Oprawy łożyskowe

Specjalne oprawy z odpowiednio dobranymi łożyskami stanowią wymienne zespoły łożyskowe, cechujące się przede wszystkim łatwą obsługą.

Oprawy przeznaczone do łożysk kulkowych samonastawnych dzielą się na oprawy stojące, kołnierzowe i naciągowe. Oprawy stojące i kołnierzowe zazwyczaj wykonuje się z żeliwa szarego (oprawy masywne) lub z blachy stalowej (oprawy blaszane). Oprawy naciągowe wykonuje się tylko z żeliwa szarego. Oprawy masywne mogą być stosowane do obciążeń o większych wartościach niż oprawy blaszane. W oprawach masywnych zazwyczaj uwzględnia się kulkowe zaworki smarowe oraz rowek smarowy w otworze. Oprawy blaszane są dwuczęściowe i zabudowane w nie łożyska nie mogą być dosmarowywane.

Oprawy dzielone przeznaczone są do łożysk kulkowych, wahliwych i baryłkowych oraz jedno- i dwuczęściowych, które są mocowane na wale bezpośrednio lub przy użyciu tulei. Ich istotną cechą jest łatwość montażu i demontażu wstępnie złożonych wałów oraz szybka wymiana smaru podczas eksploatacji. Oprawy dzielone stosuje się najczęściej z łożyskami baryłkowymi o dużej nośności lub kulkowymi łożyskami wahliwymi. Oprawy tego typu zazwyczaj wytwarzane są z żeliwa szarego lub sferoidalnego oraz ze stali nierdzewnej. Dzięki owalnym otworom pod śruby mocujące, które przewidziano w podstawie oprawy, podczas prac montażowych zyskuje się możliwość skorygowania położenia oprawy. Łożyska w oprawie osadzane są swobodnie lub ustalane osiowo przez specjalne pierścienie ustalające.

Jedną z kluczowych cech opraw łożyskowych jest zastosowanie kulistej powierzchni zewnętrznej pierścienia zewnętrznego łożyska i otworu obudowy zespołu, przez co kompensowane są statyczne błędy prostoliniowości wału. Powstałe w ten sposób zespoły łożyskowe zazwyczaj znajdują zastosowanie jako łożyska ustalające. W przypadku niewielkich obciążeń i prędkości obrotowych zespoły mogą być stosowane jako łożyska swobodne.

Oprawy naciągowe i trójkątne znajdują zastosowanie w systemach łożyskowań, w których nie występują znaczne obciążenia. Oprawy tego typu zazwyczaj bazują na konstrukcji dwuczęściowej, z kołnierzem okrągłym z trzema lub czterema otworami zapewniającymi zamocowanie. Należy pamiętać, że dopuszczalne obciążenie zespołów łożyskowych tego typu bardzo często jest ograniczone do 50% dopuszczalnego obciążenia promieniowego. Wymóg w tym zakresie wynika z możliwości odkształcenia oprawy. Jeżeli występują obciążenia udarowe lub tętniące obciążenia osiowe, należy zastosować oprawy o masywnej konstrukcji. Ważne jest również, aby przy montażu jedna połowa oprawy znajdowała się na wale, zanim łożysko zostanie przesunięte we właściwe położenie. Z kolei oprawy kołnierzowe w wersji naciągowej i trójkątnej dostępne są jako przelotowe oraz nieprzelotowe i są przeznaczone do zabudowy łożysk z otworem stożkowym na tulei wciąganej oraz gładkim wale. Zazwyczaj gniazda opraw są obrabiane w polu tolerancji H8, dzięki czemu zyskuje się swobodne przemieszczanie łożyska. W przypadku gdy łożysko ma być ustalone w oprawie, konieczne jest uwzględnienie pierścienia ustalającego. Konstrukcje tego typu bazują na uszczelnieniach z pasków filcowych.

