Kako odabrati pravi klizni ležaj za vaš projekat

Prilikom projektovanja mehaničkih sistema, jedna od najvažnijih odluka s kojima se inženjeri suočavaju je odabir pravog ležaja. Klizni ležajevi - poznati i kao obični ležajevi, čahure ili klizni ležajevi - spadaju među najsvestranije i široko korištene komponente u industrijskim primjenama. Za razliku od kotrljajućih ležajeva koji koriste kuglice ili valjke, klizni ležajevi rade putem kliznog djelovanja između dvije površine, što ih čini pogodnim za primjene u rasponu od automobilskih motora do građevinskih mašina.

Ovaj vodič će vas provesti kroz bitne faktore koje treba uzeti u obzir pri odabiru optimalnog kliznog ležaja za vašu specifičnu primjenu.

Osnove kliznih ležajeva

Klizni ležajevi su mehaničke komponente dizajnirane da ograniče, usmjere ili smanje trenje u rotacijskim ili linearnim primjenama. Oni funkcionišu putem kliznog djelovanja između površine ležaja i osovine ili spojne komponente, a ne putem kotrljanja kugličnih ležajeva -2. Ova fundamentalna razlika daje kliznim ležajevima izrazite prednosti, uključujući:

• Visoka nosivost
• Kompaktan dizajn s minimalnim prostornim zahtjevima
• Isplativa proizvodnja
• Tiha operacija
• Pogodnost za precizne primjene velike brzine (često se preferiraju u odnosu na kuglične ležajeve iznad 3,600 o/min) 

Performanse ležaja određuju se koeficijentom trenja između dva materijala i opterećenjima koja se prenose na sklop ležaja. Ova svojstva se mogu značajno poboljšati pravilnim podmazivanjem.

Ključni faktori odabira

1. Procijenite zahtjeve vaše prijave

Proces odabira uvijek počinje temeljitom procjenom vaše namjeravane prijave. Ključna pitanja koja treba uzeti u obzir uključuju:

• O kojoj vrsti kretanja se radi - rotacionom, oscilatornom ili linearnom?
• Koji su uslovi radne okoline (temperatura, vlažnost, hemijska izloženost)?
• Da li je aplikacija izložena udarnom opterećenju ili vibracijama?
• Koje su potrebne brzine i opterećenja?

Pravilan odabir uključuje procjenu faktora okoline kao što su agresivne hemikalije, kontaminacija, visoke ili niske radne temperature i zahtjevi za ispiranjem - što je posebno relevantno u primjenama u prehrambenoj industriji i industriji pića. Svaka primjena će predložiti specifične materijale za optimalne performanse.

2. Izračunajte PV vrijednost

PV vrijednost - proizvod specifičnog opterećenja (pritiska) i brzine klizanja - je možda najvažniji parametar pri odabiru kliznog ležaja. Ona mjeri sposobnost materijala ležaja da se prilagodi temperaturnom ograničenju generiranom energijom trenja tokom rada.

Izračun pritiska (p):

p = F / (D × D)

Gdje je F = opterećenje/sila, L = dužina ležaja, a D = prečnik osovine.

Izračun brzine (V):

V = π × D × n / (60,000)

Gdje je n = brzina rotacije.

PV vrijednost ima značajan utjecaj na vijek trajanja ležaja - što je PV vrijednost niža, to je vijek trajanja ležaja duži. Prilikom procjene materijala, uporedite izračunati PV vašeg dizajna s nazivnom PV vrijednošću materijala. Za potrebe dizajna, izračunati PV treba pomnožiti faktorom sigurnosti prije poređenja s nazivnim vrijednostima materijala.

3. Odredite odgovarajući razmak

Dijametralni zazor je ključan za pravilan rad ležaja. Zazor mora da omogući:

• Termičko širenje materijala ležaja i osovine
• Proizvodne tolerancije
• Zahtjevi za film za podmazivanje

Tipični zazori za klizne ležajeve kreću se od 0.001 do 0.002 puta veći od prečnika ležaja. Za polimerne ležajeve, radni zazor obično iznosi između 0.002 i 0.004 inča, pri čemu se u proračun uzimaju i tolerancija otvora kućišta i osovine.

