (RW): Wałek h5, j5, js5, j6, js6, k5 Oprawa H8, H9 Przypadek obciążenia typu ruchoma oprawa (RO): Wałek g6, h6 Oprawa M7, N7 4. Łożyskowania toczne

160 Konstrukcja łożyskowań 4. Łożyskowania toczne

161 Osadzanie łożysk Łożysko musi być ustalone (zabezpieczone przed przesuwaniem) względem tego elementu wobec którego pozostaje nieruchome, czyli (ciasno pasowane). SAMO PASOWANIE NIE WYSTARCZA!!!! 4. Łożyskowania toczne

162 Łożyskowanie wałka Zasada belki statycznie wyznaczalnej A B P pa P pb P wa 4. Łożyskowania toczne

163 Łożyskowanie wałka Belka statycznie wyznaczalna Podpora stała 4. Łożyskowania toczne

164 Łożyskowanie wałka Belka statycznie wyznaczalna Podpora przesuwna 4. Łożyskowania toczne

165 Łożyskowanie wałka Belka statycznie wyznaczalna A B A B 4. Łożyskowania toczne

166 Łożyskowanie wałka Belka statycznie wyznaczalna A B 4. Łożyskowania toczne

167 Łożyskowanie na łożyskach skośnych 4. Łożyskowania toczne

168 Łożyskowanie wałka Łożyska skośne kulkowe Schematy osadzania łożysk skośnych 4. Łożyskowania toczne

169 Łożyskowanie wałka Łożyska kulkowe skośne napięcie wstępne Przykład łożyskowania na łożyskach kulkowych skośnych 4. Łożyskowania toczne

170 Łożyskowanie wałka Łożyska kulkowe skośne belka statycznie wyznaczalna A B 4. Łożyskowania toczne

171 Kasowanie luzu w łożyskowaniu wałka 4. Łożyskowania toczne

172 Łożyskowanie wałka Łożyska stożkowe Schematy łożyskowania Podpora stała 4. Łożyskowania toczne

173 Łożyskowanie wałka Łożyska stożkowe - belka statycznie wyznaczalna A B 4. Łożyskowania toczne

174 Łożyskowanie wałka Łożyska stożkowe napięcie wstępne Przykład łożyskowania 4. Łożyskowania toczne

175 Osadzanie łożysk z wykorzystaniem opaski sprężystej Osadzanie łożyska z wykorzystaniem opaski sprężystej 4. Łożyskowania toczne

176 Opory ruchu w łożyskach tocznych 4. Łożyskowania toczne

177 Łożyska toczne Metody wyznaczania momentu tarcia 1. Metody eksperymentalne: metoda wahadła, metoda dobiegu, metoda wybiegu Metodami doświadczalnymi można wyznaczyć moment tarcia w warunkach zbliżonych do rzeczywistych. Stanowiska badawcze opisane w literaturze 2. Metody obliczeniowe 4. Łożyskowania toczne

178 Łożyska toczne Obliczeniowy współczynnik tarcia tocznego - obl Badane łożysko toczne Zastępcze łożysko ślizgowe W obu łożyskach identyczne są wartości następujących parametrów: M t moment tarcia, P obciążenie poprzeczne, d średnica czopa 4. Łożyskowania toczne

179 Łożyska toczne Obliczeniowy współczynnik tarcia tocznego - obl Moment tarcia w zastępczym łożysku ślizgowym określony jest zależnością: d M t P 2 Przyjmujemy, że moment tarcia tego łożyska jest taki jak moment tarcia badanego łożyska tocznego. Wyznaczony z powyższej zależności współczynnik tarcia to obliczeniowy współczynnik tarcia tocznego zredukowany do średnicy czopa: obl 2M t P d 4. Łożyskowania toczne

