WAŁY I OSIE

ŁOŻYSKA TOCZNE I

ŚLIZGOWE

Wały i osie to elementy maszyn na których osadzone są inne
elementy wykonujące ruchy obrotowe (np. koła zębate, pasowe) lub
oscylacyjne (koło zębate współpracujące z zębatką).
Wał lub oś urzeczywistnia geometryczną oś obrotu.

Przeznaczenie wałów

Głównym zadaniem wału jest przenoszenie momentu obrotowego. W
związku z tym wał jest narażony jednocześnie na skręcanie oraz – pod
wpływem sił poprzecznych – na zginanie. W niektórych przypadkach
wał może być narażony tylko na skręcanie np. samochodowy wał
napędowy w sprzęgle Cardana.

Wprowadzenie

Przeznaczenie osi

Oś nie przenosi momentu obrotowego, jest obciążona głównie

momentem gnącym i służy do utrzymania w zadanym położeniu

innych elementów oraz przeniesienia obciążeń na łożyska lub

podpory.
Oś ruchoma obraca się wraz z elementami na niej osadzonymi

i zamocowana jest w łożyskach.
Oś stała (nie obracająca się) jest utwierdzona nieruchomo

w uchwytach.
Odcinki wałów i osi, służące do osadzenia na nich innych elementów

względnie osadzenia w łożyskach, nazywamy czopami.

Dobór materiału

Osie i wały wykonuje się najczęściej ze stali:

konstrukcyjnej węglowej zwykłej jakości (najczęściej St3, St4, St5), gdy

elementy są mało obciążone w maszynach mniej ważnych, stosowane

bez obróbki cieplnej i gdy bardziej wymagana jest sztywność elementu

niż jego wytrzymałość

konstrukcyjnej węglowej wyższej jakości (najczęściej 25, 35 i 45). Stale

25 i 35 stosuje się w stanie normalizowanym i ulepszonym lub

hartowanym powierzchniowo (45);

konstrukcyjnej stopowej do ulepszania cieplnego, najczęściej

chromoniklowej, gdy wymagana jest mała średnica wału (w tym

przypadku zalecane jest ulepszanie cieplne) oraz gdy na wale są odkute

elementy pracujące jak koła zębate lub połówki sprzęgła, wymagające

powierzchni odpornych na ścieranie;

konstrukcyjnej stopowej do nawęglania lub azotowania - jak

poprzednio, ale gdy bardziej zależy nam na twardości powierzchni niż

na wytrzymałości rdzenia elementu (zawsze nawęglone lub

azotowane oraz zawsze hartowane przynajmniej na niektórych

powierzchniach);

konstrukcyjne stopowe o szczególnych własnościach, gdy

wymagane są szczególne cechy, jak żaroodporność, nierdzewność,

kwasoodporność itp.

W wyjątkowych przypadkach wykonuje się wały odlewane, staliwne

lub żeliwne. Najczęściej stosowane jest wtedy żeliwo modyfikowane

lub sferoidalne (Zs 65002, Zs 70002).

Rodzaje osi i wałów

Osie i wały sztywne są ustrojami prętowymi o przekroju
poprzecznym okrągłym albo (znacznie rzadziej) sześciokątnym
lub innym. Można wyróżnić osie i wały gładkie (rys. a) mające
prawie niezmienny przekrój poprzeczny na całej długości oraz
kształtowe - o zmiennych przekrojach, wynikających z
obciążenia i funkcji osi lub wału (rys. b, c, e). Osie są z reguły
proste, natomiast wały mogą być proste lub wykorbione (rys. d).

