Dziś jest sobota, 14 grudzień 2019 r.
Energoelektronika.pl na stronach Facebook REKLAMA MAPA SERWISU KONTAKT
Strona główna Załóż konto Artykuły branżowe Katalog firm Seminaria FAQ Kalendarium Słownik Oferta
Wyszukaj
1USD 3.8234 -0.7% 1EUR 4.2747 -0.23% 1GBP 5.1292 +1.06%
Zaloguj się
Login (adres e-mail):
Haslo:
  Rejestracja
  Zapomniałem hasła
Reklama

Aktualności
32 edycja targów Energetab 2019 juz za cztery tygodnie
więcej
Seminarium utrzynia ruchu - Wałbrzych 2019
więcej
Nowy cykl szkoleń praktycznych związanych z programowaniem sterowników marki Siemens
więcej
Produkcja w Polsce w kontekście Czwartej Rewolucji Przemysłowej
więcej

Zobacz archiwum

Kalendarium
Newsletter
Jeżeli chcesz otrzymywać aktualne informacje o wydarzeniach w branży.
Podaj e-mail do subskrypcji:


Artykuły branżowe
24 sierpień 2010.

Zużycie polimerowych łożysk ślizgowych i uszczelnień

1. Wprowadzenie

   Właściwy dobór materiałów polimerowych, szczególnie w zastosowaniach nietypowych elementów ślizgowych, wymaga przeprowadzenia odpowiednich badań, w warunkach jak najbardziej zbliżonych do warunków rzeczywistych. Należy uwzględnić czynnik smarujący, dyssypację ciepła, dobór materiałów pary trącej, chropowatość powierzchni, tzw. powierzchnię nośną, wielkość powierzchni styku, nacisk powierzchniowy, względną prędkość liniową i inne czynniki eksploatacyjne, które czasami mogą spowodować przyspieszone zużycie.
   Celem badań było wytypowanie materiału polimerowego, który mógłby być stosowany do wykonywania łożysk ślizgowych i uszczelnień, pracujących obrotowo, w warunkach smarowania wodą. Badania zostały zainicjowane przez producenta maszyn do lodów, który chcąc zwiększyć trwałość węzłów łożyskowych i uszczelniających, postanowił chromować, a następnie szlifować powierzchnie czopów wału, wykonywane dotychczas ze stali kwasoodpornej 316.  Trwałość elementów polimerowych, wykonywanych dotychczas z PTFE+CrO (politetrafluoroetylenu z tlenkiem chromu), uległa wielokrotnemu skróceniu. W badaniach jako materiał alternatywny zastosowano PE - UHMW, przede wszystkim ze względu na cenę i dostępność.

2. Stanowisko badawcze

Badania zostały przeprowadzono na maszynie trwałościowej w Instytucie Przetwórstwa Polimerów i Zarządzania Produkcją Politechniki Częstochowskiej (rys.1) [1]. Poprzez przekładnię pasową urządzenia (niewidoczna na zdjęciu - rys.1) napęd z silnika (2) przekazywany jest na wałek (3). Pod układem badawczym umieszczono zbiornik z wodą (4).


Rys. 1. Widok ogólny 1-panel sterujący; 2- silnik elektryczny; 3-wałek;
4-zbiornik cieczy chłodząco - smarującej (woda); 5-obciążenie


Rys.2. Układ badawczy:1-korpus próbki, 2-próbka, 3-przeciwpróbka,
4-zabezpieczenie, 5-rurka doprowadzająca wodę, 6-obciążenie

Poprzez przekładnię pasową urządzenia (niewidoczna na zdjęciu - rys.1) napęd z silnika (2) przekazywany jest na wałek (3). Pod układem badawczym umieszczono zbiornik z wodą (4).
   Na rys.2 widoczny jest korpus próbki (1), próbka (2) osadzona w korpusie i nałożona na przeciwpróbkę (3). Zabezpieczenia (4) uniemożliwiają przesuw poosiowy korpusu próbki (1). Rurka (5)  dostarcza wodę w miejsce tarcia.


Rys.3. Korpus służący do zamocowania próbki - mat. POM. Otwór na powierzchni wybrania Ø55x2 (widoczny po lewej stronie) służy do zabezpieczenia próbki przed obrotem

   Na rys. 3 przedstawiono korpus mocujący próbkę. Otwór Ø40 wykonano w tolerancji H11. Wybranie Ø75x0,75 wykonane zostało w celu przełożenia linki z obciążeniem.

