Napęd przenośnika w odlewni działał przez osiem miesięcy, zanim uległy awarii łożyska. W oryginalnej konfiguracji zastosowano gumowe uszczelki wargowe, które dociskały się do wału. Pył ścierny przedostał się pod wargę, wyrył rowek w wale i ostatecznie zanieczyścił smar. Konserwatorzy dwukrotnie wymienili łożyska przed przejściem na bezkontaktowe uszczelnienie labiryntowe. Nowa uszczelka nie miała części trących, więc nie zużywała wału, a kręta ścieżka zapobiegała przedostawaniu się większości kurzu. Zmiana ta wydłużyła żywotność łożysk do ponad trzech lat.
Bezkontaktowe uszczelnienia labiryntowe nie są rozwiązaniem uniwersalnym. Sprawdzają się najlepiej, gdy potrzebne jest niskie tarcie, duża prędkość lub długa żywotność w brudnym, ale stosunkowo suchym środowisku. W tym artykule wyjaśniono, jak one działają, jakie szczegóły konstrukcyjne mają znaczenie i jakie znaczenie mają przy doborze łożysk.
Co właściwie robi labirynt bezkontaktowy
Uszczelnienie labiryntowe tworzy długą, krętą szczelinę pomiędzy obracającym się wałem a nieruchomą obudową. Zamiast pojedynczego prostego prześwitu ścieżka wije się zygzakiem przez szereg rowków i grzbietów. Zanieczyszczenia takie jak kurz, piasek lub mgła wodna muszą pokonać tę drogę, aby dotrzeć do łożyska. Każdy obrót zmusza cząstki do zmiany kierunku, a wiele z nich wycofuje się lub traci pęd, zanim dotrą do celu.
Ponieważ pomiędzy częściami uszczelnienia nie ma fizycznego kontaktu, nie występuje tarcie ślizgowe ani zużycie. To jest podstawowa zaleta. Oznacza to również, że uszczelka nie generuje ciepła, a więc nie ogranicza prędkości wału w taki sam sposób, jak uszczelka wargowa. Wadą jest to, że labirynt nie jest całkowicie szczelny. Pozwala na niewielki wyciek i nie jest w stanie powstrzymać zalewu cieczy lub drobnego proszku pod ciśnieniem. Pomyśl o tym raczej jako o silnym środku odstraszającym niż o absolutnej barierze.
Dlaczego łożyska korzystają z bezkontaktowych uszczelnień labiryntowych
Łożyska ulegają awariom z dwóch głównych powodów: utraty smarowania i zanieczyszczenia. Uszczelki stykowe eliminują zanieczyszczenia, ale zwiększają opór i zużycie. Uszczelki labiryntowe rozwiązują problem skażenia bez tych kar. W praktyce oznacza to:
- Niższy moment tarcia, co zmniejsza straty mocy i wytwarzanie ciepła.
- Wyższa dopuszczalna prędkość, często ograniczona przez koszyk łożyskowy lub smarowanie, a nie przez uszczelnienie.
- Brak elastomeru, który twardnieje, pęka lub pęcznieje, dzięki czemu uszczelka działa w szerokim zakresie temperatur.
- Brak zużycia wskutek tarcia, zatem okresy między przeglądami mogą być dłuższe.
Korzyści te mają największe znaczenie w przypadku wysokoobrotowych silników, skrzyń biegów, pomp i rolek pracujących w zapylonych zakładach. Mają one również znaczenie w zastosowaniach, w których powierzchnia wału nie może być hartowana lub gdzie uszczelka wargowa mogłaby porysować wał.
Szczegóły projektu, które decydują o wydajności
Labirynt bezkontaktowy jest tak dobry, jak jego wymiary. Luz promieniowy jest najbardziej krytyczny. Zbyt ciasno, a wirnik może dotykać stojana podczas wzrostu temperatury lub wibracji. Zbyt luźne i uszczelka traci skuteczność. W przypadku małych i średnich łożysk powszechny jest luz promieniowy wynoszący od 0,1 mm do 0,3 mm. Większe łożyska mogą mieć grubość od 0,3 mm do 0,5 mm. Luz osiowy powinien umożliwiać rozszerzalność cieplną bez zamykania szczeliny.