Rodzaje wałów i osi: a) wał gładki, b, c) wały schodkowe,

d) wał wykorbiony, e) oś nieruchoma

Przykłady osi i wałów

Oś

nierucho

ma

Oś

ruchom

a

Bęben

osadzony na

wale

Rodzaje osi

Oś ruchoma

Oś

stała

Rodzaje wałów

Wały dwupodporowe

Wał pędniany gładki wielopodporowy

Obciążenia osi i wałów

Podstawą obliczenia wytrzymałości osi lub wału jest wyznaczenie

wszystkich sił i momentów działających na wał (oś). Rozróżnia się:

• obciążenia zmienne co do wartości i kierunku, wywołujące naprężenia

zmienne

• obciążenia stałe (statyczne), wywołujące w osiach nieruchomych

naprężenia stałe, a w osiach ruchomych i wałach naprężenia zmienne;

• obciążenia zmieniające swoje położenie (w płaszczyźnie prostopadłej do

osi wału) wraz z obrotem wału, np. siły odśrodkowe, które wywołują

naprężenia stałe.

Projektowanie osi i wałów

Przy projektowaniu osi i wałów wykonuje się:

• obliczenia wstępne, umożliwiające ustalenie kształtu

i przybliżonych wymiarów osi lub wału. Obliczenia te są

wykonywane

w

zasadzie

na

wytrzymałość

statyczną,

uwzględniając jednak wpływ zmienności obciążeń przez przyjęcie

odpowiednich naprężeń dopuszczalnych k

gj

, k

go

.

•Obliczenia dokładne (sprawdzające) uwzględniające czynniki

decydujące o wytrzymałości zmęczeniowej (m.in. działanie

karbów) oraz sztywność giętną i skrętną wału.

Obliczanie wytrzymałości osi i wałów dwupodporowych

Obliczenia wytrzymałości obejmują:

• wyznaczenie metodami statyki wszystkich sił czynnych

(obciążeń) i biernych (reakcji podpór lub utwierdzeń) działających

na wał lub oś;

• obliczenie wartości momentów zginających (dla osi i wałów) oraz

skręcających i zastępczych (w przypadku wałów), co najmniej dla

punktów przyłożenia sił zewnętrznych i dla punktów podparcia

(łożysk);

• obliczenie średnic wału w podstawowych przekrojach i ustalenie

kształtu wału (osi);

• wykonanie obliczeń sprawdzających i uzupełniających,

polegających na obliczeniu sztywności wału.

Obliczanie wytrzymałości osi dwupodporowych na

zginanie

Oś oblicza się jako belkę podpartą na dwóch podporach
(łożyskach) i obciążoną siłami skupionymi. Reakcje w podporach
są wyznaczane na podstawie równań równowagi.
Warunek wytrzymałościowy na zginanie:

Stąd średnica osi:

g

g

x

g

g

k

d

M

W

M







3

1

,

0



(lub k

gj

, k

go

)

3

3

10

1

,

0

g

g

g

g

k

M

k

M

d





Obliczanie wytrzymałości wałów na skręcanie

Wały oblicza się tylko na skręcanie w następujących przypadkach:
• gdy moment skręcający jest znacznie większy od momentów
zginających wał (np. krótkie wały);
• gdy wał jest obciążony tylko momentem skręcającym;
• gdy wielkość projektowanego urządzenia zależy od wymiarów
wału, a jego wymiary długościowe są nie ustalone.
Warunek wytrzymałościowy na skręcanie:

s

s

o

s

s

k

d

M

W

M







3

2

,

0



(lub k

sj

,

k

so

)

Do wału pełnego o przekroju kołowym

:

3

3

0

2

,

0

16

d

d

W







Wymagana średnica wału:

3

2

,

0

s

s

k

M

d 

Na rys a pokazany jest szkic wału obciążonego siłami zginającymi od kół
zębatych osadzonych na wale.

