4/2015 Technologia i Automatyzacja Montażu

50

ZASTOSOWANIE POŁĄCZEŃ KLEJOWYCH PODCZAS MONTAŻU ŁOŻYSK

Anna RUDAWSKA, Tomasz WARDA, Grzegorz TALATYCKI

S t r e s z c z e n i eTematyka artykułu dotyczy wybranych zagadnień związanych z zastosowaniem połączeń klejowych w montażu łożysk kul-kowych w obudowach przekładni. Przeprowadzone badania miały na celu dokonanie analizy porównawczej wytrzymałości połączeń klejowych łożysk w obudowach przekładni oraz wykazanie, że połączenia klejowe mogą być stosowane jako środek naprawczy dla zużytych elementów. Aby dokonać porównania takich połączeń, przygotowano serie pierścieni, symulujących nowe gniazda o różnych parametrach pasowania, oraz różne stopnie zużycia. Podczas badania połączeń klejowych porów-nano 3 gatunki klejów służących do montażu podobnych elementów. Wykorzystano do tego przygotowane pierścienie oraz łożyska kulkowe, jednorzędowe o symbolu 6207Z (zgodne z normą PN-M-86106:1956P). Na podstawie badań wykazano, że w przypadku połączenia cylindrycznego klejowego pomiędzy łożyskiem kulkowym, jednorzędowym 6207Z, a gniazdem stalo-wym, największą siłę nacisku uzyskał klej Loctite 243, zaś najmniejszą Chester Molecular B36.

S ł o w a k l u c z o w epołączenia klejowe, łożyska kulkowe, kleje

1. Wprowadzenie

Podczas montażu łożysk jedną z metod mocowania i osadzania łożysk na czopach oraz w gniazdach korpu-sów jest klejenie [1–4]. Połączenia klejowe stosowane są często jako środek naprawczy w przypadku wystąpienia luzu pomiędzy gniazdem i pierścieniem lub wałem i pier-ścieniem [4].

Przeprowadzone badania miały na celu dokonanie analizy porównawczej wytrzymałości połączeń klejowych przy montażu łożysk w obudowach przekładni oraz wy-kazanie, że połączenia klejowe mogą być stosowane jako środek naprawczy dla zużytych elementów. Aby do-konać porównania takich połączeń, przygotowano serie pierścieni, symulujących nowe gniazda o różnych pa-rametrach pasowania i różne stopnie zużycia. Podczas badania połączeń klejowych porównano 3 gatunki klejów służących do montażu podobnych elementów.

2. Metodyka badań

2.1. Charakterystyka łożyskDo badań użyto łożysk kulkowych o symbolu 6207Z

(zgodne z normą PN-M-86106:1956P). Pochodziły z jed-nej serii produkcyjnej i zawierały się w tej samej klasie dokładności, co zostało potwierdzone pomiarami. W ba-daniach wykorzystano stalowe pierścienie, które posłu-żyły jako gniazda dla łożysk (tabela 1).

2.2. Warunki wykonania połączenia Opracowana technologia klejenia obejmowała nastę-

pujące operacje: – trzykrotne odtłuszczanie wewnętrznych powierzchni

pierścieni środkiem odtłuszczającym Loctite 7063 poprzez naniesienie i przetarcie, a po ostatnim od-tłuszczaniu – pozostawienie do odparowania,

Tabela 1. Wymiary pierścieni i łożysk kulkowych wykorzystane przy wykonywaniu połączeń klejowychTable 1. The dimensions of the rings and ball bearings used by preparing of adhesive joints

Lp.Średnica wewnętrzna pierścienia (gniazdo)

[mm]

Średnica pierścienia zewnętrznego łożyska

[mm]

Długość połączenia [mm]

Szczelina pomiędzy elementami

[mm]

1 72,00

71,98 17

0,02

2 72,01 0,03

3 72,02 0,04

4 72,03 0,05

5 72,04 0,06

TiAM_4_2015+okladka.indd 50 2015-12-01 09:44:13

Technologia i Automatyzacja Montażu 4/2015

51

– analogiczne odtłuszczanie zewnętrznych powierzch-ni pierścieni łożysk,

– naniesienie równej warstwy kleju na zewnętrzny pierścień łożyska (rys. 1a),

– wsunięcie łożyska z naniesionym klejem w tuleję,

– kilkukrotne poruszenie łożyskiem w tulei celem roz-prowadzenia kleju,

– pozostawienie próbki połączenia do utwardzenia w pozycji poziomej.

