Кафедра «Транспортных установок»

Государственный Технический Университет

(МАДИ)

Факультет «Конструкторско-Механический»

Кафедра «Транспортных установок»

Курсовая работа на тему:

«Подшипники скольжения»

 

Студент _________________________________ (Комаров И.А.) Группа 4ТК

Руководитель ________________________________(Буренин В.В.)

Москва 2010 г.

 

Содержание

 

Введение и актуальность исследования 3

1. Трение в опорах скольжения 4

2. Классификация подшипников 6

3. Подшипниковые материалы 13

3.1. Чугун 13

3.2. Цветные алюминиевые сплавы 15

3.3. Порошковые материалы на основе графитов 16

3.4. Синтетические пластически материалы 17

3.5. Прочие неметаллические материалы 18

4. Смазка подшипников скольжения 19

4.1. Нефтяные смазочные масла 19

4.2. Синтетические смазочные масла 19

4.3. Прочие смазочные материалы 21

5. Схема нагружения опорного подшипника скольжения 22

6. Пример расчета подшипников скольжения 23

7. Анализ инноваций за последние годы 25

7.1. Отечественные разработки 25

7.2. Зарубежные разработки 28

8. Фирмы-производители 29

8.1. Отечественные производители 29

8.2. Зарубежные производители 30

9. Заключение 32

10. Список литературы 33
Введение и актуальность исследования.

 

В зависимости от рода трения в подшипнике различают подшипники скольжения, в которых опорная поверхность оси или вала скользит по поверхности подшипника, и подшипники качения, в которых развивается трение качения благодаря установке шариков или роликов между опорными поверхностями оси или вала подшипника. Подшипники качения по сравнению с подшипниками скольжения обладают рядом достоинств. В современном машиностроении подшипники скольжения ограничены лишь некоторыми областями, например, для быстроходных валов, в режиме работы которых долговечность подшипников качения очень мала; для осей и валов, требующих точной установки; для валов большого диаметра, для которых не изготовляют стандартных подшипников качения; когда подшипники по условиям сборки должны быть разъемными (например, для коленчатого вала); когда в связи с восприятием подшипником ударных и вибрационных нагрузок используется демпфирующее действие масляного слоя подшипника скольжения; при работе подшипников в воде, агрессивной среде и т.п., когда подшипники качения скольжения оказываются проще по конструкции и дешевле подшипников качения.

Используя подшипники качения, не всегда удается удовлетворить требования бесшумности, химической и тепловой стойкости опорных узлов. В подобных условиях рациональное решение может быть найдено при проектировании опорных узлов с подшипниками скольжения.

Таким образом, подшипники скольжения смогут конкуриро­вать с подшипниками качения во многих отраслях машинострое­ния, а в ряде случаев предпочтение должно быть отдано именно подшипникам скольжения. Некоторый консерватизм в отношении опор скольжения обусловлен еще и тем довольно распространенным мнением, что потери на трение скольжения при одинаковых условиях эксплуа­тации всегда выше потерь на трение качения. Это ошибочное суждение нельзя распространять на подшипники скольжения, работающие в условиях жидкостного трения, когда слой смазки отделяет рабочие поверхности цапфы и вкладыша друг от друга и исключает возможность непосредственного их кон­такта; потери на трение в этом случае весьма малы и не превос­ходят потерь на трение в подшипниках качения.

Поэтому определение основных тенденций развития конструкций подшипников скольжения является актуальным.

 

1. Трение в опорах скольжения [1, с. 7-11]

Приближенная зависимость для определения силы трения покоя выражается формулой Амонтона

T=fN (1.1)

где N — сила нормального давления между трущимися поверхностями;

f — коэффициент трения скольжения, зависящий от материала и состояния поверхностей. Более точную зависимость дает закон Кулона

Т=fМ + А; (1.2)

где А — постоянная величина, зависящая от сил молекулярного притяжения.

Несколько иная формула для определения коэффициента трения предложена И. В. Крагельским.