Uszczelnienia

W oprawach łożyskowych istotną rolę odgrywa uszczelnienie. Jeżeli nie zapewnia ono odpowiedniej szczelności, może dojść do przepuszczania substancji zanieczyszczających do wnętrza łożyska. Uszczelnienia, które znajdują zastosowanie w oprawach łożyskowych, mogą mieć formę stykową (dwuwargowe, filcowe) oraz bezstykową (uszczelnienia labiryntowe promieniowe i osiowe). Niejednokrotnie zastosowanie znajdują uszczelnienia kombinowane, łączące w sobie uszczelnienia labiryntowe i stykowe. W większości opraw łożyskowych przewiduje się dwa uszczelnienia. Odpowiednie oprawy oferowane są z myślą o pracy w trudnych warunkach eksploatacyjnych. Dzięki trójwargowym uszczelnieniom, które bardzo często wykonane są z nitrylu o niskim współczynniku tarcia, zyskuje się powierzchnię pozostającą zawsze w pełnym kontakcie z częścią uszczelnienia, niezależnie od wychylenia łożyska. Przy większej prędkości niejednokrotnie uwzględnia się uszczelnienia labiryntowe z odrzutnikami odpornymi na korozję. Dodatkowo szczelność zapewniają stalowe pierścienie uszczelniające. Niektóre modele podczas montażu nie wymagają stosowania szczelinomierzy. Uszczelnienia trójwargowe dobrze sprawdzają się w aplikacjach pracujących w miejscach o wysokim poziomie wilgotności i zabrudzenia. Z kolei uszczelnienia labiryntowe uwzględnia się w maszynach, gdzie występują wysoka temperatura oraz wyższa prędkość obrotowa.

Co na rynku

W oprawach Dodge EZ Kleen i Ultra Kleen (w ofercie ABB), przeznaczonych dla przemysłu spożywczego, przewidziano trójwargowy system uszczelnienia. Specjalny koszyk pomaga zachować smarowanie i utrudnia wypłukiwanie smaru w warunkach dużej wilgotności. W konstrukcji oprawy przewidziano dwie wargi uszczelniające, pozostające w kontakcie z pierścieniem wewnętrznym łożyska, a jedna warga styka się z powierzchnią odrzutnika. Trzy miejsca uszczelnienia zatrzymują smar, a więc zabezpieczają przed przedostaniem się zanieczyszczeń. Istotne jest, w porównaniu z uszczelnieniem jednowargowym, zapewnienie maksymalnej szczelności przy minimalnym wzroście oporów toczenia. Okładzina gumowa gwarantuje dodatkową ochronę przed przedostawaniem się zanieczyszczeń do wewnątrz łożyska. Kształt przegród zewnętrznej powierzchni odrzutnika pomaga w usuwaniu cieczy w czasie obrotu.

Oprawy DryLin R – OGAS z oferty firmy Igus to oprawy liniowe, krótkie. Obudowy mają wykonane z aluminium. Obudowy tego typu mogą być łączone z innymi łożyskami DryLin. Zalecana średnica wałka wynosi h6–h10.

Z oferty firmy Asahi wybrać można zespoły łożyskowe z obudowami, które wykonane są z termoplastycznego poliestru wzmocnionego włóknem szklanym. W środku zamontowane jest nierdzewne łożysko. Szczelna obudowa zapewnia zapobieganie rozmnażaniu drobnoustrojów. Dodatkowo plastikowe pokrywy podnoszą poziom bezpieczeństwa oraz sprawdzają się przy ochronie wałów oraz łożysk przed substancjami zanieczyszczającymi.

Każdy zespół łożyskowy firmy NSK składa się z uszczelnionego jednorzędowego łożyska kulowego, z kulistą powierzchnią pierścienia zewnętrznego, z wydłużonym pierścieniem wewnętrznym osadzonym w oprawie stojącej lub kołnierzowej. Specjalne pasowanie kuliste kompensuje wstępną niewspółosiowość. Koszyk stalowy jest wykonany jako dwuelementowy nitowany koszyk stalowy ze stali nierdzewnej. Smarowniczkę do uzupełniania smaru przewidziano w standardzie. Niektóre serie nie wymagają dosmarowywania. Dzięki dogładzonym bieżniom zyskano niższy poziom hałasu. Osłona zapewniająca ochronę i bezpieczeństwo łożyska wykonywana jest ze stali lub tworzyw sztucznych. Mocowanie na wale bazuje na śrubie dociskowej, pierścieniu mimośrodowym oraz tulei stożkowej wciąganej.

