Подшипник скольжения - Plain bearing

Подшипник скольжения локомотива S-Motor 1906 года с осью, подшипником, системой подачи масла и смазочной подушкой
Рано подушку блок подшипника с whitemetal подшипник скольжения

Подшипника скольжения , или более обычно скользящего контакта подшипника и подшипник скольжения (в Railroading иногда называют твердым подшипник , подшипник скольжения или трения подшипника ), это самый простой тип подшипника , включающий только опорную поверхность и никаких элементов качения. Следовательно, шейка (то есть часть вала, контактирующая с подшипником) скользит по поверхности подшипника. Самый простой пример подшипника скольжения - вал, вращающийся в отверстии. Простой линейный подшипник может представлять собой пару плоских поверхностей, обеспечивающих движение; например, ящик и скользит она опирается на или путь на кровати в виде токарного станка .

Подшипники скольжения, как правило, являются наименее дорогими подшипниками. Они также компактны, легки и обладают высокой грузоподъемностью.

Дизайн

Конструкция подшипника скольжения зависит от типа движения, которое подшипник должен обеспечивать. Возможны три типа движений:

интеграл

Интегральные подшипники скольжения встроены в объект использования в качестве отверстия, подготовленного в опорной поверхности. Промышленные интегральные подшипники обычно изготавливаются из чугуна или баббита, а вал из закаленной стали используется в подшипнике.

Встроенные подшипники встречаются не так часто, потому что втулки легче устанавливать и при необходимости их можно заменить. В зависимости от материала встроенный подшипник может быть дешевле, но его нельзя заменить. Если встроенный подшипник изнашивается, деталь можно заменить или переработать, чтобы принять втулку. Интегральные подшипники были очень распространены в машиностроении 19 века, но становились все менее распространенными по мере того, как становилось популярным взаимозаменяемое производство .

Например, обычным встроенным подшипником скольжения является шарнир , который одновременно является упорным подшипником и опорным подшипником.

Втулка

Втулки , также известные как куст , является независимым подшипником скольжения , который вставляется в корпус , чтобы обеспечить опорную поверхность для поворотных приложений; это наиболее распространенная форма подшипника скольжения. Обычные конструкции включают твердую ( гильзу и фланцевый ), раскол , и сжав втулки. Втулка, разрезная или сжатая втулка - это только «втулка» из материала с внутренним диаметром (ID), внешним диаметром (OD) и длиной. Разница между этими тремя типами заключается в том, что втулка со сплошной муфтой сплошная по всей длине, разрезная втулка имеет разрез по всей длине, а подшипник с зажимом похож на разрезную втулку, но с защелкой (или зажимом ) поперек разреза. соединение частей. Фланцевая втулка - это втулка с фланцем на одном конце, выступающая радиально наружу от наружного диаметра. Фланец используется для надежной фиксации втулки при ее установке или для обеспечения упорной опорной поверхности.

Подшипники скольжения дюймовых размеров почти всегда рассчитываются с использованием системы нумерации SAE . В системе нумерации используется формат -XXYY-ZZ, где XX - это внутренний диаметр в шестнадцатых долях дюйма, YY - внешний диаметр в шестнадцатых долях дюйма, а ZZ - длина в восьмых долях дюйма. Также существуют метрические размеры.

Шариковая втулка обычно не запрессовывается в корпус, а закрепляется радиальным элементом. Два таких примера включают два стопорных кольца или кольцо, отформованное на наружном диаметре втулки, которое совпадает с канавкой в ​​корпусе. Обычно это более надежный способ удержания втулки, поскольку силы, действующие на втулку, могут ее выдавить.

Упорную форму втулки принято называть упорной. упорная шайба .

Два куска

Двухсекционные Подшипники скольжения, известные как полные подшипники в промышленном оборудовании, которые обычно используются для больших диаметров, например коленчатых подшипников. Две половинки называются ракушками . Существуют различные системы, позволяющие удерживать снаряды в определенном месте. Наиболее распространенный метод - выступ на краю линии разъема, который совпадает с выемкой в ​​корпусе для предотвращения осевого перемещения после установки. Для больших толстых панелей используется пуговичный упор или установочный штифт. Стопор кнопки прикручен к корпусу, а установочный штифт соединяет обе гильзы вместе. В другом менее распространенном методе используется установочный штифт, который прикрепляет корпус к корпусу через отверстие или прорезь в корпусе.