(1.3)

 

Где α и β — параметры, зависящие от молекулярных и.механических свойств трущихся поверхностей. Формулы (1.1) — (1.3) относятся к случаю сухого трения. При скольжении же смазанных поверхностей, отделенных друг от друга тонким слоем смазки, сила трения и коэффициент трения не остаются постоянными — они зависят от скорости скольже­ния и свойств смазочной пленки. При достаточной толщине ее, когда поверхности скольжения полностью отделены друг от друга, сопротивление движению определяется силами вязкости жидкости; элементарная тангенциальная сила τпо закону Нью­тона зависит от динамической вязкости μ и градиента скорости dv/dn по нормали к элементу поверхности

(1.4)

Сила трения Т определится как интеграл по поверхности S

(1.5)

Для иллюстрации процесса изменения коэффициента трения в подобных подшипниках скольжения служит кривая Герси-Штрибека, показанная на фиг. 1: при весьма малой скорости скольжения порядка 0,1 мм/сек и очень тонком смазочном слое порядка 0,1 мк имеет место граничное трение; коэффициент f почти не изменяется при возрастании скорости до неко­торого значения; этот период изображается на кривой участком f о — 1. При дальнейшем возрастании скорости коэффициент тре­ния быстро уменьшается; поверхности скольжения отдаляются друг от друга, но не настолько, чтобы исключить возможность соприкосновения отдельных выступов шероховатых поверхно­стей, следовательно, граничное трение не полностью исключено, поэтому такое трение условно называемся полужидкостным (участок 1— 2 кривой).

Коэффициент трения f достигает минимума в тот момент, когда смазочный слой лишь покрывает шероховатости поверх­ностей скольжения; дальнейшее те­чение кривой f определяется в зависимости от безразмерной характери­стики режима работы

 

 

где μ — динамическая вязкость; ω —угловая скорость шипа; p — средняя удельная нагрузка на подшипник:

 

 

где Р — радиальная нагрузка на под­шипник; d и l — его диаметр и длина. С возрастанием величины λ, тол­щина смазочного слоя увеличива­ется, перекрываются с избытком все неровности поверхностей скольжения и исключается непосредственный контакт их; сопро­тивление движению определяется всецело внутренними си­лами вязкой жидкости, поэтому такое трение называется жидкостным (участок 2 — 3 кривой). По мере увеличения λ, и толщины смазочного слоя коэффициент трения несколько воз­растает, соответственно увеличивается и тепловыделение в рабо­чей зоне подшипника. Теоретически наивыгоднейшие условия работы опоры были бы в точке 2 при минимальном значении l, однако здесь нет запаса толщины смазочного слоя, и малейшее уменьшение величины λ, например вследствие снижения вязко­сти жидкости или угловой скорости шипа, повлечет за собой уве­личение коэффициента трения и соответственно большее тепло­выделение, что обусловит повышение температуры смазочного слоя и снижение динамической вязкости смазки μ; таким обра­зом, переход от точки 2 влево влечет за собой прогрессирующее возрастание коэффициента трения и перегрев подшипника. На­оборот, при увеличении λв зоне жидкостного трения на участке 2 — 3 кривой работа подшипника характеризуется стабильностью характеристики режима. Если расчетному режиму работы соот­ветствует точка m, лежащая между точками 2 и 3, то при отклонении от заданного режима вправо к точке n коэффициент тре­ния f увеличится, соответственно возрастет тепловыделение, температура смазочного слоя поднимется, что вызовет снижение динамической вязкости μ, и уменьшение λ, т. е. приближение этой величины к ее расчетному значению. Аналогичный эффект возникнет и при отклонении от расчетного режима влево к точке k, но при этом коэффициент трения снижается, тепловыделение уменьшается, температура падает и вязкость возрастает — в ре­зультате λувеличивается, приближаясь к расчетному значению. Следовательно, практически оптимальному режиму работы со­ответствует не точка 2, а некоторое положение вправо от нее.

При жидкостном трении прекращается износ поверхностей шипа и вкладыша подшипника, так как исключено их непосред­ственное касание; казалось бы, что вопрос о целесообразном подборе материалов для опор скольжения может быть снят, од­нако, это не так: если в расчетном длительном режиме будет обеспечено достаточно большое значение λ, гарантирующее жид­костное трение, то в процессе пуска или остановки машины, когда скорость вращения вала мала, неизбежен будет переход к полу­жидкостному и граничному трению. Для уменьшения трения и износа опор в этих условиях надо подбирать для трущихся пар такие материалы, которые характеризуются наименьшими потерями на трение и возможно низким значением коэффициента сухого трения. Для многих узлов трения, работающих при низ­кой скорости скольжения, режим жидкостного трения вообще недостижим, и работоспособность подшипника определяется в основном антифрикционными свойствами материалов трущихся деталей. Практическим критерием для оценки таких опор слу­жат значения среднего удельного давления р и произведение рv, где v — скорость скольжения. Допускаемые значения [p] и [pv] устанавливаются опытным путем.

