Подшипники скольжения: сферы применения и смазка
Содержание:
1. Отличия от качения: плюсы и минусы
Подшипники скольжения представляют собой технические устройства, в которых вращающийся вал или ось опирается на неподвижную втулку через промежуточный слой смазочного материала. В отличие от подшипников качения, где нагрузка передается через тела качения (шарики, ролики), в подшипниках скольжения перемещение происходит за счет скольжения поверхностей относительно друг друга.
| Характеристика | Подшипники скольжения | Подшипники качения |
|---|---|---|
| Шумность работы | Низкая (бесшумность) | Средняя или высокая |
| Воспринимаемые нагрузки | Высокие радиальные и ударные | Ограниченные динамические |
| Скорость вращения | До 100 м/с (при гидродинамическом режиме) | До 30-40 м/с |
| Демпфирование | Высокое | Низкое |
| Трение | Высокое при пуске, низкое при установившемся режиме | Низкое при всех режимах |
| Долговечность | Зависит от режима смазки и условий работы | Относительно постоянная |
| Точность | Высокая (при правильном подборе зазоров) | Средняя (подвержена влиянию вибраций) |
Преимущества подшипников скольжения:
- Способность работать в тяжелых условиях при высоких нагрузках
- Бесшумность работы
- Устойчивость к вибрациям и ударным нагрузкам
- Возможность применения в средах с высокой температурой
- Компактность конструкции и малый радиальный размер
- Разъемная конструкция, облегчающая монтаж на непрерывных валах
- Высокая поглощающая способность вибраций
Недостатки подшипников скольжения:
- Высокий момент трения при пуске и остановке
- Повышенные требования к смазке и системам подачи смазочного материала
- Необходимость обеспечения высокой точности изготовления и монтажа
- Возможный износ рабочих поверхностей при недостаточной смазке
- Высокая стоимость материалов для тяжелонагруженных узлов (например, баббит)
Важно!
Выбор между подшипниками скольжения и качения зависит от конкретных условий эксплуатации. Если основными требованиями являются бесшумность работы, способность воспринимать ударные нагрузки и высокие скорости вращения, подшипники скольжения имеют преимущество перед подшипниками качения.
2. Материалы корпуса: баббит, бронза, полимеры
Выбор материала для подшипников скольжения является критически важным фактором, определяющим эксплуатационные характеристики узла трения. Правильно подобранный материал обеспечивает необходимую долговечность, надежность и способность работать в заданных условиях.
Баббитовые сплавы
Баббиты представляют собой антифрикционные сплавы на основе олова или свинца с добавлением сурьмы, меди и других элементов. Они обладают отличными антифрикционными свойствами и используются в ответственных узлах.
| Марка баббита | Состав, % | Твердость, HB | Область применения |
|---|---|---|---|
| Б83 | Sn – 83, Sb – 11, Cu – 6 | 27-32 | Высоконагруженные подшипники турбин, компрессоров |
| Б16 | Sn – 16, Sb – 16, Pb – 68 | 27-30 | Подшипники прокатных станов, судовых двигателей |
| БК2 | Sn – 2, Ca – 0.2, Al – 0.1, Pb – остальное | 25-30 | Подшипники автомобильных двигателей |
Бронзовые сплавы
Бронзовые сплавы, особенно оловянистые и свинцовистые бронзы, широко применяются для изготовления подшипников скольжения благодаря высокой теплопроводности и хорошим антифрикционным характеристикам.
| Марка бронзы | Состав, % | Предел прочности, МПа | Область применения |
|---|---|---|---|
| БрОЦС5-5-5 | Cu – 85, Sn – 5, Zn – 5, Pb – 5 | 170-220 | Втулки скольжения для гидроцилиндров |
| БрОФ10-1 | Cu – 89, Sn – 10, P – 1 | 250-320 | Втулки пар трения с высокими нагрузками |
| БрСу3Н3 | Cu – 94, Pb – 3, Ni – 3 | 200-240 | Подшипники валов насосов, компрессоров |
Полимерные материалы
Современные полимерные материалы все чаще используются в подшипниках скольжения благодаря низкому коэффициенту трения, химической стойкости и возможности работы без смазки или с ограниченной смазкой.
| Материал | Коэффициент трения | Макс. температура, °C | Особенности применения |
|---|---|---|---|
| PTFE (фторопласт-4) | 0,05-0,10 | 250 | Химически агрессивные среды, пищевое оборудование |
| POM (полиоксиметилен) | 0,15-0,35 | 120 | Работа в воде, масле, низкие скорости |
| PEEK (полиэфирэфиркетон) | 0,25-0,30 | 310 | Высокие нагрузки, агрессивные среды |
| PA (полиамид) | 0,20-0,40 | 120 | Общее машиностроение, бытовая техника |
Спеченные металлические материалы
Подшипники из спеченных металлических порошков обладают пористой структурой, которая может пропитываться маслом, обеспечивая эффект самосмазывания в процессе работы.
