Fakulta strojní VŠB-TUO Přednáška č.10 Ložiska
LOŽISKA Ložiska jsou základním komponentem všech otáčivých strojů. Ložisko je strojní součást vymezující vzájemnou polohu dvou stýkajících se částí mechanismu při jejich relativním pohybu. Podle tření, které vzniká při tomto relativním pohybu rozdělujeme ložiska na kluzná a valivá. Kluzná ložiska Kluzné tření, které vzniká při relativním pohybu kluzných částí, rozdělujeme podle mazání na suché, mezní a tekutinové. Suché tření vzniká při relativním pohybu kluzných částí bez přítomnosti maziva (zahrnujeme zde i mazání tuhé-grafitem). Mezní tření vzniká při relativním pohybu kluzných ploch, nedostačuje-li tloušťka maziva k jejich vzájemnému oddělení, takže dochází k přímému dotyku povrchových nerovností. Tekutinové mazání vzniká při relativním pohybu kluzných ploch, které jsou úplně odděleny vrstvou maziva (kapalina, plyn, plastické mazivo).
Rozdělení kluzných ložisek Kluzná ložiska můžeme charakterizovat jako montážní jednotku obepínající přímo čep hřídele, nebo prostřednictvím pouzdra či pánve, která udržuje čep ložiska v určité poloze a nebrání mu v otáčení nebo kývání. Z funkčního hlediska dělíme kluzná ložiska na: - hydrodynamická pracují s dostatečným přívodem oleje do mezery mezi kluzné plochy. Jejich relativním pohybem se vytváří nosný film. - hydrostatická nosný film se vytváří přívodem tlakového maziva z čerpadla, pracují při nízkých otáčkách a vysokých zatížení, - ložiska s omezeným mazáním pracují s malým množstvím maziva, využívají vlastností materiálových dvojic odolných proti zadírání, opotřebení a s malým součinitelem tření, - samomazná pórovitá ložiska vyráběná práškovou metalurgií, která obsahují ve své pórovité kostře olej či mazivo, které za chodu vystupuje na povrch kluzných ploch a maže je (18280, 18344, slitinový bronz), - samomazná s tuhými mazivy, která obsahují mazivo přímo ve své struktuře.
Ložiska můžeme dělit : 1. podle směru působící síly na: - radiální, axiální, kombinovaná 2. podle tvaru kluzné plochy na: - válcová, kuželová, kulová, patní, prstencová, hřebenová
Ložiskové tělesa, domky Ložiskové tělesa, domky jsou strojní součásti do nichž se vkládají kluzná pouzdra nebo pánve. Jsou vyráběny nejčastěji ze šedé litiny nebo svařované.
Provedení kluzných ložisek Nejčastější tvary radiálních ložiskových pouzder z běžných materiálů jsou ložisková pouzdra bez výstelky (celé pouzdro je vyrobeno z kluzného materiálu) a nebo s výstelkou (složené z ocelového pouzdra a výstelky z kluzného materiálu). U bimetalických pouzder se k výrobě pouzder používá uhlíková ocel 12011.1 a na výstelky materiál: mosazi, bronzy, CuSN8(423018), CuPb30(423184), CuPb30Ag3, Nekovové materiály na kluzná ložiska: - šedé litiny 422415, 422456 - polytetrafluoretylénové materiály KU, KS, KG - polyvinylacetátové materiály KX - materiály z tvrzených tkanin 516 - materiály z hydroskopicky odolné pryže AKB 8524-2 (pro ložiska do znečištěné vody a agresivních roztoků, musí být zatopená) Výhody kluzných ložisek : - jednoduchost, snadná montáž a možnost oprav, schopnost přenášet rázová zatížení.
Kluzná pouzdra z plastů Nový vícemateriálový iglidur kombinuje výhody tvrdého plastového domku a měkkého jádra z kvalitního triboplastu.
Valivá ložiska Valivá ložiska vzájemně spojují části mechanismů a umožňují jejich relativní pohyb tím, že jsou mezi nimi umístěna valivá tělesa. Valivá ložiska se skládají zpravidla ze dvou kroužků, valivých těles a klece pro jejich vedení. Kroužky a valivá tělesa se zhotovují z kvalitní legované oceli (kalí se a brousí), povrch valivých těles a oběžné dráhy kroužků se leští. Klece rozdělují valivá tělesa rovnoměrně po obvodu a jsou vyráběny z měkkého materiálu (ocelový nebo mosazný plech, lehké kovy, plasty).
