PŚ Politechnika Śląska w Gliwicach
Instytut Automatyki
Zakład Inżynierii Systemów
IA
Politechnika Śląska | Instytut Automatyki | Zakład Inżynierii Systemów | PCWS
Łożyska ślizgowe
Materiały stosowane do budowy łożysk ślizgowych

Praca łożyska ślizgowego zależy w dużym stopniu od własności pary materiałów: czopa i panwi łożyska. Ponieważ czopy wałów są najczęściej stalowe, o dość zbliżonych własnościach, zatem w celu uzyskania możliwie najkorzystniejszych warunków pracy łożyska należy dobierać odpowiednie materiały na panwie łożysk (materiały łożyskowe).

Od materiałów łożyskowych wymaga się wysokiej wytrzymałości mechanicznej na obciążenia statyczne i dynamiczne, odporności na zatarcie, odporności na korozję, małego współczynnika tarcia odpowiedniej rozszerzalności cieplnej, dobrego przewodzenia ciepła, dobrej odkształcalności, dobrej obrabialności, a także niskiej ceny. Mimo, że istnieje bardzo dużo różnych materiałów łożyskowych, żaden z nich nie spełnia wszystkich wymagań. Przy doborze materiałów łożyskowych należy więc kierować się tymi ich cechami, które są najbardziej istotne dla pracy określonych łożysk.

Do najczęściej stosowanych materiałów należą stopy łożyskowe, np. stopy cynowe, zwane babbitami, o składzie: 89%Sn, 8%Sb i 3%Cu lub zbliżonymi(np. krajowy stop Ł83 zawiera 83%Sn, 11% Sb i 6%Cu). Stopy te odznaczają się bardzo dobrymi własnościami ślizgowymi, dobrą odkształcalnością, odpornością na zatarcie i odpornością na korozję. Stosuje się je w postaci warstwy wylewnej na podłożu stalowym. Podobne własności mają stopy ołowiowe, np. Ł16 (16%Sb, 2%Cu, 16%Sn, reszta Pb). Są one nieco bardziej miękkie, ale tańsze. Stopy łożyskowe cyny i ołowiu zestawiono w normie PN-71/H-87111 a także w normie PN-ISO 4381:1997 (tab. 3):

Do materiałów często stosowanych należą brązy odlewnicze cynowe i ołowiowe o dużej twardości i wytrzymałości. Używane są do pracy w najcięższych warunkach, m.in. przy obciążeniach zmiennych i uderzeniowych, gdzie własności wytrzymałościowe są ważniejsze od własności ślizgowych.


Tab. 3 Stopy łożyskowe cyny i ołowiu wg PN-ISO 4381:1997
Nazwa gatunku
i symbol
ZastosowanieDane orientacyjne
warunków pracy
Cynowo-antymonowo-
miedziowy
SnSb8Cu4
SnSb12Cu6Pb
panwie łożysk ślizgowych pracują-
cych w ruchu ciągłym przy obcią-
żeniach statycznych i dynamicz-
nych oraz bardzo dużych prędko-
ściach obwodowych czopa
nacisk do 10MPa,
prędkość obwodowa
v>5 m/s,
(pv)dop<50 Mpa m/s,
tdop<110 oC
Ołowiowo-cynowo-
-antymonowo-
-miedziowy
PbSb15SnAs
panwie łożysk ślizgowych pracują-
cych przy średnim natężeniu pracy
, obciążeniu statycznym i du-
żych prędkościach obwodowych czopa.
nacisk do 10MPa,
prędkość obwodowa
v>15 m/s,
(pv)dop<15 Mpa m/s,
tdop<120 oC
Ołowiowo-cynowo-
-antymonowo-
-miedziowy
PbSb14Sn9As
panwie łożysk ślizgowych pracują-
cych przy średnich obciążeniach
udarowych lub przy dużych obciąże-
niach statycznych i średnich
prędkościach obwodowych
nacisk do 10MPa,
prędkość obrotowa
v>1,5 m/s,
(pv)dop<30 Mpa m/s,
tdop<130 oC
Ołowiowo-cynowo-
-antymonowy
PbSb10Sn6
panwie łożysk samochodowych
pracujących przy obciążeniach ude-
żeniowych o dużym natężeniu pracy
obciążenie udarowe jak
w silnikach gaźnikowych
przemysłu samochodo-
wego, grubość warstwy
stopu poniżej 0.5mm