U primjenama koje uključuju plastične ležajeve, također je važno uzeti u obzir kako bubrenje može utjecati na zazore u vlažnim ili podvodnim okruženjima.

4. Razmotrite odnos dužine i prečnika (L/D)

Odnos dužine i prečnika utiče i na nosivost i na poravnanje. Za hidrodinamičke ležajeve s punim filmom, uobičajeni odnos L/D kreće se od 0.35 do 1.5. Što je ležaj duži, to su generalno bolje performanse u smislu raspodjele opterećenja i stabilnosti poravnanja.

5. Procijenite zahtjeve za spojno vratilo

Hrapavost površine vratila često ima značajan utjecaj na vijek trajanja. Hrapavost površine veća od 0.4 µm može negativno utjecati na performanse ležaja. Opće smjernice uključuju:

• Što je opterećenje veće, to osovina treba biti tvrđa.
• Veći rizik od ugrađenih zagađivača zahtijeva tvrđe osovine

Materijali osovina trebaju biti čelik, a materijali za ležajeve poput čelika ili tvrdog mesinga; aluminij ili drvo se nikada ne smiju koristiti za klizne elemente jer uzrokuju zalijepljeno-klizne performanse i tendenciju zaglavljivanja.

Vodič za odabir materijala

Višeslojni ležajevi sa čeličnom podlogom

Za zahtjevne industrijske primjene, EPEN-ove troslojne obične čahure serije EX predstavljaju napredno rješenje. Ovi ležajevi imaju čeličnu podlogu koja osigurava strukturni integritet i toplinsku provodljivost, na koju je sinteriran porozni bronzani sloj. Mješavine acetal kopolimera (POM) ili PTFE-a su impregnirane u bronzani sloj, s udubljenjima za podmazivanje utisnutim u površinu.

Karakteristike materijala uključuju:

parametar	vrijednost
Statički kapacitet opterećenja	250 N/mm²
Dinamički kapacitet opterećenja	140 N/mm²
Maksimalna brzina klizanja (prethodno podmazano)	2.0 m / s
PV vrijednost	2.8 N/mm²·m/s
Koeficijent trenja	0.05 ~ 0.20
Radna temperatura	-40 ° C do 110 ° C

Ovi ležajevi su pogodni za rotacijsko i oscilirajuće kretanje sa samopodmazujućim, otpornim na habanje, niskim trenjem i niskom bukom.

Bronzani ležajevi

Bronzani ležajevi nude visoku nosivost i mogu podnijeti pritiske od 25,000 do 40,000 psi u oscilirajućim ili rotacijskim primjenama. Kompoziti na bazi bakra pružaju dobru otpornost na habanje i mogu se prilagoditi raznim legirajućim elementima:

• Dodaci kalaja i aluminija poboljšavaju čvrstoću i tvrdoću
• Dodaci cinka omogućavaju rad bez kontinuiranog podmazivanja
• Dodaci olova smanjuju tvrdoću radi poboljšane ugradnje

Samopodmazujući ležajevi

Samopodmazujući ili uljem impregnirani ležajevi eliminiraju potrebu za vanjskim podmazivanjem. Sinterirana bronza može biti impregnirana uljem koje se oslobađa kako se ležaj zagrijava. Čvrsta maziva također se mogu ugraditi u matricu ležaja.

Prednosti samopodmazujućih ležajeva uključuju:

• Eliminacija uljnih rupa i žljebova (smanjenje troškova obrade)
• Niži zahtjevi za održavanjem
• Pojednostavljeni mehanički dizajn
• Sigurnije radno okruženje bez ovisnosti o uljnim mazivima 

Polimerni ležajevi

Plastični i kompozitni ležajevi nude nekoliko uvjerljivih prednosti:

• Otpornost na koroziju u teškim okruženjima
• Prigušivanje vibracija i apsorpcija udara
• Smanjenje težine od 25% ili više u poređenju sa metalnim alternativama
• Isplativa proizvodnja
• Nizak koeficijent trenja (0.05 do 0.15) bez vanjskog podmazivanja 

Međutim, polimerni ležajevi imaju specifične dizajnerske zahtjeve. Koeficijent trenja (obično 0.15-0.30 μ za primjene sa suhim radom) znači da je za svakih 10 lbf opterećenja potrebno 1.5 do 3 lbf pogonske sile za pomicanje ležaja.

