Bezobsługowe łożyska ślizgowe

Pełen tekst

(1)Politechnika Wrocławska. Zbigniew Lawrowski. Bezobsługowe łożyska ślizgowe. Wrocław 2001.

(2) .VL*ND]DZLHUDLQIRUPDFMHRáR*\VNDFKOL]JRZ\FKQLHZ\PDJDMF\FKGR]RUX VPDURZQLF]HJR D ]DWHP EH]REVáXJRZ\FK -HM WUHü VNRQFHQWURZDQD MHVW QD PDWHULDáDFK VDPRVPDURZQ\FK VWDQRZLF\FK LVWRW WDNLFK áR*\VN 3RGDMH VL. WH* ZVND]yZNL NRQVWUXNF\MQH GRW\F]FH áR*\VN ] W\FK PDWHULDáyZ .VL*ND PR*H E\ü X*\WHF]QD GOD NRQVWUXNWRUyZ L HNVSORDWDWRUyZ PDV]\Q D WDN*H GOD VWXGHQWyZ:\G]LDáyZ0HFKDQLF]Q\FK3ROLWHFKQLN. Opiniodawca :LHVáDZ=:,(5=<&., Opracowanie redakcyjne. Korekta 7\WXá MHVW GRWRZDQ\ SU]H] .RPLWHW %DGD 1DXNRZ\FK Z UDPDFK SURMHNWX EDGDZF]HJRQU7&RUD]GRILQDQVRZDQ\SU]H]']LHNDQD:\G]LDáX 0HFKDQLF]QHJR3ROLWHFKQLNL:URFáDZVNLHM ©.

(3) . !"# !$#" %# & '( )" * + ,#-* (. * / 012/ ISBN.

(4) 3. 1. WPROWADZENIE 1.1. DEFINICJE lizgowe ³o¿ysko bezobs³ugowe (ang. service-free bearing a tak¿e self-lubricating bearing, niem. wartungsfreies Gleitlager a tak¿e selbstschmierendes Gleitlager, ros. samosmazywajuèijsja podipnik skolenia) to nazwa ³o¿yska nie wymagaj¹cego obs³ugi smarowniczej. Jest to zatem ³o¿ysko bez konwencjonalnego smarowania, tj. bez doprowadzania rodka smarnego z zewn¹trz uk³adu czoppanew. W ³o¿yskach takich rodek smarny zawarty jest w obrêbie tego uk³adu, np. w ciance panwi albo w jej warstwie wierzchniej. Jak widaæ, synonimem nazwy ³o¿ysko bezobs³ugowe jest nazwa ³o¿ysko samosmarowne, która wi¹¿e siê z tzw. dozorem smarowniczym. Ze wzglêdu na sposób zapewnienia dostawy rodka smarnego do szczeliny smarowej ³o¿yska, rozró¿niamy ³o¿yska z dozorem, z ograniczonym dozorem i bez dozoru smarowniczego. Te ostatnie s¹ oczywicie ³o¿yskami bezobs³ugowymi. Jeli rodek smarny jest wprowadzany do szczeliny smarowej ³o¿yska z zewn¹trz, to mówimy o ³o¿ysku z dozorem smarowniczym. Niezale¿nie od tego, czy smarowanie jest rêczne czy automatyczne. Jeli do ³o¿yska nie trzeba doprowadzaæ rodka smarnego, lub tylko ewentualnie trzeba go okresowo uzupe³niaæ, to mówimy o takich ³o¿yskach: w pierwszym wypadku bez dozoru w drugim za wypadku z ograniczonym dozorem. Trzeba przy tym wyranie podkreliæ, ¿e chodzi tu o rodek smarny w samym ³o¿ysku, tj. w obrêbie zespo³u czopa i panwi. Okrelenia te nie obejmuj¹ zatem ³o¿ysk smarowanych konwencjonalnie, nawet jeli rodek smarny jest zawarty w obudowie ³o¿yska, np. w ³o¿yskach smarowanych piercieniem. Na rysunku 1 przedstawiono za [6] schematy ³o¿ysk lizgowych wed³ug opisanego wy¿ej podzia³u, a na rysunku 2 przyk³ady ³o¿ysk wymienionych grup..

(5) 4. Rys. 1. Podzia³ ³o¿ysk lizgowych ze wzglêdu na dozór smarowniczy: I ³o¿yska smarowane konwencjonalnie (³o¿yska z dozorem), II uk³ad smarowniczy i rodek smarny znajduj¹ siê w obrêbie zespo³u czoppanew, III uk³ad smarowniczy i rodek smarny s¹ zespolone w panwi (lub na czopie); II i III s¹ ³o¿yskami bez dozoru smarowniczego, bezobs³ugowymi. Rys. 2. Przyk³ady ³o¿ysk z grup wymienionych na rys. 1.

(6) 5. 1.2. GENEZA Zapocz¹tkowany w po³owie XX wieku niezwykle szybki rozwój lizgowych ³o¿ysk bezobs³ugowych, nie wymagaj¹cych ani uk³adu smarowniczego, ani te¿ obs³ugi (dozoru), wynika³ z rozwoju elektroniki, motoryzacji oraz maszyn lekkich (papierniczych, spo¿ywczych, gospodarstwa domowego itp.). Stawiano wymagania prostej budowy ³o¿ysk, ich ³atwego monta¿u i demonta¿u, niebrudzenia otoczenia i przede wszystkim minimalnych zabiegów obs³ugowych. Pierwszymi ³o¿yskami bezobs³ugowymi, które na szerok¹ skalê wesz³y do u¿ytku, by³y pormety (spiekane tulejki ¿elazne lub br¹zowe), nasycone olejem. Z czasem do grupy samosmarnych materia³ów, z których wykonuje siê ³o¿yska bezobs³ugowe, do³¹czy³y polimery i ich kompozyty. Te w³anie materia³y s¹ obecnie powszechnie stosowane w budowie ³o¿ysk bezobs³ugowych.. 1.3. OBSZARY ZASTOSOWAÑ £O¯YSK BEZOBS£UGOWYCH ORAZ PRZEGL¥D MATERIA£ÓW SAMOSMAROWNYCH Rozpowszechnienie ³o¿ysk bezobs³ugowych i ich dalszy rozwój zwi¹zane s¹ z ich w³aciwociami. Obszary zastosowañ tych ³o¿ysk mo¿na sklasyfikowaæ nastêpuj¹co: wêz³y maszynowe, w których nie mo¿e byæ stosowane smarowanie konwencjonalne ze wzglêdu na jego nieefektywnoæ, np. w otoczeniu o niskich lub wysokich temperaturach, pró¿ni, w rodowisku chemicznie aktywnym itp., w maszynach i urz¹dzeniach, w których smarowanie konwencjonalne mo¿e zabrudziæ wytwór, np. w maszynach przemys³u spo¿ywczego, papierniczego, w³ókienniczego i podobnych, w wypadkach, gdy obs³uga smarownicza jest niemo¿liwa, trudna lub w¹tpliwa, a tak¿e gdy jest ona nieop³acalna. W³aciwoci bezobs³ugowych ³o¿ysk lizgowych zale¿¹ od w³aciwoci samosmarownych materia³ów ich panwi. S¹ one charakteryzowane obci¹¿alnoci¹, zazwyczaj ograniczon¹ przez dopuszczaln¹ temperaturê, a czasem intensywnoci¹ zu¿ywania. Dodatkowo w³aciwoci te s¹ charakteryzowane maksymaln¹ temperatur¹ pracy ³o¿yska, wartociami wspó³czynnika tarcia (zazwyczaj o stal), odpornoci¹ na czynniki chemiczne i inne. Na rysunku 3 pokazano przyk³adowe tzw. krzywe graniczne okrelaj¹ce obszary dopuszczalnych obci¹¿eñ i prêdkoci typowych materia³ów stosowanych na panwie ³o¿ysk bezobs³ugowych. Jak widaæ z tego wykresu, mo¿liwe obszary zastosowañ ³o¿ysk bezobs³ugowych zawieraj¹ siê w granicach ma³ych i rednich prêdkoci lizgania. Im mniejsza ta prêdkoæ, tym wiêksze jest mo¿liwe obci¹¿enie ³o¿yska. Zilustrowano to na rys. 4, na którym schematycznie podano zarówno krzyw¹ graniczn¹ ³o¿yska bezobs³ugowego, jak i przebiegi nonoci ³o¿yska smarowanego hydrodynamicznie oraz.

(7) 6. hydrostatycznie. Warto zwróciæ uwagê, ¿e wyodrêbniaj¹ca siê grupa ³o¿ysk bezobs³ugowych ma zastosowanie specjalne, do okrelonych celów: stanowi¹ one doskona³e uzupe³nienie ³o¿ysk smarowanych konwencjonalnie, szczególnie ³o¿ysk hydrodynamicznych w okresie ich rozruchu.. Rys. 3. Krzywe graniczne (nonoci w funkcji prêdkoci lizgania) dla ró¿nych materia³ów samosmarownych [1]. Rys. 4. Schemat zale¿noci nonoci ³o¿ysk lizgowych od prêdkoci lizgania; 1 ³o¿ysko hydrodynamiczne, 2 ³o¿ysko hydrostatyczne, 3 ³o¿ysko bezobs³ugowe. W wielu wypadkach o zastosowaniu materia³ów na ³o¿yska bezobs³ugowe mo¿e decydowaæ ciep³o tarcia. Na rysunku 5 podano dopuszczalne wartoci temperatury dla typowych materia³ów na ³o¿yska bezobs³ugowe. Z tego zestawienia widaæ, ¿e pod wzglê-.

(8) 7. Rys. 5. Dopuszczalne wartoci temperatury dla ró¿nych materia³ów na ³o¿yska bezobs³ugowe [1]. Rys. 6. Trwa³oæ ³o¿yska z panwiami z kompozytów wielowarstwowych Glacier DX w zale¿noci od iloczynu pv oraz warunków smarowania [9].