II

A

2

P

1

1

Q

1

P

z1

I

I

III

III

B

3

P

2

P

z2

Q

2

4





a

a

l

a)

II

A

P

1

1

2

Q

1

Q

1

Q

1

3

Q

2

P

2

Q

2

Q

2

II

B

Obliczanie wytrzymałości wałów dwupodporowych na

równoczesne zginanie i skręcanie

Schemat sil działających na wały dwustopniowej przekładni zębatej o
zębach prostych (a) oraz wykresy momentów (b)

Obciążenia wałów wywołuje w nich naprężenia normalne (zginające) i
styczne (skręcające), zatem wały oblicza się ze wzoru na naprężenia
zastępcze opartego na hipotezie Hubera:

Po przekształceniach wzór ten przyjmuje postać:

gdzie moment zastępczy (zredukowany):

go

s

g

z

k









2

2

)

(









go

x

z

z

k

W

M







2

2

2











 





s

g

z

M

M

M



Współczynnik przeliczeniowy  naprężeń stycznych na naprężenia

normalne wynosi:
- dla obciążeń statycznych:  = k

g

/k

s

=

- dla obustronnie zmiennego zginania i skręcania :  = k

go

/k

so

=

-dla zginania obustronnie zmiennego i jednostronnie zmiennego
skręcania:  = k

go

/k

sj

=

3

3

2

/

3

Wyrażając średnicę wału d w funkcji momentu zastępczego M

Z

można wykreślić idealną postać wału, która będzie miała kształt
obrotowej paraboloidy.

Ponieważ dla wału pełnego o przekroju
kołowym:

3

3

1

,

0

32

d

d

W







więc z ostatniego równania można wyprowadzić wzór na średnice
tego wału, traktując go jako belkę o równej wytrzymałości na całej
długości.

Średnica wału po uwzględnieniu W

x

 0,1d

3

wynosi:

3

10

go

z

k

M

d 

Zarys teoretyczny wału o równej wytrzymałości i opisany na nim wał kształtowy

Kształt rzeczywisty wału składa się najczęściej z odcinków walcowych lub
stożkowych, opisanych na zarysie teoretycznym. Ostateczne średnice i
długości poszczególnych odcinków wału uzależnione są od następujących
wielkości wału: nacisków na powierzchniach czopów, technologii wykonania i
montażu oraz sposobu ustalenia elementów przeznaczonych do osadzenia na
wale.

Nakiełek zwykły typu
A

Kolejność obliczeń wytrzymałościowych wału

1. Ustalić punkty przyłożenia, kierunek i wartości sił obciążających wał w

płaszczyźnie pionowej,

2. Ustalić punkty przyłożenia, kierunek i wartości sił obciążających wał w

płaszczyźnie poziomej,

3. Obliczyć składowe reakcji R

AY

i R

BY

w podporach A i B w płaszczyźnie

pionowej,

4. Obliczyć składowe reakcji R

AX

i R

BX

w podporach A i B w płaszczyźnie

poziomej,

5. Obliczyć wypadkowe reakcji R

A

i R

B

w podporach A i B

2

2

AY

AX

A

R

R

R





i

2

2

BY

BX

B

R

R

R





6. Obliczyć moment gnący Mg

1

w charakterystycznych punktach wału i

przedstawić wykres Mg

1

w płaszczyźnie pionowej,

7. Obliczyć moment gnący Mg

2

w charakterystycznych punktach wału i

przedstawić wykres Mg

2

w płaszczyźnie poziomej,

8. Obliczyć wypadkowe momenty gnące M

gw

w charakterystycznych punktach wału

2

2

2

1

g

g

gw

M

M

M





i przedstawić wykres M

gw

,

9. Przedstawić wykres momentów skręcających M

s

przenoszonych przez wał,

10. Obliczyć momenty zastępcze M

Z

w charakterystycznych punktach wału

2

2

)

(

s

gw

z

M

M

M









i przedstawić wykres M

z

,

11. Obliczyć teoretyczną średnice wału dla różnych przekrojów ze wzoru:

3

3

1

.

0

10

go

z

teor

k

M

d







; [mm]

Zasady konstruowania osi i wałów

Ustalenie ostatecznego kształtu projektowanego wału (osi) wymaga

spełnienia zaleceń:



we wszystkich przekrojach wału musi być zapewniona wymagana

wytrzymałość, przy wałach kształtowych (schodkowych) zaleca się więc

unikanie karbów powodujących spiętrzanie naprężeń;



kształt wału musi zapewniać żądane ustalenie części osadzonych na

wale;



konstrukcja wału musi być dostosowana do warunków montażu i

demontażu wału oraz osadzonych na nim części;



kształt wału powinien być możliwie najprostszy w celu zapewnienia

łatwości wykonania oraz możliwie niskich kosztów produkcji.