Oprawy wisząco-stojące serii SYW 5… firmy LBC wykonane są z żeliwa szarego i żeliwa ciągliwego, z dwoma otworami gwintowanymi. Przewiduje się je do zabudowy zamiast oprawy stojącej, w aplikacjach cechujących się ograniczoną ilością przestrzeni. Po zabudowaniu tej oprawy powstaje zespół łożyskowy. Ważne, aby łożyska kulkowe samonastawne były zamontowane na wale dopiero w momencie, gdy oprawy są mocno przykręcone do powierzchni podparcia. Tym sposobem łożysko zajmuje właściwe położenie na wale bez wywoływania szkodliwych naprężeń.

Oprawy stojące SE firmy SKF mają budowę dzieloną i składają się z części górnej (pokrywy górnej) i dolnej (podstawy). Standardowo w podstawie znajdują się dwa odlewane otwory pod śruby mocujące do podłoża. Konstrukcja opraw bazuje na koncepcji budowy modułowej, co umożliwia dobór w szerszym zakresie łożysk i uszczelnień oraz stosowanie różnorodnych kombinacji łożysko – wał i metod smarowania. Część górna i dolna oprawy są dopasowywane podczas produkcji i nie są zamienne z pokrywami górnymi oraz podstawami z innych opraw. Numer seryjny na obu częściach oprawy jest bardziej czytelny, co pozwala uniknąć niedopasowania. Oznaczenie na pokrywie górnej oprawy zostało bardziej uwydatnione, przez co jest łatwiejsze do odczytu i zawiera teraz kompletne oznaczenie oprawy w celu lepszej identyfikowalności. Aby zapewnić bardziej skuteczne smarowanie, łożyska z boku oprawy SE od rozmiaru 511–609 w górę mają zintegrowany kołnierz, który prowadzi smar plastyczny od smarowniczki bezpośrednio do łożyska. Tym sposobem zyskuje się mniejsze zapotrzebowanie na środek smarny.

Na prawidłową pracę łożyska wpływ ma wiele czynników, do których należą m.in.: dobór właściwej oprawy, konserwacja całego zespołu łożyskowego, odpowiednie przechowywanie łożysk przeznaczonych do zabudowy, a także ich właściwy montaż. W trakcie pracy wręcz podstawową rolę w prawidłowej eksploatacji odgrywa właściwe smarowanie, czasami zależne od rodzaju oprawy, a także odpowiednia diagnostyka. Dzięki niej można zapobiec kosztownym uszkodzeniom łożysk i ich opraw.

Konserwacja

Trudno jednoznacznie określić, w jakich odstępach czasowych należy przeprowadzać konserwację łożysk. Dlatego istotne jest przeanalizowanie warunków pracy maszyny. Podstawową metodą diagnostyki, którą można szybko przeprowadzić, jest chociażby nasłuchiwanie dźwięku wydawanego przez pracujące łożysko. Oprócz tego warto kontrolować temperaturę oraz sprawdzać stan poziomu środka smarnego. Podstawowy zakres konserwacji obejmuje wyczyszczenie i sprawdzenie wszystkich elementów węzła łożyskowego.

Przechowywanie łożysk

Pamiętać należy, aby miejsce składowania łożysk, również z oprawami, nie było narażone na wstrząsy. Pomieszczenie do przechowywania powinno być suche, a temperatura i poziom wilgotności utrzymywane na takim samym poziomie. Dlatego temperatura powinna się mieścić pomiędzy 5 a 25°C, a wilgotność nie przekraczać 70%. Łożyska nie powinny być przechowywane w pobliżu agresywnych środków chemicznych, w szczególności takich, jak amoniak, kwasy, wapno chlorowane czy nawozy sztuczne. Warto pozostawić łożysko w jego oryginalnym opakowaniu ze względu na warstwę środka przeciwkorozyjnego. Opakowanie najlepiej zdjąć bezpośrednio przed montażem łożyska.

Łożysk wielkogabarytowych nie należy przechowywać w pozycji pionowej. Jeżeli dojdzie do zabrudzenia łożyska, należy je powtórnie zakonserwować. Dlatego w tym zakresie łożysko należy umyć, np. naftą, a następnie zabezpieczyć przed korozją za pomocą oleju lub smaru. Ważne jest również owinięcie łożyska za pomocą specjalnej taśmy. Pamiętać należy, że łożyska niektórych rodzajów mają ograniczony okres przechowywania.