(9) 8 Tabela 1. Zestawienie wa¿niejszych w³asnoci niektórych materia³ów na ³o¿yska bezobs³ugowe [1]. Materia ³ W ³a sno æ. Pormety nasycone olejem ¿e lazne. Wytrzyma ³o æ na nacisk [MPa] Dopuszczalna pr êdko æ lizgania [m/s]. br ¹zowe. 80÷180. 15. 20 (30). Polimery. Kompozyty polimerowe z warstw ¹ lizgow ¹ PTFE+ acetal+ wype ³n . wype ³n .. W êglo-grafit. poliamid. poliimid. 70. 110. 250. 250. 2. 2 (3). 2. 3. 10. 20÷50. 20÷50. do 50. 100÷200. Dopuszczalny nacisk p [MPa]. 1÷4 (10). do 25. do 15. Max. warto æiloczynu pv [MPa·(m/s)]. 20. 0,05. 0,20. Dopuszczalna temp. (chwilowa) [°C]. –-60÷180 (200). –130÷100 (120). –50÷250 (300). –200÷280. –40÷100 (130). –200÷350 (500). Wspó ³c zynnik tarcia po stali (bez smarowania). 0,04÷0,12 (bez dodatkowego smarowania). 0,20÷0,35. 0,07÷0,15. 0,08÷0,25. 0,07÷0,20. 0,10÷0,25. Przewodno æ cieplna [W/(m·K)]. 20÷40. 0,3. 0,4÷1,0. 46. 2. 10÷65. Wymagany luz ³o ¿yskowy [% rednicy wa ³u ]. 1,5÷2,0. 0,4÷1,8. 0,05÷0,15. 0,5÷1,0. 0,1÷0,5. 0,3÷0,5. Wymagany stan powierzchni wa ³u. szlifowana Rz ∼ 1 µm. ci ¹gniona, szlifowana Rz < 1÷4 µm. szlifowana szlifowana (ci ¹gn.) ci ¹gniona Rz < 1÷2 Rz < 2÷3 µm µm. szlifowana Rz < 1 µm. Dok ³a dno æ ³o ¿yskowania. bardzo du ¿a. rednia. Odporno æ na naciski kraw êdziowe. z ³a. du ¿a. dobra. du ¿a. rednia. rednia. rednia. dobra. z ³a.

(10) 9. dem odpornoci cieplnej mamy ju¿ du¿y wybór takich materia³ów. Jednak¿e, oczywicie, nie jest to jedynym kryterium wyboru materia³u na ³o¿ysko bezobs³ugowe. Do sprawy tej wrócimy na koñcu ksi¹¿ki. Istotn¹ charakterystyk¹ ³o¿ysk bezobs³ugowych jest ich trwa³oæ. Jest ona mierzona zazwyczaj liczb¹ godzin pracy ³o¿yska do osi¹gniêcia stanu niezdatnoci. Trwa³oæ zale¿y od intensywnoci zu¿ywania materia³u panwi, a intensywnoæ zu¿ywania od warunków pracy ³o¿yska, przede wszystkim od obci¹¿enia i prêdkoci polizgu. Na rysunku 6 podano przyk³adowo zale¿noæ trwa³oci ³o¿yska z panwiami z kompozytów wielowarstwowych (bêdzie o nich mowa w dalszym tekcie) od iloczynu pv oraz warunków smarowania. Uzupe³nieniem ogólnych informacji o materia³ach na ³o¿yska bezobs³ugowe jest tabela 1, w ktorej podano informacje o istotniejszych ich w³asnociach..

(11) 10. 2. POROWATE £O¯YSKA SPIEKANE (PORMETY) 2.1. ROZWÓJ (wg [4]) Rozwój i przemys³owe zastosowanie porowatych ³o¿ysk spiekanych datuje siê od lat trzydziestych XX wieku. Obfitoæ patentów na takie ³o¿yska i powiêkszenie obszaru ich zastosowañ przypada za na lata powojenne, tj. na lata piêædziesi¹te i szeædziesi¹te. Jednak¿e geneza tych ³o¿ysk ³¹czy siê z pocz¹tkami i rozwojem metalurgii proszków. Pierwszy patent dotycz¹cy ³o¿ysk produkowanych z proszków metalowych uzyska³ w roku 1870 Gwynn. Z proszku cyny otrzymanego przez pi³owanie oraz dodatku pozosta³oci po destylacji ropy naftowej prasowano kszta³tki, o których pisano, ¿e mog¹ pracowaæ przy du¿ych obci¹¿eniach, nawet bez smarowania. Prasowanie i spiekanie, a wiêc prototyp technologii wspó³czesnych ³o¿ysk porowatych opatentowano i wdro¿ono w pocz¹tkach XX wieku (lata 19091916, Löwendahl, Gilson, Hannover i inni). Stosowano przewa¿nie proszki miedzi i cyny, b¹d ich tlenków redukowanych grafitem. Ciekawe rozwi¹zanie zaproponowa³ w roku 1916 Rich: wytwarzanie ³o¿ysk samosmarownych przez pokrywanie ziarn grafitu o³owiem i mieszanie ich ze stopionym babitem. Ten model odbiega oczywicie od klasycznego pormetu, tj. spieku porowatego. Lata dwudzieste i trzydzieste ubieg³ego wieku to intensywny rozwój nowych postaci i technologii porowatych ³o¿ysk spiekanych. Jako podstawowy materia³ przewa¿a jeszcze mied, lecz ju¿ w latach trzydziestych odnotowuje siê pierwsze próby zastosowania porowatych ³o¿ysk ¿elaznych (z niskowêglowej stali) i ¿elazno-grafitowych (Kopriv dawny Zwi¹zek Radziecki, Kramer Niemcy, Short i Koehring Wielka Brytania i in.). Prace nad pormetami ¿elaznymi trwa³y nieprzerwanie przez okres wojny, a po wojnie zosta³y jeszcze zintensyfikowane. Powsta³y dziesi¹tki nowych patentów na technologiê samosmarownych ³o¿ysk porowatych. W latach powojennych wykrystalizowa³y siê dwa gatunki porowatych ³o¿ysk spiekanych: br¹zowe, oparte na mieszaninie miedzi i cyny, przewa¿nie z dodatkiem grafitu, oraz ¿elazne z dodatkiem lub bez dodatku grafitu. W tym okresie badano najskuteczniejsz¹ porowatoæ tych ³o¿ysk oraz udoskonalano szczegó³y ich budowy, np. przez wprowadzenie dodatkowych wewnêtrznych zbiorniczków na olej (Patton, 1950 r.), dodanie dwusiarczku molibdenu (Bowden, 1950 r.), nasycenie porów policzterofluoro-.

(12) 11. etylenem (Blainey, Ricklin, Miller, 19541955) i inne. Notabene ten ostatni sposób modyfikacji pormetów sta³ u pod³o¿a wspó³czesnych kompozytów warstwowych wype³nianych firmy Glacier oraz im podobnych. O tych kompozytach bêdzie mowa w dalszych rozdzia³ach.. 2.2. BUDOWA I DZIA£ANIE PORMETÓW Pormety swoj¹ struktur¹ przypominaj¹ g¹bkê: w ciance tulejki (dlaczego u¿ywa siê wy³¹cznie tulejek, zobaczymy na koñcu tego podrozdzia³u) znajduj¹ siê pory, stanowi¹ce kanaliki w³oskowate. Porowatoæ struktury pormetów uzyskuje siê w procesie technologicznym prasowania odpowiednich proszków, a nastêpnie spiekania wypraski w odpowiedniej temperaturze, w atmosferze ochronnej (zazwyczaj wodoru), dla unikniêcia utleniania ziaren proszku a w wypadku dodatku grafitu tak¿e zapobie¿enia jego wypalaniu. W celu zwiêkszenia porowatoci spieków stosuje siê niekiedy substancje (np. lotne chlorki, azotan amonu, stearyniany i inne), które ulatniaj¹c siê w procesie technologicznym zwiêkszaj¹ liczbê kanalików w³oskowatych. W produkcji ³o¿ysk porowatych zazwyczaj wystarcza tzw. porowatoæ naturalna, uzyskiwana w procesie prasowania i spiekania proszku, bez specjalnych dodatków porotwórczych. Szczegó³y dotycz¹ce technologii ³o¿ysk spiekanych mo¿na znaleæ w podstawowym dziele [4]. Cech¹ szczególn¹ pormetów jest porowatoæ, tj. zawartoæ porów w ca³ej objêtoci spieku. Rozró¿nia siê porowatoæ: ca³kowit¹ (objêtoæ wszystkich porów), czynn¹ albo otwart¹ (dostêpn¹ dla oleju) oraz biern¹ albo zamkniêt¹ (niedostêpn¹ dla oleju). Znaczenie dla pormetu jako ³o¿yska ma oczywicie porowatoæ otwarta. Na rysunku 7 pokazano schemat kszta³tu porów. Optymalna (ze wzglêdu na zawartoæ oleju w porach oraz ze wzglêdu na wytrzyma³oæ materia³u) porowatoæ czynna ³o¿ysk spiekanych wynosi od 20% do 30%.. Rys. 7. Schemat kszta³tu porów.