180 Łożyska toczne Obliczeniowy współczynnik tarcia w łożyskach tocznych Obliczeniowy współczynnik tarcia obl dla różnych rodzajów łożysk Rodzaj łożyska obl Kulkowe poprzeczne 0,0015 Kulkowe wahliwe Skośne jednorzędowe Walcowe i igiełkowe 0,0010 0,0015 0,0015 0,0020 0,0015 0,0030 Stożkowe 0,0020 0,0050 Baryłkowe 0,0020 Kulkowe wzdłużne 0, Łożyskowania toczne

181 Łożyska toczne Obliczeniowe metody wyznaczania momentu tarcia 1. Metoda przybliżona M t P obl d 2 P obciążenie zastępcze dynamiczne łożyska, d średnica czopa łożyska Metoda ta może być stosowana, gdy występują: normalne warunki pracy, dobre smarowanie, niedociążenie łożyska, P 0,1 C 4. Łożyskowania toczne

182 Łożyska toczne Obliczeniowe metody wyznaczania momentu tarcia 2. Metoda sumowania oporów ruchu M M M t 0 1 M 0 moment tarcia niezależny od obciążenia (opory hydrodynamiczne środka smarnego), M 1 moment tarcia zależny od obciążenia łożyska Metoda jest zalecana w następujących przypadkach: gdy chcemy dokładniej oszacować opory ruchu łożyska, jeśli między elementami występuje dobre smarowanie (film smarowy), nie ma metalicznego styku, gdy warunki pracy są trudniejsze, szczególnie w odniesieniu do obciążenia P (łożysko normalnie obciążone) 4. Łożyskowania toczne

183 Łożyska toczne Moment oporów hydrodynamicznych smaru M 0 Moment M 0 jest wyznaczany w łożysku pracującym bez obciążenia (P = 0), w zależności od wartości iloczynu następujących wielkości: - prędkości obrotowej n [obr/min], - lepkości kinematycznej smaru [mm 2 /s], a) gdy iloczyn (n ) M f ( n) d 0 0 m f 0 zależny od sposobu smarowania i rodzaju łożyska, d m średnica podziałowa łożyska, d m = 0,5 (d + D) 4. Łożyskowania toczne

184 Łożyska toczne Moment oporów hydrodynamicznych smaru M 0 b) gdy iloczyn (n ) < 2000 M f0 dm f 0 zależny od rodzaju łożyska i sposobu smarowania, d m średnica podziałowa łożyska, d m = 0,5 (d + D) W łożyskach kulkowych zwykłych i wahliwych wartość współczynnika f 0 wynosi: f 0 0,75 1,5 przy stosowaniu smaru plastycznego, f 0 1,5 2,0 przy smarowaniu olejem 4. Łożyskowania toczne

185 Łożyska toczne Moment tarcia M 1 zależny od obciążenia Moment M 1 oblicza się ze wzoru (wg katalogu WEMA): M 1 0,5 1 f1 P0 dm 1 współczynnik tarcia zależny od rodzaju łożyska i wartości obciążenia, f 1 współczynnik zależny od rodzaju łożyska, P 0 obciążenie zastępcze spoczynkowe Wartości współczynników 1 i f 1 podane są w katalogach łożysk tocznych. 4. Łożyskowania toczne

186 Smarowanie łożysk tocznych 4. Łożyskowania toczne

187 Smarowanie łożysk tocznych Łożyska toczne są smarowane w celu: ochrony przed korozją i zanieczyszczeniami, zmniejszenia oporów ruchu, wynikających głównie z tarcia ślizgowego, łagodzenia uderzeń i zmniejszenia szumu podczas ich pracy, odprowadzania ciepła wytwarzanego w czasie pracy łożysk (możliwe przy intensywnym smarowaniu), ułatwienia przesuwu łożyska (ruchoma podpora) 4. Łożyskowania toczne