Montaż łożyska

Podstawowe zasady warto stosować już na etapie przygotowania łożyska do montażu. Dlatego należy utrzymywać zarówno łożysko, jak i jego otoczenie w czystości. Istotną rolę odrywa zabezpieczenie przed korozją. Jeżeli konieczne jest przenoszenie i podnoszenie elementu, najlepiej użyć rękawic oraz odpowiednich narzędzi. To właśnie dzięki nim zyskuje się oszczędność czasu i pieniędzy, a co najważniejsze – ergonomię i bezpieczeństwo poprzez zapobieganie obrażeniom ciała. Warto zadbać o rękawice, w których można operować łożyskami gorącymi lub pokrytymi olejem. Na przykład rękawice TMBA firmy SKF mają wytrzymałą warstwę zewnętrzną oraz miękką niealergiczną powłokę wewnętrzną.

Niejednokrotnie podczas usuwania awarii czy prowadzenia czynności związanych z montażem konieczne jest wyczyszczenie łożyska. Dlatego zastosowanie znajdują preparaty myjąco-zabezpieczające. Najczęściej produkowane są one z lekkich olejów mineralnych. Należy zwrócić uwagę, że substancje tego typu są ekologiczne, a co najważniejsze bezpieczne dla zdrowia pracowników. Istotne jest również wysokie bezpieczeństwo pożarowe. Na przykład preparat Anticor Fluid przeznaczony jest do mycia metalowych części maszyn, zwłaszcza łożysk w celu usunięcia środków smarnych, tj. olejów i smarów plastycznych. Anticor Fluid może być stosowany również jako środek do mycia zakonserwowanych elementów stalowych maszyn i urządzeń.

Łożysko można również wyczyścić odpowiednim rozpuszczalnikiem (benzyna lakowa, nafta itp.). Może to być również czysta nafta ługowana.

Mówiąc o montażu łożysk, trzeba mieć na uwadze trzy rodzaje narzędzi. Podstawę w tym zakresie stanowią narzędzia mechaniczne. Istotny pozostaje więc zestaw pierścieni, które są wykonane z tworzywa sztucznego. Jakie korzyści uzyskuje się dzięki pierścieniom tego typu? Przede wszystkim ważna pozostaje ich zdolność do tłumienia drgań. Podczas prac związanych z obsługą łożysk przyda się młotek, który absorbuje nadmiar energii. Nie mniej ważny jest także zestaw kluczy hakowych do nakrętek łożyskowych i do pracy z łożyskami o dużych średnicach. Oczywiście należy zadbać o klucze dynamometryczne, dzięki którym jest możliwe utrzymanie prawidłowego luzu promieniowego.

Osobną grupę stanowią narzędzia hydrauliczne. Dlatego podczas prac związanych z montażem łożysk z pewnością przyda się zestaw narzędzi do wtłaczania i wtryskiwania oleju pod wysokim ciśnieniem. Warto zadbać o nakrętki hydrauliczne różnej wielkości. Nie mniej istotne są narzędzia termiczne, dlatego do szybkiego i bezpiecznego montażu warto postarać się o płyty do nagrzewania łożysk. Mówiąc o narzędziach termicznych, należy mieć na uwadze nagrzewnice indukcyjne o różnych gabarytach. Przydatne rozwiązanie stanowią też zestawy urządzeń przeznaczonych do nagrzewania łożysk w gorącym oleju.

Producenci oferują również narzędzia do demontażu łożysk, z podziałem na mechaniczne, hydrauliczne i termiczne. Narzędziami mechanicznymi są przede wszystkim ściągacze. Ich konstrukcja umożliwia demontaż łożysk niezależnie od ich wielkości, a także typu i miejsca osadzenia. Jako narzędzia hydrauliczne z pewnością przydadzą się ściągacze z siłownikami hydraulicznymi. Pierścienie grzewcze i nagrzewnice okażą się przydatne, jeżeli przy demontażu łożysk jest niezbędne użycie wysokiej temperatury.

Diagnostyka łożysk

Narzędzia zapewniające przeprowadzenie czynności związanych z diagnostyką łożysk są nieodzownym elementem wyposażenia warsztatów utrzymania ruchu. W szczególności chodzi o szczelinomierze, sprawdziany stożków trzpieni, a także pióra wibrometryczne i mierniki temperatury. Warto również zadbać o urządzenia przeznaczone do kontroli pracy węzła łożyskowego. Ważnym przyrządem w tym zakresie jest stetoskop elektroniczny, za pomocą którego oceniany jest stan techniczny węzła. Zastosować można metodę subiektywną lub obiektywną, zapewniającą określenie na podstawie trendu zmian wielkości drgań prawdopodobnego terminu awarii. Analizując widmo drgań, zyskuje się natomiast informacje na temat przyczyny wystąpienia awarii.

