Dobór tulei ślizgowych: jak dobrać tuleję
Ten poradnik nie poleca – eliminuje. Każdy z pięciu filtrów odrzuca materiały, które nie mieszczą się w podanej granicy, a to, co przejdzie przez wszystkie pięć, jest krótką listą kandydatów. W większości zastosowań po kilku minutach zostają dwa lub trzy realne produkty.
Warto zacząć od tego ograniczenia, o którym już wiadomo, że jest najostrzejsze. Jeżeli przegub pracuje w 260 °C, temperatura odrzuci więcej kandydatów niż cokolwiek innego i powinna iść pierwsza; jeżeli obudowa zostawia 1 mm miejsca w kierunku promieniowym, należy zacząć od miejsca na montaż. Filtry są od siebie niezależne i można je stosować w dowolnej kolejności.
- Obciążenie: kierunek wyznacza formę (tuleja cylindryczna, podkładka oporowa, tuleja kołnierzowa); nacisk jednostkowy p = F ÷ (d × L) odrzuca materiały
- Ruch: praca wahadłowa i start-stop wymaga niższych wartości dopuszczalnych niż ciągły obrót
- Dostęp do smarowania: liczy się to, co w eksploatacji naprawdę się wydarzy, a nie to, co zapisano w harmonogramie
- Temperatura: ciągła, nie szczytowa; filtr najbardziej rozstrzygający dla polimerów
- Miejsce: ścianka promieniowa poniżej 2,5 mm odrzuca brąz obrabiany skrawaniem; poniżej 0,9 mm odpada wszystko, co standardowe
Filtr 1: kierunek i wielkość obciążenia
Kierunek wyznacza formę. Tylko obciążenie promieniowe: tuleja cylindryczna. Tylko osiowe: podkładka oporowa. Promieniowe i osiowe: tuleja kołnierzowa albo tuleja cylindryczna z podkładką. Promieniowe przy odchyleniu kątowym: łożysko przegubowe (wahliwe), które leży poza naszą ofertą. Tam, gdzie obciążenie osiowe jest znaczące, a nie tylko przypadkowe, lepsza jest osobna podkładka niż kołnierz: kołnierz przenosi siłę osiową przez swoją nasadę, a to właśnie nasada jest przekrojem ograniczającym.
Wielkość odrzuca materiały. Najpierw oblicza się nacisk jednostkowy: p = siła (N) ÷ (średnica otworu × długość łożyska, w mm). Następnie porównuje się go z dopuszczalnym obciążeniem dynamicznym (w ruchu) każdego materiału, jeśli wał porusza się pod obciążeniem, a z obciążeniem statycznym wyłącznie wtedy, gdy przegub jest obciążany w spoczynku. Wartości statyczne i dynamiczne różnią się od siebie trzy- do pięciokrotnie i nie są zamienne.
| Nacisk jednostkowy p, wał w ruchu | Materiały, które zostają |
|---|---|
| Do 14 N/mm² | Wszystkie materiały, łącznie z brązem spiekanym (JBM-700) i litymi tworzywami |
| 14–25 N/mm² | Wszystkie oprócz brązu spiekanego i tworzyw |
| 25–40 N/mm² | Brąz zwijany (JBM-090), brąz grafitowy (JBM-650), PTFE (JBM-10), POM (JBM-20), bimetal (JBM-800), stal; brąz odlewany tylko z pełnym filmem olejowym |
| 40–60 N/mm² | Brąz grafitowy, kompozyt PTFE, kompozyt POM, bimetal, stal hartowana |
| 60–150 N/mm² | Bimetal na oleju lub smarze (150), kompozyt POM na oleju (140), brąz grafitowy 650W3 (100 przy 0,1 m/s), stal hartowana |
| 150–250 N/mm² | Stal hartowana JBM-ST (250 przy 0,1 m/s); kompozyty wyłącznie pod obciążeniem statycznym |
| Powyżej 250 N/mm² | Zwiększyć długość lub średnicę łożyska; żaden produkt standardowy nie spełnia warunku |
Wartości dynamiczne ze stron produktów: brąz odlewany 25 (45 statycznie), zwijany 40 (120 statycznie), PTFE 60 (250 statycznie), POM 60 w ruchu wahadłowym / 140 na oleju (250 statycznie), bimetal 150, grafitowy 50–100, spiekany 14, stal 250.
