Większość inżynierów poszukujących łożyska, które nie wymaga harmonogramu smarowania, generuje minimalne tarcie i pracuje cicho pod ciągłym obciążeniem, ostatecznie dotrze do tej samej architektury materiałowej: podkładka stalowa, warstwa pośrednia ze spiekanego brązu i związek powierzchniowy na bazie PTFE. Ta trójwarstwowa konstrukcja — nazywana inaczej łożyskiem kompozytowym PTFE, tuleją PTFE ze stalowym podłożem lub samosmarującym łożyskiem ślizgowym — jest standardowym rozwiązaniem w zastosowaniach ślizgowych, gdzie otwory smarowe są niepraktyczne, a łożyska toczne są zbyt duże w stosunku do tego zadania.
Zrozumienie, co sprawia, że ta konstrukcja działa i gdzie pasuje każdy wariant, jest podstawą każdej kompetentnej decyzji o wyborze łożyska.
Struktura trójwarstwowa: jak działa łożysko kompozytowe PTFE
Łożysko kompozytowe PTFE to nie tylko tuleja z tworzywa sztucznego. Jest to laminat konstrukcyjny, w którym każda warstwa pełni odrębną rolę mechaniczną, a wydajność gotowego łożyska zależy od współpracy wszystkich trzech.
Zewnętrzna warstwa spodnia to wysokiej jakości stal niskowęglowa. Stal zapewnia wytrzymałość na ściskanie, której nie jest w stanie zapewnić sam PTFE — podłoże przenosi obciążenie z oprawy na konstrukcję łożyska, zapobiega odkształceniom pod dużym naciskiem kontaktowym i zapewnia łożysku stabilność wymiarową niezbędną do uzyskania precyzyjnych tolerancji otworu. Bez tego podłoża warstwa PTFE będzie pełzać i wytłaczać pod obciążeniem.
Warstwa pośrednia to spiekany sferyczny proszek brązu, związany z powierzchnią stalową i częściowo sięgający do znajdującego się nad nią związku PTFE. Ta porowata matryca z brązu spełnia dwie funkcje: tworzy mechaniczną blokadę, która zakotwicza warstwę powierzchniową przed złuszczaniem lub rozwarstwianiem, a jej przewodność cieplna pomaga rozpraszać ciepło tarcia z powierzchni ślizgowej. Warstwa brązu zapewnia również rezerwę wsparcia strukturalnego, jeśli cienka warstwa powierzchniowa PTFE ulegnie miejscowemu zużyciu.
Warstwa wierzchnia jest walcowaną mieszaniną PTFE (politetrafluoroetylenu) i ołowiu. PTFE ma jeden z najniższych współczynników tarcia ze wszystkich znanych substancji stałych — zwykle 0,04–0,20 w zależności od obciążenia i prędkości — i podczas docierania przenosi cienką warstwę smarującą na powierzchnię wału. Ołów działa jak miękki wypełniacz, który poprawia odporność warstwy na płynięcie na zimno pod obciążeniem ściskającym i wydłuża żywotność. Rezultatem jest powierzchnia, która smaruje się w sposób ciągły od wewnątrz materiału, bez konieczności stosowania zewnętrznego oleju lub smaru.
Użyteczny zakres temperatur dobrze wykonanej tulei PTFE na podłożu stalowym obejmuje około -200°C do 280°C, co czyni ją funkcjonalną w zastosowaniach kriogenicznych oraz w urządzeniach pracujących w trybie ciągłym narażonym na działanie ciepła procesowego. W warunkach dużego obciążenia i niskiej prędkości – czyli najczęściej spotykanego trybu pracy w połączeniach oscylacyjnych, prasach i punktach obrotu maszyn rolniczych – możliwe jest osiągnięcie wartości współczynnika tarcia poniżej 0,05.
Tuleja PTFE ze wzmocnieniem stalowym a inne typy łożysk ślizgowych samosmarujących
Samosmarujące łożyska ślizgowe obejmują szerszą rodzinę niż sam kompozyt PTFE. Zrozumienie, gdzie pasuje każdy typ, zapobiega niewłaściwemu zastosowaniu.