Dobór smarów do łożysk

Smarowanie powinno w pierwszej kolejności zapewnić ochronę przed korozją oraz zmniejszenie tarcia tocznego między bieżnią łożyska a elementami tocznymi. Ma ono również za zadanie odprowadzanie stałych ciał obcych, które mogą stanowić efekt zużycia trących powierzchni, czy pyłów atmosferycznych. Istotne jest, aby smarowanie zapewniało odprowadzanie nadmiaru ciepła z łożyska. Kluczową rolę odgrywa więc właściwe smarowanie łożysk, które pracują w wysokiej temperaturze. Nie bez znaczenia pozostaje należyta gospodarka smarna łożysk silnie obciążonych oraz szybkoobrotowych. Podaje się więc, że parametrem, który wyróżnia oleje stosowane do łożysk tocznych, jest lepkość kinetyczna w temperaturze wynoszącej 40°C, określana jako klasa lepkości. Jak podaje firma Albeco, aby prawidłowo wyselekcjonować smar do wybranego węzła łożyskowego, niezbędna jest analiza warunków jego pracy. Najważniejsze czynniki wpływające na dobór środka smarnego to zakres temperatury pracy, przenoszone obciążenia oraz prędkość obrotowa (szybkość przemieszczania się względem siebie współpracujących elementów). Równie istotna jest ocena środowiska pracy danego łożyska, w tym jego wilgotności, stopnia zanieczyszczenia (zapylenia) oraz ewentualnej obecności agresywnych środków chemicznych, a także występowania wibracji i obciążeń uderzeniowych. Kolejny czynnik zasadniczo wpływający na dobór środka smarnego to częstotliwość smarowania (okresy dosmarowywania lub smarowanie jednorazowe na cały okres eksploatacji) oraz typ smarowania (ręczne lub centralne). Wreszcie pod uwagę należy wziąć materiały, z jakich zostały wykonane mechanizmy i uszczelnienia.

Łożyska ślizgowe najczęściej smarowane są smarami plastycznymi na bazie mydeł, zawierających aluminium, lit, wapno, magnez oraz sód. Niejednokrotnie zastosowanie znajduje także wosk oraz stałe kwasy tłuszczowe. Używane są również smary stałe zawierające grafit, disiarczek molibdenu, azotek boru, mikę, boraks, siarczan srebra, jodek ołowiawy czy wernikulit. Zastosowanie znajdują oleje mineralne lub syntetyczne z podwyższonymi właściwościami przeciwzużyciowymi i przeciwzatarciowymi. Dobierając smar, w pierwszej kolejności należy określić warunki pracy, czyli temperaturę, rozkład obciążeń łożyska, prędkość obrotową, poziom drgań oraz skuteczność chłodzenia. Nie mniej istotny jest również sposób zabudowy. W szczególności chodzi o rodzaj oprawy oraz układ wału (poziomy lub pionowy). Na wybór smaru wpływ ma również rodzaj uszczelnienia, z którym smar powinien być kompatybilny. Kluczową rolę odgrywa środowisko zewnętrzne oraz wymagana trwałość łożyska.

A jak wygląda dobór środka smarnego do łożysk ślizgowych? W takim przypadku olej doprowadzany jest otworami lub kanałami, które najczęściej wykonane są w nieobciążonej części panwi. Zdarzają się jednak modele łożysk z kanałami wydrążonymi w czopie łożyska. Olej rozprowadzany jest rowkami o przekroju trójkątnym lub wycinka koła. Ważne jest, aby rowki były rozmieszczone równomiernie w łożysku, najczęściej poprzecznie do kierunku ruchu. Rowki nie dochodzą do brzegów konstrukcji, dzięki czemu olej nie wypływa poza łożysko. Od czego zależą zatem wymiary rowków doprowadzających, a co za tym idzie natężenie przepływu oleju? Parametry te w dużej mierze zależą od średnicy łożyska. Obowiązuje przy tym zasada, że im większa jest średnica łożyska, tym większa jest powierzchnia przekroju rowków smarujących. Jeżeli rowki są odpowiednio ukształtowane, powstaje tzw. klin smarujący.

UR

Autor: Damian Żabicki