Filtr 2: rodzaj ruchu
Rodzaj ruchu zmienia wartość dopuszczalną, którą należy przyjąć, a niekiedy także sposób smarowania. Ruch wahadłowy jest dla łożyska trudniejszy niż ciągły obrót przy tym samym obciążeniu: w punkcie nawrotu film hydrodynamiczny nigdy nie powstaje, a powierzchnia przez cały czas pozostaje pod obciążeniem – dlatego dopuszczalne obciążenie kompozytu w ruchu wahadłowym wynosi około jednej czwartej wartości statycznej. Częste rozruchy i zatrzymania wymagają innego rozwiązania smarowania niż praca ciągła: otwory przelotowe szybko tworzą film olejowy przy rozruchu, kieszenie dłużej zatrzymują smar między przeglądami.
| Ruch | Wartość rozstrzygająca | Preferowane materiały |
|---|---|---|
| Ciągły obrót | Obciążenie dynamiczne i pV | Bimetal na oleju (pV 10), brąz spiekany przy lekkim obciążeniu, kompozyt PTFE przy niskim pV |
| Wahadłowy | Dopuszczalne obciążenie w ruchu wahadłowym | Kompozyt PTFE (60 N/mm²), kompozyt POM (60 N/mm² na sucho, więcej z olejem), brąz zwijany (40 N/mm²) |
| Posuwisto-zwrotny, duża siła boczna | pV i obciążenie krawędziowe | Kompozyt PTFE (forma cylindrowa JBM-1D, smarowany cieczą), PTFE na siatce z brązu (JBM-FR) |
| Częste rozruchy i zatrzymania | Tarcie rozruchowe | Brąz zwijany z otworami przelotowymi (JBM-092), kompozyt PTFE |
| Wolne pozycjonowanie lub praca niemal statyczna | Obciążenie statyczne, odporność na zatarcie | Brąz grafitowy (JBM-650), stal hartowana (JBM-ST), kompozyt POM |
Filtr 3: dostęp do smarowania
O tym filtrze decyduje to, co w eksploatacji realnie się wydarzy, a nie to, co przewiduje plan smarowania. Tuleje z wytłaczanymi kieszeniami smarowymi bywają opisywane jako samosmarujące, a tymczasem wymagają smaru przy montażu i dosmarowywania w eksploatacji. Jeżeli przegubu naprawdę nie da się smarować, trzeba sprawdzić, czy produkt ma dopuszczenie do pracy na sucho, zamiast polegać na nazwie kategorii.
Jest jeden przypadek, w którym smarowanie szkodzi zamiast pomagać. W środowisku ściernym smar zbiera pył i ziarna piasku i zatrzymuje je w strefie styku jako pastę ścierną, podczas gdy sucha powierzchnia przepuszcza zabrudzenia dalej. W maszynach rolniczych, w kamieniołomach i na budowach kompozyt pracujący na sucho lub brąz grafitowy często wytrzymują dłużej niż smarowany brąz – mimo niższego nominalnego obciążenia dopuszczalnego.