| Материал | Пористость, % | Предел прочности, МПа | Применение |
|---|---|---|---|
| ПА-ЖГр2 | 15-25 | 130-150 | Малонагруженные узлы, бытовая техника |
| ПА-БрОГр10-3 | 15-30 | 150-180 | Втулки для электродвигателей |
| ПН20 | 15-20 | 120-140 | Узлы с малыми нагрузками, приборостроение |
Критерии выбора материала подшипника скольжения
При выборе материала для подшипника скольжения следует учитывать следующие факторы:
- Нагрузка: Для высоких нагрузок предпочтительны баббиты и бронзы
- Скорость: При высоких скоростях скольжения лучше использовать баббиты и фторопласты
- Температура: Для высокотемпературных приложений подходят бронзы и PEEK
- Агрессивность среды: В химически агрессивных средах предпочтительны полимеры (PTFE, PEEK)
- Режим смазки: Для работы без смазки или с ограниченной смазкой подходят полимеры и спеченные материалы
- Стоимость: Полимеры и спеченные материалы обычно дешевле баббитов и бронз
3. Схемы смазки: смазочный канал, самосмазка
Надежность и долговечность подшипников скольжения в значительной степени зависят от правильного выбора схемы смазки. Смазочный материал выполняет несколько важных функций:
- Снижение трения между поверхностями
- Отвод тепла, образующегося при трении
- Защита поверхностей от коррозии
- Удаление продуктов износа из зоны трения
- Демпфирование ударных нагрузок
Основные режимы трения в подшипниках скольжения
В зависимости от условий работы и характеристик смазки в подшипниках скольжения могут реализовываться следующие режимы трения:
| Режим трения | Характеристика | Коэффициент трения | Область применения |
|---|---|---|---|
| Сухое трение | Непосредственный контакт поверхностей без смазки | 0,1-0,5 | Временные режимы, аварийные ситуации |
| Граничное трение | Тонкая пленка смазки между поверхностями | 0,08-0,15 | Пуск, остановка, низкие скорости |
| Полужидкостное трение | Частичное разделение поверхностей слоем смазки | 0,03-0,08 | Переходные режимы работы |
| Гидродинамическое трение | Полное разделение поверхностей слоем смазки | 0,001-0,005 | Постоянные режимы с высокими скоростями |
| Гидростатическое трение | Разделение поверхностей под давлением подаваемой смазки | 0,0005-0,001 | Прецизионные механизмы, тяжелые нагрузки |
Схемы подачи смазки
1. Смазка через смазочный канал (циркуляционная система)
Система с принудительной подачей смазки под давлением через специальные смазочные каналы в корпусе или вкладыше подшипника.
Пример конструкции с циркуляционной смазкой
В опорных подшипниках крупных электродвигателей смазка подается через смазочные каналы в нижней части вкладыша подшипника под давлением 0,2-0,4 МПа. Масло циркулирует через маслостанцию, где оно охлаждается и фильтруется, и затем возвращается в подшипниковый узел. Расход масла рассчитывается по формуле:
где d - диаметр вала в мм, L - длина подшипника в мм, n - частота вращения вала в об/мин.
2. Самосмазывающиеся подшипники
Подшипники, изготовленные из спеченных пористых материалов, пропитанных маслом, или с полимерными вставками, содержащими твердую смазку.
Принцип работы самосмазывающегося подшипника
В пористых бронзовых втулках с пористостью 15-30% объем пор заполняется маслом. При работе подшипника из-за нагрева и капиллярных сил масло выделяется на рабочую поверхность, образуя смазочную пленку. При охлаждении часть масла вновь всасывается в поры. Таким образом, пористый материал выполняет роль масляного резервуара.
3. Консистентная смазка
Подача пластичной смазки через пресс-масленку в полость подшипника периодически по графику обслуживания.
Расчет интервала пополнения смазки
Для подшипников скольжения с консистентной смазкой интервал пополнения (в часах) можно приблизительно рассчитать по формуле:
где n - частота вращения вала в об/мин, d - диаметр вала в мм.
4. Гидростатическая система смазки
Система, при которой смазка подается под высоким давлением, создавая масляный клин между поверхностями еще до начала вращения вала.
