Łożyska toczne – eksploatacja cz. 2

Prawidłowa eksploatacja łożysk tocznych wymaga, szczególnie przy montażu i demontażu, należytej czystości. Brudne ręce, zanieczyszczony środek smarny obok błędnie dobranej metody montażu/demontażu mogą znacząco wpłynąć na wystąpienie uszkodzenia łożyska lub przyczynić się do skrócenia żywotności łożyska. Ich udział w całościowym bilansie źródeł uszkodzeń łożysk tocznych przekracza 15%.

Dobór właściwej metody montażu uzależniony jest przede wszystkim od następujących czynników:

• rodzaju osadzenia łożyska,
• wielkości łożyska,
• uwarunkowań konstrukcyjnych maszyny/urządzenia.

W ramkach poniżej przedstawiono najważniejsze metody zarówno montażu, jak i demontażu łożysk tocznych.

Ostatni z wyżej wymienionych składników wymaga rzeczowego podejścia już na etapie konstruowania maszyny lub urządzenia, co pozwala na uwzględnienie odpowiedniej przestrzeni, niezbędnej dla właściwego oprzyrządowania związanego z łożyskami. Błędy w tym zakresie odbijają się na czasie i pracochłonności czynności technologiczno-eksploatacyjnych. Oczywiście należy tu zaznaczyć, że sam proces doboru łożyska to kompromis pomiędzy uwarunkowaniami teoretycznymi (łożysko optymalne) a uwarunkowaniami użytkowymi. W tabeli 1 podano zalecane środki technologiczne w zależności od czynników podanych powyżej, zarówno dla montażu, jak i demontażu.

Rys. 1. Indukcyjny

podgrzewacz dla łożyska

dużego

Rys. 2. Montaż łożyska tocznego z otworem walcowym, z ciasnym pasowaniem w oprawie

Zwłaszcza w przypadku łożysk dużych zdecydowanie polecana jest metoda hydrauliczna. Montaż na zimno, wymagający stosowania specjalistycznych narzędzi, należy przeprowadzać bardzo dokładnie, bez pośpiechu. Mechaniczne oddziaływanie na łożysko zwiększa możliwość uszkodzenia. Na rys. 2 w sposób poglądowy przedstawiono montaż łożyska z otworem walcowym z ciasnym pasowaniem w oprawie. Przyłożenie siły może być realizowane z użyciem młotka lub urządzeń hydraulicznych (prasa – rys. 3).

Rys. 3. Prasa do montażu łożysk

Montaż i demontaż łożysk tocznych metodą na gorąco polega na podgrzewaniu całego łożyska lub jednego z jego pierścieni. W wyniku podgrzania łożyska uzyskuje się określoną różnicę temperatur, co skutkuje uzyskaniem pożądanego luzu ułatwiającego przesuwanie łożyska na wale (rys. 4). 

Rys. 4. Luz uzyskany

w wyniku podgrzania łożyska

Łożysko jest zakładane na wał aż do zatrzymania na odsadzeniu i przetrzymywane w takim położeniu aż do wyrównania temperatury między wałem a nagrzanym wcześniej pierścieniem (zaciśnięcie się łożyska na wale). Łożysko można podgrzewać na kilka sposobów (tabela 2).

Tabela 2. Metody podgrzewania łożysk

W omawianej tu metodzie najważniejsza jest różnica temperatur pomiędzy wałem/oprawą a pierścieniem osadzanego łożyska. Doświadczalnie potwierdzono, że powinna się ona zawierać między 80 a 90ºC. Niedopuszczalne jest przegrzanie łożyska powyżej 125ºC ze względu na wystąpienie zmian strukturalnych w materiale (znaczące odstępstwa od żądanych dokładności geometrycznych oraz właściwości warstwy wierzchniej – zarówno bieżni, jak i elementów tocznych). Łożysko raz podgrzane do właściwej temperatury, powinno się w zasadzie jak najszybciej osadzić na wale.

Niedogodnością tej metody jest wprowadzanie poprawek montażowych. Dopiero po osadzeniu łożyska i wytraceniu przez niego temperatury możliwe jest przeprowadzenie kontroli poprawności montażu. W przypadku błędu konieczny jest demontaż i ponowny montaż.

Metodę montażu/demontażu łożysk na gorąco zaleca się stosować wówczas, gdy użycie metody hydraulicznej nie jest możliwe lub koszt jej zastosowania nie ma uzasadnienia ekonomicznego.

Metoda hydrauliczna polega na zastosowaniu specjalistycznego oprzyrządowania, takiego jak nakrętka hydrauliczna lub nakrętka hydrauliczna w połączeniu z wtłaczaniem oleju pod ciśnieniem. Olej rozprowadzany jest specjalnymi kanałami i rowkami (rys. 5, rys. 6) pod ciśnieniem nieprzekraczającym 50 MPa.  