Liczba rowków również ma znaczenie. Pojedynczy rowek pomaga, ale w wymagających środowiskach typowe są trzy do pięciu etapów. Więcej etapów oznacza bardziej krętą ścieżkę, ale wymaga również większej przestrzeni osiowej. Kształt rowka może być kwadratowy, trójkątny lub zaokrąglony. Rowki kwadratowe są łatwiejsze w obróbce i w większości przypadków dobrze się sprawdzają.
Wybór materiału zależy od środowiska. Aluminium jest lekkie i łatwe w obróbce, ale może korodować w środowisku mokrym lub chemicznym. Mosiądz i stal nierdzewna są lepiej odporne na korozję. W niektórych konstrukcjach zastosowano wkładki polimerowe lub PTFE, aby zmniejszyć ryzyko uszkodzenia wału w przypadku kontaktu.
Tabela 1: Porównanie powszechnych metod uszczelniania łożysk w urządzeniach wirujących. | Funkcja | Labirynt bezkontaktowy | Kontaktowa uszczelka wargowa | Metalowa Tarcza (ZZ) |
| Tarcie | Bardzo niski | Umiarkowane do wysokiego | Niski |
| Maksymalna prędkość | Bardzo wysoki | Ograniczone przez prędkość warg | Wysoka |
| Wykluczenie pyłu | Dobry na suchy pył | Bardzo dobrze | Uczciwe |
| Wodoodporność | Słabe lub sprawiedliwe | Dobrze | Biedny |
| Zużycie na wale | Żadne | Można nosić rowek | Żadne |
| Typowy koszt | Wysokaer | Niski | Niski |
Gdzie pasują bezkontaktowe uszczelnienia labiryntowe, a gdzie nie
Labiryntu należy używać, gdy otoczenie jest zapylone, prędkość jest duża, a narażenie na ciecze jest minimalne lub można je odprowadzić. Typowymi przykładami są silniki elektryczne, skrzynie biegów, koła pasowe przenośników, wentylatory, dmuchawy i rolki gąsienic w automatyce przemysłowej. Sprawdzają się również dobrze w hutach stali i maszynach papierniczych, gdzie ciepło i prędkość sprawiają, że uszczelnienia kontaktowe są niepraktyczne.
Unikaj labiryntu, gdy łożysko jest zanurzone, wystawione na działanie wody pod wysokim ciśnieniem lub pracuje z bardzo małą prędkością, gdzie uszczelnienie stykowe jest proste i skuteczne. Unikaj tego również, jeśli dostępna przestrzeń jest zbyt mała dla odpowiedniej liczby rowków. W takich przypadkach lepszym wyborem może być uszczelka wargowa lub uszczelka kombinowana.
Wybór łożysk do uszczelnienia labiryntowego
Wiele standardowych łożysk można zastosować z bezkontaktowym labiryntem, ale oprawa i wał muszą być do tego zaprojektowane. Łożyska kulkowe zwykłe są częstym wyborem, ponieważ wytrzymują obciążenia promieniowe i umiarkowane obciążenia osiowe i są dostępne w rozmiarach pasujących do opraw labiryntowych. W przypadku większych obciążeń osiowych lub obciążeń kombinowanych dwurzędowe łożyska kulkowe skośne oferują szerszy kąt działania i lepszą sztywność. W rolkach gąsienicowych i rolkach prowadzących liniowych często stosuje się uszczelnienia labiryntowe, ponieważ pracują w zanieczyszczonych układach ruchu liniowego o dużej prędkości.
Łożyska kulkowe zwykłe do konstrukcji uszczelnień labiryntowych Zapoznaj się z tą kategorią łożysk, wybierając standardowe łożyska do bezkontaktowych uszczelnień labiryntowych, spośród opcjami serii 42 i 43 do obciążeń promieniowych i umiarkowanych obciążeń osiowych. Zobacz produkt → Określając łożysko, należy zdecydować, czy labirynt będzie zintegrowany z łożyskiem, czy z obudową. Zintegrowane uszczelki oszczędzają miejsce, ale są zastępowane łożyskiem. Uszczelnienia obudowy można serwisować osobno i mogą być bardziej ekonomiczne w przypadku dużych urządzeń. W obu przypadkach tolerancje średnicy otworu łożyska i średnicy zewnętrznej muszą odpowiadać nośnikowi uszczelnienia. Bicie większe niż 0,05 mm może powodować nierówny luz i skracać żywotność uszczelnienia.