 

2. Классификация подшипников [2, с. 243-248]

 

В турбомашинах с дли­тельным ресурсом применяются преимущественно опорные и упорные подшипники скольжения.

Опорные подшипники фиксируют положение ротора относительно статора, воспринимают статическую нагрузку от веса ротора и паровые (аэродинамические) усилия, действующие на ротор в ступенях с парци­альным подводом пара.

При поперечных колебаниях ротора на подшипники действуют дополнительные переменные усилия.

Паровые статические усилия состоят из двух составляющих: неурав­новешенных сил в парциальных ступенях и поперечных сил, возникаю­щих в надбандажных уплотнениях вала при статическом смещении вала или колеса по отношению к центру расточки уплотнения. Усилия в пар­циальной ступени при сопловом регулировании зависят по величине и направлению от последовательности открытия клапанов и режима работы (мощности) турбины. Усилия в уплотнениях пропорциальны смещению центра вала по отношению к центру расточки уплотнения. При центральном расположении вала (колеса) эти усилия равны нулю.

Основная составляющая нагрузки подшипника определяется, как правило, весом ротора, приходящимся на подшипник. Для многоопор­ных роторов на многих подшипниках реакции в опорах являются стати­чески неопределимыми величинами и их значения в процессе эксплуа­тации меняются вследствие взаимных смещений стульев подшипников, вызываемых тепловыми удлинениями элементов корпуса и фундамента машины. При монтаже машины стремятся обеспечить такие условия работы, при которых каждый подшипник воспринимает усилие лишь от веса ротора, отсоединенного от других роторов, т.е. при опоре каж­дого ротора на собственные два подшипника.

Упорные подшипники воспринимают статические обусловленные давлением рабочей среды осевые усилия, приходящиеся на диски, рабо­чие венцы и уступы ротора. Расчет осевых усилий рассматривается в курсе паровых и газовых турбин.

Подшипники скольжения подразделяются на: подшипники с непод­вижными опорными поверхностями; подшипники с подвижными поверхностями.

В пределах каждого класса имеются многочисленные конструктив­ные исполнения, отличающиеся формой расточки вкладыша, местом подвода смазки и т.д.

 

На рис. 2.1 представлены наиболее распространенные схемы опор­ных подшипников.

«Половинный» подшипник (рис. 2.1, а) имеет нижний вкладыш, рас­точенный по цилиндрической поверхности радиуса R. Масло поступает в зазор между нижними вкладышем 1 и шипом 3. Зазор между валом (шипом) 3 и верхним вкладышем 2 настолько велик, что избыточное давление масла в верхней части зазора между шипом и верхним вклады­шем равно нулю,

 

поэтому верхний вкладыш на работу подшипника не оказывает

влияния. Масло, протекающее в верхнем зазоре, служит лишь для охлаждения вкладыша и шейки (в первую очередь вкладыша). Опорная поверхность вкладышей залита баббитом для предупреждения повреждения шейки при задевании вала о поверхность вкладыша и появления сухого трения.

Эллиптический подшипник (рис. 2.1, б) имеет форму расточки, близкую к эллиптической. Коэффициент формы эллиптического под­шипника

(2.1)

где 2∆_В — удвоенный вертикальный зазор; 2∆_Г — удвоенный горизон­тальный зазор между шипом и вкладышем подшипника.

Обычно принимают т = 0,5—0,8.

Форма расточки определяется обработкой внутренней поверхности вкладышей на расточном станке при установке в горизонтальном разъ­еме (между верхним и нижним вкладышами) прокладок, толщина кото­рых

h = 2(∆_Г - ∆_в) = 2∆_гm.

После расточки вкладышей прокладки удаляют и получающаяся при этом форма расточки, называемая «лимонной» расточкой, соответствует зазорам 2∆_В и 2∆_Г.