Wskazówki konstrukcyjne

Przy konstruowaniu wału należy pamiętać, że:

-zwiększenie wytrzymałości zmęczeniowej wału można dokonać poprzez
zastosowanie konstrukcyjnych sposobów łagodzenia karbu i doboru
odpowiedniego rodzaju obróbki powierzchniowej. Zaleca się przy tym, aby
każdy uskok ze średnicy D do średnicy d spełniał warunek D/d < 1.2, zaś
promienie zaokrągleń przejściowych w odsadzeniach ustalających winny
spełniać warunek r >0.25(D-d). W odsadzeniach swobodnych promienie
zaokrągleń powinny być jak największe. W tym celu można stosować
przejście stożkowe lub dwułukowe.

Odsadzenia wałów

-należy dążyć do stosowania znormalizowanych średnic czopów,
znormalizowanych zaokrągleń przejściowych i podcięć obróbkowych oraz
znormalizowanych połączeń kształtowych. Wymiary poprzeczne wpustów i
wielowypustów przyjmuje się w zależności od średnicy wału (wg PN),
natomiast ich długości oblicza się z warunku wytrzymałościowego na nacisk
powierzchniowy,

-przy łożyskowaniu wału istnieje potrzeba zabezpieczenia wału przed
przesunięciem w kierunku wzdłużnym, przy jednoczesnym zapewnieniu mu
swobodnej rozszerzalności cieplnej. W tym celu jedno łożysko wału powinno
być łożyskiem ustalającym w kierunku wzdłużnym (tzw. łożysko osadcze) zaś
pozostałe łożyska powinny umożliwiać przesuwanie wzdłużne wału. Jako
łożysko swobodne obiera się przeważnie łożysko mniej obciążone lub
znajdujące się po przeciwnej stronie napędu wału.

Wymiary czopów końcowych według PN-78/M-85000

Czopy stożkowe

Czopy walcowe

Nakiełki służą do oznaczania bazy obróbkowej w toczonych elementach (najczęściej
wałach). Wymiary nakiełków są znormalizowane i dobierane orientacyjnie na
podstawie średnicy czopa wyjściowego elementu, jego masy i siły skrawania.
 
Stosowane są trzy typy nakiełków:
 - nakiełki zwykle - typ A stosowane dla przedmiotów o małej dokładności
wykonania, lub w przypadku, gdy po jednej lub kilku operacjach nakiełki będą
usunięte, (np. baza obróbkowa dla otworu osiowego),
- nakiełki chronione - typ B stosowane najczęściej podczas wykonywania długich
wałów maszynowych. Powierzchnia stożkowa o kącie 120° chroni powierzchnię
czołową przed nierównościami, spowodowanymi wybiciem materiału przez kieł
tokarki.
- nakiełki łukowe – typ R są stosowane dla wałów z materiałów trudno obrabialnych,
a kształt nakiełka ma na celu zwiększenie sztywności narzędzia wykonującego
nakiełek.

Nakiełki wewnętrzne

Pierścienie osadcze sprężynujące

Nakrętka łożyskowa i podkładka
zębata

Ustalenie łożysk tocznych na wale i w korpusie

za pomocą pierścieni osadczych sprężynujących

s

Ustalenie łożysk tocznych na wale za pomocą

nakrętki łożyskowej z podkładką zębatą

Przykład ułożyskowania wału
maszynowego

Podział łożysk tocznych

Łożyska

dzielimy

ze

względu

na

kierunek

obciążenia na:

• poprzeczne (a);

• wzdłużne (b);

• skośne (c)  < 45

o

.

W zależności od kształtu
elementu tocznego:

• kulkowe;

• wałeczkowe:

• walcowe;

• stożkowe;

• baryłkowe.