Łożyska kulkowe skośne dwurzędowe serii 32, 33 Ta seria 32/33 wytrzymuje duże obciążenia promieniowe i osiowe przy dużej sztywności, pasując do wrzecion obrabiarek, komponentów samochodowych i instrumentów precyzyjnych. Zobacz produkt → W przypadku rolek gąsienic i ruchu liniowego konstrukcja uszczelnienia często obejmuje metalowy labirynt, który chroni elementy toczne przed wiórami i kurzem. Rolki te są stosowane w obrabiarkach, zautomatyzowanych systemach magazynowania i liniach pakujących. Bezkontaktowy labirynt pomaga im utrzymać płynny ruch bez tarcia uszczelki wargowej.
Rolki gąsienic LFR z gotyckimi rowkami łukowymi Te rolki gąsienic LFR wykorzystują gotycki rowek łukowy do rozpraszania naprężeń, stabilnej pracy przy dużych prędkościach lub dużych obciążeniach oraz płynnego ruchu liniowego w systemach automatyki. Zobacz produkt → Jeśli potrzebujesz wskazówek dotyczących konkretnych zastosowań, zapoznaj się z artykułem na temat wybór odpowiedniego łożyska wałeczkowego omawia bardziej szczegółowo kompromisy w zakresie obciążenia, prędkości i uszczelnienia.
Praktyki instalacyjne i konserwacyjne
Nawet dobrze zaprojektowany labirynt może zawieść, jeśli zostanie źle zamontowany. Wykonaj następujące kroki:
- Przed montażem oczyścić wał, obudowę i elementy uszczelnienia. Jedno ziarenko piasku może utrzymać uszczelkę otwartą.
- Sprawdź luz promieniowy i osiowy za pomocą szczelinomierza lub czujnika zegarowego. Zapisz wartości do wykorzystania w przyszłości.
- Nałóż cienką warstwę kompatybilnego smaru na rowki labiryntowe, aby pomóc w zatrzymaniu kurzu w pierwszych godzinach pracy.
- Upewnij się, że otwory spustowe są otwarte i skierowane w dół. Uwięziona ciecz może zalać uszczelkę.
- Po pierwszych 100 godzinach sprawdzić uszczelkę pod kątem zużycia lub przetarć. W razie potrzeby dostosuj wyrównanie.
Podczas rutynowej konserwacji nie należy spryskiwać labiryntu wodą pod wysokim ciśnieniem. Do usunięcia kurzu użyj miękkiej szczotki lub powietrza pod niskim ciśnieniem. Jeśli uszczelka jest zintegrowana z łożyskiem, należy wymienić łożysko, gdy uszczelka jest uszkodzona.
Typowe błędy, których należy unikać
- Luz ustawiony zbyt mocno, aby poprawić uszczelnienie. Powoduje to otarcia, przegrzanie i przedwczesną awarię.
- Ignorując wzrost termiczny. Wał, który w temperaturze roboczej rośnie o 0,2 mm, może zamknąć luz na zimno.
- Korzystanie z labiryntu w zalanej aplikacji. Będzie wyciekać.
- Mieszanie rodzajów smarów. Niektóre smary oddzielają się i blokują ścieżkę labiryntową olejem lub zagęszczaczem.
- Zapominając o drenażu. Bez drenażu woda i olej mogą wypełnić rowki i przenosić zanieczyszczenia do środka.
Każdemu z tych problemów można łatwo zapobiec, przeglądając projekt i wykonując kilka pomiarów podczas montażu.
Bezkontaktowe uszczelnienie labiryntowe to praktyczny sposób ochrony łożysk w zastosowaniach wymagających dużych prędkości, zapylenia lub wysokiej temperatury. Nie zastępuje uszczelki stykowej w warunkach mokrych lub zanurzonych, ale tam, gdzie pasuje, zmniejsza tarcie, zapobiega zużyciu wału i wydłuża żywotność łożyska. Kluczem jest traktowanie luzu, liczby rowków, materiału i drenażu jako systemu, a nie izolowanych szczegółów. Gdy te elementy pasują do zastosowania, uszczelka spokojnie i długo spełnia swoje zadanie.