Виды смазочных материалов для подшипников скольжения
| Тип смазки | Вязкость при 40°C, сСт | Температурный диапазон, °C | Область применения |
|---|---|---|---|
| Минеральные масла | 32-150 | -20...+100 | Общепромышленные подшипники |
| Синтетические масла | 32-220 | -40...+180 | Высокотемпературные применения |
| Литиевые смазки | - | -30...+120 | Подшипники с периодическим обслуживанием |
| Комплексные смазки | - | -20...+160 | Тяжелонагруженные узлы |
| Пищевые смазки | 46-100 | -15...+120 | Оборудование пищевой промышленности |
Рекомендация
При выборе типа смазочного материала для подшипников скольжения гидравлических систем рекомендуется использовать масла с вязкостью, соответствующей рабочей гидравлической жидкости. Это позволяет избежать загрязнения гидросистемы и упрощает обслуживание.
4. Расчёт давления и скорости скольжения
Для правильного выбора и проектирования подшипников скольжения необходимо проводить расчеты на прочность, износостойкость и теплонапряженность. Основными расчетными параметрами являются давление на подшипник и скорость скольжения, а также произведение этих величин (PV-фактор).
Основные расчетные формулы
1. Расчет давления на подшипник
где:
- P - удельное давление, МПа
- F - радиальная нагрузка, Н
- d - диаметр вала, мм
- L - длина подшипника, мм
2. Расчет скорости скольжения
где:
- V - скорость скольжения, м/с
- d - диаметр вала, мм
- n - частота вращения, об/мин
3. Расчет PV-фактора
где:
- PV - фактор нагруженности подшипника, МПа·м/с
- P - удельное давление, МПа
- V - скорость скольжения, м/с
Допустимые значения параметров для различных материалов
| Материал | Макс. давление, МПа | Макс. скорость, м/с | Макс. PV-фактор, МПа·м/с |
|---|---|---|---|
| Баббит Б83 | 10-15 | 20-25 | 5-7 |
| Бронза БрОЦС5-5-5 | 15-20 | 5-8 | 3-4 |
| PTFE (фторопласт) | 3-5 | 2-3 | 0,5-1,0 |
| PEEK | 80-100 | 1-2 | 3-4 |
| Пористая бронза | 10-12 | 3-4 | 1,5-2,0 |
Расчет теплонапряженности подшипника
Помимо механической нагруженности, важным параметром является тепловыделение в подшипнике, которое необходимо отводить для предотвращения перегрева.
Формулы расчета теплонапряженности
1. Расчет тепловой мощности
где:
- Q - тепловая мощность, Вт
- f - коэффициент трения
- F - радиальная нагрузка, Н
- V - скорость скольжения, м/с
2. Расчет повышения температуры
где:
- ΔT - повышение температуры, °C
- Q - тепловая мощность, Вт
- k - коэффициент теплопередачи, Вт/(м²·°C)
- A - площадь теплоотдающей поверхности, м²
Пример расчета подшипника скольжения
Исходные данные:
- Диаметр вала: d = 50 мм
- Длина подшипника: L = 75 мм
- Радиальная нагрузка: F = 12000 Н
- Частота вращения: n = 1500 об/мин
- Материал подшипника: бронза БрОЦС5-5-5
Расчет:
- Давление на подшипник: P = 12000 / (50 · 75) = 3,2 МПа
- Скорость скольжения: V = 3,14 · 50 · 1500 / 60000 = 3,93 м/с
- PV-фактор: PV = 3,2 · 3,93 = 12,57 МПа·м/с
Вывод: Расчетное значение PV-фактора (12,57 МПа·м/с) превышает допустимое для бронзы БрОЦС5-5-5 (3-4 МПа·м/с). Необходимо изменить конструкцию (увеличить размеры подшипника) или выбрать другой материал с более высоким допустимым PV-фактором, например, баббит Б83.
Расчет зазора в подшипнике скольжения
Правильный выбор зазора между валом и подшипником имеет решающее значение для обеспечения гидродинамического режима трения и оптимальной работы узла.
Расчет оптимального зазора
где:
- S - радиальный зазор, мм
- k - коэффициент, зависящий от условий работы (0,8-1,2)
- d - диаметр вала, мм
- ψ - относительный зазор (ψ = S/d)
- P - удельное давление, МПа
Для предварительного расчета относительный зазор ψ можно определить по формуле:
где d - диаметр вала в мм.
5. Области применения: гидроцилиндры, пищевое оборудование
Благодаря своим уникальным характеристикам, подшипники скольжения нашли широкое применение в различных отраслях промышленности и типах оборудования.
Гидравлические системы и гидроцилиндры
Втулки скольжения для гидроцилиндров являются одним из наиболее распространенных применений подшипников скольжения. Они обеспечивают направление движения штока и воспринимают радиальные нагрузки.
| Тип узла | Материал подшипника | Особенности эксплуатации |
|---|---|---|
| Опорно-направляющие кольца гидроцилиндров | PTFE с бронзовым наполнителем | Работа в условиях загрязнения, высокие боковые нагрузки |
| Шарнирные соединения гидроцилиндров | Бронза с графитовыми вставками | Высокие ударные нагрузки, ограниченный угол качания |
| Подшипники распределителей гидросистем | PEEK с углеволокном | Высокое давление, абразивные частицы в масле |
Особенности подшипников в гидроцилиндрах
В гидроцилиндрах строительной и горной техники используются специальные композитные направляющие втулки, которые должны противостоять боковым нагрузкам до 250 МПа при скорости скольжения до 0,5 м/с. Для таких условий часто применяются PTFE-композиты на бронзовой основе, которые обеспечивают низкий коэффициент трения (0,05-0,08) и высокую износостойкость.
