Tuleje samosmarujące: jak działają łożyska bezobsługowe
Tuleja samosmarująca ma środek smarny w samym materiale łożyskowym i oddaje go wałowi w czasie pracy. Robią to trzy mechanizmy, każdy z własnym zakresem obciążenia, prędkości i temperatury – i to wybór między nimi stanowi większą część projektu.
Tuleje samosmarujące, zwane też samosmarnymi lub bezobsługowymi, nie wymagają w eksploatacji smaru ani oleju. Brąz spiekany magazynuje olej w porach i oddaje go pod wpływem ciepła. Brąz z wkładkami grafitowymi zawiera smar stały we wkładkach przechodzących przez ściankę, który wał rozprowadza w film. Tuleje kompozytowe PTFE mają warstwę ślizgową z PTFE, która przenosi na wał film o niskim tarciu. Za brak obsługi płacą częścią obciążenia lub prędkości.
- Brąz spiekany nasycony olejem: ≈ 14 N/mm² w pracy ciągłej, do 6 m/s przy lekkim obciążeniu, od −10 do +90 °C; małe silniki i sprzęt AGD
- Brąz z wkładkami grafitowymi: 50–100 N/mm², ≤ 0,5 m/s na sucho, od −40 do +400 °C; wolne, ciężkie, gorące, mokre i niedostępne przeguby
- Kompozyt PTFE: 250 N/mm² statycznie, 60 w ruchu obrotowym, 2 m/s na sucho, od −195 do +280 °C; uniwersalna tuleja bezobsługowa
- Samosmarująca nie znaczy wieczna: trwałość jest proporcjonalna do współczynnika pV, a zabrudzenia i chropowaty wał ją skracają
Trzy sposoby, w jakie tuleja smaruje się sama
Olej w porach. Brąz spiekany prasuje się z proszku, pozostawiając 18–25 % porowatości; pory wypełnia się olejem pod próżnią. Tarcie ogrzewa tuleję, olej rozszerza się i wypływa na wał, a gdy łożysko stygnie, jest zasysany z powrotem. Dopóki temperatura pozostaje umiarkowana, nic się nie zużywa, więc jeden ładunek oleju wystarcza na cały okres eksploatacji silnika wentylatora. Przegrzana tuleja traci olej bezpowrotnie.
Smar stały we wkładkach. W ściance tulei z brązu odlewanego wierci się przestawnie rozmieszczone otwory przelotowe i wypełnia je wkładkami z grafitu albo PTFE + MoS₂. Przy pierwszych ruchach wał rozmazuje materiał wkładek po brązie; tam, gdzie film się zetrze, kolejne przejście nad wkładką odnawia go. Obciążenie przenosi brąz, więc ten typ znosi duże obciążenia i temperatury, które zniszczyłyby polimer, musi jednak pracować wolno, poniżej około 0,5 m/s, bo nie ma oleju, który odprowadzałby ciepło.
Film transferowy PTFE. W tulei kompozytowej PTFE warstwę ślizgową stanowi PTFE ze smarami stałymi, związane ze stalowym korpusem poprzez porowaty brąz. PTFE ma najniższe tarcie ze wszystkich ciał stałych i w czasie docierania przenosi na wał molekularny film; potem PTFE ślizga się po PTFE. Warstwa jest cienka, więc droga przenoszenia obciążenia jest sztywna i tuleja przenosi 250 N/mm² statycznie, ale ta sama cienkość oznacza, że trwałość jest skończona i wyznacza ją współczynnik pV.
Porównanie
Trzy mechanizmy w niewielkim stopniu się pokrywają; warunki pracy zwykle wskazują na jeden z nich.
