Przewodnik po wyborze i konserwacji łożysk ślizgowych przegubowych

W rozległym świecie konstrukcji mechanicznych istnieje skromny, ale krytyczny element, który bezgłośnie wytrzymuje ogromne ciśnienia, zapewniając jednocześnie płynną pracę sprzętu – łożysko ślizgowe sferyczne. Tak jak ludzkie stawy umożliwiają elastyczny ruch, tak łożyska te służą jako „stawy” maszyn, zapewniając im możliwość swobodnego poruszania się w złożonych warunkach pracy.

Łożyska ślizgowe przegubowe to gotowe do montażu elementy łożyskowe składające się z kulistego pierścienia wewnętrznego i stosunkowo ruchomego pierścienia zewnętrznego. Ich unikalna konstrukcja umożliwia przestrzenną regulację ruchów pomiędzy wałami i oprawami, w tym:

• Ruch obrotowy:Umożliwia obracanie komponentów w określonym zakresie kątowym.
• Ruch przechylający:Umożliwia przechylanie komponentów pod określonym kątem.
• Ruch oscylacyjny:Umożliwia ruch posuwisto-zwrotny.
• Możliwość samonastawności:Kompensuje niewspółosiowość wału spowodowaną błędami produkcyjnymi lub instalacyjnymi.

W przeciwieństwie do łożysk tocznych (takich jak łożyska kulkowe), łożyska ślizgowe przegubowe przenoszą obciążenia statyczne i dynamiczne (w tym obciążenia przemienne) bezpośrednio przez powierzchnie ślizgowe, klasyfikując je jako łożyska ślizgowe. W połączeniu z obudowami łożysk tworzą kompletne, gotowe do montażu zespoły, zwane powszechnie końcówkami drążków.

W oparciu o materiały pary ciernej, łożyska ślizgowe przegubowe dzieli się na kilka głównych typów:

• Stal/stop miedzi:Wymaga smarowania i konserwacji. Nadaje się do przemiennych obciążeń, średnich i dużych ruchów obrotowych oraz umiarkowanych prędkości poślizgu.
• Stal/stal:Podobnie jak stal/stop miedzi, wymaga smarowania w porównywalnych warunkach pracy.
• Kompozyt stal/PTFE:Nie wymaga konserwacji dzięki właściwościom samosmarującym PTFE. Idealny do obciążeń jednokierunkowych oraz małych i średnich obciążeń udarowych. Nie wolno przekraczać maksymalnych kątów pochylenia.

Producenci oferują specjalistyczne łożyska ślizgowe przegubowe, w tym wersje z poszerzonymi pierścieniami zewnętrznymi (typ S) oraz różne serie rozmiarowe (K, E, G, W). Opcje obejmują typy bezobsługowe (z wykładziną PTFE) lub wymagające konserwacji (z możliwością dosmarowania), dostępne w wykonaniu ze stali nierdzewnej, stali łożyskowej, stali automatowej lub materiałów ulepszanych cieplnie o wysokiej wytrzymałości, z uszczelkami lub bez.

Unikalny wariant zawiera elementy toczne, które działają podobnie do wahliwych łożysk kulkowych lub wałeczkowych. Są one zgodne ze standardami łożysk sferycznych pod względem wymiarów, przyjmując jednocześnie standardy łożysk tocznych pod względem nośności, dzięki czemu nadają się do obciążeń przemiennych, dużych ruchów obrotowych przy średnich i wysokich prędkościach oraz pełnych obrotów.

Łożyska ślizgowe przegubowe są zgodne z normą DIN ISO 12240-1, która standaryzuje serie rozmiarów, wymiary, tolerancje i promieniowy luz wewnętrzny. Chociaż norma dopuszcza duże różnice w parach ciernych, materiałach i obróbce powierzchni, konwencje znakowania, wartości znamionowe obciążenia i obliczenia trwałości pozostają specyficzne dla producenta. Pomimo początkowych problemów związanych z wymiennością, u producentów zazwyczaj dostępne są odpowiednie alternatywy.

Łożyska te obsługują różnorodne gałęzie przemysłu, w tym budowę fabryk, maszyny piekarnicze, systemy przenośników, sprzęt rolniczy, przetwórstwo spożywcze, maszyny tekstylne, robotykę, budowę dróg, produkcję pojazdów, pojazdów szynowych, technologię medyczną i przetwarzanie pasz. Niestandardowe rozwiązania są dostępne dla specjalistycznych zastosowań dzięki współpracy z partnerami technicznymi.

Jako gotowe do montażu elementy łożysk ślizgowych, łożyska ślizgowe przegubowe posiadają sferyczne pierścienie wewnętrzne i zewnętrzne, które umożliwiają obrót, przechylanie i obracanie się bez nacisku krawędziowego. Kompensują niezbędne konstrukcyjnie niewspółosiowość i kompensują odchylenia związane z produkcją.

Kryteria wyboru obejmują nośność, obciążenia eksploatacyjne oraz wymagania dotyczące żywotności i bezpieczeństwa operacyjnego. Nośność jest wskazywana przez obciążenia znamionowe w tabelach wymiarów, chociaż wartości te różnią się w zależności od producenta ze względu na brak znormalizowanych definicji.

Standardowe łożyska ślizgowe przegubowe działają skutecznie w zakresie od -10°C do +80°C. Zakresy temperatur dla wersji uszczelnionych (RS) i konstrukcji elementów tocznych określone są w dokumentacji technicznej.