Klej nakładany był wstęgami dookoła pierścienia (rys. 1a), a następnie rozprowadzany po całej jego po-wierzchni. Przygotowany pierścień z klejem przedstawio-no na rys. 1b.

Metoda ta wyeliminowała wszelkie problemy z nierów-nomiernym nałożeniem kleju lub powstawaniem pęche-rzy powietrza. W ten sposób nałożenie kleju zapewniało równomierne wypełnienie szczeliny między pierścieniami.

Do przeprowadzenia badań wykorzystane zostały trzy rodzaje klejów anaerobowych: Loctite 243, Loctite 542 oraz Chester Molecular B36. Charakteryzują się one tym, że osiągają pełną wytrzymałość po upływie około 72 godzin w temperaturze pokojowej, ok. 20°C. W po-czątkowym etapie badań zastosowano się do zaleceń producentów. Jednakże na podstawie pierwszych wyko-nanych połączeń zauważono, iż konieczne jest wydłuże-nie czasu utwardzania ze względu na różną warstwę kleju w poszczególnych próbkach. W przypadku utwardzania kleju w próbkach o największym luzie, klej utwardzał się w dolnej części połączenia, która przylegała bezpośred-nio do podłoża, zaś w górnej części pozostawał płyn-ny. Zauważono, że spoina widoczna między łożyskiem a gniazdem pozostała koloru czerwonego, gdzie po utwardzeniu powinna być koloru białego/jasnoróżowego w przypadku kleju Loctite 542. Stwierdzono zatem, że prób-ka nie została utwardzona. Aby to potwierdzić, wykonano próby wytrzymałościowe dla wszystkich pięciu pierście-ni. Próbki wytrzymywały siłę nacisku nieprzekraczającą 1000 N. W późniejszym etapie porównano je z popra-wionymi próbkami i wykazano, że wytrzymałość tych połączeń wynosiła około 10% średniej wytrzymałości. W badaniach właściwych czas utwardzania połączeń kle-jowych wynosił 160–170 godzin, który zapewniał pełne utwardzenie spoiny klejowej we wszystkich wykonywa-nych próbkach, bez względu na rodzaj kleju.

2.3. Badania wytrzymałościoweBadania wytrzymałościowe przeprowadzono na sta-

nowisku pomiarowym, którego głównym elementem była prasa hydrauliczna o maksymalnym nacisku około 19600 N. Do pomiaru siły nacisku wykorzystano mostek tensometryczny z odczytem cyfrowym.

Pierścień, będący gniazdem dla łożyska, umieszczony był w tulei przymocowanej za pomocą śruby do mostka tensometrycznego. W celu ustawienia całego połączenia w jednej osi zastosowano kołnierze i podtoczenia. Pod-czas badań siła została przykładana do wewnętrznego pierścienia. Następnie odczytywano wartość siły niszczą-cej połączenie co 0,5 mm, a każdy kolejny ruch wykony-wano co 5 sekund.

3. Wyniki badań

3.1. Wyniki badań siły niszczącejZestawienie otrzymanych średnich wartości siły nisz-

czącej, potrzebnej do zniszczenia połączenia (adhe-zyjnego i kohezyjnego), pomiędzy pierścieniami łożysk a gniazdami, w przypadku trzech zastosowanych rodza-jów klejów, zaprezentowano na rys. 2, 3, 4. Prezentowa-ne wykresy przedstawiają średnią wartość siły nacisku z 3 serii próbek. Dla każdego rodzaju połączenia wyko-nano po 3 próbki połączeń, co stanowi 15 próbek dla każ-dego rodzaju kleju.