Подвод масла в эллиптических подшипниках осуществляется обычно в двух точках по окружности. Нижний и верхний зазоры имеют индивидуальную подачу масла. В отличие от половинного подшипника в верхнем зазоре имеется избыточное давление масла.

В эллиптических подшипниках применяются различно расположен­ные канавки во вкладышах (рис. 2.1, г — е). Их применение и местопо­ложение влияет на статические и динамические характеристики подшип­ников. Эллиптические подшипники способствуют повышению динамической устойчивости ротора вследствие увеличенной анизотро­пии — значительной разницы динамической податливости масляной пленки в горизонтальном и вертикальном направлениях.

Сегментный подшипник (рис. 2.1, в) имеет опорные поверхности, выполненные в форме колодок (сегментов) 4, шарнирно опирающихся на корпус 5. Подвод масла для каждой колодки может быть индиви­дуальный.

Сегментные подшипники имеют цилиндрическую или «лимонную» расточку. В последнем случае форма расточки характеризуется коэффи­циентом m, который определяется по формуле (2.1). Сегментные под­шипники также способствуют повышению динамической устойчивости ротора: они не создают так называемых позиционных неконсерватив­ных сил (реакций), способствующих возникновению автоколебаний ротора. Кроме того, сегментные подшипники с индивидуальной пода­чей масла в колодки имеет меньшие потери на трение.

Опорный подшипник показан на рис. 2.2. Вкладыш 1 опорного под­шипника состоит из нижней и верхней половин, стягиваемых болтами 3. Внутренняя поверхность вкладыша имеет баббитовую заливку (баббито­вый слой). Наружная поверхность вкладыша обработана по сфере для возможности поворота вкладыша при его монтажа. Вкладыш устанавли­вают на нижнее полукольцо 4, к которому его притягивают крышкой 2, прикрепленной при помощи шпилек к корпусу подшипника. В верхней половине вкладыша предусмотрена канавка для подачи масла, в нижней половине — подвод масла высокого давления для гидростатического подъема ротора и обеспечения жидкостного трения при трогании и про­кручивании ротора валоповоротом. Гидростатический подъем ротора обеспечивает сохранность баббитового слоя при толчке ротора и малых частотах вращения (при отсутствии гидростатического подъема воз­можно полусухое трение шейки во вкладыше и износ баббитового слоя).

Масло на смазку поступает от масляного насоса через одну из опор­ных колодок 5. Часть масла попадает на смазку нижней половины вкла­дыша у разъема справа, другая — на смазку верхней половины вкладыша.

 

 

Рис. 2.2. Опорный подшипник

Сегментный подшипник с индивидуальным подводом масла к каж­дой колодке изображен на рис. 2.3. Нижние рабочие сегменты 1 выпол­нены составными с внутренними каналами для охлаждения колодок маслом, верхние (установочные) сегменты 6— цельными. Сегменты расположены в установочном полукольце 3 и крышке 5, Сегменты кре­пятся установочными штифтами 4 и специальными зацепами. Установочное полукольцо 3 через колодки 2 опирается на расточку корпуса подшипника и притягивается к корпусу верхней крышкой 5 при помощи шпилек.

 

 

Рис. 2.3. Сегментный опорный подшипник

Упорный подшипник скольжения сегментного типа с самоустанавли­вающимися несущими колодками обычно применяют в комбинации с опорным подшипником. На рис. 2.4, а представлена конструкция упорно-опорного подшипника, имеющего два ряда сегментов (самоуста­навливающихся колодок, рис. 2.4, б). Такой подшипник воспринимает осевую нагрузку в обоих направлениях. Упорные колодки 2 подшипника при помощи установочных штифтов свободно подвешены к обойме 3, которая опирается на полукольца 4, установленные на вкладыше 7. На валу турбины выполнены упорные гребни 5. При вращении между торцовой поверхностью гребня и поверхностями колодок образуется масляный клин, давление в котором и определяет несущую способность упорного подшипника.

Магнитные подшипники. [22]Принцип работы магнитного подшипника (подвеса) основан на использовании левитации, создаваемой электрическими и магнитными полями. Магнитные подшипники позволяют без физического контакта осуществлять подвес вращающегося вала и его относительное вращение без трения и износа.

