industri vink plastglidelejer teknisk brochure

Transkript

1 industri vink plastglidelejer teknisk brochure

2 Vink 2

3 INDHOLDSFORTEGNELSE Side Indledning... 4 Hvad er et glideleje?... 5 Valg af materialer... 6 Materialeegenskaber... 9 Radialglidelejer...11 Aksialglidelejer...14 Glideplader...16 Konstrukton, udformning og montage Omregningstabeller/SI-enheder Litteraturliste Vink 3

4 INDLEDNING Formålet med denne bog er at give vore kunder et hurtigt og overskueligt overblik over hvilke plastmaterialer, der med fordel kan anvendes til fremstilling af glidelejer. Bogen henvender sig primært til personer, som løser løbende vedligeholdelsesopgaver i virksomhederne, og som inspiration for ingeniører og andre teknikere til at anvende plast i forbindelse med konstruktionsopgaver i plastlejer. Bogen giver en beskrivelse af, hvilke faktorer der specielt skal lægges vægt på, inden man træffer sit materialevalg. Endelig beskrives hvordan aksiale og radiale glidelejer samt glide plader udformes henholdsvis dimensioneres. Afslutningsvis behandles egnede montageformer til de forskellige lejetyper. Denne bog besvarer naturligvis ikke alle spørgsmål omkring plastglidelejer, hvorfor vore teknikere kan kontaktes på tlf Det er vore kunders sikkerhed for altid at anvende plast, hvor det er forbundet med fordele. Dernæst beskriver den, hvilke materialemuligheder der vil være til den konkrete opgave. Vink 4

5 HVAD ER ET GLIDELEJE? Et glideleje er et maskinelement, hvori der udføres en glidende bevægelse mellem to flader. I det følgende vil vi skelne mellem tre forskellige glidelejer: Et radialglideleje, hvor lejet er belastet af en radial kraft fra akslen, der udfører en roterende bevægelse. Et aksialglideleje, hvor lejet er aksialt belastet. En glideplade, hvor kraften virker vinkelret på pladen, og hvor der ofte er tale om frem- og tilbagegående bevægelse. Andre lejetyper kan være føringer og bøsninger. Her vil glidehastigheden og dermed varmeudviklingen normalt være lille. Anvendelsesområder Karakteristika Glidelejer i plast er kendetegnet ved, at de: Fungerer ved tørløb Kræver minimal vedligeholdelse Har god kemikaliebestandighed Er dæmpende for stød, støj og vibrationer Er elektrisk isolerende Giver vægtbesparelser Giver en omkostningsbesparende fremstilling Ikke påvirkes af urenheder De enkelte materialeegenskaber, der er relevante for valg af lejematerialet er beskrevet mere udførligt senere i denne bog. Primært anvendes plast til glidelejer, der er tørtløbende eller delvist smurte, og hvor der ellers kræves vedligeholdelsesfrie løsninger. Glidelejer af plast anvendes endvidere, hvor der stilles krav til kemikalie- og korrosionsbestandighed eller krav til dæmpning af støj og vibrationer. For oplysninger om bearbejdning henviser vi til håndbogen»plastguiden«. Leveringsmuligheder findes på vores hjemmeside Vink 5

6 valg af materialer Ved valg af materiale til glidelejer er det vigtigt at vurdere, hvilke forhold lejet skal kunne fungere under. De vigtigste forhold er: Temperaturområdet Kontakt med slidende medier Kontakt med levnedsmidler Fladetrykket Aggressivt miljø Stød eller vibrationer Overfladebeskaffenhed Omdrejningstal Målfasthed Før et valg foretages, bør man vurdere de oven for nævnte forhold: Er de relevante i forbindelse med den påtænkte anvendelse? I hvilket omfang? Er der andre forhold, der skal tages hensyn til? Når disse vurderinger er foretaget, kan man indkredse anvendelsesområder i tabel 1. I kolonnen»anvendelse«er nogle eksempler grupperet inden for nogle typiske områder. I næste kolonne angives de generelle arbejdsbetingelser for de nævnte områder. Disse betingelser skal så vidt muligt stemme med de vurderinger, der er foretaget. I kolonnen»materiale«kan betegnelsen for det anbefalede materiale findes. Er arbejdsbetingelserne ikke i overensstemmelse med de arbejdsbetingelser vi har anført i tabellen, bør man undersøge nogle af de alternative materialer. Temperaturområde En vurdering af temperaturområdet er vigtig for at kunne vælge det rette lejemateriale. Typisk skal et glideleje fungere ved»stuetemperatur«(ca. 23 C) eller ved udendørs anvendelse i området -30 C til +50 C (80 ved sort materiale i direkte sollys). Afhængig af belastning og glidehastighed vil lejet varmes op under drift, og temperaturen i lejet kan derfor være højere end omgivelsernes temperatur. En hjælp til vurdering af et radiallejes temperatur findes på side 11. Kontakt med slidende medier Nogle glidelejer udsættes for urenheder eller slidende medier som for eksempel sand. Glidelejematerialet skal da kunne modstå slid og kunne indkapsle urenhederne. I den forbindelse skal man være opmærksom på lejets slid på modglidefladen. Kontakt med fødevarer Kommer glidelejet i direkte fødevarekontakt, er det et krav at plasten lever op til forordning EC 1935/2004 og er testet iht. forordning EC 10/2011. Dette er et krav hvis glidelejet fremstilles i EU, også selvom lejet skal bruges udenfor EU. Endvidere er der normalt krav om, at plasten også skal være FDA godkendt, såfremt lejet skal bruges i USA. Alle plasttyper fra Vink Plast er benævnt FKM* såfremt de er egnet og godkendt til direkte fødevarekontakt. * FKM = Fødevare Kontakt Materiale. Sporbarhed og fødevarekontaktmaterialer Alle FKM materialer fra Vink Plast leveres med overensstemmelseserklæring og halvfabrikata er mærket, så de der er fuld sporing tilbage til råvaren. Der er også fuld sporbarhed tilbage til råvaren for bearbejdede emner via det enkelte ordrenummer. Vi anbefaler at bruge farven blå til lejer, da det giver en god visuel sporbarhed hvis uheldet skulle være ude og der knækker dele af lejet. Det er også muligt at få metal-detekterbar plast, så små plastdele kan spores via en metaldetektor. Overfladebeskaffenhed for modglideflade plast mod plast Især overfladen for modglidefladen har stor betydning for glide lejets funktion og levetid. Det anbefales at en modglideflade i metal bør have en hårdhed HRc >50 (er et must for drift i et groft slidende miljø, ellers vil begge materialer slides meget hurtigt. Jo lavere hårdhed, jo hurtigere slides begge materialer. En kombination med et relativt blødt ikke-jernholdig metal kan ikke anbefales. I tabellen nedenfor findes anbefalede ruhed (Ra) for en modglideflade i metal, målt parallelt med den retning som plastmaterialet glider. Ruhed Ra i μm Materiale 0,25 0,50 POM 0,25 0,75 PEHD, PETP, PPS, PEEK, PAI, PBI 0,50 1,00 PA, PVDF Modglideflade plast mod plast Såfremt der vælges en løsning med plast som arbejder mod en modpart af plast, er det vigtigt, at vælge to plasttyper med forskellige hårdheder. En kombination af plast mod plast betyder dårligere mulighed for bortledning af varme og dermed større deformation f.eks. af tænderne ved et tandhjul. For plast mod plast kan anbefales kombinationerne: PEHD 1000 mod PA, POM, PETP eller PETP TX PA mod POM, PETP eller PETP TX POM mod PETP eller PETP TX Normalt vil man vælger at bruge den blødeste plast (det som skal slides) til det emne som er mindst kompliceret og billigst at udskifte. Vink 6