| Dostęp w eksploatacji | Materiały, które zostają |
|---|---|
| Brak: węzeł zamknięty lub niedostępny | Kompozyt PTFE (JBM-10), brąz grafitowy (JBM-650), brąz spiekany (JBM-700), PTFE na siatce z brązu (JBM-FR), lite tworzywa |
| Smar tylko przy montażu | Jak wyżej oraz kompozyt POM (JBM-20), brąz zwijany z kieszeniami (JBM-090) |
| Możliwe okresowe dosmarowywanie | Jak wyżej oraz bimetal na smarze (seria JBM-800), brąz odlewany (JBM-600), brąz zwijany z otworami (JBM-092), stal hartowana |
| Obiegowe zasilanie olejem | Wszystkie materiały; bimetal na oleju osiąga pV 10 N/mm²·m/s, a kompozyt POM pV 22 |
Filtr 4: temperatura
Temperatura jest często filtrem najbardziej rozstrzygającym i potrafi skrócić listę do jednego materiału. Standardowy kompozyt POM kończy się na +130 °C – to najczęstsza pojedyncza przyczyna odrzucenia materiału na tym etapie; lite tworzywa odpadają jeszcze wcześniej. Temperatura ciągła i szczytowa to dwa różne wymagania: tuleję dobiera się na warunki ciągłe i sprawdza, czy szczyty mieszczą się w granicy, zamiast uśredniać obie wartości.
| Temperatura pracy | Materiały, które zostają |
|---|---|
| Poniżej −40 °C | Kompozyt PTFE (do −195 °C), brąz zwijany (do −100 °C) |
| od −40 do +90 °C | Wszystkie materiały |
| od +90 do +130 °C | Wszystkie oprócz brązu spiekanego na oleju standardowym i większości litych tworzyw |
| od +130 do +200 °C | Brąz odlewany, brąz zwijany, brąz grafitowy, kompozyt PTFE, bimetal (ograniczony środkiem smarnym), stal hartowana |
| od +200 do +250 °C | Brąz odlewany, brąz grafitowy gatunku 650, kompozyt PTFE, PTFE na siatce z brązu |
| od +250 do +280 °C | Kompozyt PTFE (JBM-10), brąz grafitowy w gatunkach na brązie aluminiowym lub cynowym |
| od +280 do +400 °C | Brąz grafitowy na brązie aluminiowym (650S2) lub cynowym (650S3) z wkładką wysokotemperaturową |
Filtr 5: miejsce na montaż
Odstęp promieniowy między wałem a obudową wyznacza grubość ścianki, a grubość ścianki odrzuca całe technologie wykonania. Standardowe zakresy otworów również zawężają wybór, ale wymiary i tolerancje niestandardowe wykonujemy według rysunku w każdym materiale – wymiar poza zakresem jest więc pytaniem do oferty, a nie powodem eliminacji.
W tym miejscu warto wspomnieć o zużytej obudowie. Ponieważ tuleje zwijane i kompozytowe zachowują dokładną ściankę już od około 1 mm, zużyty otwór często można roztoczyć na większy wymiar i osadzić w nim część cienkościenną, zamiast wymieniać obudowę lub wstawiać w nią tuleję naprawczą.
| Dostępna ścianka promieniowa | Materiały, które zostają | Standardowy zakres otworów |
|---|---|---|
| Poniżej 0,9 mm | Żaden standardowy; specyfikacja cienkościenna na zamówienie | — |
| 1,0 mm | Brąz zwijany, bimetal, kompozyt PTFE i POM | Ø6–30 mm w serii z taśmy |
| 1,0–2,5 mm | Wszystkie typy zwijane i kompozytowe | PTFE Ø6–300, POM Ø10–280, brąz zwijany Ø10–300, bimetal Ø10–150 mm |
| Powyżej 2,5 mm | Brąz obrabiany skrawaniem (JBM-600), brąz grafitowy, brąz spiekany, stal hartowana, tworzywa | Brąz Ø3–1000 mm; seria ISO 4379 Ø6–200 mm |
Kontrola końcowa: wał
Wał nie jest kryterium doboru, ale potrafi unieważnić dobór, który przeszedł wszystkie pięć filtrów. Przed zwolnieniem rysunku należy potwierdzić powierzchnię współpracującą. Jeżeli elementu współpracującego nie da się zahartować, materiałami, które tego nie wymagają, są kompozyt PTFE i brąz odlewany – a wyeliminowanie jednej operacji obróbki cieplnej na wale często przeważa nad różnicą w cenie tulei. Równoległość wału i tulei należy w każdym przypadku utrzymać w granicach 0,02 mm na całej szerokości łożyska.