188 Smarowanie łożysk tocznych Rodzaje smarów Rodzaje smarów: smary plastyczne oraz oleje smarowe. Wybór smaru zależy od: obciążenia łożyska i prędkości obrotowej, temperatury pracy łożyska, systemu smarowania i rodzaju uszczelnienia, środowiska pracy (pył, woda, agresywne gazy, itp.), dopuszczalnych oporów ruchu, przewidywanego okresu pracy do ponownego smarowania. 4. Łożyskowania toczne

189 Smarowanie łożysk tocznych Łożyska toczne zazwyczaj są wypełniane smarami plastycznymi. Smary plastyczne to koloidalne roztwory mydeł, np. sodowego, litowego lub wapniowego. Dają one trwały film smarno-ochronny a ponadto są dość odporne na starzenie. Łożyska ze smarem plastycznym wymagają znacznie mniejszego dozoru podczas eksploatacji niż łożyska smarowane olejem. Przykład: łożysko wypełnione smarem plastycznym może pracować bez konserwacji nawet do 4 lat. 4. Łożyskowania toczne

190 Smarowanie łożysk tocznych Do smarowania łożysk tocznych, oprócz łożysk miniaturowych, stosuje się najczęściej smary litowe. Przykład: smar ŁT-4 S2 lub ŁT-4 S3: - temperatura pracy od 30 0 C do C, - odporne na działanie wody, - temperatura kroplenia C, - penetracja w temperaturze 25 0 C: ŁT-4 S2: ŁT-4 S3: Łożyskowania toczne

191 Smarowanie miniaturowych łożysk tocznych Do smarowania miniaturowych łożysk tocznych używa się: smarów plastycznych (na bazie olejów mineralnych): Fett R27 (Niemcy): - temperatura pracy od 20 0 C do C, - temperatura kroplenia C, - penetracja 285 (odpowiednik lepkości cieczy) Fett B52 (Niemcy) smar półpłynny: - temperatura pracy od 20 0 C do C, - temperatura kroplenia C, - penetracja Łożyskowania toczne

192 Smarowanie miniaturowych łożysk tocznych olejów smarnych: oleje zegarowe, np. Sorte 3, 4 lub 5, - temperatura krzepnięcia 27 0 C do 31 0 C, - lepkość w temp C (cst) 123 do 142, oleje syntetyczne, Silber K: - temperatura krzepnięcia 51 0 C, - lepkość w temp C (cst) 480, Gold: - temperatura krzepnięcia 71 0 C, - lepkość w temp C (cst) 120, Szczegółowe informacje w katalogach łożysk tocznych. 4. Łożyskowania toczne

193 Uszczelnianie łożysk tocznych Z4 (05.03) 4. Łożyskowania toczne

194 Łożyska toczne uszczelnione ZZ 2RS Z ZZ RS 2RS 4. Łożyskowania toczne

195 Uszczelnienia zabudowy łożysk tocznych 4. Łożyskowania toczne

196 Uszczelnienia łożysk tocznych szczelinowe szczelinowo-rowkowe 4. Łożyskowania toczne

197 Uszczelnienia łożysk tocznych ze szczeliną płaską wieloszczelinowe 4. Łożyskowania toczne

198 Uszczelnienia łożysk tocznych labiryntowe 4. Łożyskowania toczne

199 Uszczelnienia łożysk tocznych pierścień filcowy pierścień gumowy 4. Łożyskowania toczne

200 Uszczelnienia łożysk tocznych Uszczelnienia kołnierzowe 4. Łożyskowania toczne

201 Uszczelnienia łożysk tocznych Uszczelnienia kołnierzowe 4. Łożyskowania toczne

202 Zakładanie i ściąganie łożysk tocznych 4. Łożyskowania toczne

203 Zakładanie łożysk tocznych 4. Łożyskowania toczne

204 Osadzanie łożysk tocznych 4. Łożyskowania toczne

205 Osadzanie łożysk tocznych 4. Łożyskowania toczne

206 Osadzanie łożysk tocznych 4. Łożyskowania toczne

207 Zdejmowanie łożysk tocznych 4. Łożyskowania toczne

208 Łożyska nożowe 4. Łożyskowania toczne

209 Łożyska bez pośrednich elementów tocznych Łożyska nożowe (1) 1 czop, 2 panewka a) z panewką płaską, b) z panewką wklęsłą, c) z panewką w kształcie kulek 4. Łożyskowania toczne