7 valg af materialer Tabel 1 Anvendelse Arbejdsbetingelser materiale Alternativ Køleanlæg - i slidende medier PEHD 1000 PE-typer Kemianlæg - i fødevare/levnedsmiddelindustrien PA-typer Vejmaskiner - ved lavt fladetryk PVDF Kædeprofiler - ved min C og max. 50 C ECTFE Grafiske maskiner - i aggressivt miljø Fjederbøsning - stødbelastet PA 6 PA-typer Landbrugsmaskiner - vibrationsdæmpende POM Koblingsskiver - ved middelhøjt fladetryk PEHD Stævnrørsleje - ved min. -40 C og max. 100 C Kardanled - i forbindelse med olie, fedt eller benzin - mod glat til delvis ru modpart - i forbindelse med urenheder Kranleje - ved store lejedimensioner PA 6 PLA PA-typer Bøsning i rulle - ved højt fladetryk POM - ved min. -30 C og max. 120 C PETP - i forbindelse med olie, fedt eller benzin - mod glat til delvis ru modpart Lejeforing til hjul - med konstante glideegenskaber PA LFX PETP TX - ved højt fladetryk PA-typer - ved min. -40 C og max. 120 C PETP - ved lave hastigheder/omdrejningstal PEHD - mod glat til delvis ru modpart Glideklodser - ved højt fladetryk PA 6.6 PA-typer Beddingsvogn - ved min. -30 C og max. 120 C POM Rullelejer - i forbindelse med olie, fedt eller benzin PETP - mod glat til delvis ru modpart PETP TX - i forbindelse med urenheder Papirfabrikation - med kraftig dæmpning PA 12 G PA-typer Sukkerfabrikation - dimensionsstabilt i vandige omgivelser - ved middel fladetryk - ved min. -30 C og max. 110 C - i basiske opløsninger Finmekaniske dele - i fødevare/levnedsmiddelindustrien PETP PETP TX Undervandsanlæg - med præcis føring POM Føringer - ved højt fladetryk PA-typer Oscillerende leje - ved min. -30 C og max. 120 C Finmekaniske dele - i fødevare/levnedsmiddelindustrien POM C PETP Elektromekanik - dimensionsstabilt i væsker PVDF Husholdningsmaskiner - ved højt fladetryk PA-typer - ved min. -40 C og max. 100 C PETP TX - mod glat modpart Vink 7

8 valg af materialer Anvendelse Arbejdsbetingelser materiale Alternativ Elektronik - ved min. -40 C og max. 150 C PA 4.6 PETP TX Glideplader - ved højt fladetryk PEEK - vibrationsdæmpende PA-typer - stødbelastet PETP - i fobindelse med olie, fedt eller benzin PPS HPV - mod glat til delvis ru modpart - i forbindelse med urenheder Højtryksrensere - ved min C og max. 260 C PEEK PA 4.6 Slidplader - ved meget højt fladetryk PI Aktuatorer - ved meget høj hastighed/omdrejningstal PEEK HPV Finmekanik - i aggressivt miljø PPS HPV - vibrations- og støddæmpende - med præcis føring Føringer i printere - ved min C og max. 360 C PI PEEK Måleudstyr - ved meget høj hastighed/omdrejningstal PTFE - ved højt fladetryk PEEK HPV - under radioaktiv stråling Kemianlæg - i meget aggressivt miljø PTFE PI Højfrekvensteknik - ved min C og max. 260 C PEHD - ved lavt fladetryk ECTFE - mod glat modpart med lav hårdhed Kemianlæg - i meget aggressivt miljø ECTFE PTFE - ved middellavt fladetryk PVDF - ved min C og max. 180 C - i slidende medier Kemianlæg - i fødevare/levnedsmiddelindustrien PVDF ECTFE Fødevareindustri - ved min. -40 C og max. 150 C PEHD - ved middelhøjt fladetryk PTFE - i aggressivt miljø Vink 8