Наибольшую популярность в настоящее время получили активные магнитные подшипники. Активный магнитный подшипник (АМП) - это управляемое мехатронное устройство, в котором стабилизация положения ротора осуществляется силами магнитного притяжения, действующими на ротор со стороны электромагнитов, ток в которых регулируется системой автоматического управления по сигналам датчиков перемещений ротора. Полный неконтактный подвес ротора может быть осуществлен с помощью либо двух радиальных и одного осевого АМП, либо двух конических АМП. Поэтому система магнитного подвеса ротора включает в себя как сами подшипники, встроенные в корпус машины, так и электронный блок управления, соединенный проводами с обмотками электромагнитов и датчиками. В системе управления может использоваться как аналоговая, так и более современная цифровая обработка сигналов.

Основными преимуществами АМП являются:

· относительно высокая грузоподъемность;

· высокая механическая прочность;

· возможность осуществления устойчивой неконтактной подвески тела;

· возможность изменения жесткости и демпфирования в широких пределах;

· возможность использования при высоких скоростях вращения, в вакууме, высоких и низких температурах, стерильных технологиях...

 

 

В настоящие время для АМП идет создание международного стандарта, для чего был создан специальный комитет ISO TC108/SC2/WG7.

 

АМП могут эффективно применяться в следующем оборудовании:

• турбокомпрессоры и турбовентиляторы;
• турбомолекулярные насосы;
• электрошпиндели (фрезерные, сверлильные, шлифовальные);
• турбодетандеры;
• газовые турбины и турбоэлектрические агрегаты;
• инерционные накопители энергии.

Однако АМП требуют сложную и дорогостоящую аппаратуру управления, внешнего источника электроэнергии, что снижает эффективность и надежность всей системы.Поэтому идут активные работы по созданию пассивных магнитных подшипников (ПМП), которые не требуют сложных систем регулирования: например, на основе высокоэнергетических постоянных магнитов NdFeB (неодим-жедезо-бор) [5].

 

Рис. 2.4. Упорно-опорный подшипник

3. Подшипниковые материалы [1, с. 11-24]

 

Опоры скольжения изнашиваются больше всего при работе без смазки или с недостаточным количеством ее, т. е. в усло­виях граничного трения. Для увеличения долговечности тру­щихся деталей для них подбирают такие материалы, у которых коэффициент трения скольжения в указанных условиях относи­тельно мал, и тепло, выделяющееся в рабочей зоне, легко отво­дится в корпус машины и окружающую среду. Такие материалы называются антифрикционными; в сущности, это название должно относиться к сочетанию материалов пары трения сколь­жения, но практически в опорах скольжения валы, как правило, изготовляют из стали, поэтому термин «антифрикционные ма­териалы» связывают обычно только с материалами для подшип­ников, точнее — для тех деталей, на которые опираются валы или вращающиеся оси, т. е. с материалами для вкладышей под­шипников и подпятников. Перечень таких материалов весьма обширен и он непрерывно дополняется новыми названиями, однако, их можно разбить на следующие группы:

· Чугун.

· Бронза.

· Латунь.

· Алюминиевые сплавы.

· Баббит.

· Металлокерамические материалы.

· Графит.

· Синтетические пластические материалы.

· Дерево и деревослоистые пластики.

· Резина.

 

3.1. ЧУГУН [1]

 

Серый литейный чугун пригоден для вкладышей опор, несу­щих умеренную нагрузку без ударов. В зависимости от скорости скольжения v допускают следующую среднюю удельную на­грузку:

при v до 2 м/сек р < 1 кГ/см²

при v до 1 м/сек р < 20 кГ/см²

при v до0,5 м/сек р < 40 кГ/см² (дли опор, работающих с продолжитель­ными перерывами)

 

Наиболее часто употребляемые марки серого чугуна для из­готовления вкладышей: СЧ 15-32, СЧ 18-36, СЧ 21-40 и СЧ 24-44 (по ГОСТ 1412-54).