Wałeczki walcowe o średnicy do 5 mm i stosunku ich długości do
średnicy większej lub równej 2,5 są nazywane igiełkami.

Podstawowe wymiary łożysk tocznych

Podstawowe wymiary łożysk tocznych to:

•średnica otworu d;

•średnica zewnętrzna D;

•szerokość łożyska B;

•wysokość łożyska H.

Oznaczenia łożysk tocznych

Łożyska są znormalizowane w skali światowej (ISO).

Każde łożysko jest oznaczone symbolem cyfrowym lub literowo

– cyfrowym, w którym wyróżnia się oznaczenia serii (w tym
odmiany średnicowej), oznaczenie średnicy otworu d, oraz inne
informacje.

Ostatnie dwie cyfry symbolu cyfrowego określają średnicę

łożyska. Gdy mamy 00, oznacza to d = 10 mm, 01 – d = 12
mm, 02 – d = 15 mm, 03 – d = 17 mm. Wyższe liczby (04 

96) mnoży się przez pięć, otrzymując w wyniku średnicę otworu
łożyska. Przy d > 500 mm wymiar otworu podaje się
bezpośrednio za kreską ułamkową (po znaku serii) np. 60/500.
Dla średnic d < 10 mm wymiar średnicy podaje się pojedynczą
cyfrą, równą średnicy otworu np. dla d = 7 mm – 607. Pozostała
część symbolu określa serię łożyska, podstawowe cechy
konstrukcyjne, w tym głównie odmianę średnicową.

Dobór łożysk tocznych

Zasady doboru łożysk tocznych, rodzaje łożysk, materiały z
których są wykonane, znajdują się w katalogu łożysk
tocznych

.

Czynniki decydujące o doborze łożyska:

1. Pierwsza grupa decyduje o doborze typu łożyska. Zależna

jest od warunków konstrukcyjnych, przeznaczenia maszyny,
warunków pracy łożyska, warunków montażu i obsługi. Zależy
ona od konstruktora (wytyczne ułatwiające to zadanie
znajdują się w katalogach).

2. Druga grupa to czynniki decydujące o wymiarach łożyska

(wartość obciążenia przy którym łożysko przepracuje
określony czas bez zniszczenia oraz maksymalna prędkość
obrotowa n

gr

).

Dobór łożysk tocznych (cd)

Obciążenie łożyska określa się w czasie ruchu łożyska. Podstawowe

parametry służące doborowi łożysk to:

●

Nośność ruchowa – gdy pierścienie obracają się względem

siebie z prędkością obrotową n > 10 obr/min.

●

Nośność spoczynkowa – w czasie spoczynku gdy n  10

obr/min.

●

Wartość nośności ruchowej (C) – określa obciążenie, przy

którym łożysko osiągnie trwałość 1 mln obr.

●

Wartość nośności spoczynkowej (C

o

)– obciążenie wywołujące

odkształcenia plastyczne współpracujących elementów, równe
0,0001 średnicy części toczonej.

●

Trwałość łożyska – przy dowolnym obciążeniu, czas pracy

łożyska do chwili wystąpienia pierwszych oznak zniszczenia,
którymi będą rysy lub mikropęknięcia na powierzchniach tocznych,
potem łuszczenie powierzchni tocznych, w rezultacie zniszczenie
łożyska.

●

Nośność ruchowa dla poszczególnych łożysk wyznaczona jest

przy założeniu niewielkiej trwałości odpowiadającej 500 h pracy
przy n = 33

1

/

3

obr/min. W rzeczywistości wymagamy znacznie

większej ilości godzin pracy (Lh) oraz stosowanie większych
obrotów (n).

Dobór łożysk tocznych (cd)

Zależność między żądaną trwałością, nośnością ruchową i

rzeczywistym obciążeniem łożyska określa wzór:

gdzie:
L – trwałość łożyska w mln

obrotów;

C – nośność ruchowa (katalog);
F – obciążenie;
p – wykładnik potęgowy: dla

łożysk kulkowych p = 3, dla
wałeczkowych p = 10/3.