9 MATERIALEEGENSKABER Sammenligning af lejematerialer foretages bedst ved at vurdere forskellige materialeegenskaber. For materialer til glidelejer er det af betydning at vurdere: Temperaturområde for anvendelse Maksimal belastning (træk/tryk) Varmeledningsevne Friktion Slidstyrke Dimensionsstabilitet Som tidligere omtalt er det vigtigt at vurdere glidelejets driftstemperatur. Figur 1 viser i hvilke temperaturområder de enkelte materialer kan fungere. Som det fremgår spænder plastmaterialerne fra -260 C til 360 C. Polyamiderne samt materialerne PETP og POM er glidelejematerialer, der anvendes ved normale driftstemperaturer og belastningsforhold. Ved højere temperaturer eller belastninger anvendes PEEK eller PI. PI mest til hurtigtkørende lejer. PEHD 1000 og fluorplasttyperne PTFE, ECTFE og PVDF anvendes fortrinsvis i aggressive miljøer og ved begrænset belastning. Temperaturområde ( C) PEHD 1000 PA 6 PA 6PLA PA LFX PA 6.6 PA 12G PETP POM C PA 4.6 PEEK PI PTFE Figur 1. Anvendelsestemperaturer for forskellige lejematerialer. ECTFE PVDF Da mange materialeegenskaber er temperaturafhængige, skal der tages hensyn til dette i forbindelse med valg af materialet. Figur 2 viser tilladeligt fladetryk for typiske lejematerialer ved 40 C. De viste niveauer vil give en deformation på 2% efter ca timers drift. I tabel 3 side 10 angives tilladelige fladetryk ved forskellige temperaturniveauer. PEHD 1000 og PTFE kan tåle et begrænset fladetryk og bæreevnen falder betydeligt ved stigende temperaturer. PEEK kan tåle det største fladetryk og beholder bæreevnen op til C. PI har næsten samme bæreevne som PA-typerne PETP og POM, men kan belastes selv ved 250 C. Under kontinuert drift vil glidelejet udvikle friktionsvarme. Materia-lets evne til at bortlede denne varme er af betydning for lejets funktion. Værdier for varmeledningsevnen er vist i figur 3. Som det fremgår har PI og PEHD 1000 de bedste varmeledningstal. Disse materialer anvendes da også fortrinsvis til små ofte hurtigkørende lejer. PEHD 1000 dog kun ved lave belastninger, da materialets bæreevne er lav især ved højere temperaturer. PVDF ECTFE PTFE PI PEEK PA 4.6 POM C PETP PA 12G PA 6.6 PA LFX PA 6 PLA PA 6 PEHD Figur 2. Tilladeligt fladetryk ved 40C (MPa) Maksimalt tilladeligt fladetryk ved 40 C. (2% deformation efter 1000 timer.) PVDF har en lav varmeledningsevne og en høj friktionskoefficient. Dette mateiale vil således have en større varmeudvikling end de øvrige glidelejematerialer. Varmeudviklingen opstår ved friktion mellem aksel og lejemateriale. PVDF ECTFE PTFE PI PEEK PA 4.6 POM C PETP PA 12G PA 6.6 PA LFX PA 6 PLA PA 6 PEHD ,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 Varmeledningsevne (W/mK) Figur 3. Varmeledningsevne. Vink 9

10 MATERIALEEGENSKABER Figur 4 viser den dynamiske friktionskoefficient ved tørløb mod stål. Den bedste glidelejeløsning fås ved kombinationen plast-stål, men også plast-pom C mod plast-pehd 1000 kan anbefales. Det aktuelle slid i et glideleje er vanskeligt at vurdere. Figur 5 viser slidmålinger for typiske lejematerialer. Sliddet er stærkt afhængigt af parametre som f.eks. temperatur, overfladeruhed, modglideflade, belastning og miljø. Slid og friktionsforhold kan forbedres ved tilsætning af f.eks. carbonfibre, grafit, PTFE, glasfibre eller aramidfibre. Disse materialetyper kan anbefales, hvor der kræves specielt høj bæreevne, slidbestandighed eller dimensionsstabilitet. Lejematerialernes egenskaber er sammenfattet i tabel 2. Udover disse egenskaber kan værdier for varmeudvidelsen og vandoptagelsen aflæses i tabellen. Disse parametre har betydning for vurdering af materialets dimensionsstabilitet. Figur 4. Dynamisk friktionskoefficient ved tørløb mod stål. Dimensionsændringer, hidrørende fra temperatursvingninger og vandoptagelse kan man tage højde for ved dimensionering og målfastsættelse af lejet. Det er derfor kun ved meget præcise føringer, at man bør benytte disse materialeparametre som baggrund for materialevalget. Tabel 2. Materialedata for typiske plastmaterialer til glidelejer. Figur 5. Slidfaktor for lejematerialer. Densitet Fugtoptagelser mættet i vand ved 23 C Temperaturudvidelseskoefficient mellem 23 og 100 C Varmeledningsevne Maximal anvendelsestemperatur i luft kortvarig Maximal anvendelsestemperatur i luft vedvarende Minimum anvendelsestemperatur Trækstyrke ved flydning/brud E-Modul g/cm³ % m/(mx C) W/( Cxm) C C C N/mm² N/mm² PAI 1,41 4,4 40 0, / PI 1, , / PTFE 2,14-2, >24/> PEEK 1,31 0, , / PPS HPV 1,42 0,2 50 0, / PVDF 1,78 <0, , / PETP TX 1,44 0, , / PETP 1,39 0,5 80 0, / POM C 1,41 0, , / PA 4.6 1,19 9,5 90 0, / PA 66 SA 1, , / PA LFX 1,135 6,3 90 0, / PA6 PLA 1,15 6,5 90 0, / PA6 SA 1, , / PEHD ,93 <0, , Vink 10

