Подшипники IGUS для строительного оборудования: полимерные решения

Введение: полимерные подшипники iglidur

Полимерные подшипники скольжения iglidur, производимые немецкой компанией igus GmbH, представляют собой высокотехнологичные трибологические элементы на основе специально разработанных полимерных композиций. Данные подшипники функционируют по принципу сухого скольжения и не требуют применения внешних смазочных материалов на протяжении всего срока эксплуатации.

Ключевая особенность подшипников iglidur состоит в интеграции твердых смазочных веществ непосредственно в структуру полимерной матрицы. При движении эти вещества высвобождаются на поверхность трения, обеспечивая стабильный коэффициент трения и минимальный износ. Армирующие волокна в составе материала обеспечивают высокую несущую способность и сопротивление кромочным нагрузкам.

Отсутствие необходимости в смазке делает подшипники iglidur оптимальным решением для применений в запыленных и загрязненных средах, где традиционные смазанные подшипники быстро выходят из строя из-за абразивного воздействия частиц, налипающих на смазочный слой.

Конструкция и принцип работы

Структура полимерного композита

Материалы iglidur представляют собой многокомпонентные полимерные композиции, включающие несколько функциональных элементов:

Полимерная матрица служит основой материала и определяет базовые механические свойства: прочность на сжатие, температурную стойкость, химическую инертность. В зависимости от марки материала используются различные типы полимеров: полиамиды, полиацетали, полиимиды, фторопласты.

Армирующие компоненты, как правило, представленные стекловолокном или углеродным волокном, повышают несущую способность и сопротивление ползучести под нагрузкой. Волокна распределены по всему объему материала, что обеспечивает равномерную нагрузочную способность по толщине стенки подшипника.

Твердые смазочные вещества (графит, дисульфид молибдена, политетрафторэтилен) инкапсулированы в микрокамерах полимерной матрицы. При движении и износе поверхности эти вещества высвобождаются, формируя трансферную пленку на сопряженной поверхности вала.

Механизм самосмазывания

В отличие от бронзовых втулок со спеченной структурой, где жидкая смазка удерживается в порах и может вытекать или загрязняться, полимерные подшипники iglidur выделяют твердую смазку только при возникновении относительного движения. Это обеспечивает стабильные характеристики трения независимо от режима работы: при колебательных движениях, редких срабатываниях или длительных простоях.

Материалы iglidur: классификация и характеристики

Материалы универсального применения

iglidur G является наиболее востребованным материалом в линейке. Он обеспечивает оптимальное сочетание износостойкости, несущей способности и устойчивости к загрязнениям. Материал применим для большинства стандартных задач при температурах от -40 до +130 градусов Цельсия и нагрузках до 80 МПа.

iglidur M250 отличается превосходным демпфированием вибраций и высокой устойчивостью к ударным нагрузкам. Материал хорошо работает при кромочных нагрузках и допускает последующую механическую обработку. Температурный диапазон: от -40 до +80 градусов Цельсия.

iglidur P и iglidur K характеризуются низким влагопоглощением, что делает их пригодными для работы в условиях повышенной влажности и при воздействии воды. Размерная стабильность сохраняется даже при длительном контакте с влагой.

Материалы для длительной эксплуатации

iglidur J обеспечивает минимальный коэффициент трения при сухом скольжении среди всех материалов линейки. Это делает его оптимальным выбором для высокоскоростных применений и там, где критично снижение потерь на трение. Максимальное рекомендуемое давление составляет 35 МПа при температурах до +90 градусов Цельсия.

iglidur W300 отличается экстремальной износостойкостью, сохраняющейся даже при работе с шероховатыми и мягкими валами. Материал наименее чувствителен к качеству поверхности вала и абразивным загрязнениям среди всех материалов iglidur. Допустимое давление достигает 60 МПа.

iglidur J3 обеспечивает втрое более высокую износостойкость по сравнению с iglidur J при нагрузках до 10 МПа, сохраняя низкий коэффициент трения.

Высокотемпературные материалы

iglidur X представляет собой высокотехнологичный материал для экстремальных условий. Рабочий температурный диапазон составляет от -100 до +250 градусов Цельсия (кратковременно до +315 градусов). Материал обладает универсальной химической стойкостью, включая устойчивость к соляной кислоте, и выдерживает нагрузки до 150 МПа. Влагопоглощение минимально.

iglidur H370 специально разработан для длительной работы под водой и обеспечивает высокую износостойкость в погруженном состоянии.