Chcąc wyznaczyć trwałość pracy łożyska w godzinach L

h

, wzór

ten przyjmuje postać:

p

F

C

L















p

h

F

C

n

n

L

L























16600

60

10

6

Dobór łożysk tocznych przy obciążeniu zastępczym

W rzeczywistości łożyska obciążone są siłą wzdłużną F

a

i

poprzeczną F

r

. powoduje to konieczność wyznaczenia

obciążenia zastępczego, którego wartość będzie podstawą
do doboru łożyska wg poniższych zasad:

F

z

= X  F

r

+ Y  F

a

gdzie:
F

z

– obciążenie równoważne (zastępcze [N, daN]);

F

r

– składowa promieniowa obciążenia;

F

a

– składowa osiowa obciążenia;

X – współczynnik obciążenia promieniowego;
Y – współczynnik obciążenia osiowego.

Wartości X i Y są przypisane (zależnie) od rodzaju łożyska i od
rodzaju stosunku F

a

do F

r

Węzły łożyskowe

Osadzanie łożysk tocznych powinno zapewnić ustalenie

wzdłużne wału i łożyska, oraz ustalenie właściwego luzu
łożyskowego w czasie pracy łożyska.

Pełne wykorzystanie łożysk tocznych zależy od:

- dobrania łożyska;

- odpowiednich warunków pracy jak i od własności osadzenia

łożysk na wale i w korpusie maszyny.

Ustalenie wzdłużne polega na tym, że jedno łożysko ustala wał w
kierunku wzdłużnym, tzn. zapewnia stałe położenie jednego
czopa wału względem korpusu maszyny, a drugie łożysko
powinno mieć możliwość wzdłużnego przesuwu względem
korpusu, aby nie krępować odkształceń cieplnych wału i
niwelować błędy montażu lub wykonania elementu. Zasada
ustalania wzdłużnego stosowana jest do łożysk kulkowych i
walcowych.

Pasowanie pierścieni łożyskowych i oprawy

Przy doborze pasowań należy zwracać uwagę, aby:

• w czasie pracy łożyska istniał właściwy luz poprzeczny
(zakleszczanie łożyska),

• nie występowało obracanie się pierścieni łożyska wałka i
oprawy.

Rozróżniamy dwa przypadki obciążenia łożyska:

• ruchomy wałek,

• ruchoma oprawa.

W pierwszym przypadku pierścień wewnętrzny osadzony jest
ciasno, a zewnętrzny luźno. W drugim przypadku odwrotnie.
Czopy wałów wykonuje się najczęściej g6 do r6. Otwory korpusu
wykonuje się J7 do P7. Podane symbole nie charakteryzują
rodzaju pasowania.

Smarowanie łożysk tocznych

Aby polepszyć warunki pracy łożyska i maksymalnie je
wykorzystać stosujemy smarowanie. Zależy ono od:

•

warunków eksploatacji łożyska,

•

konstrukcji węzła łożyskowego.

Czynniki decydujące o środku smarnym:

•

temperatura pracy,

•

rodzaj uszczelnienia i warunki otoczenia,

•

prędkość obrotowa łożyska,

•

obciążenie,

•

rodzaj konstrukcji łożyska.

Smarowanie łożysk tocznych (cd)

Rodzaje smarowania:

Smarowanie olejowe – musimy odprowadzić ciepło z węzła, gdy

służy ono do smarowania innych elementów maszyny. Gdy
prędkość obrotowa równa się prędkości granicznej – łożysko ma
korpus o konstrukcji zamkniętej.

- Smarowanie zanurzeniowe – łożysko zanurzone jest w oleju.

Podczas obrotu elementy toczne w łożysku zwilżone olejem,
przenoszą go na bieżnię, obrzeża i powierzchnie prowadzenia
koszyczka. Poziom oleju powinien być poniżej osi najdalej
położonych elementów tocznych.

-

Smarowanie obiegowe – wymuszony jest przepływ oleju przez
łożysko toczne.