(13) 12. Pormet staje siê ³o¿yskiem samosmarownym w chwili nasycenia go rodkiem smarnym, zazwyczaj olejem. Nasycanie (impregnacja) olejem odbywa siê albo przez zanurzenie w odpowiednio d³ugim czasie tulejki w gor¹cym oleju, albo metod¹ pró¿niow¹, w której wypompowuje siê w odpowiedniej komorze powietrze, po czym doprowadza olej. Przyrównanie pormetu do g¹bki jest s³uszne w wypadku nasycania pró¿niowego. W obydwóch wypadkach sprawc¹ wejcia oleju do porów jest podcinienie. Natomiast przy nasycaniu w gor¹cym oleju mamy do czynienia przede wszystkim z dzia³aniem si³ kapilarnych w naczyniach w³oskowatych, jakimi s¹ pory. Szczególn¹ cech¹ tribologiczn¹ ³o¿ysk porowatych, stanowi¹c¹ o ich szerokim stosowaniu, jest samosmarownoæ dziêki zapasowi oleju w porach. Podczas pracy ³o¿yska olej z porów wyp³ywa do szczeliny smarowej, powoduj¹c odpowiedni proces smarowania. Ze wzglêdu na ograniczon¹ iloæ oleju oraz ze wzglêdu na przepuszczalnoæ cianki tarcie w ³o¿yskach z pormetów jest zazwyczaj mieszane, z du¿ym udzia³em tarcia p³ynnego. W szczególnych wypadkach mo¿e w nich zachodziæ tak¿e tarcie p³ynne (np. przy niewielkich obci¹¿eniach, wiêkszych prêdkociach i odpowiednio dobranym oleju) [18]. Mechanizm wyp³ywu oleju z porowatej cianki opiera siê g³ównie na ró¿nicy rozszerzalnoci cieplnej oleju i metalowego szkieletu tulejki. Na pocz¹tku ruchu (przy zimnym ³o¿ysku) pewn¹ rolê gra równie¿ odkszta³cenie sprê¿yste materia³u tulejki pod wp³ywem nacisku czopa, powoduj¹c wyciskanie oleju z porów (analogia do g¹bki!). Dla sprawdzenia iloci oleju wyp³ywaj¹cego z porów wykonano pomiary [18], które wykaza³y, ¿e iloæ ta ca³kowicie wystarcza do wype³nienia szczeliny smarownej, a nawet przewy¿sza jej objêtoæ. W zwi¹zku z tym wysuniêto hipotezê, ¿e dodatkow¹ i to niema³¹ rolê odgrywaj¹ tu poduszki powietrzne, powsta³e podczas nasycania pormetu w lepych odnogach porów. Wskutek ruchu czopa w obecnoci oleju w szczelinie smarowej powstaje cinienie hydrodynamiczne, które w nastêpnej fazie ruchu zmienia ca³kowicie mechanizm smarowania. W obszarze wysokich cinieñ olej jest wt³aczany z powrotem do cianki porowatej, przep³ywa przez ni¹ i w obszarze niskich cinieñ wyp³ywa z porów znów do szczeliny smarowej. Na rysunku 8 pokazano schemat samosmarowania ³o¿yska porowatego. A¿ do chwili ustalenia siê równowagi cieplnej ³o¿yska dzia³a równoczenie wyp³yw termiczny, tj. wyp³yw spowodowany ró¿nic¹ rozszerzalnoci cieplnej oleju i metalu. Z chwil¹ osi¹gniêcia równowagi cieplnej przy danym obci¹¿eniu ³o¿yska i prêdkoci obrotowej czopa istnieje ju¿ tylko cinieniowa cyrkulacja oleju w obrêbie szczelina smarowa cianka porowata szczelina smarowa. Po zmniejszeniu obci¹¿enia ³o¿yska oraz po zatrzymaniu czopa nastêpuje resorpcja oleju do porów wskutek och³odzenia szkieletu metalowego i medium. Na rysunku 8 pokazano schemat opisanego samosmarowania ³o¿yska porowatego..

(14) 13. Rys. 8. Schemat samosmarowania pormetów; a rozruch, b ruch, termiczny wyp³yw oleju + cinieniowe kr¹¿enie, c stan równowagi cieplnej kr¹¿enie cinieniowe, d postój, wyrównawczy przep³yw oleju w ciance ³o¿yska porowatego. 2.3. W£ACIWOCI RUCHOWE 2.3.1. NONOÆ Nonoæ tradycyjnego, nieporowatego ³o¿yska lizgowego w zakresie najbezpieczniejszym, tj. przy tarciu p³ynnym, jest funkcj¹ parametrów ruchowych (p,v), konstrukcyjnych (luz ³o¿yskowy, lepkoæ oleju) i technologicznych (stan wspó³pracuj¹cych powierzchni). W ³o¿ysku porowatym na nonoæ dodatkowo wp³ywaj¹: ograniczona iloæ oleju i prêdkoæ jego obiegu, zmniejszenie wyporu hydrodynamicznego wskutek po³¹czenia przestrzeni szczeliny smarowej poprzez pory i ich ujcia w czo³ach tulei z atmosfer¹, a tak¿e poprzez po³¹czenie obszaru wysokich cinieñ w szczelinie smarowej z obszarem cinieñ niskich. Nonoæ ³o¿ysk porowatych, tj. takiego obci¹¿enia, przy którym mo¿e ono jeszcze bezpiecznie pracowaæ, mo¿na okreliæ za pomoc¹ badañ dowiadczalnych oraz drog¹ analizy teoretycznej. Badania dowiadczalne by³y i nadal s¹ prowadzone na szerok¹ skalê. Zazwyczaj okrela siê dopuszczalne obci¹¿enia dla danych prêdkoci polizgu. Niestety przyjmuje siê przy tym ró¿ne kryteria granicznych obci¹¿eñ, co oczywicie znacznie ogranicza zarówno porównywalnoæ, jak i wiarygodnoæ danych. Czêsto takimi kryteriami s¹ graniczna temperatura ³o¿yska lub graniczne zu¿ycie. Kryterium cieplne jest bardziej od-.

(15) 14. powiednie ze wzglêdu na starzenie oleju, a przede wszystkim ze wzglêdu na niebezpieczeñstwo bezpowrotnej jego utraty wskutek wyp³ywu przez czo³a tulejki. Zazwyczaj ogranicza siê temperaturê ³o¿yska porowatego do 60 °C, w wyj¹tkowych wypadkach do 80 °C. Na rysunku 9 pokazano przyk³adowe krzywe zale¿noci nonoci od prêdkoci obwodowej, zwane czêsto krzywymi granicznymi, pochodz¹ce z ró¿nych badañ. Na wykresach tych zwracaj¹ uwagê: du¿a rozbie¿noæ wyników (w skrajnych wypadkach, przy ma³ych prêdkociach, wynosz¹ca jak 1:5), gwa³towny spadek nonoci przy zwiêkszanej prêdkoci oraz zmniejszaj¹ca siê nonoæ przy bardzo ma³ych prêdkociach. Du¿a rozbie¿noæ wyników pochodzi nie tylko z przyjmowania ró¿nych kryteriów granicznych, ale tak¿e z ró¿nych warunków badañ. Gwa³towny spadek nonoci ze wzrostem prêdkoci wynika z ograniczonej iloci oleju w porach, a przez to ograniczonej mo¿liwoci ch³odzenia ³o¿yska. Wreszcie, zmniejszaj¹ca siê nonoæ przy ma³ych. Rys. 9. Krzywe graniczne wed³ug: 1 firmy Glissa (Szwecja), 2 Belaka (Czechy), 3 Bleicherta (Niemcy), 4 Rakovskiego (Rosja), 5 Hummela (Niemcy), 6 firmy Ferrolit (Szwecja), 7 badania w³asne.

(16) 15. prêdkociach jest wynikiem przewagi kryterium awaryjnego nad kryterium cieplnym: przy ma³ych prêdkociach iloæ ciep³a jest zbyt ma³a dla wydzielania siê dostatecznej iloci oleju z porów, wystêpuje tarcie mieszane z du¿ym udzia³em tarcia suchego, co grozi awaryjnym zu¿ywaniem (np. adhezyjnym). Zarówno przedstawione przyk³adowe wyniki badañ jak i praktyka przemys³owa wskazuj¹, ¿e porowate ³o¿yska spiekane samosmarowne stanowi¹ doskona³e uzupe³nienie tradycyjnych ³o¿ysk (nieporowatych) smarowanych konwencjonalnie, pracuj¹cych przy tarciu p³ynnym. Pormety ze wzglêdu na nonoæ maj¹ swoje miejsce w budowie maszyn, szczególnie przy ma³ych prêdkociach polizgu. W tych warunkach, jak wiadomo, czêsto trudno uzyskaæ wystarczaj¹cy wypór w ³o¿yskach smarowanych hydrodynamicznie. Analizy teoretyczne dotycz¹ce nonoci pormetów w warunkach tarcia p³ynnego prowadzono ju¿ od lat szeædziesi¹tych XX wieku. Jakkolwiek s¹ one obarczone wieloma uproszczeniami, interesuj¹ce s¹ ich wyniki. Wskazuj¹ one bowiem na tendencje i mo¿liwoci sterowania nonoci¹ pormetów. W pracy [20] przeprowadzono syntezê wspomnianych analiz. Wynika z niej, ¿e: 1. Nonoæ ³o¿ysk porowatych jest zale¿na od wspó³czynnika konstrukcyjnego o postaci. Ð =k. Φ , ( R − r )3. (1). gdzie: k jest wspó³czynnikiem zale¿nym od stosunków wymiarów ³o¿yska, F wspó³czynnikiem przepuszczalnoci pormetu, R promieniem panwi, r promieniem czopa. Dla danych wymiarów tulejki ³o¿yskowej (promienia i gruboci cianki) liczba Sommerfelda (So = pO 2 /DM) bêdzie zale¿na od tego wspó³czynnika oraz od mimorodowoci wzglêdnej. So = f (2, A).. (2). Ze wzrostem 2 nonoæ dla danej mimorodowoci maleje, co jest oczywiste, poniewa¿ czynnik ten jest wprost proporcjonalny do przepuszczalnoci. Luz ³o¿yskowy wp³ywa na wielkoæ ³uku na obwodzie ³o¿yska pozostaj¹cego pod cinieniem hydrodynamicznym oleju (przy zwiêkszonym luzie zmniejsza siê obszar cinieniowy), a tym samym na wartoæ 2. Zale¿noæ So = f (2, A) mo¿na nazwaæ warunkiem tarcia p³ynnego dla ³o¿ysk porowatych. Przy za³o¿onej chropowatoci powierzchni roboczych, wymiarach tulejki i czopa oraz przepuszczalnoci i przy okrelonych parametrach ruchowych (p,M) mo¿na tak dobraæ olej (tj. jego lepkoæ D), aby uzyskaæ co najmniej równoæ pO 2 /DM = So(2, A). 2. Dobór oleju wymaga znajomoci temperatury roboczej ³o¿yska ze wzglêdu na zmianê lepkoci ze zmian¹ temperatury, w zwi¹zku z czym, rozwa¿aj¹c nonoæ ³o¿y-.