| Wybrany materiał | Twardość wału | Chropowatość wału Ra |
|---|---|---|
| Kompozyt PTFE (JBM-10) | Hartowanie niewymagane; wał hartowany tam, gdzie pozwala na to obciążenie | 0,2–0,4 µm |
| Kompozyt POM (JBM-20) | Hartowanie zalecane dla wartości 140 N/mm² na oleju | 0,4–0,8 µm |
| Bimetal, brązy cynowe i ołowiowe (JBM-800/820/830/840) | ≥ 53 HRC | 0,32–0,63 µm |
| Bimetal CuPb24Sn4 (JBM-810) | ≥ 45 HRC | 0,32–0,63 µm |
| Brąz zwijany CuSn8 (JBM-090/092) | Hartowany; sama taśma ma 110–150 HB | 0,4–0,8 µm |
| Brąz odlewany C93200 (JBM-600) | Dopuszczalna stal niehartowana | 0,4–0,8 µm |
| Brąz grafitowy, stal hartowana | Hartowany, twardszy od stopu podstawowego (≥ 210 HB dla gatunku 650) | ≤ 1,6 µm brąz grafitowy; sworzeń hartowany i szlifowany dla stali |
Przykład liczbowy
Przegub wysięgnika maszyny budowlanej: sworzeń 60 mm, długość łożyska 50 mm, obciążenie szczytowe 180 kN, ruch wahadłowy w zakresie około 40° z małą prędkością, smarowanie przy montażu, później bez gwarancji, temperatura otoczenia do +80 °C, 5 mm miejsca w kierunku promieniowym.
Filtr 1: p = 180 000 ÷ (60 × 50) = 60 N/mm². Brąz odlewany (25 w ruchu), brąz zwijany (40) i brąz spiekany odpadają ze względu na wielkość obciążenia; obciążenie jest promieniowe, a przegub wymaga ustalenia osiowego, więc wskazana jest tuleja kołnierzowa. Filtr 2: praca wahadłowa, obowiązuje więc wartość dla ruchu wahadłowego. 60 N/mm² leży dokładnie na granicy kompozytu PTFE i kompozytu POM na sucho, więc oba są na styk; bimetal (150) i brąz grafitowy 650W3 (100) mają wygodny zapas. Filtr 3: smar przy montażu, ale niepewny później, przemawia za materiałem, który magazynuje środek smarny lub go nie potrzebuje – czyli za kompozytem POM (kieszenie), brązem grafitowym albo bimetalem z obfitym ładunkiem smaru; PTFE odkłada się na bok ze względu na obciążenie. Filtr 4: +80 °C nie odrzuca nic. Filtr 5: 5 mm miejsca w kierunku promieniowym to dużo i również nic nie odrzuca.
Krótka lista: tuleja kołnierzowa z brązu z wkładkami grafitowymi (650W3) albo bimetalowa tuleja kołnierzowa (JBM-800F) nasmarowana przy montażu. Brąz grafitowy nie potrzebuje smaru w ogóle i znosi zapylony plac budowy; bimetal przenosi więcej i w serii kosztuje mniej, ale zależy od ładunku smaru. Rozstrzyga pytanie, czy plac jest zapylony, a harmonogram smarowania naprawdę zawodny – wtedy brąz grafitowy – czy też dominuje koszt w serii, co wskazuje na bimetal.