Strategije podmazivanja

Podmazivanje je ključno za siguran i efikasan rad ležajeva. Loše podmazivanje može dovesti do brzog trošenja materijala i kvarova mašina.

Hidrodinamičko podmazivanje

U hidrodinamičkim sistemima, osovina se kreće po kontinuirano tekućem sloju maziva. Ovo je uobičajeno kod primjena s velikim brzinama gdje su potrebne brzine iznad nekoliko stotina obrtaja u minuti za pumpanje ulja kroz ležaj. Radna temperatura mora se uračunati u razmatranja viskoznosti kako bi se osiguralo pravilno podmazivanje i minimalna debljina filma.

Boundary Lubrication

U uslovima graničnog podmazivanja, površine ležajeva su odvojene vrlo tankim filmom maziva. EX čahure se obično preporučuju za povremeni rad i okruženja graničnog podmazivanja, posebno kod dizajna otvora za ulje za kontinuirano ili ponovljeno dopunjavanje gorivom.

Suva operacija

Za primjene sa suhim radom, ležajevi sa čvrstim mazivima ugrađenim u materijal ležaja su neophodni. Ovi ležajevi imaju čvrsti film maziva stvoren prijenosom materijala sa sloja ležaja kako bi zaštitili spojnu komponentu.

Specifična razmatranja aplikacije

Primjena automobilskih motora

U zahtjevnim okruženjima motora gdje su ekstremni pritisci, visoke temperature i brzi pokreti norma, ležajevi zahtijevaju izuzetnu otpornost na zamor. Kritične primjene uključuju ležajeve klipnjača, glavne ležajeve koji podupiru radilicu i aksijalne podložne pločice koje kontroliraju aksijalno kretanje.

Hidraulične i građevinske mašine

Ove primjene obično zahtijevaju ležajeve sposobne za podnošenje velikih opterećenja pri povremenom radu, često uz granične uslove podmazivanja.

Visoke temperature ili ekstremna okruženja

Ležajevi koji rade u ekstremnim temperaturama, vlazi, udarima ili vibracijama zahtijevaju materijale koji su izdržljivi i pouzdani. Mora se uzeti u obzir cijeli raspon radnih temperatura okoline, jer promjenjive temperature mogu utjecati na udaljenost između čahure i kućišta ili između čahure i osovine.

Praktična kontrolna lista za odabir

Prije nego što donesete konačan zaključak o odabiru kliznog ležaja:

• Definišite uslove rada – Opterećenje, brzina, temperaturni raspon, okolina
• Izračunajte PV vrijednost – Uporedite s ocjenama materijala
• Odredite potreban razmak – Uzmite u obzir termičko širenje i tolerancije
• Odaberite odgovarajući L/D omjer – Uravnotežavanje nosivosti i poravnanja
• Odaberite strategiju podmazivanja – Hidrodinamički, granični ili samopodmazujući
• Procijenite troškove – Početni troškovi u odnosu na troškove održavanja i životnog ciklusa
• Konsultujte se sa proizvođačima – Iskoristite tehničku stručnost za specijalizirane primjene

zaključak

Odabir pravog kliznog ležaja zahtijeva pažljivo razmatranje više faktora, od osnovnih zahtjeva primjene do sofisticiranih proračuna PV vrijednosti i zazora. S opcijama koje se kreću od visokoučinkovitih višeslojnih ležajeva s čeličnom podlogom do samopodmazujućih polimera, postoji rješenje za gotovo svaku primjenu - od automobilskih motora do teških građevinskih mašina.

U slučaju sumnje, konsultacije s proizvođačima poput EPEN Sliding Bearinga mogu pružiti vrijedne uvide u nove materijale i svojstva materijala, osiguravajući da odaberete optimalni ležaj za zahtjeve vašeg projekta.