(17) 16. ska porowatego, nale¿y uwzglêdniæ tak¿e warunek równowagi cieplnej ³o¿yska. Przy tarciu p³ynnym w ³o¿ysku nieporowatym wspó³czynnik tarcia jest zale¿ny od mimorodowoci czopa w panwi. W ³o¿yskach porowatych na wielkoæ tê ma dodatkowo wp³yw czynnik 2. Ze zwiêkszaniem 2 wspó³czynnik tarcia ronie. Jest to oczywiste, jeli uwzglêdniæ, ¿e liczba Sommerfelda przy równej mimorodowoci jest mniejsza dla ³o¿ysk porowatych ni¿ dla monolitów (co wynika z przytoczonych rozwa¿añ teoretycznych). Podane wy¿ej wyniki analiz teoretycznych s¹ niestety trudne do wykorzystania w praktyce in¿ynierskiej: w konstrukcji i eksploatacji maszyn i urz¹dzeñ. Dlatego w dalszym ci¹gu prowadzi siê badania dowiadczalne, których wyniki podano przyk³adowo na rys. 9. Bezporednie porównanie danych z teorii z danymi dowiadczalnymi jest niestety trudne ze wzglêdu na ró¿ne uk³ady, w jakich rozpatruje siê ³o¿yska porowate w teorii i praktyce. Teoria zajmuje siê przede wszystkim zmian¹ nonoci przy zmianie parametru porowatoci 2, podczas gdy dla praktyki przy ustalonej wartoci 2wa¿na jest zmiana nonoci przy zmianie prêdkoci lizgania. Na wykresie pokazanym na rys. 10 przedstawiono próbê porównania wyników badañ nad ¿elaznymi ³o¿yskami porowatymi przeprowadzonych przez autora z danymi z teorii. Przeprowadzono j¹ na zasadach podanych ni¿ej.. Rys. 10. Porównanie wartoci teoretycznych nonoci z danymi dowiadczalnymi. Przebieg krzywej nonoci jest warunkowany stanem cieplnym ³o¿yska. Jeli przyj¹æ sta³¹ lepkoæ oleju w warunkach granicznych, to z bilansu cieplnego mo¿na wyprowadziæ równanie. pν =. αA ∆ t K = , µ dl µ. (3). gdzie: A jest ch³odzon¹, zewnêtrzn¹ powierzchni¹ ³o¿yska, Dt przyrostem jego temperatury, d i l za s¹ wymiarami ³o¿yska..

(18) 17. Dalej mo¿na pójæ dwiema drogami: albo przyj¹æ sta³¹ redni¹ wartoæ wspó³czynnika tarcia µ dla obliczeñ wstêpnych, albo te¿ podstawiaæ odpowiednie wartoci µ, które zale¿¹ przy tarciu p³ynnym od parametru So. Na rysunku 10 podano: krzyw¹ graniczn¹ typu pv = const = 6 MPa(m/s) dla ³o¿yska badanego przez autora, lecz zbudowan¹ na podstawie danych z teorii; krzyw¹ pv3 = const, któr¹ zbudowano z uwzglêdnieniem zale¿noci wspó³czynnika tarcia od liczby Sommerfelda So; krzyw¹ graniczn¹ z badañ w³asnych. Jak widaæ z tego porównania, krzywe graniczne okrelone dowiadczalnie przebiegaj¹ poni¿ej krzywych teoretycznych. Jedynie krzywa pv3 przy wiêkszych prêdkociach daje ni¿sze wartoci dopuszczalnych nacisków ni¿ krzywa dowiadczalna. O ile przy wiêkszych prêdkociach i ma³ych naciskach przebiegi krzywych s¹ stosunkowo zgodne, co wiadczy³oby o ró¿nicy tylko w wartociach a nie w funkcji, o tyle w zakresie ma³ych prêdkoci i wiêkszych nacisków (wiêksze wartoci So) krzywa dowiadczalna wyranie odchyla siê od wszystkich krzywych teoretycznych. wiadczy to o pracy ³o¿yska w tym obszarze przy tarciu mieszanym. Fakt ten zosta³ potwierdzony pomiarami oporu elektrycznego miêdzy czopem i panwi¹ podczas badañ prowadzonych przez autora. Tendencja mo¿liwie prostego okrelania dopuszczalnego obci¹¿enia samosmarownych ³o¿ysk z pormetów za pomoc¹ funkcji hiperbolicznych typu pv powoduje stosunkowo du¿e odchylenia od realnych mo¿liwoci tych ³o¿ysk. Na przyk³ad zalecana przez jedn¹ z wytwórni [10] wartoæ pv = 1,8 MPa(m/s)jest zgodna tylko w doæ w¹skim zakresie prêdkoci (v = 12 m/s) z wynikami badañ. Natomiast poza tym zakresem dopuszczalne naciski s¹ o wiele ni¿sze ni¿ wynika³oby to z podanej wartoci tej funkcji. Mo¿e to byæ szczególnie niebezpieczne dla obszaru bardzo ma³ych prêdkoci, przy których nie wydziela siê wystarczaj¹ca iloæ oleju z porów, wystêpuje jak ju¿ wspominano tarcie mieszane i mo¿e nast¹piæ zatarcie ³o¿yska, a w najlepszym wypadku jego intensywne zu¿ywanie. W tej sytuacji najlepsz¹ rad¹ jest korzystanie z wykresów pv sporz¹dzonych na podstawie badañ dowiadczalnych. 2.3.2. TRWA£OÆ Trwa³oæ zespo³ów tribologicznych okrelana jest zazwyczaj granicznym zu¿yciem ich elementów. W wypadku samosmarownych ³o¿ysk porowatych rzecz ma siê inaczej. £o¿yska te osi¹gaj¹ niezdatnoæ wtedy, gdy wyczerpie siê ich zdolnoæ smarownicza. Mo¿e to nast¹piæ albo wskutek wycieku oleju na zewn¹trz ³o¿yska (przy zbyt wysokiej temperaturze), albo wskutek odparowania oleju. Tej drugiej okolicznoci sprzyja ci¹g powietrza obmywaj¹cego ³o¿ysko, np. w wentylatorze (tzw. efekt wentylacyjny). Pogorszenie pracy ³o¿yska z pormetu mo¿e byæ tak¿e spowodowane starzeniem siê oleju..

(19) 18. Starzenie oleju jest w pormetach przyspieszane katalitycznym oddzia³ywaniem metalu na rozleg³ych powierzchniach porów. Przed wyciekiem oleju przez czo³a tulejki oraz przed jego nadmiernym odparowywaniem zabezpiecza siê ograniczeniem temperatury roboczej ³o¿yska. Jak ju¿ wspominano, graniczn¹ temperatur¹ ³o¿ysk z pormetów przy ich samosmarowaniu jest 60 °C do 80 °C, zale¿nie od lepkoci oleju stosowanego do ich nasycania. Temperatura ³o¿yska jest zwi¹zana z iloczynem pv, okrelaj¹cym natê¿enie pracy ³o¿yska, a wiêc i wp³ywaj¹cym na jego bilans cieplny. £o¿yska pracuj¹ce poni¿ej krzywych granicznych, o których by³a mowa w poprzednim podrozdziale, powinny w normalnych warunkach (tj. bez efektu wentylacyjnego) pracowaæ co najmniej 1000 godzin. Po tym czasie, lub co roku, zaleca siê uzupe³niaæ olej w porach przez dosycenie pormetu. Starzeniu siê oleju w pormetach zapobiega siê stosuj¹c odpowiednie dodatki uszlachetniaj¹ce [21]. Na rysunku 11 pokazano zale¿noæ trwa³oci ³o¿ysk porowatych od prêdkoci obwodowej czopa oraz od temperatury ³o¿yska.. Rys. 11. Trwa³oæ ³o¿ysk porowatych: okresy koniecznego uzupe³nienia oleju w porach [21] (Wed³ug: M.J. Neale, Tribology Handbook; za zgod¹ wyd. Butterworth Heinemann). 2.3.3. TARCIE Tarcie w ³o¿ysku powoduje straty energetyczne i jest przyczyn¹ jego zu¿ywania. Te skutki tarcia ³agodzi siê jak wiadomo za pomoc¹ smarowania. Warunki samosmarowania pormetów (ograniczona iloæ oleju w porach, zale¿noæ iloci oleju w szczelinie smarowej od ciep³a tarcia) ograniczaj¹ znacznie obszar wystêpowania w nich najbezpieczniejszego rodzaju tarcia tarcia p³ynnego. Pracuj¹ wiêc one zazwyczaj przy tarciu mieszanym, co oczywicie wywo³uje okrelone straty, o których jest mowa wy¿ej. Pocieszaj¹ce jest jednak to, ¿e wspó³czesne pormety maj¹ tak dobrany olej oraz tak okre-.

(20) 19. lone krzywe graniczne, ¿e jeli ju¿ wystêpuje tarcie mieszane, to jest w nim du¿y udzia³ tarcia p³ynnego. Co oczywicie ³agodzi skutki tarcia. Na rysunku 12 podano przyk³adowo zmierzone wartoci wspó³czynnika tarcia oraz dla porównania przebieg wartoci tego wspó³czynnika dla ³o¿yska nieporowatego (dolna krzywa) oraz powiêkszonego w stosunku So/Sopor » 4 wspó³czynnika tarcia (wartoæ proponowana w rozwa¿aniach teoretycznych nad warunkami tarcia p³ynnego w pormetach) dla pormetu. Za³o¿ono przy tym wartoæ mimorodowoci wzglêdnej A = 0,96.. Rys. 12. Porównanie wartoci teoretycznych wspó³czynnika tarcia z danymi dowiadczalnymi. Na wykresie widaæ wyranie, ¿e przy ma³ych wartociach So (w danym wypadku przy wiêkszych wartociach prêdkoci) wartoci dowiadczalne wspó³czynnika tarcia mieszcz¹ siê w pamie pomiêdzy obydwiema krzywymi teoretycznymi. Natomiast przy wiêkszych wartociach So wspó³czynnik tarcia gwa³townie ronie. wiadczy to o tym, ¿e ³o¿ysko pracuje przy tarciu mieszanym, prawdopodobnie z du¿ym udzia³em tarcia suchego. Trzeba tak¿e zwróciæ uwagê na to, ¿e przy wiêkszych obci¹¿eniach wspó³czynnik tarcia maleje. Mniejsze wartoci wspó³czynnika tarcia przy sta³ym obci¹¿eniu i du¿ych prêdkociach oraz przy sta³ej prêdkoci i du¿ym obci¹¿eniu nale¿y przypisaæ zwiêkszonemu wyp³ywowi oleju z porów wskutek zwiêkszonego ciep³a tarcia. Polepszenie warunków smarowania, a przez to zmniejszenie tarcia oraz zwiêkszenie trwa³oci ³o¿ysk z pormetów mo¿na osi¹gn¹æ przez smarowanie uzupe³niaj¹ce, o którym bêdzie mowa w dalszym tekcie..