Mosiądze maja niższą wytrzymałość a, ale lepszą odporność na pracę w podwyższonej temperaturze. Dobre własności antykorozyjne mają stopy aluminium z miedzią, niklem i krzemem. Ich wadą jest duża rozszerzalność cieplna. Żeliwo jest rzadziej stosowane ze względu na dość dużą twardość i mają odkształcalność. Do celów specjalnych stosuje się panewki wielowarstwowe, np. panewki stalowe pokryte warstwą srebra o grubości 0.5-0.7mm następnie warstwą ołowiu (ok. 0.005mm) z dodatkiem indu. Materiały wielowarstwowe dobiera się drogą prób do warunków pracy danych łożysk . np. Do łożysk w tłokowych silnikach lotniczych.

Jeżeli smarowanie łożysk jest bardzo utrudnione lub ze względu na warunki pracy należy go unikać (w tradycyjnej formie), stosuje się panewki z materiałów porowatych. Najczęściej są to tuleje prasowane, spiekane i nasycane olejem. Po rozgrzaniu łożyska smar wypływa na powierzchnię panwi, a po obniżeniu temperatury cofa się w głąb porów. Tuleje samosmarujące objęte są normami PN-68/M-87200 do 87203.

Poza stopami metali na panewki łożysk stosuje się również tworzywa sztuczne (polimery). Mają one szerokie zastosowanie ze względu na korzystne własności ślizgowe, takie jak: mały współczynnik tarcia suchego, zdolność samodocierania, odporność na ścieranie, właściwość tłumienia drgań, cichobieżność, odporność na korozję i łatwość kształtowania. Wadami polimerów są przede wszystkim słabe właściwości mechaniczne, mała przewodność cieplna i duża rozszerzalność a także zmiana wymiarów wskutek zmian warunków otoczenia. W celu poprawy ich własności stosuje się różne metody modyfikacji. W tabeli 4 przedstawiono wybrane polimery termoplastyczne stosowane w łożyskach ślizgowych.

Tab. 4 Wybrane polimery termoplastyczne
Nazwa chemicznaNazwa handlowaMaksymalne parametry pracy
Temperatura [oC]Iloczyn (pv)dop
[MPa m/s]
Polamid (PA)PA6Tarnamid
Ultramid
950.05
PA66Ultramid A
Nylon EM
950.05
PA12Vestamid
Grilamid
950.05
Polietylen (PE)
PE-HD
Hostalen
Lupalen
550.02
Polistyrend (PS)Polistyren
Hostyren
Polistyrol
1000.06
Kopolimer
styren/akrylonitryl
(SAN)
Luvan
Vestyran
Owisan
1100.08
Poli(metakrylan
metylu) (PMMA)
Metapleks
Pleksiglas
1200.03
Poliacetal (POM)Tarnoform
Delrin
Celcon
1200.08
Politetrafluoro-
etylen (PTFE)
Tarflen
Teflon
z brązem 2800.5

Na panewki stosuje się także inne materiały jak twarde drewno (gwajak, dąb), gumę oraz grafit, a w mechanizmach precyzyjnych kamienie szlachetne (rubin, szafir), szkło i inne materiały.

W chwili obecnej na panewki łożysk ślizgowych stosuje się również intermetale. Są to związki międzymetaliczne stanowiące fascynującą grupę nowych materiałów będących połączeniem tytanu i aluminium w prawie jednakowych udziałach. Wynikowa struktura związku jest całkiem inna od struktury składników. Związki międzymetaliczne nadają się na panewki łożysk ze względu na niski ciężar właściwy i dobre własności zachowane w wysokich temperaturach.


Do góry


Materiał zaczerpnięty z literatury [2] i [3]