3. Przebieg badań

Do badań przyjęto próbki wykonane z PE - UHMW (polietylen o bardzo dużej masie cząsteczkowej) [2 - 4] oraz z PTFE - CrO (politetrafluoroetylen z dodatkiem tlenku chromu) [5 - 7].
   Próbki wykonano zgodnie z rys.4. Wymiar Ø40 wykonano w tolerancji dodatniej - celem mocowania  z niewielkim wciskiem w korpusie; wymiar Ø35+0,1 kontrolowano po zamocowaniu w korpusie. Wszystkie próbki zostały wykonane na tokarce CNC bezpośrednio po sobie, bez zmiany ustawienia noży skrawających, z takimi samymi parametrami obróbczymi [8, 9].
   Wybranie w kołnierzu próbek służy do zabezpieczenia ich przed obrotem po zamocowaniu w korpusie. Szerokość całkowita próbek 10 mm, wysokość kołnierza 2 mm.


Rys.4. Wymiary próbki i widok ogólny : PE-UHMW i kompozyt PTFE+CrO

Przeciwpróbki zostały wykonane ze stali kwasoodpornej 316. Wymiary przeciwpróbek Ø;35h7 z jednostronną fazą wprowadzającą 0,5-30°/ Ø28,85 x 10,5.

Przed rozpoczęciem badań zużyciowych dokonano zdjęć mikroskopowych powierzchni próbek (rys.5 i 6) i przeciwpróbek (rys.9) oraz pomiarów chropowatości powierzchni przeciwpróbki. Stwierdzono płytsze ślady obróbki na powierzchni PTFE+CrO w porównaniu z powierzchnią PE-UHMW (rys.5 i 6). Wynika to najprawdopodobniej z większej plastyczności PTFE.


Rys.5. Powierzchnia wewnętrzna próbki z PTFE+CrO przed badaniem:
1 - pow. x10;  2 -  pow. x63

Rys.6. Powierzchnia wewnętrzna próbki z PE - UHMW przed badaniem: 
1 - pow. x10;  2 - pow. x63

Podstawowe parametry chropowatości przeciwpróbki wynosiły Ra ~ 0,35 µm, Rz ~ 3 µm, a powierzchnia nośna Rmr > 55% [10], spełnia więc wymagania dotyczące przygotowania powierzchni ślizgowych.

   Badania prowadzono w trybie ciągłym przez 12 godzin. Przeciwpróbka o średnicy zewnętrznej ?35mm obracała się z prędkością 90 obr/min - czyli v ~ 0,16 m/s. Na jej obwodzie umieszczona została osadzona w korpusie próbka obciążona 230 N. Jako ciecz chłodząco - smarująca została użyta woda w obiegu zamkniętym.

4. Wyniki badań

 Do oceny zużycia ściernego zastosowano metodę wagową. Próbki zostały dokładnie zważone przed oraz po przeprowadzeniu badania. Średnie zużycie próbek wykonanych z PE - UHMW wyniosło 0,6% , natomiast średnie zużycie próbek z PTFE+CrO wyniosło 4,5%. Badano po osiem próbek.


Rys.8. Próbka z PTFE+CrO:
1 - w górnej części wypływka; 2 - pocieniona ścianka

 Poza  zużyciem ściernym [11] nastąpiło pełzanie PTFE (rys.9 - 1); miejscu zakończenia przeciwpróbki towarzyszyło wypłynięcie polimeru. Jednocześnie nastąpiło znaczne pocienienie ścianki w miejscu przyłożenia obciążenia (rys.8 - 2). Zjawisko powolnego plastycznego odkształcania się PTFE zaszło pod wpływem długotrwałego tarcia oraz obciążenia.
   Próbki z PE - UHMW nie wykazały widocznego pocienienia ścianki, należało użyć suwmiarki, a niewielkie wypłynięcie polimeru było widoczne dopiero pod lupą.
   Na skutek tarcia nastąpiło przeniesienie polimerów na powierzchnie przeciwpróbki (rys.9), powodując powstanie polimerowego filmu smarnego, który w krytycznych momentach braku smarowania (np. rozruch) może zmniejszyć tarcie, nie powodując zniszczenia układu łożyskowego [12].


Rys.9. Powierzchnia przeciwpróbki przed badaniem 1 - pow. x63 i po badaniu 2 - pow. x63

 Podczas badań nastąpiły dwie niekontrolowane sytuacje ubytku cieczy chłodząco- smarującej (wody) z układu. Skutkowało to w przypadku próbki z PTFE+CrO zwiększeniem zużycia do 9%, natomiast w przypadku próbki z PE - UHMW doprowadziło, z powodu wzrostu temperatury, do jej całkowitego zniszczenia. 