Łożyska ze spiekanego brązu (typu Oilite). należy stosować olej przechowywany w porowatej miedzianej matrycy, uwalniany w wyniku rozszerzalności cieplnej podczas pracy i ponownie wchłaniany po zatrzymaniu wału. Nadają się do umiarkowanych prędkości i obciążeń w czystym środowisku, ale słabo sprawdzają się w warunkach zanieczyszczonych lub wilgotnych, gdzie połknięte zanieczyszczenia blokują pory. Mają także ograniczone zasoby ropy naftowej, które z czasem się wyczerpują.
Łożyska z brązu zatykane grafitem użyj osadzonego stałego grafitu jako suchego smaru. Doskonale sprawdzają się w ekstremalnych temperaturach — powyżej 250°C, gdzie PTFE zacząłby tracić stabilność mechaniczną — oraz pod bardzo dużymi obciążeniami statycznymi lub obciążeniami o powolnych cyklach. Są właściwym wyborem dla przenośników pieców przemysłowych, wyposażenia pieców i mechanizmów pras wysokotemperaturowych.
Łożyska kompozytowe PTFE ze stalowym podkładem zajmują najszerszą pozycję ogólnego przeznaczenia: praca na sucho, brak ryzyka zanieczyszczenia, szeroki zakres temperatur, niski poziom hałasu i dobra trwałość w profilach ruchu oscylacyjnego, obrotowego i posuwisto-zwrotnego. Ich cienkościenna konstrukcja — zazwyczaj o całkowitej grubości 1,0–2,5 mm — umożliwia ich dopasowanie do kombinacji wał/oprawa, w których masywne łożysko toczne wymagałoby przeprojektowania otaczającej konstrukcji.
Huazhou Seria łożysk samosmarujących HZ-10 jest zbudowany na bazie właśnie tej trójwarstwowej architektury kompozytowej PTFE, dostępnej z podłożem ze stali, miedzi lub stali nierdzewnej, w zależności od odporności na korozję i wymagań strukturalnych zastosowania. Wariant ze wzmocnioną stalą nierdzewną (HZ1S) zwiększa odporność na kwasy, zasady i wodę morską, rozszerzając zasięg projektu na środowiska morskie, przetwórstwo chemiczne i sprzęt spożywczy.
Gdzie samosmarujące łożyska ślizgowe sprawdzają się najlepiej
Zastosowania, w których łożyska kompozytowe PTFE stale przewyższają rozwiązania alternatywne, mają wspólny zestaw ograniczeń: dostęp do konserwacji jest ograniczony, zanieczyszczenie wyklucza smar lub ograniczenia przestrzenne wykluczają łożyska toczne.
Zawieszenia samochodowe i układy kierownicze są najbardziej ugruntowaną aplikacją. Łożyska ślizgowe sferyczne pokryte PTFE w wahaczach, końcówkach drążków kierowniczych i łącznikach drążka stabilizatora wytrzymują niewspółosiowość kątową, ruchy oscylacyjne i obciążenia udarowe powodowane przez drogę bez konieczności smarowania przez cały okres użytkowania pojazdu. Połączenie niskiego tarcia i wysokiego tłumienia wynikającego z gładkiej geometrii styku zmniejsza NVH (hałas, wibracje, szorstkość) w porównaniu z alternatywnymi elementami tocznymi.
Sprzęt rolniczy i budowlany punkty obrotowe — ramiona ładowarki, zawiasy łyżek, połączenia lemiesza — działają w ściernym błocie i żwirze. Łożyska z PTFE na podłożu z brązu lub ze spiekaną międzywarstwą tolerują te warunki lepiej niż smarowane łożyska igiełkowe, których uszczelnienia szybko ulegają uszkodzeniu pod wpływem wnikania piasku. Gruba powierzchnia styku łożyska ślizgowego rozkłada również obciążenia udarowe na większą powierzchnię niż styki liniowe łożyska tocznego.