Rys. 5. Przykład montażu łożyska

z zastosowaniem tulei stożkowej wciskanej i nakrętki hydraulicznej

Metoda hydrauliczna, choć powszechnie zalecana, ma pewne ograniczenia. Pierwszym jest wielkość łożyska. Zaleca się tę metodę dla łożysk o średnicy powyżej 50 mm. Do łożysk tocznych o otworze walcowym można ją stosować tylko w ramach demontażu i nie należy tego mylić ze stosowaniem prasy hydraulicznej. Jeżeli zostanie zastosowany olej zbyt rzadki, trzeba się liczyć z jego niespodziewanym wypływem (straty). Samo utrzymanie ciśnienia na określonym poziomie z jednoczesnym przesuwem łożyska stanowi problem. Tu należy się spodziewać zaniku filmu smarnego i niekorzystnego styku stal-stal. Przy demontażu powinno się stosować ogranicznik ciśnienia ze względu na możliwość „wystrzelenia” łożyska.

Rys. 6. Rowek rozprowadzający

olej

Demontaż łożyska to działanie, którego nie powinno się podejmować bez bardzo dobrego uzasadnienia, gdyż każde naruszenie łożyskowania powoduje zmiany w pozycjonowaniu łożysk, a co za tym idzie, wpływa na ich warunki pracy. Demontaż to działanie, które cechuje się podwyższonym prawdopodobieństwem wystąpienia uszkodzenia łożyska. Zdemontowane łożysko należy jak najszybciej zabezpieczyć. Profilaktyka w zakresie czystości, oznakowanie właściwego pozycjonowania znacząco ułatwia ponowny montaż. W tabeli 1 przedstawiono zalecane środki technologiczne do demontażu. Podobnie jak w przypadku montażu, również przy demontażu zaleca się stosować metodę hydrauliczną dla łożysk o większych rozmiarach.

Przy demontażu uszkodzeniu ulegają często uszczelnienia, zwłaszcza te gumowe. Zatem zaleca się bezwarunkową wymianę uszczelnienia łożyska, bez względu na jego stan.

Do demontażu małych i średnich łożysk z otworem walcowym i jednoczesnym ciasnym pasowaniem na wale wystarczające jest zastosowanie standardowego ściągacza mechanicznego. Jeżeli konstrukcja maszyny umożliwia wykorzystanie ściągacza, to jest on zaczepiany o pierścień wewnętrzny. W przeciwnym razie ściągacz zaczepia się o pierścień zewnętrzny (większe prawdopodobieństwo uszkodzenia). Dopóki nie opracowano samośrodkujących się ściągaczy, właśnie brak wyśrodkowania był poważną przyczyną uszkodzeń zarówno osadzenia, jak i samych łożysk.

Przy ciasnym pasowaniu w oprawie dobrze sprawdza się prasa z odpowiednim oprzyrządowaniem. Tam, gdzie nie jest to możliwe, używa się ściągaczy dostosowanych do powierzchni wewnętrznych.

Przy demontażu łożyskowania z ciasnym pasowaniem zarówno na wale, jak i w oprawie, w pierwszej kolejności zalecane jest wyciśnięcie łożyska wraz z wałem. Łożyska kulkowe można demontować z zastosowaniem specjalistycznego ściągacza dopasowanego do chwycenia pierścienia pomiędzy elementami tocznymi.

Demontaż z wykorzystaniem standardowego ściągacza mechanicznego może okazać się niewystarczający przy łożyskach średnich i dużych, gdzie wymagane są duże siły. Wówczas stosuje się ściągacze wykorzystujące urządzenia hydrauliczne.

W maszynach i urządzeniach stosuje się szeroką gamę rozwiązań układów łożyskowań, co powoduje, że opisanie wszystkich niuansów związanych z montażem czy demontażem nie jest zagadnieniem łatwym. Potwierdza to analiza produktów i usług oferowanych na rynku łożysk przez ich dostawców. Szeroki zakres doradztwa, oprzyrządowania czy usług serwisowych to typowe produkty i usługi oferowane przez dostawców i producentów.

UR

^Literatura:

^{1. SKF Poradnik Obsługi Technicznej Łożysk, publikacja 4100PL, 1994}

^{2. Materiały handlowe firmy Timken Polska Sp. z o.o. www.timken.com}

^{3. Radosław Morek (współautor), Poradnik konstruktora maszyn i urządzeń, Verlag Dashöfer, 2007}

dr inż. Radosław Morek, adiunkt w Instytucie Technologii Maszyn Politechniki Warszawskiej

Arkadiusz Rosłonowski, koło naukowe CAD/CAM przy Instytucie Technologii Maszyn Politechniki Warszawskiej

Zdjęcia publikujemy za zgodą i dzięki uprzejmości

firmy SKF Sp. z o.o. www.skf.pl

Autor: dr inż. Radosław Morek, rys. Arkadiusz Rosłonowski