Snaha o nalezení „dokonalého“ návrhu uložení ložisek

Snaha o nalezení „dokonalého“ návrhu uložení ložisek

Měření je rozhodujícím faktorem pro zajištění spolehlivosti provozu točivých strojů.

O návrhu a produkci „dokonalého“ uložení valivých ložisek v motorech a dalších rotačních zařízeních již bylo mnoho řečeno, ba dokonce i uděláno. Montáž těchto zařízení vyžaduje, aby byl umožněn suvný pohyb buď vnitřního uložení vůči hřídeli (ložiskovému čepu), nebo vnějšího uložení vůči pouzdru (otvoru); takže pokud je jedno uložení s přesahem, druhé musí být volné. Výrazy typu „s přesahem“ a „volné“ jsou relativní pojmy, které musejí být přesně definovány, aby bylo dosaženo dokonalého uložení. Je zapotřebí si uvědomit, že jakékoli uložení, které je příliš volné nebo má příliš velký přesah, může vést k předčasnému selhání funkce ložiska a k následným nákladným prostojům ve výrobě.

Uložení s přesahem se obvykle doporučuje pro čepy ložisek motorů. Standardní systém uložení pro čepy radiálních kuličkových ložisek se pohybuje v rozmezí od j5 až m5; standardní systém uložení pouzder je h6 (viz tabulka č. 1). Jedná se o „standardní“ systém uložení, jenž se může lišit v závislosti na konkrétním konstrukčním řešení dané aplikace.

Tabulka č. 1 rovněž zobrazuje, že rozsah tolerance se obecně rozšiřuje podle toho, jak se zvětšuje rozměr ložiska, a že uložení hřídele je vždy konstruováno s přesahem (čep hřídele je větší než vnitřní průměr ložiska), zatímco uložení díry je vždy buď v provedení na nulovou čáru (vnitřní průměr pouzdra má stejný rozměr jako vnější průměr ložiska), nebo volné (vnitřní průměr pouzdra je větší než vnější průměr ložiska).

Tabulka 1: Tolerance měření (červené čáry ukazují potenciální chybu měření). Všechny snímky poskytlo sdružení EASA.

 

Maximální soustředěnost při měření

Volná uložení i uložení s přesahem jsou vyjádřena v „desetinách“ (jednotka se rovná 0,0001 palce nebo 2,54 mikrometru /μm/); jedná se o míru přesnosti, která vyžaduje velkou zkušenost a pečlivost, abychom ji byli schopni přesně změřit. V nedávno provedené studii, do níž bylo zapojeno 16 mechaniků v devíti servisních střediscích, bylo zjištěno, že zkušení mechanici s kalibrovanými, dobře udržovanými mikrometry by neměli mít žádný problém při měření vnějších průměrů čepů v rozmezí ±2 nebo ±3 desetiny (±5,1 μm až ±7,6 μm). V rámci stejné studie však bylo zjištěno, že 25 % provedených měření vnitřního průměru kroužkových kalibrů o známých rozměrech se lišilo o 10 až 20 desetin (0,0010 až 0,0020 palce /25 μm až 51 μm/), ve většině případů v důsledku propadlých kalibračních intervalů měřidel a nesprávného používání strojních norem.

Poznámka: Typické intervaly kalibrací měřicích přístrojů jsou jeden rok; stanovte, co je vhodné pro váš podnik či servisní středisko. Vypracované postupy měření, kalibrací a kontrol by měly být k dispozici v písemné formě. Nejlepší mechanici provedou kontrolní měření oproti porovnávacímu kalibru, pokaždé když sáhnou po jiném měřidlu. Je dobrým zvykem kontrolovat každé měřidlo alespoň jednou za den. Správná technika měření tvoří druhou část rovnice. Tato metoda ověřuje jak měřidlo, tak i uživatele. 

Ložiskové čepy

Obrázek ilustruje důležitost přesného měření uložení čepu hřídele u ložiska 6210, u kterého se přijatelná tolerance pohybuje v mezích od 1,9686 do 1,9690 palce (od 50,002 do 50,013 mm). Dejme tomu, že mechanik naměří hodnotu 1,9687 palce (50,004 mm), pak se nám hodnota tohoto měření jeví jako přijatelná. Nicméně v případě, že mechanik je schopen měřit s přesností ±2 desetin (± 5,1 μm), faktor spolehlivosti toho, že měření je v toleranci, se snižuje na 75 % kapacity, protože pouze 3 ze 4 desetin spadají do tolerance – tzn. že všechny hodnoty od –1 desetiny až po +2 desetiny jsou ještě v toleranci, zatímco hodnoty od –1 až po –2 již v toleranci nebudou. Například hodnota 1,9687 palce až po 0,0002 palce = 1,9685 palce již bude mimo toleranci.