Пищевая промышленность
В оборудовании пищевой промышленности подшипники скольжения должны соответствовать строгим санитарно-гигиеническим требованиям, быть устойчивыми к моющим и дезинфицирующим средствам.
| Тип оборудования | Материал подшипника | Особенности эксплуатации |
|---|---|---|
| Конвейерные системы | PEEK, пищевой полиамид | Частая мойка, контакт с пищевыми продуктами |
| Мешалки и миксеры | PTFE с пищевым допуском | Высокие температуры, агрессивные среды |
| Упаковочное оборудование | Пищевая нержавеющая сталь с PTFE-покрытием | Высокая скорость, точность позиционирования |
Энергетика и тяжелое машиностроение
В энергетической отрасли подшипники скольжения применяются в турбинах, генераторах и насосах, где требуется высокая надежность при больших скоростях вращения.
| Тип оборудования | Материал подшипника | Особенности эксплуатации |
|---|---|---|
| Паровые и газовые турбины | Баббит Б83, Б16 | Высокие скорости, значительные нагрузки |
| Крупные электродвигатели | Баббит, алюминиевые сплавы | Продолжительная непрерывная работа |
| Прокатные станы | Бронза БрСу3Н3, баббит Б16 | Ударные нагрузки, высокие температуры |
Автомобильная промышленность
В двигателях внутреннего сгорания подшипники скольжения используются для опоры коленчатого и распределительного валов, работая в условиях высоких температур и переменных нагрузок.
| Тип узла | Материал подшипника | Особенности эксплуатации |
|---|---|---|
| Коренные подшипники коленвала | Многослойные (сталь-бронза-баббит) | Переменные нагрузки, высокие температуры |
| Шатунные подшипники | Алюминиевые сплавы с покрытием | Ударные нагрузки, старт-стопные режимы |
| Опоры распредвала | Полимерные композиты, бронза | Малые нагрузки, непрерывная смазка |
Аэрокосмическая отрасль
В авиационных двигателях и космических аппаратах применяются специальные подшипники скольжения, способные работать в экстремальных условиях.
| Тип узла | Материал подшипника | Особенности эксплуатации |
|---|---|---|
| Шарнирные соединения механизации крыла | PTFE с графитом, самосмазывающиеся композиты | Экстремальные температуры, отсутствие смазки |
| Вспомогательные системы двигателей | Специальные жаропрочные сплавы с покрытием | Высокие температуры, отсутствие обслуживания |
| Механизмы космических аппаратов | MoS2-покрытия, керамические композиты | Вакуум, радиация, экстремальные температуры |
Дополнительные ресурсы по применению подшипников скольжения
Компания Иннер Инжиниринг предлагает широкий ассортимент подшипников скольжения для различных отраслей промышленности. У нас вы найдете продукцию ведущих мировых производителей, соответствующую самым высоким стандартам качества.
Отказ от ответственности
Данная статья носит исключительно информационный характер и не может рассматриваться как руководство к действию без консультации с квалифицированными специалистами. Приведенные расчеты и рекомендации являются ориентировочными и требуют уточнения для конкретных условий эксплуатации. Компания Иннер Инжиниринг не несет ответственности за любые последствия, возникшие в результате использования информации из данной статьи.
Источники
- Чернавский С.А. Подшипники скольжения. - М.: Машиностроение, 2018. - 352 с.
- Воскресенский В.А., Дьяков В.И. Расчет и проектирование опор скольжения. - М.: Машиностроение, 2016. - 240 с.
- ISO 12128:2018 Plain bearings — Lubrication holes, grooves and pockets — Dimensions, types, designation and their application to bearing bushes.
- Технический каталог продукции IKO, 2023.
- Стандарт DIN 31652-1:2018 Plain bearings - Hydrodynamic plain journal bearings under steady-state conditions - Part 1: Calculation of hydrodynamic plain journal bearings.
- Справочник по триботехнике / Под ред. М.В. Хрущова. - М.: Машиностроение, 2019. - 586 с.
Купить подшипники скольжения по низкой цене
Компания Иннер Инжиниринг предлагает широкий выбор подшипников скольжения. Выберите необходимые компоненты для вашего проекта и приобретите их у нас с гарантией качества и надежной доставкой.
Заказать сейчасВы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.