(21) 20. 2.4. KONSTRUKCJA WÊZ£ÓW £O¯YSKOWYCH Jak ju¿ wspomniano wczeniej, pormety na ³o¿yska lizgowe stosuje siê wy³¹cznie w postaci tulejek. Ma to uzasadnienie w opisywanym mechanizmie samosmarowania. Rodzaje ³o¿ysk porowatych podane s¹ w normach (patrz wykaz Polskich Norm na koñcu ksi¹¿ki), a szczegó³owe informacje o nich podaj¹ katalogi firmowe, np. [10], [12]. Na rysunku 13 pokazano najczêciej stosowane rodzaje ³o¿ysk porowatych.. Rys. 13. Podstawowe postacie ³o¿ysk porowatych: a tuleja prosta, b tuleja z ko³nierzem, c tuleja bary³kowa. £o¿yska porowate s¹ dostarczane w postaci gotowej do monta¿u: tulejki s¹ kalibrowane obustronnie, z odpowiednimi tolerancjami, ³o¿yska bary³kowe maj¹ kalibrowany i tolerowany otwór wewnêtrzny. Wytwórnie ³o¿ysk porowatych podaj¹ zazwyczaj informacje dotycz¹ce zarówno rodzajów i wymiarów produkowanych ³o¿ysk porowatych, jak i tolerancji, sposobów monta¿u itp. Tulejki s¹ zazwyczaj wciskane w obudowê, natomiast ³o¿yska bary³kowe (samonastawne) s¹ dociskane pokrywami. Na rysunku 14 pokazano przyk³ady wbudowania ³o¿ysk z pormetów. Monta¿ tulei prostych i tulei z ko³nierzem polega na ich wt³aczaniu w otwór obudowy. Stosuje siê zazwyczaj po³¹czenie lekko wt³aczane, korzystaj¹c z informacji firmowych co do tolerancji wykonania tulejek. Powinien on odbywaæ siê przy u¿yciu tulei i trzpienia prowadz¹cego. Pokazano to na rys. 15. Po wciniêciu tulei zmniejsza siê rednica wewnêtrzna ³o¿yska. Wed³ug [10] zmniejszenie to wynosi w przybli¿eniu: dla tulei o gruboci cianki < 2 mm = wartoci zmniejszenia rednicy zewnêtrznej, dla tulei o gruboci cianki od 2 do 5 mm = oko³o po³owy wartoci zmniejszenia siê rednicy zewnêtrznej, dla tulei o gruboci cianki > 5 mm zmiana wynosi mniej ni¿ po³owê zmiany rednicy zewnêtrznej. Jeli siê stosuje obudowê cienkocienn¹ lub ze stopów aluminiowych albo cynkowych, to rednica wewnêtrzna tulei pozostaje praktycznie bez zmiany..

(22) 21. Rys. 14. Przyk³ady wbudowania ³o¿ysk z pormetów; a tulejka prosta wciniêta w obudowê, b tulejka z ko³nierzem wciniêta w obudowê, c tulejka bary³kowa ustalana w obudowie przy pomocy pokrywy, d, e, f ³o¿yska ze smarowaniem uzupe³niaj¹cym [4]. Poniewa¿ te dane s¹ przybli¿one, wiêc zaleca siê szczególnie przy seryjnej produkcji odpowiedzialnych zespo³ów ³o¿yskowych sprawdzenie rzeczywistego wymiaru rednicy wewnêtrznej wciniêtej tulei. Wielkoæ luzu ³o¿yskowego w uk³adach z tulejami z pormetów ma w stosunku do ³o¿ysk z panwiami litymi poszerzone znaczenie. Chodzi o cyrkulacjê oleju podczas samosmarowania. Ogólnie bior¹c, podobnie jak w ³o¿yskach z panwiami litymi luz ³o¿yskowy powinien byæ zwiêkszany dla zwiêkszaj¹cych siê prêdkoci obwodowych. W wypadku pormetów zwiêkszanie luzu w okrelonych granicach sprzyja zwiêk-.

(23) 22. Rys. 15. Przyk³ady wciskania tulei porowatej do obudowy; a wciskanie jednej tulei za pomoc¹ tulei prowadz¹cej i trzpienia prowadz¹cego, b wciskanie jednej tulei za pomoc¹ trzpienia prowadz¹cego, c wciskanie dwóch tulei za pomoc¹ jednego trzpienia, d wciskanie dwóch tulei ko³nierzowych za pomoc¹ jednego trzpienia, e wciskanie tulei za pomoc¹ specjalnego przyrz¹du [10]. szeniu obci¹¿alnoci ³o¿yska [18] dziêki zwiêkszonej iloci oleju w szczelinie smarowej. Ponadto nale¿y mieæ na uwadze, ¿e pod wp³ywem ciep³a tarcia luz ³o¿yskowy siê zmienia. Z drugiej strony, jeli wymagane jest dok³adne prowadzenie czopa lub cichobie¿noæ wymagane jest stosowanie zmniejszonych luzów. Na rysunku 16 podano w postaci wykresu zalecane wartoci przeciêtnych luzów ³o¿yskowych..

(24) 23. Rys. 16. Wartoci luzów ³o¿yskowych, wg [24]; O = L/d luz wzglêdny (L luz rednicowy). Czopy wa³ów wspó³pracuj¹ce z pormetami, wykonywane ze stali wêglowej, powinny mieæ chropowatoæ w przedziale: Ra = 0,30,8 µm, a ich twardoæ, dla przeciêtnych obci¹¿eñ, powinna wynosiæ 220240 HB. W ciê¿szych warunkach pracy zaleca siê stosowanie czopów szlifowanych ze stali wêglowych wy¿szej jakoci, ulepszanych cieplnie do twardoci oko³o 50 HRC.. Rys. 17. Wytyczne doboru lepkoci oleju, odniesione do temperatury 60 °C, wg [24].

(25) 24. Rys. 18. Zwiêkszenie nonoci ³o¿yska porowatego dziêki smarowaniu uzupe³niaj¹cemu; badania w³asne na pormetach ¿elaznych o rednicy 40 mm. Smarowanie ³o¿ysk z pormetów (samosmarowanie) odbywa siê za pomoc¹ oleju, jakim s¹ one fabrycznie nasycone. Wytwórnie dostarczaj¹ na ogó³ porowatych ³o¿ysk spiekanych nasyconych olejem o w³asnociach odpowiadaj¹cych przeciêtnym, najczêciej wystêpuj¹cym, warunkom pracy. Jednak¿e dobór lepkoci oleju, szczególnie dla ³o¿ysk, które maj¹ pracowaæ w nietypowych warunkach (np. przy du¿ych obci¹¿eniach, du¿ych prêdkociach albo w wysokich temperaturach) powinno siê dobieraæ odpowiedni, do tych warunków olej. Na rysunku 17 pokazano wykres zale¿noci potrzebnej lepkoci oleju od prêdkoci czopa oraz od warunków pracy ³o¿yska. Smarowanie dodatkowe (uzupe³niaj¹ce), pokazane na rysunku 14, pozwala na zwiêkszenie nonoci ³o¿yska (rys. 18), a przede wszystkim jego trwa³oci. Uzyskuje siê to dziêki zwiêkszeniu iloci oleju w obiegu w obrêbie cianki porowatej i szczeliny smarowej (polepszenie ch³odzenia, uzupe³nianie ubytków oleju spowodowanych jego odparowywaniem). Dosycanie wk³adki filcowej lub dope³nianie zapasowego zbiorniczka powinno siê robiæ tym samym olejem, jakim by³y fabrycznie nasycane pormety.. 2.5. EKSPLOATACJA Z istoty samosmarownych ³o¿ysk porowatych wynikaj¹ minimalne zabiegi obs³ugowe. Ograniczaj¹ siê one do (ewentualnego) docierania wstêpnego ³o¿yska oraz dosycania pormetu po up³ywie czasu okrelonego jego trwa³oci¹ w okrelonych warunkach pracy. Dotyczy to tak¿e dosycania wk³adek filcowych podczas smarowania uzupe³niaj¹cego..

(26) 25. Docieranie wstêpne dotyczy przede wszystkim pormetów, których powierzchnie robocze z jakich wzglêdów by³y toczone. Pormety z powierzchniami roboczymi kalibrowanymi w zasadzie nie wymagaj¹ wstêpnego docierania, chocia¿ mog³oby ono tak¿e sprzyjaæ lepszej wspó³pracy czopa z tulejk¹, a tym samym zwiêkszyæ trwa³oæ ³o¿yska. Na rysunku 19 pokazano przebieg docierania ³o¿ysk o powierzchniach roboczych toczonych i kalibrowanych (z badañ w³asnych). Miar¹ dotarcia by³a ustalona temperatura ³o¿yska. Widaæ wyranie, ¿e ³o¿ysko z toczon¹ powierzchni¹ robocz¹ dociera³o siê d³u¿ej i przy wy¿szej temperaturze. wiadczy to o s³usznoci zalecania tego zabiegu dla ³o¿ysk z pormetów z toczon¹ powierzchni¹ robocz¹.. Rys. 19. Docieranie wstêpne tulejek toczonych i kalibrowanych, d = 40 mm, p = 1 MPa, v = 0,25 m/s. 2.6. PODSUMOWANIE WIADOMOCI NA TEMAT £O¯YSK POROWATYCH W ci¹gu 50 lat intensywnego rozwoju porowate ³o¿yska lizgowe znalaz³y szerokie zastosowanie w przemyle lekkim (w artyku³ach gospodarstwa domowego, maszynach przemys³u spo¿ywczego, papierniczego, w³ókienniczego) oraz w motoryzacji (w ³o¿yskowaniu urz¹dzeñ pomocniczych). Znajduj¹ one zastosowanie wszêdzie tam, gdzie przy niezbyt du¿ych obci¹¿eniach i prêdkociach obwodowych czopa niemo¿liwe jest stosowanie smarowania konwencjonalnego. Pormety podczas samosmarowania wype³niaj¹ lukê w obszarze zastosowañ ³o¿ysk hydrodynamicznych przy ma³ych i bardzo ma³ych prêdkociach i niezbyt du¿ych obci¹¿eniach. Stosuj¹c pormety w ³o¿yskach smarowanych konwencjonalnie, zyskujemy na niezawodnoci ich dzia³ania: w wypadku przerwania smarowania, a tak¿e w okresach rozruchu i wybiegu samosmarownoæ tych ³o¿ysk jest zabezpieczeniem przed nadmiernym zu¿ywaniem, a nawet zatarciem..