| Właściwość | Brąz spiekany | Brąz z wkładkami grafitowymi | Kompozyt PTFE |
|---|---|---|---|
| Środek smarny | Olej w porach | Wkładki z grafitu lub PTFE + MoS₂ | Warstwa ślizgowa PTFE |
| Obciążenie | ≈ 14 N/mm² w pracy ciągłej | 50–100 N/mm² | 250 N/mm² statycznie, 60 w ruchu obrotowym |
| Prędkość | do 6 m/s, lekkie obciążenie | 0,5 m/s na sucho, 1–2,5 ze smarowaniem | 2 m/s na sucho, > 3 w cieczy |
| Temperatura | od −10 do +90 °C | od −40 do +250 / +400 °C | od −195 do +280 °C |
| Wał | Dopuszczalna stal niehartowana, Ra ≤ 0,8 | Hartowany, Ra ≤ 1,6 | Stal, zalecany szlifowany Ra 0,2–0,4 |
| Zabrudzenia | Słabo | Dobrze (twarda osnowa, brak smaru) | Słabo (zagłębione ziarna ryzują wał) |
| Woda | Słabo | Dobrze z wkładkami PTFE + MoS₂ | Dobrze |
| Zakres wymiarów | Małe, prasowane | Ø8–160 mm standardowo, dowolne według rysunku | Ø10–280 mm, zwijane |
| Główny składnik kosztu | Oprzyrządowanie; tanie w serii | Obróbka skrawaniem i wkładki | Taśma; tanie w serii |
Czego samosmarowanie nie oznacza
Nie oznacza nieograniczonej trwałości. Każda tuleja samosmarująca się zużywa; tempo zużycia jest w przybliżeniu proporcjonalne do iloczynu pV, a trwałość obliczeniowa wynika z dostępnej objętości warstwy lub wkładek. Nie oznacza odporności na złe traktowanie: chropowaty wał zdziera film, ziarno zagłębione w miękkiej warstwie ryzuje wał, a temperatura powyżej granicy niszczy mechanizm (olej wypędzony, wkładki utlenione, PTFE zmiękczone). Nie oznacza też zakazu smarowania: cienka warstwa smaru przy montażu skraca docieranie tulei grafitowych i z PTFE, choć smar w eksploatacji może gromadzić zabrudzenia przy warstwie PTFE.
Tam, gdzie przegub można smarować według harmonogramu, smarowana tuleja brązowa lub bimetalowa zwykle przenosi większe obciążenie przy tych samych wymiarach i kosztuje mniej. Typy samosmarujące mają rację bytu tam, gdzie węzeł nie może lub nie będzie obsługiwany, gdzie środek smarny zanieczyściłby produkt albo gdzie temperatura lub medium wykluczają smar.
Dobór
Punktem wyjścia są obciążenie i temperatura.
- Lekkie obciążenie, duża liczba cykli, umiarkowana temperatura. Brąz spiekany: silniki wentylatorów i sprzętu AGD, urządzenia biurowe, drobne narzędzia.
- Duże obciążenie, wolno, gorąco, mokro lub w zabrudzeniu. Brąz z wkładkami grafitowymi: zamknięcia śluz, maszyny odlewnicze, formy, dźwignice, wyposażenie zapór i turbin.
- Umiarkowane obciążenie, dowolna temperatura, na sucho, seria. Kompozyt PTFE: pedały, zawiasy, układy dźwigniowe, cylindry, pompy, przeguby maszyn rolniczych i pojazdów.
- Duże obciążenie ze smarem nałożonym raz przy montażu. Kompozyt POM: smarowany krewniak kompozytu PTFE do obciążeń krawędziowych i zabrudzeń poniżej 130 °C.
Najczęściej zadawane pytania
Co to jest tuleja samosmarna (bezolejowa)?
Tuleja samosmarująca: ma środek smarny w materiale łożyskowym (olej w porach, wkładki ze smaru stałego lub warstwę PTFE) i nie wymaga w eksploatacji smaru ani oleju.
Jak długo pracuje tuleja samosmarująca?
O trwałości decydują obciążenie × prędkość (pV), temperatura, wykończenie wału i zabrudzenia. W granicach dopuszczalnego pV jest zaprojektowana tak, by przetrwać maszynę; powyżej zużywa się szybko. Wystarczy podać warunki pracy, a oszacujemy trwałość.
Czy tuleja samosmarująca może pracować pod wodą?
Brąz z wkładkami PTFE + MoS₂ na wale ze stali nierdzewnej oraz tuleje kompozytowe PTFE pracują zanurzone. Brąz spiekany traci w wodzie olej.
Czy tuleję samosmarującą trzeba smarować?
W eksploatacji nie, o ile konstrukcja tego nie przewiduje. Cienka warstwa smaru przy montażu skraca docieranie tulei grafitowych i z PTFE; kompozyt POM musi być nasmarowany przy montażu.
Która tuleja samosmarująca przenosi największe obciążenie?
Kompozyt PTFE – 250 N/mm² statycznie (60 N/mm² w ruchu obrotowym); brąz z wkładkami grafitowymi – 50–100 N/mm² w pracy ciągłej i wolnej. Brąz spiekany jest przeznaczony do lekkiej pracy.
Nie wiadomo, która tuleja? Wystarczy opisać węzeł.
Wymiary, obciążenie, prędkość, smarowanie i otoczenie: nasi inżynierowie odpowiadają w ciągu 12 godzin propozycją materiału i ofertą. Bezpłatne próbki, bez minimum zamówienia.
Odpowiedź na zapytanie: 12 h · Bezpłatne próbki · Bez minimum zamówienia