Diagnostyka łożysk ślizgowych

Różnica konstrukcyjna między łożyskiem tocznym a ślizgowym jest oczywista, ale jej konsekwencje diagnostyczne już nie. W łożysku tocznym obciążenie przenosi skończona liczba elementów tocznych przetaczających się po bieżniach, a lokalne uszkodzenia mogą generować impulsy o charakterystycznych częstotliwościach, które można wyznaczyć na podstawie geometrii łożyska i prędkości obrotowej. W łożysku ślizgowym obciążenie przenosi film smarny o grubości zwykle rzędu dziesiątek mikrometrów, rozłożony na powierzchni czynnej panewki. Nie ma tu typowego dla łożysk tocznych źródła regularnych impulsów. Jest natomiast układ dynamiczny, którego sztywność i tłumienie zależą od obciążenia, prędkości obrotowej, temperatury oraz właściwości środka smarnego.
W przemyśle szeroko stosowane są panewkowe łożyska promieniowe, w których elementem współpracującym z panewką jest czop wału. Obok nich pracują łożyska wzdłużne (oporowe), przenoszące siły osiowe za pośrednictwem powierzchni oporowych, często w postaci pojedynczej panwi lub segmentów, w tym segmentów wahliwych. Panewki mogą mieć konstrukcję pełną lub dzieloną, powierzchnie profilowane, a także rowki i kieszenie smarne. W maszynach wysokoobrotowych, w których szczególne znaczenie ma stabilność dynamiczna wirnika, stosuje się również konstrukcje wielopłatowe i segmentowe. Zróżnicowanie geometrii nie jest przy tym przypadkowe – pozwala kształtować charakterystyki dynamiczne łożyska, w tym jego sztywność i tłumienie, a tym samym wpływać na zachowanie wirnika i ograniczać ryzyko wystąpienia drgań wymuszonych oraz samowzbudnych.
Podstawowy podział łożysk ślizgowych przebiega jednak wzdłuż linii sposobu wytwarzania nośności. Łożysko hydrodynamiczne wytwarza ciśnienie w filmie smarnym dzięki ruchowi względnemu współpracujących powierzchni i odpowiednio ukształtowanej szczelinie. Konstrukcyjnie nie wymaga ono zewnętrznego źródła ciśnienia oleju, jednak podczas rozruchu i wybiegu film smarny może nie zapewniać pełnego rozdzielenia współpracujących powierzchni, przez co występuje tarcie mieszane lub graniczne. Łożysko hydrostatyczne otrzymuje środek smarny z zewnętrznego układu zasilającego, który podaje go pod ciśnieniem do odpowiednio ukształtowanych kieszeni. Dzięki temu może utrzymywać film smarny również przy zerowej prędkości obrotowej. Zaletą jest możliwość praktycznie bezkontaktowego rozruchu, wadą – większa złożoność układu oraz konieczność zapewnienia pracy pompy i całego układu zasilania.
Rozwiązania hybrydowe łączą mechanizmy hydrostatyczny i hydrodynamiczny. Zewnętrzne zasilanie olejem pod ciśnieniem może wspomagać wytwarzanie nośności przy małych prędkościach, podczas rozruchu i wybiegu, natomiast wraz ze wzrostem prędkości coraz większą rolę odgrywa efekt hydrodynamiczny. Sposób wykorzystania zasilania hydrostatycznego zależy jednak od konkretnej konstrukcji i układu sterowania – w niektórych rozwiązaniach może ono pozostawać aktywne również podczas pracy ustalonej. Takie połączenie pozwala wykorzystać zalety obu sposobów smarowania i odpowiednio kształtować charakterystyki statyczne oraz dynamiczne łożyska.

Diagnozujemy węzeł, nie część

Najczęstszy błąd przy ocenie uszkodzonej panewki polega na traktowaniu jej jak elementu, który „się zużył”. Tymczasem panewka jest tylko jednym z uczestników układu tribologicznego, w którym równorzędnymi aktorami są czop wału, luz łożyskowy, geometria szczeliny, obciążenie i jego charakter, prędkość obrotowa, temperatura oraz właściwości reologiczne środka smarnego. Zmiana któregokolwiek z nich przesuwa punkt pracy na krzywej Stribecka i decyduje o tym, czy powierzchnie w ogóle się rozdzielą.
Norma ISO 7146-1, opisująca charakterystykę uszkodzeń metalowych łożysk hydrodynamicznych, formułuje to wprost: analizując uszkodzenie, należy rozpatrywać cały system, a więc łożysko, wał, środek smarny i oprawę, a w razie potrzeby wykonać analizę chemiczną próbki warstwy ślizgowej wraz z badaniem mikrostruktury oraz sprawdzić zawartość filtra. Dodaje przy tym zastrzeżenie kłopotliwe dla każdego, kto lubi jednoznaczne rozpoznania: uszkodzenie bywa efektem kilku mechanizmów działających jednocześ...