(27) 26. Aby unikn¹æ b³êdów pope³nianych czêsto w pocz¹tkowym okresie rozwoju wytwarzania i stosowania pormetów, trzeba mieæ na uwadze ich w³aciwoci opisane m.in. w tym rozdziale. Nale¿y pamiêtaæ, ¿e wskutek ograniczonej iloci oleju w porach, ³o¿yska te s¹ o wiele s³abiej ch³odzone ni¿ ³o¿yska smarowane konwencjonalnie. W zwi¹zku z tym obszar ich zastosowania jest ograniczony granicznymi wartociami nacisku p i prêdkoci obwodowej czopa v, ze wzglêdu na maksymaln¹ temperaturê ³o¿yska. Tulejki z pormetów (tylko tulejki, ze wzglêdu na kr¹¿enie oleju w uk³adzie: cianka porowataszczelina smarowacianka porowata) s¹ znormalizowane. W konstrukcji ³o¿yskowañ korzysta siê zazwyczaj z informacji zawartych w katalogach wytwórni pormetów. W katalogach firmowych podawane s¹ tak¿e informacje dotycz¹ce nonoci tych ³o¿ysk oraz ich monta¿u. Pormety maj¹ ju¿ ustalone miejsce w budowie maszyn, a ich doskonalenie trwa nadal. Idzie ono w dwóch kierunkach: kszta³towania odpowiedniej porowatej matrycy oraz znalezienia odpowiedniego rodka smarnego do jej nasycania. Dziêki wieloletnim badaniom i weryfikacji praktycznej ustalono optymaln¹ porowatoæ tych materia³ów. Wynosi ona 2030% (zazwyczaj ok. 2225%). To optimum jest kompromisem pomiêdzy tendencj¹ do maksymalnej objêtoci oleju w porach i koniecznoci¹ utrzymania mo¿liwie du¿ej wytrzyma³oci (szczególnie na ciskanie) pormetu. W tym miejscu trzeba podkreliæ, ¿e pormety ze wzglêdu na swoj¹ strukturê nie wytrzymuj¹ obci¹¿eñ dynamicznych. Jakkolwiek czyniono próby wytwarzania i stosowania (do celów ³o¿yskowania) pormetów z ró¿nych metali, to jednak w praktyce osta³y siê dwie grupy materia³ów: pormety ¿elazne (ze stali niskowêglowej) i pormety br¹zowe. Obydwa rodzaje produkowane s¹ tak¿e z dodatkiem grafitu. Mo¿na zatem powiedzieæ, ¿e co do matrycy porowatej rozwój pormetów w pewnym sensie siê ustabilizowa³. Bardziej dynamicznie przedstawia siê rozwój rodka smarnego stosowanego do wype³niania porowatej matrycy. Istotnym krokiem w tym przedmiocie by³o zastosowanie przez firmê Glacier wype³niania pormetów smarami sta³ymi w postaci PTFE i poliacetalu, zmieszanych z proszkiem o³owiu. O tych kompozytach bêdzie mowa w nastêpnym rozdziale. Dalszy postêp w doskonaleniu klasycznych pormetów ³o¿yskowych bêdzie jednak polega³ na doborze nowych olejów oraz ich kompozycji z ró¿nymi dodatkami, m.in. smarów sta³ych. Te rodki powinny zwiêkszyæ obci¹¿alnoæ pormetów, szczególnie w zakresie ma³ych prêdkoci, tj. wtedy, gdy istnieje niebezpieczeñstwo zatarcia (przez stworzenie mo¿liwie trwa³ej warstewki granicznej)..

(28) 27. 3. £O¯YSKA Z TWORZYW SZTUCZNYCH 3.1. WSTÊP Tworzywa sztuczne (ang. plastics, niem. Kunststoffe, ros. plastmassy) to materia³y, których g³ównym (niekiedy jedynym) sk³adnikiem s¹ polimery (a tak¿e barwniki, stabilizatory, wype³niacze, zmiêkczacze i inne dodatki). Przymiotnik sztuczne w tej nazwie mówi, ¿e nie s¹ to tworzywa naturalne, lecz otrzymywane sztucznie, za pomoc¹ syntezy. Polimery o nich bêdzie mowa w tym rozdziale to nazwa wziêta z jêzyka angielskiego (polymers), a pochodz¹ca ze z³o¿enia dwóch greckich s³ów: poluV (polis) wiele + meroV (meros) czêæ = polumerhV (polymeris) wieloczêciowy. Tak wiêc polimery to substancje powstaj¹ce przez po³¹czenie siê (polimeryzacjê) wielu prostych cz¹steczek (merów) jednakowych (wtedy jest homopolimer) lub ró¿nych (wtedy powstaje kopolimer). Substancje te maj¹ odmienne w³asnoci chemiczne i fizyczne od substancji wyjciowych. O polimerach mówi siê, ¿e s¹ to substancje wielkocz¹steczkowe, poniewa¿ ich budowa to po³¹czenia wielkich cz¹steczek (makromoleku³), na które sk³ada siê wielka liczba atomów ³¹cz¹cych siê wzajemnie za pomoc¹ wi¹zañ kowalentnych. Makromoleku³y tworz¹ siê z ma³ych cz¹steczek zwanych monomerami. Monomery nazywa siê potocznie cegie³kami polimerów.. 3.2. PODZIA£ I OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA POLIMERÓW 3.2.1. PODZIA£ Polimery mo¿na podzieliæ wed³ug budowy molekularnej, a tym samym wed³ug wynikaj¹cych z niej w³asnoci zasadniczo na: termoplasty, elastomery i duroplasty. Termoplasty s¹ (z nielicznymi wyj¹tkami) tworzywami, które po podgrzaniu miêkn¹, a po ostudzeniu twardniej¹. Operacja taka mo¿e byæ powtarzana wielokrotnie, pod.

(29) 28. warunkiem, ¿e nie zostanie przekroczona granica destrukcji cieplnej. Zazwyczaj prze¿ywaj¹ one takie dzia³ania bez zmian strukturalnych. Elastomery to tworzywa s³abo usieciowane, które (w temperaturze pokojowej) wykazuj¹ du¿¹ elastycznoæ (jak np. guma). Szczególn¹ ich cech¹ jest bardzo ma³y modu³ sprê¿ystoci jak te¿ bardzo du¿a powtarzalna rozci¹gliwoæ. Duroplasty s¹ tworzywami, które podczas procesu wytwarzania wzglêdnie przeróbki nieodwracalnie twardniej¹. To twardnienie jest reakcj¹ chemiczn¹, wywo³an¹ przez aktywacjê termiczn¹ (tworzywa termoutwardzalne) lub chemiczn¹ (tworzywa chemoutwardzalne). Zachodzi wtedy silne trójwymiarowe usieciowanie tworzywa. Podany wy¿ej podzia³ polimerów zilustrowano schematycznie na rysunku 20. Termoplasty liniowe. rozga³êzione. topliwe rozpuszczalne nadaj¹ce siê do przeróbki plastycznej. Duroplasty. Elastomery s³abo usieciowane. silnie usieciowanie. nietopliwe nierozpuszczalne pêczniej¹ce wysokoelastyczne. nietopliwe nierozpuszczalne niepêczniej¹ce nie nadaj¹ce siê do przeróbki plastycznej. Rys. 20. Podzia³ i ogólna charakterystyka polimerów [1]. 3.2.2. STRUKTURA POLIMERÓW Strukturê polimerów rozwa¿a siê w kategoriach chemicznych i fizycznych. Zagadnienie struktury chemicznej dotyczy wi¹zañ chemicznych oraz tworzenia siê makromoleku³ w procesie polimeryzacji. Ze wzglêdu na charakter tej ksi¹¿ki nie bêdzie ono rozwijane. Struktura fizyczna polimerów wi¹¿e siê z jednej strony ze sk³adem chemicznym i konfiguracj¹ ³añcuchów moleku³ (tj. czynnikami stanowi¹cymi o ich strukturze chemicznej), z drugiej za strony zale¿y ona od warunków wytwarzania i przetwarzania tych materia³ów. £añcuchy cz¹steczek, w warunkach swobody, przyjmuj¹ postaæ podobn¹ do nici w nieuporz¹dkowanym k³êbku. Taka ruchliwoæ makromoleku³ jest du¿a w roztworach lub przy wysokiej temperaturze w stopionym polimerze. Podczas och³adzania stopionego termoplastu lub odparowywania rozpuszczalnika z roztworu termoplastu mo¿e zachodziæ zestalanie siê bezpostaciowe lub czêciowo krystaliczne. To, w jakiej strukturze zestali siê polimer (bezpostaciowej czy czêciowo krystalicznej) zale¿y g³ównie.

(30) 29. od wspomnianych wy¿ej cegie³ek i od tego, czy istniej¹ boczne grupy wzd³u¿ ³añcucha moleku³ [1]. W termoplastach bezpostaciowych makromoleku³y uk³adaj¹ siê bez³adnie, na podobieñstwo waty. W sprzyjaj¹cych warunkach, podczas och³adzania stopionego polimeru (przy ograniczaniu ruchliwoci moleku³) mo¿e zajæ krystalizacja: pojawiaj¹ siê obszary struktury krystalicznej. Obszary te, zwane krystalitami, s¹ podobnie jak w uk³adach dwufazowych osadzone w bezpostaciowej osnowie polimeru. Liczba i wielkoæ krystalitów zale¿¹ od liczby zarodków, a tak¿e od przebiegu ch³odzenia stopionego polimeru. Na rysunku 21 pokazano schematycznie omówione struktury termoplastów. Podczas ich przeróbki mo¿e dodatkowo zajæ orientacja moleku³ danej struktury.. Rys. 21. Schematy struktur termoplastów [1]. Udzia³ struktury krystalicznej w termoplastach, tzw. stopieñ krystalicznoci, wynosi od 20 do 80%, w wyj¹tkowych wypadkach mo¿e nawet dochodziæ do 95%. Mo¿na go regulowaæ za pomoc¹ odpowiednich warunków wytwarzania. Od stopnia krystalicznoci zale¿y wiele w³asnoci polimerów. Pokazano to schematycznie na rysunku 22. Polimery o czêciowej krystalicznoci s¹ przewa¿nie bia³e lub mêtne, natomiast bezpostaciowe s¹ przezroczyste (o ile oczywicie ich wygl¹d nie zostanie zmieniony przez dodatki, np. barwniki)..