Технические параметры

Коэффициент трения

Коэффициент трения полимерных подшипников iglidur при сухом скольжении находится в диапазоне от 0,06 до 0,27 в зависимости от материала, нагрузки, скорости скольжения и материала сопряженной поверхности. Для большинства материалов оптимальные значения достигаются при работе по закаленной стали с твердостью 50-60 HRC и шероховатостью Ra от 0,4 до 0,8 мкм. Для материала iglidur W300 оптимальная шероховатость составляет Ra 0,4-0,5 мкм.

Материал iglidur J обеспечивает минимальные значения коэффициента трения, что особенно важно для приводов с ограниченной мощностью и для снижения энергопотребления. При этом коэффициент трения остается стабильным в широком диапазоне скоростей скольжения.

Материал iglidur W300 демонстрирует стабильный коэффициент трения даже при повышенных скоростях скольжения. В длительном режиме допускается до 1,0 м/с при вращательном и до 4,0 м/с при линейном движении. Кратковременно возможны скорости до 1,5 м/с (вращение) и до 6,0 м/с (линейное движение).

Износостойкость

Интенсивность изнашивания определяется комбинацией факторов: нагрузки, скорости, температуры, материала вала и его шероховатости. Компания igus проводит более 12000 индивидуальных испытаний ежегодно на более чем 200 испытательных стендах, что позволяет создать базу данных для точного расчета срока службы.

При испытаниях в загрязненных средах подшипники iglidur Q демонстрируют интенсивность изнашивания в 3-5 раз ниже, чем латунные подшипники с первичной смазкой, и в 6-10 раз ниже, чем металлопрокат со скользящим слоем.

Несущая способность

Максимальная допустимая нагрузка на подшипник зависит от температуры эксплуатации. С повышением температуры несущая способность снижается. Материал iglidur X демонстрирует высокую несущую способность даже при повышенных температурах: до 150 МПа при +20 градусах Цельсия и около 30 МПа при длительной работе при +250 градусах. Точные значения следует определять по диаграммам производителя.

Произведение давления на скорость скольжения (коэффициент pv) является интегральным показателем, определяющим тепловой режим работы подшипника. Превышение допустимого значения pv приводит к перегреву и ускоренному износу.

Коррозионная стойкость и работа в агрессивных средах

Преимущества полимерных подшипников в агрессивных средах

Полимерные подшипники iglidur принципиально не подвержены электрохимической коррозии, что является их ключевым преимуществом перед металлическими аналогами в условиях воздействия влаги, солей и агрессивных химических веществ. Отсутствие металла в конструкции исключает образование гальванических пар и связанную с этим коррозию.

В условиях атмосферной коррозии (влага, соль, промышленные загрязнения) полимерные подшипники сохраняют работоспособность неограниченно долго, тогда как стальные и бронзовые аналоги требуют защитных покрытий или специальных материалов.

Химическая стойкость

Все материалы iglidur устойчивы к воздействию слабых кислот и щелочей при нормальных температурах. Для работы в агрессивных химических средах рекомендуется материал iglidur X, обладающий универсальной химической стойкостью, включая устойчивость к концентрированным кислотам (серная, соляная, азотная), щелочам, растворителям и топливам.

Химическая стойкость зависит от температуры и концентрации агрессивного вещества. При повышении температуры скорость химического воздействия возрастает. Для ответственных применений рекомендуется проведение испытаний в конкретной среде.

Устойчивость к ультрафиолету

Большинство материалов iglidur устойчивы к ультрафиолетовому излучению. Длительное воздействие УФ-излучения может вызвать незначительное изменение цвета материала, однако физико-механические свойства сохраняются. Это позволяет применять подшипники в наружных установках без дополнительной защиты.

Применение в строительном и бетонном оборудовании

Условия эксплуатации в строительной отрасли

Строительное оборудование работает в экстремально тяжелых условиях: абразивная пыль, влага, перепады температур, ударные нагрузки, нерегулярное техническое обслуживание. Традиционные металлические подшипники с масляной или консистентной смазкой быстро выходят из строя из-за загрязнения смазочного слоя абразивными частицами.