Přednosti valivých ložisek: malé ztráty třením, malé oteplení, velká trvanlivost. Nevýhody valivých ložisek: složitější montáž, demontáž, větší hlučnost při vysokých otáčkách, větší rozměry, hmotnost a cena. Rozdělení valivých ložisek Podle směru sil, která ložiska zachycují je rozdělujeme na axiální a radiální, ale většina radiálních ložisek je schopna zachytit i axiální zatížení a některá axiální ložiska zase radiální síly. Podle tvaru valivých těles dělíme ložiska na : kuličková, válečková, kuželíková, soudečková a jehlová. U kuličkových ložisek nastává teoreticky bodový styk a u ostatních čárový styk valivých těles s kroužkem.
Kuličky do kuličkových ložisek
Uspořádání ložisek: 1. Uspořádání s axiálně vodícím ložiskem (levé ložisko) a axiálně volným ložiskem (pravé ložisko)
2. Uspořádání ložisek souměrné Je určeno pro krátké hřídele, kde hřídel je veden v axiálním směru jedním ložiskem a ve druhém směru druhým ložiskem. Vhodné jsou použít ložiska kuličková s kosoúhlým stykem nebo kuželíková.
3. Uspořádání plovoucí Je vhodné tam, kde nejsou kladeny nároky na axiální vedení a nebo, když díl na hřídeli současně zajišťuje axiální vedení. Je nutné, aby se jeden kroužek (nejlépe vnější) mohl pohybovat buď uvnitř ložiska nebo v ložiskovém tělese.
Upevnění ložisek Způsob upevnění ložisek na hřídeli a v tělese se volí v závislosti na velikosti a směru zatížení, provozní teplotě, otáčkách a podmínkách montáže a demontáže. Vnitřní a vnější kroužky musí být na hřídelích respektive v tělesech namontovány pevně, aby nedocházelo k prokluzování. Jestliže je však požadována snadná montáž či demontáž nebo zajištění posuvnosti axiálně volného ložiska nemůžeme použít pevné uložení. Radiální upevnění ložisek Ložiska se upevňují na lícovaných válcových plochách čepů a děr v tělese. Při volbě tolerance pro opracování hřídele a těles pro uložení ložisek je třeba vzít v úvahu způsob otáčení valivého tělesa, což je pohyb kroužku vzhledem k zatížení. Při obvodovém zatížení kroužku ložiska je nutné volit uložení kroužku s přesahem. U bodového zatížení pevné uložení není nutné, kroužek může být osově posuvný. Ložiska s kuželovou dírou se montují buď přímo na kuželový čep, nebo stahovacími a upínacími pouzdry se upevňují na válcový čep. Axiální upevnění ložisek Pevné uložení kroužku ložiska stačí jen tehdy, pokud není ložisko axiálně zatíženo, jinak se musí axiálně zajistit. U osově vodících ložisek se musí zajistit oba kroužky.
Axiální zajištění ložisek. Na obr.a) je ložisko s drážkou na pojistný kroužek přímo na vnějším kroužku a vnitřní kroužek zajištěn KM maticí MB podložkou. Na obr.b) jsou oba kroužky zajištěny axiálně pomocí pojistných kroužků. Na obr.c) je vnitřní ložiskový kroužek opřen na hřídeli zleva o osazení a zprava zajištěn pojistnou deskou a šroubem. a) b) c)
Axiální zajištění ložisek s kuželovou dírou: a) Montovaná přímo na kuželový čep a zajištěna KM maticí a MB podložkou b) Montovaná na stahovací pouzdro, vnitřní kroužek opřen o labyrint (osazení) a stahovací pouzdro axiálně upevněno deskou nebo KM maticí a MB podložkou c) Montovaná na upínací pouzdro na hřídeli a zajištěna KM maticí a MB podložkou a) b) c)
Mazání valivých ložisek Mazivo v ložisku vytváří na funkčních plochách ložiska nosný film bránící přímému styku valivých těles s oběžnými drahami kroužků a tak ho chrání před korozí, opotřebením, má chladící účinek a mnohdy i utěsňuje ložiskový prostor. Způsob mazání ložiska záleží na poloze hřídele, frekvenci otáček, provozní teplotě a celkové koncepci stroje. Valivá ložiska mohou být mazána olejem, plastickým mazivem (vazelína) nebo tuhými mazivy (grafit). Mazání tukem (plastickým mazivem) Má oproti oleji mnoho výhod: - lépe se drží v ložiskovém prostoru (s výhodou používáno u svislých a šikmých hřídelí), - přispívá k utěsnění ložiskového prostoru a tím brání vnikání nečistot a vlhkosti. V katalogu ložisek jsou stanoveny mezní otáčky pro použití plastického maziva. Volný prostor v ložiskovém prostoru se vyplňuje mazivem jen do 30-50%. Domazávání se provádí jen při vysokých otáčkách, teplotě nebo zatížení.