(31) 30. Rys. 22. Jakociowy schemat zmian w³asnoci czêciowo krystalicznych termoplastów w zale¿noci od stopnia krystalicznoci [1]. 3.2.3. OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA POLIMERÓW Struktura polimerów wp³ywa oczywicie tak¿e na ich w³aciwoci tribologiczne. Dlatego na wstêpie ogólnej charakterystyki tych tworzyw wymienione bêd¹ polimery wed³ug rodzaju struktury. Do czêciowo krystalicznych polimerów stosowanych najczêciej na ³o¿yska bezobs³ugowe nale¿¹ termoplasty: fluoroplasty: policzterofluoroetylen (PTFE), fluorowany etyleno-propylen (FEP), poliacetale (POM polioksymetyleny), poliamidy (PA), polietyleny (PE). Wród polimerów bezpostaciowych (amorficznych) znajduj¹ siê: poliwêglany (PC), ¿ywice epoksydowe (EP, s¹ to tworzywa utwardzalne duroplasty), poliimidy (PI, tworzywa te s¹ w wiêkszoci bezpostaciowe, mog¹ te¿ byæ zarówno termoplastyczne, jak i termoutwardzalne). O szczegó³ach dotycz¹cych poszczególnych tworzyw bêdzie mowa w dalszej czêci tego rozdzia³u. W tym miejscu przedstawiona bêdzie ogólna charakterystyka polimerów w aspekcie stosowania ich na ³o¿yska lizgowe. Tworzywa sztuczne rozpoczê³y swoj¹ karierê w latach II wojny wiatowej jako materia³y maj¹ce zast¹piæ niektóre deficytowe metale kolorowe (mied, cynê, cynk, o³ów i inne). W latach powojennych, gdy okaza³o siê, ¿e mog¹ byæ one nie tylko materia³em zastêpczym, lecz równorzêdnym wobec metali materia³em konstrukcyjnym, nast¹pi³ gwa³towny rozwój chemii zwi¹zków wielkocz¹steczkowych i produkcji poli-.

(32) 31. merów. Sprzyja³ temu rozwój motoryzacji, elektroniki, przemys³u lekkiego (przede wszystkim artyku³ów gospodarstwa domowego) a tak¿e badañ kosmicznych. Szerokie stosowanie tworzyw sztucznych jako materia³ów ³o¿yskowych, jakie zauwa¿a siê w ostatnich latach, spowodowane jest wieloma cennymi ich zaletami. S¹ to przede wszystkim: dobra odpornoæ na zatarcie (niesczepianie siê ze stal¹), dobre w³aciwoci lizgowe (ma³e tarcie przy wspó³pracy ze stal¹) niektórych polimerów (tak¿e bez smarowania), dobra odpornoæ chemiczna, niewra¿liwoæ na korozjê, ³atwoæ formowania gotowych elementów (np. panewek) oraz wykonywania cienkich pow³ok przeciwciernych. Du¿e mo¿liwoci uszlachetniaj¹cych modyfikacji tych materia³ów i tworzenia kompozytów to dodatkowa ich zaleta. Maj¹ one, niestety, tak¿e wady, o których nale¿y pamiêtaæ zarówno podczas ich wyboru jako materia³ów lizgowych, jak te¿ podczas eksploatacji wêz³ów, w których znajduj¹ siê wêz³y polimerowe. Podstawow¹ wad¹ polimerów jest ich ma³a odpornoæ na ciep³o i mo¿liwoæ ich destrukcji po przekroczeniu dopuszczalnego stanu cieplnego. Wiêkszoæ tych tworzyw wykazuje du¿¹ ch³onnoæ cieczy, co powoduje ich pêcznienie. Fakt ten, ³¹cznie z du¿¹ wartoci¹ wspó³czynnika rozszerzalnoci cieplnej, powoduje koniecznoæ stosowania znacznie wiêkszych luzów ni¿ przy stosowaniu tworzyw metalowych. Inn¹ wad¹ tworzyw sztucznych jest ich ma³a przewodnoæ cieplna, s¹ one po prostu izolatorami cieplnymi. W wêz³ach, w których wystêpuje wysoka temperatura, wada ta, ³¹cznie ze wspomnian¹ wczeniej wad¹ ma³ej odpornoci cieplnej, mo¿e doprowadziæ do zniszczenia zespo³u wskutek miêknienia (w wypadku termoplastów) lub zwêglenia (w wypadku duroplastów) oraz spowodowania tym zatarcia. Wiele z wymienionych wad da siê usun¹æ b¹d z³agodziæ przez odpowiedni¹ modyfikacjê tworzywa lub konstrukcjê wêz³a ³o¿yskowego. Na przyk³ad polepszenie przewodnoci cieplnej uzyskuje siê przez wype³nianie polimeru proszkiem br¹zowym lub grafitowym, a tak¿e przez stosowanie cienkich pow³ok z polimerów. Szerzej na ten temat bêdzie mowa w dalszej czêci tego rozdzia³u, szczególnie w czêci traktuj¹cej o kompozytach polimerowych. Na zakoñczenie tej ogólnej charakterystyki polimerów i w nawi¹zaniu do rysunku 22 warto jeszcze wspomnieæ o zale¿noci w³aciwoci tribologicznych od rodzaju struktury fizycznej tych tworzyw. Uwa¿a siê, ¿e krystaliczna struktura sprzyja obci¹¿alnoci polimerów i ich odpornoci na zu¿ywanie, natomiast struktura bezpostaciowa u³atwia polizg. Zatem: istnieje jakie optimum udzia³u obydwóch tych faz krystalicznej i bezpostaciowej które zapewnia mo¿liwie du¿¹ obci¹¿alnoæ polimerów i ich odpornoci na zu¿ywanie i mo¿liwie ma³e tarcie (zazwyczaj o stal). S³usznoæ tego spostrze¿enia potwierdzaj¹ zarówno wyniki badañ laboratoryjnych, jak i praktyka przemys³owa, co przek³ada siê na wytypowanie okrelonych polimerów jako nadaj¹cych siê na ³o¿yska lizgowe. Bêdzie o nich mowa w dalszym tekcie. Z charakteru tej ksi¹¿ki wynikaj¹ ograniczenia dotycz¹ce szczegó³owego opisu chemii i technologii polimerów. Zainteresowanych w tym przedmiocie odsy³am do literatury specjalistycznej, np. [23]..

(33) 32. 3.3. PRZEGL¥D POLIMERÓW LIZGOWYCH 3.3.1. FLUOROPLASTY Fluoroplasty (polietyleny fluorowane) s¹ polimerami, w monomerach których wszystkie atomy wodoru (jak np. w etylenach) s¹ zast¹pione przez atomy fluoru. Pokazano to na rysunkach 23 i 24.. Rys. 23. Monomer polietylenu. Rys. 24. Monomer policzterofluoroetylenu. Najpopularniejszym polimerem z tej grupy jest policzterofluoroetylen, ponadto nale¿¹ do niej: fluorowany etyleno-propylen i polichlorotrójfluoroetylen. Policzterofluoroetylen (politetrafluoroetylen, PTFE) wynaleziono w roku 1933 (Moissan). Na skalê przemys³ow¹ polimer ten zaczê³a wytwarzaæ w roku 1946 firma Du Pont de Nemours (USA) pod nazw¹ teflon. Od tej pory produkcja i zastosowanie PTFE ronie bez przerwy, ze wzglêdu na jego cenne w³aciwoci u¿ytkowe, o których bêdzie mowa ni¿ej. Tworzywo to produkuje siê obecnie na wiecie pod wieloma nazwami firmowymi, jak np. fluon, hostaflon, polyflon, halon, algaflon, rulon, teran, tetraflon, soreflon, ftoroplast i inne. W Polsce policzterofluoroetylen produkuj¹ Zak³ady Azotowe w Tarnowie pod nazw¹ tarflen. PTFE jest polimerem krystalicznym o temperaturze topnienia 325 °C. Przy tym polimer ten ma wyj¹tkowo du¿¹ lepkoæ w stanie stopionym, co wyklucza mo¿liwoæ stosowania technologii wtrysku. Formuje siê go wiêc metodami wyt³aczania. Dziêki silnym wi¹zaniom atomów wêgla i fluoru PTFE jest niezwykle stabilny, chemicznie obojêtny. Ma on strukturê wysokokrystaliczn¹, natomiast w temperaturze 330 °C przechodzi w strukturê ca³kowicie bezpostaciow¹. Strukturê molekularn¹ tego tworzywa pokazano na rysunku 25. Atomy wêgla otoczone s¹ atomami fluoru, uk³adaj¹c siê w linii rubowej i tworz¹c rodzaj s³upka. Poszczególne s³upki stykaj¹ siê ze sob¹ poprzez warstewki bezpostaciowe lub nieuporz¹dkowanej struktury, co stwarza tak zwane p³aszczyzny ³atwego polizgu. Dziêki temu policzterofluoroetylen wykazuje ma³e tarcie na sucho (nawet do µ = 0,04). Na tak ma³e tarcie, które jest powodem powszechnego stosowania PTFE wszêdzie tam, gdzie konieczne jest jego zmniejszenie, sk³adaj¹ siê: wspomniane p³aszczyzny ³atwego polizgu w strukturze tego polimeru, stosunkowo du¿a adhezja do powierzchni metalowych, szczególnie do stali,.

(34) 33. Rys. 25. Struktura molekularna policzterofluoroetylenu. powlekanie wspó³pracuj¹cych powierzchni warstewk¹ PTFE, dziêki czemu tarcie odbywa siê w styku PTFE-PTFE. Interesuj¹ce jest zachowanie siê policzterofluoroetylenu pod wp³ywem czynników ruchowych: obci¹¿enia i prêdkoci, a tak¿e temperatury. Statyczny wspó³czynnik tarcia zmniejsza siê pod wp³ywem obci¹¿enia. Prêdkoæ polizgu i temperatura maj¹ tak¿e istotny wp³yw na tarcie tego tworzywa [2]. Pokazano to schematycznie na rysunku 26.. Rys. 26. Schemat zale¿noci wspó³czynnika tarcia policzterofluoroetylenu od warunków ruchowych. Policzterofluoroetylen jest niestety ma³o wytrzyma³y mechanicznie: p³ynie na zimno ju¿ przy umiarkowanych naciskach (~24 MPa) i umiarkowanych temperaturach (~110 °C). Dlatego stosuje siê go zazwyczaj jako bazê kompozytów polimerowych b¹d jako ich wype³niacz (patrz: kompozyty). Fluorowany etyleno-propylen (FEP, neoflon, fluoroplast-4M) jest kopolimerem PTFE i heksafluoropropylenu. Tworzywo to w³asnociami zbli¿one jest do PTFE, ma jednak nieco gorsze w³aciwoci tribologiczne (µ ~ 0,1). Natomiast ³atwiejsze jest jego kszta³towanie metodami z wytopu. Temperatura topnienia FEP wynosi 290 °C. W tabeli 2 zebrano dane dotycz¹ce w³asnoci wymienionych fluoroplastów..