Антифрикционный чугун применяется для подшипников скольжения, работающих в значительно более широком диапа­зоне скоростей и удельных давлений. Для обеспечения долговеч­ности опор должны быть выполнены некоторые специальные тре­бования: тщательный монтаж, исключающий перекосы; повы­шенные зазоры по сравнению с зазорами, принятыми для опор с бронзовыми вкладышами (на 15—30% при нормальной работе и на 50% при значительном нагреве); вкладыши должны прира­батываться на холостом ходу с постепенным повышением на­грузки до расчетной величины; в процессе эксплуатации должна непрерывно подаваться качественная смазка; в особенности не­допустимо искрение, которое может возникнуть при перерывах подачи смазки и резком повышении нагрузки. Характеристики различных марок антифрикционного чугуна и допускаемый ре­жим работы приведен в табл. 1. Марку антифрикционного чу­гуна следует выбирать так, чтобы твердость вкладыша была ниже твердости стальной цапфы на НВ 20—40.

 

Таблица 1

Антифрикционный чугун для подшипников скольжения. [3]

 

Марка	Твердость. НВ	Характеристика	Допускаемый режим работы
			[p] в кГ/см2	[v] в м/сек	[pv] в кГм/см2сек
АСЧ-1	180 – 229	Серый чугун, легированный хромом и ни­келем; для работы с закаленным или нор­мализованным валом	0,5	2,0 0,2	1,0
АСЧ-2	190 – 229	Легирован хромом, никелем, титаном и медью; для работы с закаленным или нор­мализованным валом	1,0	3,0 0,75
АСЧ-3	160 – 190	Легирован титаном и медью; для работы с незакаденным валом	1,0	3,0 0,75
АВЧ-1	210 – 260	Высокопрочный чугун, обработанный магнием (форма графита — шаровидная); для работы с закаленным или нормализо­ванным валом		5,0 1,0
АВЧ-2	167 – 197	То же, но для работы с незакаленным валом		5,0 1,0
АКЧ-1	197 – 217	Ковкий чугун; для работы с закаленным или нормализованным валом		5,0 1,0
АКЧ-2	167 – 197	То же, но для работы с незакаленным валом		5,0 1,0
Примечания. 1. Допускаемые значения [v] и [pv] не относятся к режиму жидкостного трения. 2. Для промежуточных значений v, не указанных в таблице, величина [pv] определяется интерполированием.

 

3.2. ЦВЕТНЫЕ АНТИФРИКЦИОННЫЕ СПЛАВЫ[1]

 

Бронза. Наилучшими антифрикционными свойствами обла­дают оловянные бронзы, в особенности оловянно-фосфористые; они широко применяются для изготовления вкладышей опор, не­сущих значительную спокойную нагрузку при высокой скорости, но они относительно дороги и по механической прочности усту­пают некоторым маркам безоловянных бронз, в особенности алюминиевым и свинцовистым бронзам.

Алюминиевые бронзы, содержащие железо, отличаются вы­сокой прочностью и износостойкостью, но могут вызвать повы­шенный износ шипа, если твердость его не выше твердости вкла­дыша. Свинцовистые бронзы в особенности ценны тем, что имеют большую ударную вязкость; вкладыши из этих бронз выдержи­вают значительные знакопеременные и ударные нагрузки.

О химическом составе бронзы можно судить по марке, буквенные обозначения которой указывают на компоненты, входящие в сплав, цифры — на примерное содержание компонентов в процентах. Значения букв: А — алюминий, Ж — железо, Мц — марганец, О — олово, С — свинец, Ф — фосфор, Ц — цинк. Примеры обозначения: Бр. АЖМц 10-3-1,5 — бронза, содержащая 10% алюминия, 3% железа, 1,5% марганца, остальное — медь; Бр. ОЦС 4-4-17 со­держит 4% олова, 4% цинка, 17% свинца, остальное — медь.

Латунь. По антифрикционным качествам и прочности латунь стоит значительно ниже бронзы, она применяется для подшип­ников при малой скорости скольжения и в ряде случаев заме­няет оловянную бронзу, например, в рольгангах, транспортерах и пр. Буквы, входящие в обозначение марки латуни, имеют то же значение, что и в маркировке бронз, за исключением буквы Л — латунь и К — кремний; двузначное число указывает при­мерное содержание меди в сплаве; цифры, идущие за ним, — процентное содержание компонентов в соответствии с последо­вательностью расположения букв, остальное до 100%—цинк.