Mazání olejem Používá se pokud nelze mazat tukem. Použití: - je-li provozní teplota větší než dovolená pro plastická maziva, - jsou-li překročeny mezní otáčky, - je-li olejem nutno mazat ostatní části stroje, - je-li nutno odvádět teplo z ložiska vzniklé třením. Nejjednodušší je mazání olejovou lázní a velmi účinné je vstřikovací mazání. Ponořená část musí mít buď přerušení tvaru nebo neokrouhlý tvar, aby došlo k vynesení oleje z náplně, tuto funkci plní valivé elementy.
Těsnění ložisek Na poškození ložisek v provozu má značný vliv nečistota, prach, vlhkost a jiné škodliviny vnikající do ložiska, a nedostatek maziva způsobený jeho unikáním. Proto musíme spolehlivě a účinně utěsnit ložiskový prostor. Způsob utěsnění závisí na provozních podmínkách a můžeme je rozdělit na : - těsnění bezdotykové, - těsnění dotykové(třecí), - těsnění kombinované. Těsnění bezdotykové Využívá těsnící schopnosti úzké spáry, nevzniká zde přídavné tření, těsnění se neopotřebovává, používá se pro nejvyšší obvodové rychlosti a vysoké teploty. V suchém a bezprašném prostředí stačí jen úzká spára mezi hřídelí a tělesem, účinnost lze zvýšit drážkami ve víčku vyplněnými tukem. Labyrinty mají ještě větší účinnost, u nedělených ložiskových těles se používají axiální labyrinty.
Těsnění úzkou spárou Labyrintové těsnění
Těsnění dotykové třecí U tohoto těsnění se těsnící účinek vyvolá pružným přitlačením těsnícího prvku k těsněné ploše. Druh použitého těsnění závisí především na obvodové rychlosti. Plstěné kroužky ČSN 023655 používáme u mazání tukem do obvodové rychlosti 7 m/s a 100 C (hřídel musí mít Ra 0,16-0,32). Hřídelové těsnící kroužky ČSN 029401 (Gufera)- používáme pro obvodové rychlosti 2-12 m/s, styková plocha musí být broušena (Ra 0,8 Ra 0,2). Těsnění ložiskového prostoru plstěným kroužkem
Těsnění ložiskového prostoru hřídelovým těsnícím kroužkem Volba druhu ložiska Kombinované těsnění Volba druhu ložiska je ovlivněna mnoha činiteli: 1. Nároky na prostor Pro hřídele malých průměrů se hodí kuličková ložiska, pro větší průměry soudečková, válečková. V omezeném prostoru pak použijeme jehlová ložiska.
2. Zatížení Velikost zatížení ložiska s čárovým stykem mají větší únosnost než s bodovým stykem. Radiální zatížení válečková ložiska s jedním kroužkem bez přírub a jehlová mohou přenášet jen radiální zatížení. Všechna ostatní ložiska pak oboje zatížení. Axiální zatížení axiální ložiska kuličková přenáší čistě axiální síly, rovněž tak axiální válečková a jehlová. Kombinované zatížení axiální únosnost valivých ložisek je dána stykovým úhlem α, čím je větší tím je únosnost valivého ložiska vyšší -jednořadá a dvouřadá kuličková ložiska s kosoúhlým stykem, soudečková a kuželíková ložiska. 3. Nesouosost Nesouosost může kompenzovat ložisko dvouřadé kuličkové naklápěcí, soudečkové a axiální soudečkové. 4. Otáčky Pro vysoké otáčky jsou vhodná ložiska, kde dochází k malému tření - jednořadá kuličková a válečková ložiska. 5. Tichý chod Nejtišší jsou jednořadá kuličková ložiska. 6. Tuhost uložení Tužší jsou ložiska a čárovým stykem než s bodovým stykem.
Zobrazování valivých ložisek Na vlastních montážních sestavách se ložiska zobrazují podrobně včetně valivých elementů, klece, krytů (a), přičemž se v řezu šrafuje každý element rozdílně (vnitřní kroužek opačným směrem šrafování než vnější kroužek). Pokud je ložisko kresleno jako součást větší montážní jednotky, zobrazujeme ho: - podrobně včetně valivých elementů a klece, ale všechny elementy se považují za jeden celek a šrafují se jedním směrem, - zjednodušeně s vynecháním klece a dalších podrobností (b), - schematicky osovým křížem kresleným souvislou tlustou čarou v místě valivého elementu (c), - schematicky s vyznačením počtu valivých elementů nebo tvaru valivých ploch (d).
a) c) d) b)