-

Smarowanie mgłą olejową – tam gdzie łożyska mają bardzo
duże obroty. Drobinki oleju są rozpylane sprężonym powietrzem.
Stosujemy gdy d  n > 100000, potrzebne intensywne

chłodzenie i łożysko musimy izolować.

Smarowanie łożysk smarem plastycznym – gdy temperatura

pracy niższa niż 70

o

C.

Uszczelnianie węzłów łożyskowych

Uszczelnianie pierścieniem filcowym – do smarów
plastycznych v < 5

m

/

s

, temperatura do 90

o

C, R

a

 2,5 m.

Powierzchnie czopa polerujemy. Pierścień nasycany jest olejem.

Uszczelnianie pierścieniem wargowym gumowym – gdy
wymagana jest większa szczelność – olej.

Uszczelnienia bezstykowe:

- szczelinowo rowkowe,

- labiryntowe,

- odrzutnikowe,

- tarcze ochronne.

b)

a)

Uszczelnienia łożysk tocznych:
a) pierścień uszczelniający wargowy

promieniowy

b) pierścień uszczelniający wargowy osiowy

Łożyska ślizgowe

Łożysko ślizgowe – powierzchnia czopa wału ślizga się po
powierzchni panewki lub bezpośrednio po powierzchni otworu
łożyska. Jest to łożysko nie posiadające ruchomych elementów
pośredniczących. Czop wału lub inny obrotowy element jest
umieszczony w cylindrycznej panewce z pasowaniem luźnym.

Zalety łożysk ślizgowych:

• małe wymiary poprzeczne;

• duża żywotność (przy zapewnieniu tarcia płynnego);

• cichobieżność i tłumienie drgań;

• wygodny montaż (szczególnie łożysk dzielonych);

• mały koszt.

Wady łożysk ślizgowych:

• duży opór tarcia przy rozruchu;

• duża wrażliwość na warunki smarowania;

• duże wymiary wzdłużne;

• kłopotliwa naprawa.

Łożyska ślizgowe dzielą się na:

• suche - okresowo smarowane smarem stałym lub

niesmarowane w ogóle. Panewki takich łożysk wykonane są ze
stopów łożyskowych lub z tworzyw sztucznych, takich jak
teflon. Używane są do połączeń słabo obciążonych i mniej
odpowiedzialnych.

• powietrzne - w których dystans między wałem a panewką

utrzymywany jest przez poduszkę powietrzną wytworzoną
przez sprężone powietrze dostarczane do panewki. Łożyska
tego typu stosuje się w urządzeniach precyzyjnych, w których
na wałach występują niewielkie siły promieniowe.

• olejowe - część korpusu łożyska wypełniona jest olejem. W

czasie ruchu wału, pomiędzy powierzchnią wału a panewką
tworzy się cienka warstwa oleju (film olejowy), która jest
wystarczająca do podtrzymania wału.

• hydrodynamiczne - w których film olejowy tworzy się

samoczynnie

wskutek

zjawisk

hydrodynamicznych

powstających w szczelinie

• hydrostatyczne - w tego typu łożyskach dodatkowo do

panewki dostarczany jest olej pod ciśnieniem.

Rodzaje łożysk ślizgowych

Klasyfikacja łożysk ślizgowych

Zależnie od kierunku obciążeń rozróżniamy:



 łożyska ślizgowe poprzeczne (rys. a);



łożyska ślizgowe wzdłużne (rys. b);



łożyska ślizgowe poprzeczno-wzdłużne.

Tarcie w łożysku ślizgowym

Tarcie ślizgowe pomiędzy panewką łożyska a czopem wału zależy
od:

•

materiałów współpracujących;

•

chropowatości powierzchni współpracujących;

•

rodzaju smarowania;

•

sił nacisku.

Rodzaje tarcia:

• suche – współpracujące powierzchnie nie są smarowane;

• płynne – gdy między powierzchniami czopa i panewki stale

występuje warstewka smaru;

• mieszane – przy którym powierzchnie współpracujące

częściowo stykają się (głównie wierzchołkami nierówności),
zaś na pozostałym obszarze są rozdzielone warstewką
smaru.