Na podstawie wykresów zaprezentowanych na rys. 2 i rys. 3 zauważono duże podobieństwo w charakterysty-ce obu produktów firmy Loctite. Pomimo nieznacznych różnic w przebiegu krzywych, podobieństwo występuje w przypadku wytrzymałości próbek z różnymi warstwa-mi kleju. Najbardziej wytrzymałe okazały się gniazda o średnicy 72,02 mm (a więc o szczelinie 0,04 mm). Próbki połączeń nr 3 dla klejów Loctite 542 i Loctite 243 wytrzymały nacisk o sile 5663 N oraz 6700 N. Kolejne próbki nr 4 uległy zniszczeniu przy nacisku na poziomie 4329 N i 5258 N. Nieznacznie mniejsze siły potrzebne były do zniszczenia połączeń w próbkach nr 2, o szcze-linie 0,03 mm, odpowiednio: 3983 N i 5111 N. Najmniej wytrzymałe okazały się próbki nr 5, o największej war-stwie kleju, 2950 N dla kleju Loctite 542 oraz 3659 N dla kleju Loctite 243.

Odmiennymi parametrami charakteryzowały się połączenia wykonane za pomocą kleju Chester Mo-lecular B36 (rys. 4). W przypadku tego kleju zauważo-

a) b)

Rys. 1. Nakładanie kleju wstęgami: a) schemat, b) pierścień łożyska z rozprowadzonym klejemFig. 1. The application of adhesive ribbons: a) scheme, b) bearing ring with applied adhesive

TiAM_4_2015+okladka.indd 51 2015-12-01 09:44:13

4/2015 Technologia i Automatyzacja Montażu

52

no, że wraz ze wzrostem grubości spoiny klejowej zmniejszała się wytrzymałość połączenia, dlate-go najmocniejsze były próbki nr 1, 3564 N. Kolejna próbka nr 2 uzyskała maksymalną siłę z 3 serii połączeń równą 3296 N. W miarę zwiększa-nia szczeliny pomiędzy łożyskiem a gniazdem siła stopniowo malała. Przy gnieździe nr 3 maksymalny od-czyt równał się 2878 N. Następne próbki nr 4 i 5 osiągnęły odpowied-nio: 2341 N oraz 916 N.

3.2. Porównanie wyników badańPorównanie otrzymanych rezulta-

tów połączeń klejowych pierścieni ło-żysk i gniazd wykonanych z pomocą trzech badanych klejów zestawiono na rys. 5.

Analizując dane (rys. 5), zauważo-no, że dla próbek wykonanych z za-stosowaniem klejów Loctite, najbar-dziej wytrzymałe okazały się próbki ze średnicą gniazda 72,02 mm. Na tej podstawie można stwierdzić, że optymalna warstwa kleju w przypad-ku badanych klejów firmy Loctite wy-nosi 0,04 mm. Dla produktu Chester Molecular B36 najwyższą siłę naci-sku uzyskano przy warstwie kleju wy-noszącej 0,02 mm.

Siła nacisku uzyskana w przypad-ku połączeń wykonanych za pomocą kleju Chester Molecular B36 (prób-ka nr 1 = 3564 N), stanowi 53,2% wartości siły nacisku uzyskanej przez połączenie klejowe przygoto-wane za pomocą kleju Loctite 243 (6700 N). Jednakże sformułowanie końcowych wniosków jest trudne, gdyż nie można jednoznacznie okre-ślić, czy produkty obu producentów są swoimi bezpośrednimi odpowied-nikami, ze względu na bardzo szero-ką gamę wyrobów.