5. Wnioski

Badania dowiodły, że PE - UHMW może być stosowany na elementy ślizgowe ruchu obrotowego, z powodzeniem zastępując kompozyty PTFE. Warunkiem jednak jego stabilnej pracy i mniejszego zużycia w porównaniu z kompozytami PTFE jest zapewnienie odpowiedniego czynnika chłodząco - smarującego i ciągłości jego podawania w obszar tarcia. Brak czynnika chłodzącego przy ciągłej pracy węzła łożyskowego PE - UHMW/metal, ze względu na niską roboczą temperaturę polimeru (+80°C),  może skutkować nieodwracalnym zniszczeniem łożyska. Przy takich samych obciążeniach PE - UHMW jest znacznie mniej podatny na pełzanie, a jego odporność na zużycie jest wyższa niż porównywanego kompozytu PTFE+CrO. Gdyby nie pofałdowanie próbki z PE - UHMW, powstałe w miejscu fazowania  przeciwpróbki, zlokalizowanie zużycia bez posłużenia się suwmiarką byłoby utrudnione.
   Wydaje się bezcelowe wprowadzanie dodatkowej operacji chromowania czopów wałów współpracujących z obrotowymi elementami polimerowymi. Chromowanie powierzchni niewłaściwie wykonane skutkuje powstaniem mikroostrzy skrawających, które poza zużyciem ściernym i pełzaniem (PTFE), wprowadzi mikroskrawanie na obrzeżach płytek chromu. W zastosowaniach obrotowych polerowanie powierzchni stali nierdzewnej w zupełności wystarczy [13].
   Projektując węzły ślizgowe z kompozytów PTFE należy mieć na uwadze ich podatność na pełzanie i starać się w konstrukcjach ją ograniczać przez zastępowanie fazami ostrych krawędzi  na zakończeniach powierzchni roboczych lub wykorzystywać tę cechę, narzucając określony kierunku pełzania np. w pierścieniach przeciwwyciskowych do hydrauliki siłowej [14]. 

WOJCIECH OKULARCZYK 
Politechnika Częstochowska Wydział Inżynierii Mechanicznej i Informatyki Instytut Przetwórstwa Polimerów i Zarządzania Produkcją
TEST Systemy Uszczelniające Częstochowa

LITERATURA
1. Koszkul J., Torchała I. : Badania tribologiczne kompozytów na osnowie politetrafluoroetylenu. (w:)
"Postęp w przetwórstwie tworzyw termoplastycznych". Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 1995, s.165-172.
2. www.celanese.com
3. www.ticona.com
4. www.mikro-technik.com
5. www.dupont.com
6. www.fluon.com
7. www.fluorten.it
8. www.ensinger.pl
9. www.test.pl
10. PN-EN ISO 4287 Specyfikacje geometrii wyrobów - Struktura geometryczna powierzchni: metoda profilowa. Terminy, definicje i parametry struktury geometrycznej powierzchni.
11. Lawrowski Z.: Tribologia Tarcie, Zużywanie i Smarowanie Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1993
12.  www.tribologia.org
13. Barcik J., Okularczyk W., Rawicki N.: Hydrauliczne złącze obrotowe do pracy w szczególnie trudnych warunkach. Hydraulika i Pneumatyka 1/2007, s. 15-18.
14. Blanched T.A., Kennedy F.E. : Sliding wear mechanizm of polytetrafluoroethylene (PTFE) and          PTFE composites. Wear, 153 (1992), s.229-243.

ROTARY SLIDE BEARINGS OF POLYMERS
In the article there were shown research of polymer slide bearing's wear. PE-UHMW and composite PTFE were used to manufacture these bearings. There was built a slide group of perimeter rotary movement in the configuration of a convex cylinder - a concave cylinder. A concave cylinder made of polymer was a sample,  a convex cylinder made of acid resistance steel 316 with a roughness surface Ra=0,35 - 0,4 µm was an anti-sample. A diameter of an anti-sample was 35mm, width of a joint was 10mm, load was 230 N, linear velocity was 0,16 m/s. For cooling and lubrication of a friction junction there was used water in the closed system. There were presented photos of working surfaces before and after the reseaches, the analysis of wear's kinds was made, values of wear were compared with the weight method. A seven times larger resistance of elements made of PE-UHMW for abrasion comparing to composite PTFE was found.

Źródło: Politechnika Częstochowska Wydział Inżynierii Mechanicznej i Informatyki
O nas  ::  Regulamin  ::  Polityka prywatności (Cookies)  ::  Reklama  ::  Mapa stron  ::  FAQ  ::  Kontakt
Ciekawe linki: www.klimatyzacja.pl  |  www.strony.energoelektronika.pl  |  promienniki podczerwieni
Copyright © Energoelektronika.pl