Najczęstsze błędy doboru
Kopiowanie rowka smarowego na zamiennik pracujący na sucho. Układ rowków przeniesiony ze starej części z brązu zabiera tulei kompozytowej powierzchnię nośną bez żadnej korzyści; materiały samosmarujące potrzebują gładkiego otworu. Dobór według wartości statycznej dla przegubu w ruchu: wartości statyczne i dynamiczne różnią się co najmniej trzykrotnie, a jeśli wał porusza się pod obciążeniem, wartość statyczna nie ma zastosowania. Traktowanie otworu w stanie swobodnym jako otworu roboczego: tuleje zwijane i kompozytowe są dostarczane z nadwymiarem i wymiar roboczy osiągają dopiero po wtłoczeniu w obudowę H7. Umieszczenie rowka smarowego w strefie obciążenia: rowek rozładowuje ciśnienie, które podpiera wał, więc rowki i otwory zasilające należą do nieobciążonej części otworu. Dobór wyłącznie po cenie tulei: koszt hartowania wału, koszt harmonogramu smarowania i koszt przestoju, gdy ten harmonogram nie zostanie dotrzymany, leżą poza ofertą na tuleję i często ją przewyższają.
Co przesłać do zapytania ofertowego
Pięć filtrów zawęża pole, a sześć wartości je zamyka: średnica wału, otwór obudowy i długość łożyska albo rysunek; obciążenie w niutonach oraz informacja, czy jest statyczne, obrotowe czy wahadłowe; prędkość ślizgania albo częstotliwość i kąt wahań; temperatura pracy ciągła i szczytowa; smarowanie dostępne przy montażu i w eksploatacji; oraz otoczenie: zabrudzenia, chemikalia, mycie ciśnieniowe, kontakt z żywnością lub zastosowania medyczne. Wystarczy przesłać te dane z rysunkiem lub numerem dotychczasowej części, a odsyłamy specyfikację z alternatywami i uzasadnieniem. Wymiary i tolerancje niestandardowe wykonujemy na zamówienie w każdym materiale.
Przed wysłaniem zapytania warto sprawdzić p, v i pV względem granic każdego materiału w kalkulatorze pV łożyska ślizgowego.
Najczęściej zadawane pytania
Który materiał tulei jest najlepszy?
Uniwersalnej odpowiedzi nie ma. Należy zastosować pięć filtrów (obciążenie, ruch, dostęp do smarowania, temperatura, miejsce) oraz kontrolę wału; to, co przejdzie, jest krótką listą, a między pozostałymi kandydatami rozstrzygają rysunek i warunki na miejscu.
Czym różni się obciążenie dopuszczalne statyczne od dynamicznego?
Wartość statyczna dotyczy przegubu obciążanego w spoczynku; wartość dynamiczna (w ruchu) – sytuacji, gdy wał obraca się, wykonuje ruch wahadłowy lub przesuwa pod obciążeniem, i jest trzy- do pięciokrotnie niższa. Gdy wał się porusza, obowiązuje wartość dynamiczna.
Które tuleje pracują bez smarowania?
Kompozyt PTFE (JBM-10), brąz z wkładkami grafitowymi (JBM-650), brąz spiekany nasycony olejem (JBM-700), PTFE na siatce z brązu i lite tworzywa. Brąz zwijany z kieszeniami i kompozyt POM wymagają smaru przy montażu; brąz odlewany i bimetal – smaru lub oleju w eksploatacji.
Jak obliczyć obciążenie tulei?
Siłę promieniową w niutonach dzieli się przez rzut powierzchni, czyli średnicę otworu × długość łożyska w mm; wynikiem jest nacisk jednostkowy p w N/mm². Jeżeli wał się porusza, porównuje się go z dopuszczalnym obciążeniem dynamicznym materiału.
Czy wał musi być hartowany?
Dla tulei bimetalowych (≥ 53 HRC, ≥ 45 HRC dla CuPb24Sn4), zwijanych z brązu, z brązu grafitowego i ze stali hartowanej – tak. Kompozyt PTFE i brąz odlewany C93200 pracują na stali niehartowanej.
Prosimy o sześć wartości. Odsyłamy specyfikację.
Wymiary lub rysunek, obciążenie i jego rodzaj, prędkość, temperatura, smarowanie i otoczenie. Wymiary niestandardowe wykonujemy na zamówienie w każdym materiale; próbki są bezpłatne.
Odpowiedź na zapytanie: 12 h · Bezpłatne próbki · Bez minimum zamówienia