(35) 34 Tabela 2. W³asnoci fizyczne i mechaniczne fluoroplastów [2] W³asnoæ. Jednostka. PTFE. g/cm3. 2,13÷2,30. 2,12÷2,18. Modu³ sprê¿ystoci pod³u¿nej. GPa. 0,3÷0,8. 0,4÷0,7. Wytrzyma³oæ na rozci¹ganie. MPa. 9. 8. %. 400. 300. GPa. 0,6÷0,7. 0,65. nie pêka. nie pêka. 50÷65. 55. 0,25. 0,25. 120÷200. 80÷120. Gêstoæ. Wyd³u¿enie przy zerwaniu Modu³ sprê¿ystoci poprzecznej Wytrzyma³oæ na skrêcanie Twardoæ Shorea D Przewodnoæ cieplna. W/(m·K). Wspó³czynnik rozszerzalnoci cieplnej. ×106,. K1. FEP. Maksymalna temperatura pracy. °C. 150÷200. 150÷200. Wodoch³onnoæ, 24 h, 3 mm gruboci. %. < 0,01. < 0,01. 3.3.2. POLIACETALE Nazwa poliacetale (polioksymetyleny, POM) obejmuje homo- i kopolimery formaldehydu. S¹ one zbudowane z liniowych ³añcuchów cz¹steczek, okrelonych powtarzaj¹cymi siê wi¹zaniami atomów wêgla i tlenu. Homopolimery poliacetali maj¹ cile uporz¹dkowan¹ budowê, natomiast kopolimery maj¹ ³añcuchy nieregularne. W wyniku tego, te ostatnie maj¹ obni¿on¹ krystalicznoæ, co obni¿a nieco ich w³asnoci mechaniczne. Przewy¿szaj¹ one jednak homopolimery pod wzglêdem odpornoci termicznej i odpornoci na zasady i wodê [1]. Poliacetale s¹ tworzywami mocnymi, sztywnymi, odpornymi na ciep³o, wilgoæ i rozpuszczalniki, oleje i benzynê. Reaguj¹ jednak z kwasami i substancjami utleniaj¹cymi. Tworzywa te cechuj¹ siê dobrymi w³aciwociami lizgowymi i dobr¹ odpornoci¹ na zu¿ycie. Stosuje siê je zarówno w postaci czystej (tj. bez wype³niaczy), jak te¿ jako tworzywo bazowe kompozytów, a tak¿e jako ich wype³niacze. Bêdzie o tym mowa w rozdziale o kompozytach. Korzystn¹ cech¹ poliacetali jest ³atwoæ ich przeróbki mo¿liwoæ kszta³towania elementów metod¹ wtrysku. W handlu wystêpuj¹ te tworzywa pod nazwami firmowymi, jak np. delrin, celcon, milcon, hostaform, tarnoform (Zak³ady Azotowe w Tarnowie) i inne. W tabeli 3 wymieniono wa¿niejsze w³asnoci poliacetali..

(36) 35 Tabela 3. W³asnoci fizyczne i mechaniczne poliacetali [2] W³asnoæ. Jednostka. Niewype³niane. Wype³niane 30% wag. PTFE. g/cm3. 1,40÷1,43. 1,51. Modu³ sprê¿ystoci pod³u¿nej. GPa. 2,3. 2,7. Wytrzyma³oæ na rozci¹ganie. MPa. 4,8. 45. %. 50. 6. Modu³ sprê¿ystoci poprzecznej. GPa. . 2,6. Wytrzyma³oæ na skrêcanie. MPa. . 70. 65. 58. Gêstoæ. Wyd³u¿enie przy zerwaniu. Twardoæ Shorea D Przewodnoæ cieplna. W/(m·K). 0,23. 0,23. Wspó³czynnik rozszerzalnoci cieplnej. ×106, K1. 81. 97. Maksymalna temperatura pracy. °C. 85÷105. . Wodoch³onnoæ, 24 h, 3 mm gruboci. %. 0,20÷0,25. . 3.3.3. POLIAMIDY Poliamidy (PA) s¹ jednymi z najstarszych i najszerzej stosowanych polimerów. Popularnoæ swoj¹ zawdziêczaj¹ one w³óknom sztucznym, opatentowanym przez firmê (wspominan¹ ju¿ przy omawianiu PTFE) Du Pont de Nemours (USA) w roku 1937 pod nazw¹ nylon. Nazwa ta pochodzi ze z³o¿enia fragmentów s³ów: New York-London. Produkcjê nylonu rozpoczêto w roku 1940, a zastosowanie tego w³ókna do wytwarzania poñczoch i rajstop nie tylko rozpowszechni³o poliamidy, lecz podobnie jak Du Pont-owski teflon (PTFE) utrwali³o do dzi funkcjonuj¹c¹ potocznie nazwê wszystkich poliamidów jako nylon. O ogromnym rozpowszechnieniu poliamidów wiadczy du¿a liczba nazw firmowych tego tworzywa, jak np. oprócz nylonu nylatron, nylafil, perlon, kapron, stylon (polskie w³ókna poliamidowe), trogamid, miramid, ultramid, rilsan, grilon, maranyl, renyl, technyl, amilan, akulon i inne. W Polsce g³ównym producentem poliamidów, pod nazw¹ tarnamid, s¹ Zak³ady Azotowe w Tarnowie. Poliamidy s¹ czêciowo krystalicznymi, liniowymi tworzywami zawieraj¹cymi azot. W ich oznaczeniach technicznych obok symbolu literowego (PA) znajduj¹ siê cyfry, które oznaczaj¹ liczbê atomów wêgla w cz¹steczkach surowców wyjciowych; w wypadku dwóch liczb pierwsza z nich odnosi siê do aminy, druga do kwasu (dwuaminy idwuzasadowe kwasy s¹ surowcami do produkcji poliamidow). Tak wiêc mamy poliamidy: PA 6, PA 6,6, PA 6,10, PA 11, PA 6,12, PA 12 i inne. Poliamidy PA 6 oraz PA 6,6 s¹ najczêciej stosowane, miêdzy innymi, tak¿e na ³o¿yska lizgowe. Jakkolwiek nie wykazuj¹ one tak ma³ych wartoci wspó³czynnika tarcia o stal jak fluoroplasty, szczególnie PTFE, to ich du¿¹ zalet¹ jest dobra odpornoæ na zu¿ycie (w ra-.

(37) 36. mach dopuszczalnych wartoci pv). Stwierdzono te¿ dobre t³umienie drgañ przez to tworzywo oraz zmniejszanie ha³asu. Stopieñ krystalicznoci poliamidów zwi¹zany jest zale¿noci¹ liniow¹ z ich gêstoci¹. Wiêksza krystalicznoæ powoduje (por. te¿ rys. 22): zwiêkszenie twardoci, zmniejszenie ch³onnoci wody, a tym samym ograniczenie zmian wymiarów, zwiêkszenie modu³u sprê¿ystoci i podniesienie granicy plastycznoci, zwiêkszenie wytrzyma³oci na rozci¹ganie, ciskanie i zginanie, ale te¿ zmniejszenie udarnoci. Krystalicznoæ poliamidów waha siê, zale¿nie od warunków wytwarzania, od 10 do 50%. Stosunek faz: krystalicznej i bezpostaciowej nie jest sta³y. Mo¿e siê on zmieniaæ podczas eksploatacji pod wp³ywem obci¹¿enia mechanicznego i cieplnego, tym bardziej, ¿e energia tworzenia sieci molekularnych w poliamidach jest niska. Na przyk³ad podczas rozci¹gania poliamidów zachodzi ich rekrystalizacja. Rodzaj struktury ma znaczny wp³yw na zachowanie siê poliamidów podczas tarcia. Stwierdzono, ¿e utworzenie bezpostaciowej warstwy wierzchniej (przez szybkie ch³odzenie stopionej w k¹pieli olejowej przy ok. 150 °C warstwy wierzchniej) wp³ywa na zmniejszenie tarcia o ok. 2025%. Z drugiej jednak strony, jak ju¿ wspominano, struktura krystaliczna osi¹gana przez powolne ch³odzenie wp³ywa na zwiêkszenie odpornoci poliamidów na zu¿ycie. Istnieje zatem wspomniane wczeniej optimum stosunku obydwóch faz ze wzglêdu na mo¿liwie ma³e tarcie i ma³e zu¿ycie. W zwi¹zku z tym sugeruje siê unikanie czystej struktury bezpostaciowej w warstwie wierzchniej panewek poliamidowych i dlatego zaleca siê np. zdejmowanie warstewki powierzchniowej o gruboci ok. 0,1 mm z panewek poliamidowych odlewanych (w warstewce tej tworzy siê wskutek szybkiego ch³odzenia struktura bezpostaciowa). Poliamidy s¹ bardzo podatne przeróbczo: mo¿na je odlewaæ, wtryskiwaæ i fluidyzowaæ (dla tworzenia pow³ok). W³aciwoci tribologiczne poliamidów czêsto siê polepsza za pomoc¹ ró¿nych wype³niaczy, tworz¹c kompozyty wype³niane. Bêdzie o tym mowa w dalszym tekcie. W tabeli 4 zestawiono dane dotycz¹ce wa¿niejszych w³asnoci poliamidów. Tabela 4. W³asnoci fizyczne i mechaniczne poliamidów [2] W³asnoæ. Jednostka Niewype³niane. Wype³niane 30% wag. w³. szkl. 1,4. g/cm3. 1,12÷1,13. Modu³ sprê¿ystoci pod³u¿nej. GPa. 2,6÷2,9. . Wytrzyma³oæ na rozci¹ganie. MPa. 81. 192. %. 60÷200. 2,5. Modu³ sprê¿ystoci poprzecznej. GPa. 2,8. 8,9. Wytrzyma³oæ na skrêcanie. MPa. . 280. 75. 85. Przewodnoæ cieplna. W/(m·K). 0,24. . Wspó³czynnik rozszerzalnoci cieplnej. ×106,. Gêstoæ. Wyd³u¿enie przy zerwaniu. Twardoæ Shorea D K1. 45÷100. 23. Maksymalna temperatura pracy. °C. 110. 110. Wodoch³onnoæ, 24 h, 3 mm gruboci. %. 1,2÷1,6. 0,9.