Баббит. Сложные антифрикционные белые сплавы, объеди­ненные под этим общим названием, весьма различны по своему химическому составу и физико-механическим свойствам, но все они характеризуются мягкой основой из олова или свинца с твердыми зернами сплавов сурьмы, меди, щелочных металлов и пр. Мягкая основа обеспечивает хорошую прирабатываемость подшипника к валу, а твердые зерна повышают износоустойчи­вость. По антифрикционным свойствам баббит превосходит все остальные антифрикционные сплавы, но по механической проч­ности он значительно уступает бронзе и чугуну, поэтому баббит применяют только для покрытия рабочей поверхности вкладыша тонким слоем, предохраняющим от заедания и повышенного из­носа при пуске и останове машины.

 

 

3.3 ПОРОШКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫНА ОСНОВЕ ГРАФИТОВ [1]

 

Металлокерамические материалы имеют в своей основе мед­ный или железный порошок; втулки и вкладыши подшипников изготовляются из чистых металлических порошков или из по­рошков с присадками графита, олова и др. методом спекания при температуре 850—1100° С и удельном давлении до 7000 кГ/см². Полученные детали имеют пористость от 15 до 35%, и зависимости от степени измельчения исходных порошков и от технологического процесса изготовления. С повышением пори­стости механическая прочность снижается, поэтому для под­шипников, несущих большую нагрузку с ударами, рекомендуется пористость не выше 20%. Окончательная доводка должна вы­полняться калибровкой, но не резанием, так как в последнем случае поры заволакиваются. Готовые детали пропитываются минеральным маслом, солидолом или маслографитной эмуль­сией. Втулки запрессовываются в отверстия с натягом; при этом внутренний диаметр уменьшается на 0,6—0,9 величины натяга – это следует иметь в виду при назначении окончательных разме­ров. Втулки, пропитанные маслом или солидолом, могут рабо­тать непродолжительное время без подачи смазки, пропитка же маслографитной эмульсией допускает продолжительную работу без дополнительной смазки. Для увеличения долговечности металлокерамических подшипников рекомендуется все же преду­сматривать в корпусе подшипника масляную ванну или резервуар с фитильной подачей смазки.

Металлокерамические втулки и вкладыши применяют в под­шипниках рольгангов, транспортеров, насосов, сельскохозяйственных и других машин, в особенности в местах, труднодоступных для подачи смазки.

 

Графит. Втулки и вкладыши подшипников прессуются из чистого графитового порошка, могут работать без смазки при скорости скольжения до 1 м/сек и удельном давлении до 15 кГ/см²; коэффициент трения при этих условиях f ≈ 0,15; при смазке водой f ≈ 0,06-0,09. Благодаря высокой теплостойкости и инертности в кислотных, и щелочных средах, графитовые втулки особенно ценны для подшипников машин химической промыш­ленности. Свойство самосмазываемости сохраняется в широком диапазоне температур (от —100 до +600° С). Основной недо­статок графитовых втулок—низкая механическая прочность, обусловленная высокой пористостью материала. Для увеличения несущей способности подшипника применяется пропитка втулок антифрикционными сплавами и металлами —баббитом, свин­цом и др. Такие втулки имеют гладкую рабочую поверхность и могут работать в режиме жидкостного трения со смазкой мине­ральными маслами; они находят применение также в опорах быстроходных слабо нагруженных валов, например, в шлифо­вальных шпинделях, работающих с воздушной смазкой при весьма малом зазоре.

 

3.4 Синтетические пластические материалы [4]

 

Для изготовления деталей подшипников скольжения при­годны десятки видов пластических материалов, и химическая промышленность непрерывно разрабатывает новые полимеры, отвечающие повышенным требованиям машиностроения; по­этому полный список всех пластмасс, применяемых для под­шипников, составить нельзя. Но при всем многообразии пласти­ческих материалов их можно разбить на две основные группы: термореактивные и термопластичные материалы. К первым отно­сятся пластмассы на основе фенольно-формальдегидной смолы — карболит, бакелит, текстолит и др., ко вторым — полиамиды, по­лиэфиры и др.

К термопластичным пластмассам на основе полимеризационных смол относятся: полиэтилен, поливинилхлорид, политетрафторэтилен, полистирол, полиакриловые смолы (акрилаты), полиамидные смолы и др. Обычно они выпускаются как простые пластмассы (без наполнителя).

К важнейшим представителям термореактивных пластмасс относятся фенопласты и аминопласты.