11 Radialglidelejer Et radialglidelejes bæreevne er begrænset af driftstemperaturen. Denne afhænger af omgivelsestemperaturen, varmeudviklingen i lejet samt lejekonstruktionens evne til at bortlede varmen. Varmeudviklingen opstår ved friktion mellem leje og aksel og er altså afhængig af glidehastighed, de valgte materialer samt belastningen. Ved langsomt kørende lejer er varmeudviklingen ubetydelig, og lejet kan alene vurderes ud fra belastningen. Ved højere glidehastigheder øges driftstemperaturen og denne forøgelse bør vurderes, idet den påvirker lejets bæreevne. Langsomt kørende leje Et langsomt kørende leje (<5 m/s) vil kun udvikle en begrænset mængde varme, og omgivelsernes temperatur kan derfor opfattes som lejets driftstemperatur. Fladetrykket på et radialglideleje kan beregnes som: p: fladetryk (MPa) p = F F: belastning (N) d b d: akseldiameter (mm) b: lejebredde (mm) Fladetrykket på lejet skal være mindre end lejets bæreevne, der fremgår af tabel 3 for forskellige driftstemperaturer. Lejets bære-flade kan øges ved at ændre lejedimensionerne. Lejebredden b bør normalt vælges i området 0,7...1,5 x d. Uden for dette område kan der forekomme kantning, ringere varm ledning og dårlig udnyttelse af bærefladen. Korttidsbelastet max. Langtidsbelastet max timer 1 time 23 C Indspændt* 23 C 23 C 40 C 60 C 80 C 100 C 150 C 200 C 250 C 300 C Tivar PEHD Ertalon PA Ertalon PA PA 12G Ertalon PA Ertalon PA LFX og LFG Ertalon PA LFX og LFG Ertalon PA 6.6-GF Nylatron 703 XL Nylatron NSM Nylatron GS og MC Nylatron GSM Ertacetal POM C Ertacetal POM H Ertalyte PETP Ertalyte PETP-TX Symalite PV DF Techtron PPS-HPV Ketron PEEK Ketron PEEK-TX Ketron PEEK-HPV Ketron PEEK-GF Ketron PEEK-CA PTFE Flouresint Flouresint Duratron PAI Duratron PAI PI Duratron PBI Tabel 3. Lejematerialets bæreevne i MPa ved forskellige temperaturer. Bæreevnen er fastlagt ved 1...2% deformation efter 1000 timers drift. *) Se indspændt side 16. Godstykkelsen e bør vælges som 0,05...0,1 x d. Ved stødbelastede lejer kan kraftigere godstykkelser (0,1...0,15 x d) anbefales. Dette kan dog forringe lejets evne til at bortlede varmen. Normalt kørende leje Varmeudviklingen i et glideleje vil hæve driftstemperaturen, hvis varmen ikke bortledes. Det er derfor vigtigt at vurdere temperaturstigningen i lejet som følge af driftsforholdene. Temperaturstigningen afhænger af fladetrykket p, akseldiameteren d, det valgte materiale, akselmaterialet samt glidehastigheden v. Glidehastigheden kan bestemmes ud fra omdrejningstallet for akslen ved: Temperaturstigning (C) PEHD 1000 PVDF ECTFE, PEEK, PA PET, POM-C, PPS BG PI, PA LFX PET PX PTFE PEEK TX v = π d n v: glidehastigheden (m/s) π: 22/7 eller 3, n: omdrejningstallet (omdr/min) d: akseldiameter (mm) pvd (N/mm 2 m/s mm) Figur 6. Temperaturstigning i glidelejet ved forskellige belastningstal. Temperaturstigningen kan nu bestemmes udfra p v d ved hjælp af figur 6, idet fladetrykket p er givet som beskrevet for langsomt kørende lejer. Bemærk! Figur 6 er fremkommet ved at vælge bredden af lejet til b = 0,7 x d og godstykkelsen til e = 0,1 x d. Som tidligere omtalt vil andre lejedimensioner give ændrede driftsforhold. Specielt vil større gods tykkelser resultere i en større stigning af temperaturen. Omvendt vil mindre godstykkelser give lavere stigninger i temperaturen. Driftstemperaturen for et radialglideleje bestemmes ved T drift : Driftstemperatur ( C) T drift = T omg + T T omg : Omgivelsestemperatur ( C) T: Temperaturstigning ( C) For at lejet skal kunne fungere skal fladetrykket p være mindre end lejematerialets bæreevne ved den aktuelle driftstemperatur. Denne bæreevne fremgår af tabel 3. Smøres lejet vil man få en lavere temperaturstigning. Et tilnærmet udtryk for driftstemperaturen for et smurt leje er givet ved: T drift : Driftstemperatur ( C) T drift = T omg T T omg : Omgivelsestemperatur ( C) T: Temperaturstigning ( C) Vink 11

12 Radialglidelejer Målfastsættelse Ved beregningen af lejet har man fastlagt den indvendige diameter d, lejebredden b samt godstykkelsen e og dermed den ydre diameter D. Den ydre diameter angiver samtidig det nominelle mål for lejehuset. Målfastsættelsen af lejet afhænger af den valgte bearbejdning og montage samt af driftsforholdene. e d D Ipresningsovermål 1,0% 0,9% 0,8% 0,7% 0,6% 0,5% 0,4% 0,3% 0,2% 0,1% 0,0% D, ydre lejediameter (mm) Figur 7. Overmål på yderdiameter (D) i procent af diameteren. Overmålet ( i ) beregnes som: i = D ipresningsovermål b Montage Afhængig af den valgte montagemetode vil lejedimensionerne ændres. Ved ipresning ønskes der et vist overmål på yderdiameteren for at sikre fastholdelse af lejet. Dette overmål er standardiseret i DIN Figur 7 angiver dette overmål i procent af diameteren. Ved ipresning vil inderdiameteren reduceres tilsvarende, men under længere tids drift vil denne effekt aftage som følge af spændingsudløsning. Normalt anbefales et spillerumstillæg for inderdiameteren på 50% af overmålet givet ud fra figur 7. Temperaturudvidelse Under drift kan temperaturen i lejet stige, hvilket vil medføre dimensionsændringer i lejet. For at undgå klemning skal der sikres et tilstrækkeligt spillerum i lejet. Dette spillerum skal kunne optage ændringer i godstykkelsen som følge af temperatursvingninger. Ændringer i godstykkelsen kan beregnes ved hjælp af den termiske udvidelseskoefficient, der er angivet i tabel 2. Det nødvendige tillæg til lejespillerummet er vist i figur 8 i procent af akseldiameteren. Temperaturstigningen i lejet kan skønnes ud fra figur 6. Ved montagen bør der sikres et spillerum til udvidelse af lejets bredde. Dette spillerum bør være mindst 5-7 gange spillerummet på diameteren. Fugtudvidelse Især ved polyamidlejer skal man tage hensyn til dimensionsændringer som følge af fugtoptagelse. Figur 9 viser det nødvendige spillerumstillæg i procent af akseldiameteren for PA 6 og PA 4.6. For de øvrige polyamidmaterialer er fugtudvidelsen væsentligt mindre (ca. halvdelen) - som det fremgår af tabel 2. I 20 varmt vand vil fugtudvidelsen stabiliseres efter måned. Konditionering til maksimal fugtoptagelse kan foretages i forbindelse med fremstillingen af lejet, og man undgår dermed variation under drift. Andre plastmaterialer optager fugt i begrænset omgang som angivet i tabel 2. Fugtudvidelse har for disse materialer kun betydning ved meget præcise føringer. Grundspillerum De netop nævnte spillerumstillæg skal foretages for at undgå klemning af akslen. Under ugunstige forhold kan lejediameteren blive lig akseldiameteren. For at opnå en glidepasning mellem aksel og leje, skal der derfor sikres et vist grundspillerum. Dette spillerum er standardiseret efter DIN 1850 og angives i figur 10 i procent af akseldiameteren. Spillerum 2,0% 1,5% 1,0% 0,5% 0,0% Temperatur stigning ( C) PEHD PTFE PVDF PA 12 G, POM C PA PEEK,HPV PI, PEEK, PET TX, PPS BG, ECTFE, PET Figur 8. Spillerumstillæg ved temperaturudvidelse. Tillægget er angivet i procent af akseldiameteren. Temperaturstigningen kan anslås ud fra figur 6. Tillægget ( t ) beregnes som: t = d spillerummet 2,0% 1,6% Fugtudvidelse 1,2% 0,8% 0,4% 0,0% Relativ fugtighed (%) Figur 9. Fugtudvidelse for PA 6 og PA 4.6. Spillerumstilægget ( f ) kan beregnes som: f = d fugtudvidelse Vink 12