По данным эксплуатантов, даже небольшой экскаватор требует от 50 до 60 литров смазочных материалов в год. Применение безсмазочных полимерных подшипников позволяет полностью исключить эти затраты и связанное с ними обслуживание.

Бетонное оборудование

Бетонная смесь представляет особую агрессивную среду для подшипниковых узлов. Цементное молоко имеет щелочную реакцию (pH до 13), абразивные частицы песка и щебня вызывают интенсивный износ. Высыхающий бетон способен заблокировать смазанные узлы.

Полимерные подшипники iglidur успешно работают в следующих узлах бетонного оборудования:

Сельскохозяйственная и строительная техника

В сельскохозяйственных машинах подшипники iglidur G успешно заменяют металлические аналоги в узлах культиваторов, ворошилок, комбайнов. Опыт эксплуатации показывает, что при работе с пластиковыми подшипниками износ снижается в несколько раз по сравнению с металлическими решениями, при этом исключается необходимость регулярной смазки.

В дворовых погрузчиках и фронтальных погрузчиках подшипники iglidur применяются в узлах стрелы, ковша, рулевого управления. До 18 подшипников на одну машину позволяют существенно снизить трудоемкость обслуживания.

Для применений с экстремально высокими нагрузками (свыше 100 МПа) разработан материал iglidur TX2 - намотанные подшипники на основе высокопрочной филаментной ткани с допустимым давлением до 400 МПа. Этот материал в 3,5 раза более износостоек, чем стандартные тяжелонагруженные материалы.

Гусеничные системы

В гусеничных ходовых системах сельскохозяйственной и строительной техники массой до 50000 кг подшипники iglidur применяются в шарнирах траков. Подшипники выдерживают высокие нагрузки, не корродируют и не требуют смазки, что критично для работы в грязи и пыли.

Методика выбора подшипника

Исходные данные для выбора

Для корректного выбора материала и типоразмера подшипника необходимо определить следующие параметры: радиальную нагрузку F (Н), диаметр вала d (мм), длину подшипника b (мм), характер движения (вращательное, колебательное, линейное), скорость или частоту движения, рабочую температуру, материал и шероховатость вала, условия среды.

Рекомендации по выбору материала

Требования к валу

Оптимальная шероховатость поверхности вала для большинства материалов iglidur составляет Ra 0,4-0,8 мкм. Слишком гладкие поверхности (Ra менее 0,2 мкм) могут вызывать повышенный коэффициент трения и склонность к скачкообразному движению (stick-slip). Для iglidur W300 оптимум составляет Ra 0,4-0,5 мкм.

Предпочтительны закаленные стальные валы (твердость 50-60 HRC). Возможна работа с валами из нержавеющей стали, алюминия (в том числе анодированного), хромированной стали. Для работы с мягкими валами рекомендуется iglidur W300.

Монтаж и эксплуатация

Рекомендации по монтажу

Подшипники iglidur поставляются готовыми к установке и не требуют дополнительной обработки. Дополнительная механическая обработка поверхностей скольжения нежелательна, так как она может увеличить скорость износа. Исключение составляет iglidur M250, допускающий последующую обработку.

Посадка подшипника в корпус осуществляется с натягом. Допуск посадочного отверстия в корпусе рекомендуется H7. После запрессовки внутренний диаметр подшипника несколько уменьшается, что учитывается при выборе типоразмера.

Особенности эксплуатации

Полимерные подшипники iglidur не требуют смазки в процессе эксплуатации. Применение внешней смазки в большинстве случаев нецелесообразно, хотя и не вредит подшипнику. Исключение составляют материалы iglidur C, для которых не рекомендуется контакт с тефлоном и силиконовыми смазками.

При работе в загрязненных средах отсутствие смазки является преимуществом: абразивные частицы не прилипают к поверхности и частично проникают в тело подшипника, не вызывая ускоренного износа. Однородная структура материала по всей толщине стенки обеспечивает стабильные характеристики по мере износа.

Сравнение с металлическими аналогами

Полимерные подшипники iglidur обеспечивают оптимальное соотношение характеристик для большинства применений в строительном и бетонном оборудовании, где критичны устойчивость к загрязнениям, коррозионная стойкость и минимальное обслуживание.

Вопросы и ответы