5. Wnioski

Na podstawie rezultatów przepro-wadzonych badań sformułowano na-stępujące spostrzeżenia:

Rys. 2. Wykres siły nacisku działającej na badane połączenia klejowe łożysk kulko-wych 6207Z wykonane z wykorzystaniem kleju Loctite 542Fig. 2. Graph of pressure force acting on tested of ball bearings 6207Z adhesive joints made using Loctite 542 adhesive

Rys. 3. Wykres siły nacisku działającej na badane połączenia klejowe łożysk kulko-wych 6207Z wykonane z wykorzystaniem kleju Loctite 243Fig. 3. Graph of pressure force acting on tested of ball bearings 6207Z adhesive joints made using Loctite 243 adhesive

Rys. 4. Wykres siły nacisku działającej na badane połączenia klejowe łożysk kulko-wych 6207Z wykonane z wykorzystaniem kleju Chester Molecular B36Fig. 4. Graph of pressure force acting on tested of ball bearings 6207Z adhesive joints made using Chester Molecular B36 adhesive

TiAM_4_2015+okladka.indd 52 2015-12-01 09:44:14

Technologia i Automatyzacja Montażu 4/2015

53

– dla próbek z zastosowaniem klejów Loctite optymal-na warstwa kleju w przypadku badanych klejów firmy Loctite wynosi 0,04 mm,

– w przypadku połączeń wykonanych za pomocą kle-ju Chester Molecular B36 najwyższą wartość siły nacisku uzyskano przy warstwie kleju wynoszącej 0,02 mm.

Podsumowując, wykazano, że w przypadku połącze-nia cylindrycznego klejowego pomiędzy łożyskiem kul-kowym, jednorzędowym 6207Z, a gniazdem stalowym, największą siłę nacisku uzyskał klej Loctite 243, zaś najmniejszą Chester Molecular B36. Dołożono dużych starań, aby warunki wykonywania połączeń były podob-ne, a błąd wykonawczy jak najmniejszy. Można także zauważyć, że w przypadku wystąpienia luzu pomiędzy gniazdem i pierścieniem lub wałem i pierścieniem można wykorzystać kleje jako środek naprawczy.

LITERATURA

[1] Rutkowski A. 1986. Części maszyn. Warszawa: Wyd. Szkolne i Pedagogiczne SA.

[2] Porębska M., A. Skorupa. 1997. Połączenia spójno-ściowe. Warszawa: PWN.

[3] Dietrich M. 2008. Podstawy konstrukcji maszyn. Tom II. Warszawa: WNT.

[4] Zielecki W. 2005. „Konstruowanie klejowych połą-czeń czopowych walcowych”. Technologia i Automa-tyzacja Montażu (1) : 32–35.

_____________________Dr hab. inż. Anna Rudawska, prof. PL – Politechnika Lu-belska, Wydział Mechaniczny, Katedra Podstaw Inżynie-rii Produkcji, ul. Nadbystrzycka 36, 20-618 Lublin.Mgr inż. Tomasz Warda – Politechnika Lubelska, Wydział Mechaniczny, Katedra Podstaw Inżynierii Produkcji, ul. Nadbystrzycka 36, 20-618 Lublin.Mgr inż. Grzegorz Talatycki – absolwent Politechniki Lu-belskiej, Wydział Mechaniczny, ul. Nadbystrzycka 36, 20-618 Lublin.

Rys. 5. Porównanie wartości siły nacisku badanych połączeń klejowych łożysk kulkowychFig. 5. Comparison of the pressure of tested bonded joints of ball bearings

THE APPLICATION OF ADHESIVE JOINTS DURING BALL BEARINGS ASSEMBLY

A b s t r a c tThis article applies to selected issues associated with the use of adhesive joints in the assembly of ball bearings in the gear-box housing. The aim of the study was the comparative analysis of adhesive joints strength of gear bearing housings and to demonstrate that the adhesive joints can be used as a repair of worn parts. One series of rings, simulating the new socket fits with different parameters and different degrees of wear were used to comparison of these joints. During the test the three types of adhesive joints were compared. The rings and ball bearings, single symbol 6207Z (according to PN-M-86106: 1956P) were prepared to the test. Studies have shown that in the case of the adhesive joints between the single-row 6207Z cylindrical roller bearings and the steel socket, Loctite 243 was obtained the highest pressure force and the lowest – Chester Molecular B36.

K e y w o r d sadhesive joints, ball bearings, adhesives

TiAM_4_2015+okladka.indd 53 2015-12-01 09:44:14