13 Radialglidelejer Bearbejdningstolerancer Ved normal bearbejdning i plast kan der opnås tolerancer efter IT-9 (svarende til H9 eller h9). Denne grundtolerance er angivet i figur 11 i procent af diameteren. Da plastglidelejer kan optage deformationer i størrelsesordenen 1-2%, kan man ofte anvende et grovere toleranceområde (f.eks. IT-11). Ønskes meget præcise føringer kan man ved nogle plastmaterialer opnå tolerance efter IT-7 og IT-8. Sådanne tolerancer bør dog undgås, da det forudsætter indgående kendskab til bl.a. driftstemperatur og fugtindhold. Den endelige målfastsættelse af lejet fremgår af figur 12. Bearbejdningsmålene angiver: +q Ydre diameter: D y = D + i o +q Indre diameter: D i = d + i + t + f + g o d: Akseldiameter i: Ipresningsovermål efter figur * t: Temperaturudvidelse efter figur 8 f: Fugtudvidelse efter figur 9 g: Grundspillerum efter figur 10 o: Nedre tolerance (0 mm) q: Bearbejdningstolerance efter figur 11 * ipresningsovermål medtages kun hvis lejet skal ipresses. Grundspillerum 1,0% 0,9% 0,8% 0,7% 0,6% 0,5% 0,4% 0,3% 0,2% 0,1% 0,0% Akseldiameter (mm) Figur 10. Grundspillerum for sikring af glidepasning. Grundspillerummet ( g ) beregnes som: g = d grundspillerum 0,9% 0,8% 0,7% Grundtolerance 0,6% 0,5% 0,4% 0,3% 0,2% 0,1% 0,0% Diameter (mm) Figur 11. Bearbejdningstolerance efter arbejdsgrad 9. Tolerancen ( q ) bestemmes som: q = D grundtolerance 1 2 i Lejehus 1 2 g D y d i Aksel d i+ t + f 2 2 Figur 12. Bearbejdningsmål for radialglideleje. a viser bearbejdnings mål, og b viser lejemål efter montage og under drift. Vink 13

14 Aksialglidelejer Et aksialglidelejes bæreevne er som ved radialglidelejer be grænset af driftstemperaturen. Varmeudviklingen i lejet og lejets evne til at bortlede varmen påvirker driftstemperaturen, der også er afhængig af omgivelsernes temperatur. Varmeudviklingen opstår som følge af friktion mellem leje og aksel og er altså afhængig af glidehastigheden, de valgte materialer samt belastningen. For et aksialglideleje vil glidehastigheden variere fra inder- til ydersiden af lejet. Normalt vil man benytte en gennemsnitlig glidehastighed til vurdering af lejet. Ved langsomt kørende lejer er varmeudviklingen lille og den tilladelige belastning fremgår af tabel 3. Ved højere glidehastigheder kan lejet vurderes ved hjælp af p v-værdien, der udtrykker lejets driftsforhold. Typiske, tilladelige p v-værdier fremgår af tabel 4. Langsomt kørende leje Et langsomt kørende leje vil kun udvikle en begrænset mængde varme. Hvis den gennemsnitlige glidehastighed er mindre end 0,02 m/s, kan lejet betragtes som langsomt kørende. Fladetrykket kan da beregnes som: p: Fladetryk (MPa) F: Belastning (N) 22 4 F π: p = < P 7 eller 3, π (D 2 d 2 til ) d: Aksel diameter (mm) D: Ydre leje diameter (mm) P til : Bæreevne (MPa) Den tilladelige belastning findes i tabel 3 for forskellige driftstemperaturer. Normalt kørende leje Et aksialglideleje vil normalt have en ringere bortledning af varme end et radialglideleje. Varmeudviklingen er som tidligere nævnt afhængig af glidehastigheden og den aktuelle belastning på lejet. p.v-værdien giver et indblik i lejets driftsforhold og typiske, tilladelige p.v-værdier kan findes i tabel 4. Glidehastigheden for et aksial glideleje varierer fra inder- til yderkanten af lejet. En gennemsnitlig værdi kan bestemmes ved: v = π (D + d) n v: Glidehastighed (m/s) π: 22 7 eller 3, D: Ydre leje diameter (mm) d: Aksel diameter (mm) n: Omdrejningstallet (omdr/min) Fladetrykket på lejet kan bestemmes som ved langsomt kørende lejer. Den tilladelige belastning kan findes i tabel 3. Ved hjælp af glidehastigheden v og fladetrykket p kan udtrykket p v bestemmes: p: Aktuel belastning (N/mm 2 ) p v < pv til p v: Aktuel pv-værdi (N/mm 2 m/s) v: Glidehastighed (m/s) p v til : Tilladelige p v-værdi (N/mm 2 m/s) Bemærk! Tabel 4 er fremkommet ved generaliserede forsøg. Godstykkelsen på aksialglidelejet vil have en afgørende indflydelse på lejets evne til at bortlede varme. Som ved radialglidelejer vil tynde godstykkelser bortlede varmen bedst. Smurt ved montage Smurt Tørløb PEHD ,08 0,14 0,008 PA 6 0,12 0,4 0,12 PA 6 PLA 0,14 0,5 0,14 PA LFX 0,28-0,28 PA 6.6 0,14 0,5 0,14 PA 12G 0,12 0,4 0,12 PETP 0,16 0,5 0,16 POM C 0,14 0,45 0,14 PA 4.6 0,14 0,45 0,14 PEEK 0,3 1 0,3 PI 3,5 12 3,5 PTFE - - 0,005 ECTFE PVDF Tabel 4. p v-værdierne er målt ved forskellige hastigheder og er således gennemsnitlige værdier. De angiver den tilladelige p v-værdi i N/mm 2 m/s før kraftigt slid opstår. Målfastsættelse Ved beregning af lejet har man fastlagt lejets udformning, yderdiameteren (D), inderdiameteren (d) samt lejetykkelsen (e). Målfastsæt telsen vil afhænge af lejets udformning, specielt om lejet også skal fungere som lejebøsning eller radialleje. e d D Montage For aksialglidelejer, der samtidig virker som bøsning eller radialglideleje, vil man ofte anvende ipresning ved montage. Overmål på yder- og inderdiameteren kan da fastlægges efter figur 7. Vink 14