Фенопласты. Фенопласты представляют собой композицию, состоящую из фенолальдегидной смолы и наполнителя. Изделия из фенопластов отличаются высокой стабильностью свойств; они хорошо противостоят воздействию повышенной температуры, воды, органических растворителей, слабых растворов щелочей и кислот, обладают диэлектрическими свойствами. Недостаток фенопластов — малая дугостойкость. В зависимости от наполнителя различают пресспорошки, волокнит и слоистые пластики.

Слоистые пластмассы. Слоистые пластики на основе фенол альдегидных смол обладают высокой прочностью. К слоистым пластикам относятся гетинакс, текстолит, стеклотекстолит, асботекстолит.

Текстолит — слоистый прессованный материал из хлопчатобумажной ткани, пропитанной смолой; применяется для изготовления деталей, работающих под нагрузкой (шестерни, втулки, кольца), в качестве антифрикционного материала для изготовления подшипников скольжения, работающих в различных, часто в очень тяжелых условиях, а также для деталей электрооборудования (электрощитки, панели, клеммы).

Стеклотекстолит — слоистый прессованный материал, состоит из стеклянной ткани, уложенной правильными слоями, и смолы; обладает высокой прочностью на растяжение в пределах 250—300 МН/м2 (2500—ЗООО кгс/см2), высокими диэлектрическими свойствами, термо- и водостойкостью. Стеклотекстолит выпускается в виде листов и плит толщиной от 0,6 до 30 мм. Применяется для изготовления упругих мембран, работающих в керосине, и как электроизоляционный материал.

Асботекстолит — прессованный слоистый пластический материал из специальной асбестовой ткани, уложенной правильными слоями и пропитанной спиртовым раствором фенол-формальдегидной смолы. Применяется как прокладочный материал, работающий в условиях повышенной температуры, и для изготовления тормозных устройств и деталей механизмов сцепления.

3.5 Прочие неметаллические материалы [1]

 

Древесина твердых пород (бук, бакаут, граб, самшит и дру­гие), применявшаяся в чистом виде (без химической обработки) в узлах трения, смазываемых водой, вытеснена пластифициро­ванной древесиной; цельные бруски древесины пропитываются под давлением пластическими смолами, вкладыши изготовляются методом горячего прессования; область применения — подшип­ники, несущие умеренную постоянную или переменную нагрузку при небольшой скорости скольжения, в особенности при ревер­сивной передаче, когда нельзя обеспечить жидкостного трения, например в небольших прокатных станах и кранах; подшипники гидравлических машин и механизмов; опоры дейдвудных ва­лов небольших судов. Смазка водой, максимальная удель­ная нагрузка р до 100 кГ/см², скорость скольжения v до 1 м/сек.

Древесно-слоистые пластики находят применение в подшип­никах гидротурбин, центробежных водяных насосов, прокатных станов, кранов и пр. Вкладыши изготовляются наборными из пластиков марок ДСП-Б и ДСП-В. Пластики этих марок отличаются расположением слоев: в первом случае через 10—20 слоев с параллельным направлением волокон идет один поперечный слой, во второй марке слои с параллельным и перпендикулярным направлением волокон чередуются через один ряд.

Резина применяется для облицовки вкладышей, используе­мых в подшипниках гидротурбин, водяных насосов, турбобуров, дейдвудных валов и других опор, работающих с обильной водя­ной смазкой. Благодаря упругим свойствам резины, такие опоры малочувствительны к небольшим перекосам и колебаниям вала, могут работать в загрязненной воде, но не допускают пре­кращения подачи воды, так как при этом происходит прихва­тывание вала.

Заменителем резины может служить синтетический мате­риал - полиурэтановый полимер, имеющий торговое название вулколан; исходным продуктом для его изготовления служат полиизоцианаты. Вулколан имеет примерно такие же свойства, как и твердая резина: удельный вес 1,26, предел прочности при ра­стяжении 300 кГ/см², относительное удлинение при разрыве до 400—600%, коэффициент теплового расширения —2- 10^-4 (в интервале 20 – 100° С), удельная теплоемкость 0,45 ккал/кГ·град, обладает водо-маслостойкостью, износоустойчивостью, хорошо соединяется с металлами, легко обрабатываетс