V ložiskovém tělese a na vnějším oběžném kroužku můžeme vidět známky koroze vzniklé otěrem.

 

Uložení hřídele s nadměrným přesahem zvýší předpětí ložiska (sníží jeho vnitřní vůli), což zvýší tření a teplotu a povede k jeho předčasné havárii. Je rovněž důležité, aby nebyla překročena tolerance v opačném směru. Pokud je uložení až příliš volné, umožňuje pohyb v rozmezí od mikropohybu (velmi malé oscilace nebo vibrace) až po prokluzování ložiska na hřídeli. Toto otáčení obvykle vyplývá z kombinace volného uložení a zvýšení vnitřního tření ložiska.

Zvýšené vnitřní tření může mít několik příčin, včetně špatných nebo zhoršených podmínek mazání, poškození žlábku pro valivá tělíska a nadměrného předpětí. Pokud se vyskytne tento typ poškození, ložisko se nakonec bude otáčet i v případě, že bylo původně nainstalováno s vhodnou tolerancí. 


Otvory ložiskových těles

Stejné zásady platí pro otvory ložiskových těles. Je-li uložení příliš těsné, ložiska mohou být poškozena při pokusu o agresivní montáž (tj. pomocí velké palice). Je-li příliš volné, nemusí být dostačující tření mezi vnějším oběžným kroužkem a otvorem ložiskového tělesa, aby bylo zabráněno pohybu v rozmezí od mikropohybu až po prokluzování ložiska v tělese. V praxi se můžeme rovněž setkat s případem, že uložení je při pokojové teplotě v toleranci, avšak při provozní teplotě se roztáhne, což umožní pohyb vnějšího oběžného kroužku, a to zejména u ložiskových těles z hliníku. 


Účinky drobných pohybů

K mikropohybům dochází, když jsou aplikována proměnná zatížení a je zde prostor pro pohyb. I když je omezen jen do té míry, kterou dovoluje uložení tolerančního pásma, může k němu přesto dojít, jelikož otvor v ložiskovém tělese je volný záměrně.

Radiální zatížení má tendenci zabraňovat mikropohybům a silná konzistentní radiální síla je schopna „přišpendlit“ ložiskový kroužek k otvoru. Avšak čím menší je síla, tím vyšší je pravděpodobnost, že bude docházet k mikropohybům (např. dokonale souosá ložiska s přímým spojením by teoreticky neměla vykazovat žádné radiální zatížení).

Mikropohyb způsobuje korozi otěrem (mechanické opotřebení na povrchu), která se zobrazí jako drobné rezavé skvrny na vnitřním nebo vnějším oběžném kroužku ložiska, na hřídeli či ložiskovém tělese (viz obrázek). Vzhledem k tomu, že oxidované oblasti jsou obvykle tvrdší než nosné plochy, koroze otěrem může urychlit mechanické opotřebení. Za příhodných okolností se s korozí otěrem můžeme setkat u všech druhů uložení.

Správné navržení systému uložení ložisek je rozhodujícím faktorem pro spolehlivý provoz točivých strojů. Podmínky použití, včetně typu hnací zátěže, připojení k této zátěži (přímé spojení nebo prostřednictvím řemenu) a vhodného typu ložiska pro danou aplikaci, představují faktory, jež by měly být brány v úvahu pro dosažení vhodného typu uložení.

Nicméně je nanejvýš důležité, aby mechanici používali náležitě kalibrované měřicí přístroje a správné techniky, aby bylo zajištěno precizní měření těchto přesných tolerancí. Nejenže musí být měřidlo kalibrováno podle příslušného plánu, ale správnost jeho měření by měla být rovněž pravidelně ověřována pomocí dílenského kalibru, nejméně však jednou denně.

Jsou-li tato opatření přijata a stále se nemůžete zbavit koroze otěrem, můžete vyzkoušet některé z přípravků, kterých je na trhu velké množství. Promluvte si o dané problematice se svým dodavatelem ložisek.

Jim Bryan zastává pozici specialisty technické podpory v rámci mezinárodního obchodního sdružení Electrical Apparatus Service Association (EASA) se sídlem v St. Louis; tato organizace čítá více než 1 900 firem, jež působí v 62 zemích, a poskytuje servis pro elektrická, elektronická a mechanická zařízení. Pro více informací navštivte www.easa.com.

Řízení a údržba průmyslového podniku

Časopis Řízení a údržba průmyslového podniku již přes 10 let patří mezi neodmyslitelný zdroj informací v oblasti průmyslové údržby a diagnostiky. Část obsahu je z pera licenčních autorů Plant Engineering z USA.

www.udrzbapodniku.cz