15 Aksialglidelejer Temperaturudvidelse Da lejet er belastet i aksialretningen vil temperaturudvidelse i denne retning være hæmmet. For at undgå klemning af akslen bør der sikres et spillerum mellem aksel og inderdiameteren i lejet. Størrelsen af dette spillerum afhænger af den forventede temperaturstigning under drift. Temperaturstigningen i lejet kan vurderes ud fra den beregnede p v-værdi ved at sammenligne denne med værdierne i tabel 4 (side 13). Tabel 4 viser p v-værdier ved maksimal temperaturbelastning. Spillerumstillægget til inderdiameteren kan bestemmes udfra figur 8, der angiver tillægget i procent af diameteren. Fugtudvidelse Fugtoptagelse kan også resultere i klemning af akslen. Dette er specielt gældende for polyamidlejer, og figur 9 viser det nødvendige spillerumstillæg. Spillerummet tager højde for ændringer i relativ luftfugtighed fra 10% til 100%. Denne fugtudvidelse vil stabiliseres efter måned afhængig af temperaturen. Konditionering af lejet kan foretages i forbindelse med fremstilling af lejet, og man undgår derved variationer i lejet under indkøringen. Grundtolerance 6,0% 5,0% 4,0% 3,0% 2,0% 1,0% 0,0% Diameter (mm) Figur 13. Bearbejdningstolerancer efter arbejdsgrad 11. Tolerancen bestemmes som: q = D grundtolerancen Grundspillerum Grundspillerummet for inderdiameteren vil afhænge af aksiallejets udformning. Skal lejet samtidig fungere som radialglideleje bør spillerummet vælges efter figur 10. Ved bøsninger og rene aksiallejer kan man med fordel anvende et større grundspillerum. e Belastning Aksialbelastningen af lejet kan resultere i klemning om akslen som følge af deformationer i lejet. Der kan tages højde for denne deformation ved et spillerumstillæg på inderdiameteren. Dette tillæg kan vælges til cirka 1% af lejetykkelse (u = ). Dette spillerumstillæg bør især vælges ved reneaksial glidelejer. Bearbejdningstolerancer Ved normal bearbejdning i plast kan der opnås tolerancer efter IT-9. Ved montage af aksiallejer kan man dog ofte tillade større tolerancer for eksempel arbejdsgrad 10 eller 11. Figur 13 viser grundtolerance efter IT-11 i procent af diameteren. Tolerance på lejetykkelsen kan vælges efter DS 2768 grov typisk ±0,2 mm. 1 g 2 d+t+f+g+u± q o D± q o Aksel Den endelige målfastsættelse for et typisk aksialglideleje fremgår af figur 14. Bearbejdningsmålene angiver: d Lejehus Ydre diameter: D +q o Figur 14. Indre diameter: d + t + f + g + u +q o t: Temperaturudvidelse efter figur 8 f: Fugtudvidelse efter figur 9 g: Grundspillerum efter figur 10 u: Belastningsspillerum q: Bearbejdningstolerance efter figur 13 Vink 15

16 Glideplader En glideplades bæreevne er som ved radial- og aksiallejer begrænset af driftstemperaturen. Glidehastigheden vil ofte være meget lav og varmeudviklingen fra friktionen er derfor begrænset. Fladetrykket på glidepladen kan bestemmes som: p = F A p: Fladetryk (MPa) F: Belastning (N) A: Belastet areal (mm 2 ) Det belastede areal A er entydigt bestemt ved lastoverførsel mellem plane glideflader. Belastningen på glidebanen kan dog også komme fra krumme flader som hjul eller ruller. Det kan da være vanskeligt at bestemme arealet af glidefladen. For sådanne glideplader kan fladetrykket tilnærmes med: p = K F E B D p: Fladetryk (MPa) F: Belastning (N) E: Elasticitetsmodul for glidematerialet (mm) B: Bredden af hjulets eller rullens trædeflade (mm) D: Diameter af hjul eller rulle (mm) K: Kombinationsfaktor Elasticitetsmodulet for glidematerialet kan findes i tabel 2. Kombinationsfaktoren K afhænger af rullens eller hjulets stivhed: Kplast = 0,591. For ruller og hjul af plast. Kmetal = 0,835. For ruller og hjul af metal. Glidematerialets bæreevne fremgår af tabel 3. Større bæreevne kan opnås, hvis pladens udvidelsesmuligheder begrænses (materialet indspændes). PTFE glideplader kan således opnå en bæreevne i størrelsesordenen 14 MPa *. For glideplader spiller fugt- og temperaturudvidelse også en vigtig rolle. Angivelse af bearbejdningsmål vil afhænge af udformningen af glidepladen. Det anbefales at benytte bearbejdningstolerancer efter DS Ved montage af glidepladen bør der tages hensyn til temperaturudvidelse og for PA også fugtudvidelse. Belastes glidepladens fulde areal under drift, bør der også tages hensyn til dette ved montagen. * Ved indspænding menes at mindst 75% af glidematerialets vægtykkelse er lagt ned i en metallomme. F 75% Glidemateriale B D Metallomme Vink 16