Maszyny pakujące i tekstylne wymagają niskiego poziomu hałasu i precyzyjnego, powtarzalnego ruchu przy umiarkowanych prędkościach. Niedopuszczalne jest zanieczyszczenie produktu tłuszczem. Tuleje kompozytowe PTFE pracują cicho i czysto, co czyni je standardem w popychaczach, szynach prowadzących i sworzniach mechanizmów podających w tych branżach.
Nowe systemy pojazdów energetycznych i elektrycznych reprezentują rozwijającą się domenę aplikacji. Wariant HZ1E firmy Huazhou — wykorzystujący nieorganiczny biały wypełniacz zamiast ołowiu — został opracowany specjalnie do zastosowań w pojazdach elektrycznych, gdzie wymagana jest zgodność materiału bezołowiowego, przy jednoczesnym zachowaniu niskiego współczynnika tarcia i parametrów docierania standardowego związku PTFE-ołowiu.
W przypadku zastosowań wymagających zarządzania obciążeniem osiowym wraz z funkcją łożyska promieniowego, Podkładka oporowa z kompozytu PTFE wykorzystuje tę samą trójwarstwową konstrukcję w płaskiej obudowie, a kołnierzowe łożysko samosmarujące integruje powierzchnie promieniowe i oporowe w jednym komponencie.
Parametry wyboru: co kupujący muszą określić
Wybór odpowiedniego łożyska kompozytowego PTFE do danego zastosowania wymaga czterech danych wejściowych: obciążenia, prędkości, temperatury i środowiska. Określają one, czy wystarczająca jest standardowa konstrukcja z PTFE na podłożu stalowym i ołowiu, czy też potrzebny jest wariant — podłoże ze stali nierdzewnej, wypełniacz bezołowiowy i podstawa miedziana zapewniająca większą nośność.
Kluczową granicą wydajności dla tego typu łożyska jest wartość znamionowa PV: iloczyn nacisku kontaktowego (P w MPa) i prędkości poślizgu (V w m/s). W przypadku standardowego kompozytu PTFE-ołów na podłożu stalowym ciągła granica PV wynosi około 0,05–0,10 MPa·m/s przy pracy na sucho i wzrasta do 0,5 MPa·m/s przy smarowaniu przerywanym. Prędkości poślizgu powinny na ogół utrzymywać się poniżej 2 m/s, aby uniknąć nadmiernego nagrzewania spowodowanego tarciem, które przyspiesza zużycie PTFE.
W przypadku zastosowań oscylacyjnych i wolnoobrotowych – większości docelowych zastosowań serii HZ-1 – ograniczenia te rzadko są wiążącym ograniczeniem. Bardziej powszechnym wyzwaniem projektowym jest tolerancja otworu: tuleje z kompozytu PTFE są wciskane w otwór oprawy i w celu utrzymania opierają się na pasowaniu wciskowym, dlatego średnica otworu w oprawie, wykończenie powierzchni i geometria fazowania muszą mieścić się w specyfikacji montażowej producenta, aby uniknąć obracania się tulei w oprawie pod obciążeniem.
Zhejiang Huazhou Technology Co., Ltd. produkuje pełną gamę serii HZ-10 w swoim zakładzie w Nanxun w Zhejiang, wyposażonym w ponad 280 specjalistycznych maszyn i 50 zautomatyzowanych linii produkcyjnych zapewniających dzienną wydajność. Gama produktów obejmuje nie tylko kompozyt PTFE łożyska kompozytowe bimetaliczne do zastosowań o większym obciążeniu, grafitowo-miedziane rękawy do środowisk o ekstremalnych temperaturach oraz inżynieryjne łożyska z tworzyw sztucznych dla wymagań lekkich i odpornych na korozję.
W celu uzyskania konsultacji technicznych i zamówień na próbki należy skontaktować się z firmą Zhejiang Huazhou Technology pod adresem strona kontaktowa firmy lub bezpośrednio pod numerem 86-18957305868.