210 Łożyska nożowe (2) Wykonanie 4. Łożyskowania toczne

211 Łożyska nożowe (3) Właściwości jest to łożysko otwarte, więc wymaga stałego docisku czopa do panewki, czop wykonuje ruch wahliwy, a kąt jego obrotu jest niewielki (przy większym kącie wychylenia, możliwy jest poślizg i przesunięcie czopa po panewce), bardzo małe opory ruchu dzięki występowaniu tarcia tocznego, niewielka nośność łożyskowania ze względu na bardzo małą powierzchnię styku czopa z panewką 4. Łożyskowania toczne

212 Łożyska nożowe (4) Obliczanie Obliczanie łożyskowań obejmuje: sprawdzenie nacisku w miejscu styku czopa z panewką, obliczenie oporów ruchu. Oba parametry w znacznym stopniu zależą od wymiaru - 2b 0, czyli od szerokości prostokąta będącego rzutem powierzchni styku czopa z panewką na płaszczyznę prostopadłą do kierunku siły obciążającej łożysko. 4. Łożyskowania toczne

213 Łożyska nożowe (5) Obliczanie b o ze wzorów Hertza 4. Łożyskowania toczne R 1 r 1 l E 1 E 1 F 2 b o l długość linii styku czopa i panewki, E 1,2 moduł Younga materiałów czopa i panewki, r promień zaokrąglenia czopa, R promień zaokrąglenia panewki, 1,2 liczba Poissona materiałów czopa i panewki

214 Łożyska nożowe (6) Nacisk jednostkowy maksymalny - p max na powierzchni styku czopa i panewki wynosi: p max 4 2b F 0 l p dop Dla czopów stalowych, obrobionych cieplnie, można przyjmować maksymalny nacisk dopuszczalny, nawet do p dop 4000 MPa. 4. Łożyskowania toczne

215 Łożyska nożowe (7) Moment tarcia łożyska nożowego wynosi: M t F f Musi być spełniony warunek: f b 0 f k b 0 f współczynnik tarcia tocznego, k współczynnik proporcjonalności, k = 0,4 0,5. 4. Łożyskowania toczne

216 Łożyska nożowe (8) Na wielkość oporów tarcia w łożysku wpływ mają: właściwości mechaniczne materiału czopa i panewki, szczególnie wartości współczynników sprężystości E oraz histereza, temperatura, gdyż jej zmiana powoduje zmianę właściwości materiału, chropowatość powierzchni, prędkość toczenia, smarowanie powierzchni W pierwszym przybliżeniu można przyjąć, że współczynnik tarcia tocznego jest stały, np. gdy toczy się stal po stali z małą prędkością można przyjąć f = 0,01 mm. 4. Łożyskowania toczne

217 Łożyska nożowe (9) Zastosowanie Do zapewnienia ruchu obrotowego (wahliwego): ramion lub szalek wag zwykłych i analitycznych, elementów o zakresie ruchu do około 12 0, np. ruchomej zwory elektromagnesu, Materiały: czopy i panewki łożysk wykonuje się ze stali hartowanej a przy mniejszych obciążeniach z agatu. Cechy konstrukcyjne łożyska powinny być wynikiem kompromisu osiągniętego przy zachowaniu możliwie małych oporów ruchu i dużej obciążalności. 4. Łożyskowania toczne

218 Łożyska nożowe (10) Zastosowanie Kotwica w przekaźniku klapkowym: 1 kotwica, 2 jarzmo, 3 wkręt ze sprężyną Nóż kwadratowy 4. Łożyskowania toczne