17 Konstruktion, udformning og montage I det følgende vises en del eksempler på montagemetoder. Noget af det vigtigste ved montagen er at sikre, at lejerne ikke med tiden går løs fra lejehuset, idet man da ikke med sikkerhed får glidningen til at ske på den tilsigtede flade. En anden meget vigtig faktor er spillerum for udvidelser såvel på grund af temperaturstigninger som på grund af stigninger i den relative fugtighed. C I B II A B A C Figur 15. Viser en meget anvendt metode til fastlåsning af en kravebøsning. A: Undersænket skrue. B: Kravebøsning. Bemærk at lejet er kortere end lejehuset, så der er plads til en længdeudvidelse. C: Lejehus. Skruefastgørelsen sikrer, at lejet ikke roterer. Samtidig er man sikret, at en eventuel længdeudvidelse kan ske i en forudbestemt retning. Figur 16. Et eksempel på fastgørelse af et glat leje. Lejerne mærket I er korrekt monteret. A: Stifter der låser lejet mod rotation og aksialforskydning. Stifterne kan være lavet af plast, svarende til lejematerialet eller af kobber. B: Glideleje af plast. C: Lejehus. Ved at placere låsestiften i midten af lejet halveres længdeudvidelsen. Der skal her laves spillerum i begge ender. Lejet mærket II viser en forkert fastgørelse. Ved en eventuel længdeudvidelse kan lejet ikke flytte sig. Der vil, hvis den forhindrede udvidelse er stor nok, ske en udbulning af lejets midte. Dette giver en punktvis lejeberøring med risiko for stor varmeudvikling. O 0,1-0,2 Figur 17. Viser lejebøsning for ipresning. Fastlåsning sikres ved lim ning. Den viste spiralnot fyldes ved ipresning med lim. Den skråtstillede not sikrer, at der ikke kan ske nogen bevægelse, hverken i radial- eller aksialretning. O er den fyldte limfuge. Vink 17

18 Konstruktion, udformning og montage C A B A B C Figur 18. Fastgørelse af lejepander. A: En plade i plast eller i kobber. Denne sikrer kun, at der ikke sker en radial bevægelse. Aksial bevægelse må sikres på anden måde. B: Lejepander. C: Lejehuset. Figur 21. Giver et andet eksempel på fastgørelse af glideskinner. A: Glideføringer, der holder skinnen mod underlaget, men samtidig sikrer udvidelsesmulighed. B: Glideskinne. C: Underlag. Glideskinnen kan også her eventuelt fikseres i midten, hvorved der skal gives glidemulighed til to sider. a b b Q Snit Q - Q a b Q b C B A S Figur 22. Viser fast fiksering af glideskinne. A: Undersænket skrue. B: Glideskinne. C: Underlag. a = mm. b = mm, a og b målene afhænger af, hvor store temperaturændringer der kan være tale om, og hvilket materiale der anvendes (varmeudvidelseskoefficientens størrelse). Figur 19. Eksempel på montage af splitbøsning. Splitten er beregnet til at udligne målændringer. S: Hærdede stålskiver. I II E D B C A Figur 20. Viser fastgørelse af glideskinne, så udvidelse er sikret såvel i længderetning som i tykkelse. A: Skrue for fastgørelse. B: Glideskinne. C: Underlag. D: Spillerum for tykkelsesændring. E: Spor til længdeudvidelse. Hele fastgørelsessystemet kan være nedsænket i glideskinnen. Ved at fiksere skinnen midt på halveres længdeudvidelsen. Der må til gengæld laves spor i begge ender. Figur 23. Viser snaplåsprincippet anvendt ved lejemontage. I: Leje med snaplås lavet ved hjælp af slidser. II: Lejet presset i lejehus. Lejet kan sikres mod rotation ved at sætte en stift ned i slidsporet. Vink 18

19 Konstruktion, udformning og montage F B S F Di D hus D bearb. α Figur 26. Viser et todelt lejehus helt i plast. S: Et stålrør eller stålbøsning der sikrer, at skruebelastningen ikke medfører deformation af lejehusene B. F: Et stålunderlag. Figur 24. Eksempel på leje af 2 bøsninger, der ved montagen danner fedtdepotet F. C D i = D hus 0,995 α = I II e a c b FORKERT Figur 27. Giver et andet eksempel på anvendelse af snaplås, her for at sikre at der ikke sker nogen aksialbevægelse, når aksel med lejet B bevæges i huset C. B C d B Figur 25. Viser montage af støtte og/eller kørehjul. I: Rigtigt monteret med passende spillerum a. II: Forkert, idet en udvidelse af lejet vil medføre klemning. b: Mellemlægsskiver. c: Stålophæng. d: Hjul. e: Låsestift der fastlåser lejet i hjulet. Figur 28. Viser et to-delt leje B, der er monteret i lejehuset C. Den viste skilleflade mellem lejerne egner sig godt til limning. Vink 19

20 Omregningstabeller/SI-enheder SI-enheder. Størrelse SI-enhed Andre enheder Forhold Omregning Bemærkninger Anbefalet Hidtidig enhed Faktor enhed fi 1. Længde, flade, volumen 1.1 Længde Meter m For grunde og 1.2 Flade Kvadratmeter m 2 Ar a 1 a = 102 m 2 Hektar ha 1 ha = 104 m 2 jordstykker 1.3 Volumen Kubikmeter m 3 Liter l 1 l = dm 3 = 103 m 3 Ved normaltilstand (Tn = 273,15 K, P n = 1,01325 bar) er det molære normvolumen af den ideelle gas Vmn = 22,414 m 3 /kmol 1 ) 1.4 Udvidelse Meter pr. meter m/m 2. Tid 2.1 Tidsvarighed Sekunder s Minut min 1 min = 60 s Time h 1 h = 60 min Dag d 1 d = 24 h 2.2 Frekvens Hertz Hz 1 Hz = 1/s 2.3 Omdrejningstal Reciprokke 1/s Reciprokke 1/min 1 min = 1 sekunder minut, omdrejninger pr. min. 60 s 2.4 Hastighed Meter pr. m/s Kilometer km/h 1 km/h = 1 m/s sekund pr. time 3,6 2.5 Accelleration Meter pr. m/s 2 sekund i anden 2.6 Volumenstrøm (Volumengennemløb) Kubikmeter m 3 /s pr. sekund 1 m 3 /s = 3600 m 3 /s Normal faldaccelleration gn = 9,81 m/s Massestrøm (Masse - gennemløb) Kilogram pr. sekund kg/s 1 kg/s = 3600 kg/h 2.8 Diffusionskoefficient Kvadratmeter m 2 /s pr. sekund 3. Kraft, energi, ydelse 3.1 Kraft Newton N 1 N = 1 kg m/s 2 N 0,102 kp 10-4 Mp 10 5 dyn 1 kp = 1 kg 9,81 m/s 2 i dag: 1 N = 1 kg 1 m/s Impuls Newtonsekund N s 3.3 Tryk (mekanisk) Væskers tryk Newton pr. N/m 2 kvadratmeter Pascal Pa Bar bar 1 Pa = 1 N/m 2 1 bar = 10 3 mbar = 10 5 Pa = 10 5 N/m 2 N/mm 2 10,200 kp/cm 2 0,102 kp/mm 2 bar 1,020 at 0,987 atm 750,000 Torr 1,020 kp/cm 2 10,000 m WS mbar 0,750 Torr 0,750 mm Hg 10,000 mm WS Overtryk P o = x bar Undertryk P u = x bar Absolut tryk P abs = x bar Vink 20