ČESTA PITANJA

Koji faktori najznačajnije utiču na vijek trajanja kliznog ležaja?

Trajanje kliznog ležaja zavisi od vrste materijala koji se koristi, koliko je dobro podmazan, opterećenja kojem je izložen i okoline. Ležajevi koji su pravilno podmazani i rade unutar svojih projektnih granica opterećenja mogu trajati decenijama. S druge strane, ležajevi koji su preopterećeni ili nisu pravilno podmazani vrlo brzo otkazuju. Korozivni uslovi, abrazivno zagađenje i termički ciklusi znatno ubrzavaju habanje. Bronzani ležajevi ne podnose manja podmazivanja tako dobro kao kompozitni materijali koji imaju ugrađena ulja.

Kako da utvrdim da li su za moju primjenu potrebni klizni ili kotrljajući ležajevi?

Klizni ležajevi najbolje funkcionišu na mjestima gdje postoje velika opterećenja, udarci, njihanje ili ograničen pristup masti. Kotrljajući ležajevi najbolje funkcionišu kada se kontinuirano okreću velikom brzinom i pod umjerenim opterećenjima. Kada postoji zagađenje u okolini, klizni ležajevi se često biraju jer mogu bolje podnijeti čestice. Vaša sposobnost održavanja i vaš budžet također igraju ulogu u ovom izboru.

Mogu li klizni ležajevi pouzdano funkcionirati u primjenama s velikim brzinama?

Koliko brzo nešto može ići zavisi od korištenih materijala i koliko su dobro podmazani. Samopodmazujući materijali obično rade samo pri malim brzinama. Hidrodinamički bronzani ležajevi koji koriste ulje pod pritiskom za podmazivanje dobro rade pri velikim brzinama. PV maksimum za materijal koji ste odabrali govori vam koliko brzo treba ići na osnovu radnog pritiska.

Partnerstvo s Epenom za vaša rješenja za klizne ležajeve

Odabir optimalnog rješenja za klizne ležajeve postaje jednostavan kada sarađujete s iskusnim proizvođačima koji poznaju izazove vaše industrije. Jiashan Epen Bearing Co., Ltd. specijaliziran je za metalno-plastične kompozitne ležajeve, bimetalne dizajne i jednometalne klizne ležajeve koji se koriste u građevinskim mašinama, rudarskoj opremi, pomorskim primjenama i poljoprivrednim sistemima u 30 industrija. Naš istraživački tim može analizirati vašu primjenu, pomoći vam da odaberete pravi materijal i kreirate prilagođeni ležaj koji odgovara vašim tačnim potrebama. Kao posvećeni proizvođač kliznih ležajeva , isporučujemo i standardne kataloške proizvode i prilagođena rješenja po konkurentnim cijenama bez kompromisa u kvaliteti. Kontaktirajte naše tehničke stručnjake na epen@cnepen.cn kako biste razgovarali o zahtjevima vašeg projekta, zatražili uzorke proizvoda ili pristupili našem sveobuhvatnom katalogu s detaljnim specifikacijama.

reference

Khonsari, MM i Booser, ER, "Primijenjena tribologija: Dizajn ležajeva i podmazivanje", John Wiley & Sons, treće izdanje, 2017.

Neale, MJ, "Priručnik za tribologiju", Butterworth-Heinemann, drugo izdanje, 1995.

Američko društvo mašinskih inženjera, "ASME B18.23.1 - Standardi za obične podloške i materijale za ležajeve", ASME International, 2018.

Budynas, RG i Nisbett, JK, "Shigleyjev dizajn mašinskog inženjerstva", McGraw-Hill Education, jedanaesto izdanje, 2020.

Društvo automobilskih inženjera, "SAE J459 - Legure za ležajeve i čahure - Hemijski sastav", SAE Međunarodni standardi, 2019.

Hamrock, BJ, Schmid, SR i Jacobson, BO, "Osnove podmazivanja fluidnim filmom", Marcel Dekker, drugo izdanje, 2004.