• Nośność statyczna (C0):Promieniowe obciążenie statyczne nie powodujące trwałego odkształcenia w stanie spoczynku, przy założeniu normalnej temperatury pokojowej i odpowiednio podpartych otaczających elementów.
• Nośność dynamiczna (C):Służy do szacowania żywotności pod obciążeniami dynamicznymi, chociaż rzeczywista nośność zależy od czynników takich jak rodzaj obciążenia, kąty obrotu/przechylenia, profile prędkości, luz łożyskowy, tarcie, smarowanie i temperatura.

• Podstawowe obciążenie statyczne (C0):Odpowiada obciążeniu powodującemu trwałe odkształcenie równe 0,0001 średnicy elementu tocznego.
• Podstawowa nośność dynamiczna (C):Reprezentuje obciążenie, przy którym 90% identycznych łożysk osiąga 1 milion obrotów, zanim nastąpi uszkodzenie zmęczeniowe powierzchni tocznej.

Przy wyborze rozmiaru łożyska należy uwzględnić określone obciążenia, kierunek (promieniowy, osiowy lub kombinowany) i typ. W porównaniu z oprawami końcówek drążków, samodzielne łożyska ślizgowe przegubowe wykazują wyższą nośność statyczną. Obciążenie dynamiczne wymaga weryfikacji poprzez obliczenia żywotności.

• Łożyska ślizgowe wymagające konserwacji
• Bezobsługowe łożyska ślizgowe
• Łożyska toczne

Znormalizowane tolerancje dotyczą wymiarów pierścienia zewnętrznego (średnica, szerokość) i wymiarów pierścienia wewnętrznego, przy czym należy zauważyć, że dzielone pierścienie zewnętrzne mogą chwilowo utracić okrągłość do czasu zamontowania w precyzyjnych otworach oprawy.

Zdefiniowany jako promieniowa i osiowa swoboda ruchu pierścienia wewnętrznego, przy czym luz osiowy zwykle przekracza luz promieniowy. Konkretne zakresy luzów różnią się w zależności od konstrukcji elementów ślizgowych i tocznych.

Maksymalne kąty pochylenia nie mogą być nigdy przekraczane podczas montażu lub eksploatacji, aby zapobiec uszkodzeniu łożyska lub uszkodzeniu uszczelki/podkładki. Konstrukcje muszą ograniczać ruch w określonych kątach bez przykładania nadmiernych sił w obudowie, szczególnie zapewniając odpowiedni luz uszczelnienia (szczególnie w przypadku modeli 2RS).

Jako precyzyjne, gotowe do montażu elementy, łożyska baryłkowe wymagają ostrożnego obchodzenia się:

1. Zachowaj oryginalne opakowanie do czasu montażu, aby zachować smarowanie.
2. Nigdy nie przenoś sił montażowych/demontażowych przez bieżnie łożysk na oprawy.
3. Upewnić się, że ślizganie występuje wyłącznie pomiędzy powierzchniami pierścienia wewnętrznego/zewnętrznego – a nie pomiędzy łożyskami a wałami/oprawami – stosując odpowiednie pasowania ciasne.

Zalecane, aby zapewnić równowagę między zakłóceniami, unikając jednocześnie nadmiernych zmian luzu w wyniku rozszerzania/kurczenia się bieżni. Sprawdź szczelność połączenia, ponieważ standardowe dopasowania mogą wymagać dostosowania w przypadku określonych zastosowań.

Aby zapewnić prawidłowe osadzenie łożyska, montaż musi uwzględniać maksymalne wartości graniczne siły.

Łożyska z metalową parą cierną wymagają okresowego smarowania w celu zapewnienia optymalnej żywotności. Smar początkowy wystarcza do bardzo małych obciążeń. Skuteczność smarowania zależy od wielkości/rodzaju obciążenia (stałe, pulsujące, zmienne), kąta obrotu i prędkości poślizgu. Testy wykazały, że małe kąty obrotu i ekstremalne prędkości poślizgu utrudniają tworzenie filmu smarnego, podobnie jak obciążenie jednokierunkowe w porównaniu z obciążeniami zmiennymi.

W celu zapewnienia optymalnego rozłożenia należy nasmarować łożyska w stanie nieobciążonym. Należy pamiętać, że producenci zazwyczaj dostarczają łożyska wyłącznie z powłokami antykorozyjnymi, wymagającymi wstępnego smarowania przed oddaniem do użytku lub bezpośrednio po montażu.

• Pary stal/brąz:Stosować odporny na korozję smar wysokociśnieniowy na bazie litu (od -20°C do +110°C). Smary stałe poprawiają wydajność w górnych granicach temperatur.
• Pary stal/stal:Odporny na korozję smar wysokociśnieniowy na bazie mydła litowego z olejem bazowym o wysokiej lepkości i dodatkami dwusiarczku molibdenu.
• Pary stal/PTFE:Naturalnie niskie tarcie i bezobsługowość.
• Łożyska toczne:Wstępnie nasmarowane smarem na bazie mydła litowego.

W przypadku układów centralnego smarowania należy dokładnie kontrolować dozowanie – szczególnie w przypadku wersji uszczelnionych – aby zapobiec przemieszczeniu się uszczelki pod wpływem nadciśnienia.