21 Omregningstabeller/SI-enheder Størrelse SI-enhed Andre enheder Forhold Omregning Bemærkninger Anbefalet Hidtidig enhed Faktor enhed fi 3. Kraft, energi, ydelse 3.4 Mekanisk spænding Newton pr. N/m 2 kvadratmeter Pascal Pa se 4 Joule J 3.5 Energi, arbejde, Varmemængde Kilowatttimer Elektronvolt kwh ev 1 J = 1 N m = 1 W s 1 kwh = 3,6 MJ 1 ev = 1, J 10,2 kp cm kj 0,239 kcal J 2, kwh 3.6 Kraftmoment Drejemoment Bøjemoment Newtonmeter N m 3.7 Ydelse Energistrøm Varmestrøm Watt W 1 W = 1 J/s = 1 N m/s = 1 VA W 0,239 cal/s 0,102 kp/ms kw 1,36 HK 4. Mekaniske egenskaber 4.1 Mekanisk spænding, træk-, bøje-, brudstyrke elasticitets-, tryk-, relaxations-, krybe-, torsions-, modul Newton pr. N/m 2 kvadratmeter N/tex 1 N/mm 2 = 1 MPa km 1 N/tex = 1 N g N/mm 2 10,200 kp/cm 2 0,102 kp/mm dyn/cm 2 cn/dtex 10,200 km For textilfibre jordstykker 4.2 Brudarbejde, beskadigelses-, gennembrydningsarbejde Brudarbejde ved trækforsøg Slagarbejde 4.3 Slag-, kærvslagsejhed med hensyn til prøvetværsnit Slagtræk-, kærvslagtræksejhed Slag- og kærvslagsejhed med hensyn til prøvebredde Newtonmeter N m N m 10,200 kp cm Joule pr. J/m 2 kvadratmeter Joul pr. meter J/m N m** 1 kj/m 2 = 1 mm 2 N mm/ mm 3 0,102 kp cm/ cm 3 N mm 0,0102 kp cm kj/m 2 10,200 kp cm/cm 2 J/m 0,102 kp cm/cm For slagpendul 4.4 Kugletrykshårdhed (DIN 53456) Newton pr. N/m 2 kvadratmeter N/mm 2 10,200 kp/cm 2 * Omregningen sker på den måde, at man multiplicerer antallet af f.eks. kw med faktoren 1,36, hvorved man får antal HK, altså: 10 kw x 1,36 = 13,6 HK eller omvendt: man dividerer antal HK med faktoren 1,36 og får antal kw, altså: 10 HK : 1,36 = 7,35 kw. ** Anbefales sandsynligvis som enhed for sejhed. Vink 21

22 Omregningstabeller/SI-enheder SI-enheder. Størrelse SI-enhed Andre enheder Forhold Omregning Bemærkninger Anbefalet Hidtidig enhed Faktor enhed fi 5. Temperatur, varme 5.1 Temperatur Kelvin K Grad C 5.2 Længdeudvidelseskoefficient Celsius K -1 1/ C t ( C) = T T o = T 273,15 K T o = 273,15 K 5.3 Volumenudvidelseskoefficient K -1 1/ C 5.4 Entropi, varmekapacitet Joule pr. Kelvin J/K J/ C kj/k 0,239 kcal/ C 5.5 Varmekapacitet specifik Kelvin J kg K J/kg C J kcal kg K 0,239 kg C 5.6 Varmeledeevne W K m W/m C W kcal K m 0,860 m h C 5.7 Varmegennemløbstal, varmeovergangstal W W/m 2 C W kcal K m 2 K m 2 0,860 m2 h C 5.8 Varmegennemløbsmodstand, varmeovergangsmodstand 5.9 Temperaturledeevne K m 2 W Kvadratmeter m 2 /s pr. sekund K m 2 m 2 h C W 1,163 kcal m 2 1 m 2 s 3600 h 5.10 Varmeafledning Joule pr. kvadratmeter J/m 2 J/m 2 0,239 cal/m 2 * Omregningen sker på den måde, at man multiplicerer antallet af f.eks. kw med faktoren 1,36, hvorved man får antal HK, altså: 10 kw x 1,36 = 13,6 HK eller omvendt: man dividerer antal HK med faktoren 1,36 og får antal kw, altså: 10 HK: 1,36 = 7,35 kw. Vink 22

23 Litteraturliste Litteraturliste VDI Richtlinien, Gleitlager aus thermoplastischen Kunststoffen, VDI 2541 DIN norm, Gleitlager THERMOPLASTE: Klassifizierung, Bezeichnung, Empfehlungen, DIN ISO 6691 Plastguiden, Vink Plast Spåntagende Plastbearbejdning, Vink Plast Kunststoffe für Gleilager, Technische Kunststoffgesellschaft Formulas for Stress and Strain, Roark & Yong Vink 23

24 Vink Plast A/S Kristrup Engvej 9 DK-8960 Randers SØ Tlf Fax info@vink.dk