W łożyskach ślizgowych zawsze dąży się do uzyskania tarcia
płynnego, w przeciwnym razie ulegają one szybkiemu zużyciu i muszą
być zastąpione łożyskami tocznymi. W praktyce uzyskuje się najczęściej
tarcie mieszane. Uzyskanie tarcia płynnego jest możliwe, gdy ciśnienie
smaru w szczelinie jest większe niż naciski jednostkowe czopa na
panewkę. W celu zmniejszenia oporów ruchu pomiędzy panewką i
czopem należy wytworzyć warstewkę nośną smaru lub gazu.

Tarcie w łożysku ślizgowym (cd)

Materiały łożyskowe

Czop stanowiący część wału lub osi wykonany jest zwykle ze stali,
natomiast element łożyska bezpośrednio stykający się z czopem
wykonuje się z tzw. materiałów łożyskowych. Materiały te powinny
spełniać następujące warunki:

•

odporność na ścieranie i zatarcie (nieniszczenie wału);

•

mały współczynnik tarcia i dobre powiązanie z panewką;

•

łatwe docieranie się;

•

duża wytrzymałość pozwalająca na stosowanie dużych nacisków
powierzchniowych;

•

duża odporność chemiczna na oddziaływanie ośrodka, oraz
podwyższonej temperatury;

•

duża podatność i duże odkształcenia plastyczne (zabezpieczające
przed spiętrzeniem nacisków);

•

dobre przewodnictwo cieplne;

•

mały współczynnik rozszerzalności cieplnej;

•

dobre własności odlewnicze;

•

dobra obrabialność;

•

niska cena i łatwość nabycia.

Materiały łożyskowe (cd)

Do najczęściej stosowanych materiałów stosowanych na
panewki łożysk zalicza się stopy cynowe, zwane babbitami
o składzie 89% Sn (cyna), 8% Sb (antymon) i 3% Cu (miedź) lub
zbliżonym. Stopy te odznaczają się bardzo dobrymi własnościami
ślizgowymi, dobrą odkształcalnością, odpornością na zatarcie i
odpornością na korozję. Podobne własności mają stopy ołowiowe,
które są nieco miększe ale tańsze. Do innych materiałów
stosowanych na łożyska należą:

●

brązy odlewnicze – cynowe i ołowiowe - duża twardość
i wytrzymałość zmęczeniowa, stosowane gdy własności
wytrzymałościowe są ważniejsze od ślizgowych;

●

mosiądz – ma niższą wytrzymałość ale lepszą odporność na
pracę w podwyższonej temperaturze;

●

stopy aluminium – z miedzią niklem i krzemem. Ich wadą
jest duża rozszerzalność cieplna;

●

żeliwa – stosowane rzadziej ze względu na dużą twardość i
małą odkształcalność.

Materiały łożyskowe (cd)

Jeżeli smarowanie łożysk jest bardzo utrudnione lub ze
względu na warunki pracy należy go uniknąć, stosuje się
panewki z materiałów porowatych. Najczęściej są to tuleje
prasowane, spiekane i nasycane olejem. Po rozgrzaniu łożyska
smar wypływa na powierzchnię panewki, a po obniżeniu
temperatury cofa się w głąb porów (łożyska samosmarowne).

Poza stopami metali, stosuje się również inne materiały
takie jak twarde drewno, tworzywa sztuczne, grafit, szkło
(mechanizmy precyzyjne).

Łożysko ślizgowe poprzeczne z panwią dwudzielną: 1 - korpus dolny, 2 -

korpus górny,. 3 - panew, 4 - zbiornik smaru, 5 - przewód smaru, 6 -

śruba ściągająca,

7 - otwór na śrubę mocującą

Łożysko ślizgowe wzdłużne

z panwią wahliwą

1 - kadłub
2 - podkładka
3 - panew (płyta oporowa)
4 - czop
5 - tuleja
6 - kołek
7 - rowek smarowy