Расстояние от одной разделяющей кромки до другой немного больше, чем соответствующее расстояние в корпусе, поэтому для установки подшипника требуется небольшое усилие. Это удерживает подшипник на месте при установке двух половин корпуса. Наконец, окружность кожуха также немного больше окружности кожуха, поэтому, когда две половинки скреплены болтами, подшипник слегка раздавливается . Это создает большую радиальную силу вокруг всего подшипника, которая не дает ему вращаться . Он также создает хороший интерфейс для выхода тепла из подшипников в корпус.

Галерея

Материалы

Подшипники скольжения должны изготавливаться из прочного материала с низким коэффициентом трения , износостойкости подшипников и вала, стойкости к повышенным температурам и коррозии . Часто подшипник состоит как минимум из двух компонентов, одна из которых мягкая, а другая - жесткая. В целом, чем тверже соприкасающиеся поверхности, тем ниже коэффициент трения и тем больше давление, необходимое для истирания или заедания двух деталей при нарушении смазки .

Бэббит

Баббит обычно используется в интегральных подшипниках. Покрытие покрывают обычно толщиной от 1 до 100 тыс. (От 0,025 до 2,540  мм ), в зависимости от диаметра. Подшипники Babbitt спроектированы так, чтобы не повредить шейку при прямом контакте и собирать любые загрязнения в смазке.

Би-материал

Разъемные двухкомпонентные втулки: металлическая внешняя часть с внутренним пластиковым покрытием

Двухкомпонентные подшипники состоят из двух материалов: металлической оболочки и пластиковой опорной поверхности. Обычные комбинации включают бронзу с покрытием из PTFE со стальной основой и Frelon с алюминиевой основой . Бронзовые подшипники со стальной основой и покрытием из ПТФЭ рассчитаны на большую нагрузку, чем большинство других биметаллических подшипников, и используются для вращательных и колебательных движений. Фрелон на алюминиевой основе обычно используется в агрессивных средах, потому что фрелон химически инертен .

Несущие свойства различных двухкомпонентных подшипников
Диапазон температур P (макс.)
[ Фунт / кв. Дюйм (МПа) ]
V (макс.)
[ SFM (м / с)]
PV (макс.)
[Psi sfm (МПа м / с)]
Бронза на стальной основе с покрытием из ПТФЭ −328–536 ° F или −200–280 ° C 36000 фунтов на кв. Дюйм или 248 МПа 390 (2,0 м / с) 51000 (1,79 МПа м / с)
Фрелон на алюминиевой основе −400–400 ° F или −240–204 ° C 3000 фунтов на квадратный дюйм или 21 МПа 300 (1,52 м / с) 20000 (0,70 МПа м / с)

Бронза

В обычной конструкции подшипника скольжения используется вал из закаленной и полированной стали и втулка из более мягкой бронзы . Втулку следует заменять, если она слишком изношена.

Обычные бронзовые сплавы, используемые для подшипников, включают: SAE 841 , SAE 660 ( CDA 932 ), SAE 863 и CDA 954 .

Несущие свойства различных бронзовых сплавов
Диапазон температур P (макс.)
[ Фунт / кв. Дюйм (МПа) ]
V (макс.)
[ SFM (м / с)]
PV (макс.)
[Psi sfm (МПа м / с)]
SAE 841 10–220 ° F (–12–104 ° C) 2000 фунтов на кв. Дюйм (14 МПа) 1200 (6,1 м / с) 50,000 (1,75 МПа м / с)
SAE 660 10–450 ° F (–12–232 ° C) 4000 фунтов на квадратный дюйм (28 МПа) 750 (3,8 м / с) 75000 (2,63 МПа м / с)
SAE 863 10–220 ° F (–12–104 ° C) 4000 фунтов на квадратный дюйм (28 МПа) 225 (1,14 м / с) 35000 (1,23 МПа м / с)
CDA 954 Менее 500 ° F (260 ° C) 4500 фунтов на кв. Дюйм (31 МПа) 225 (1,14 м / с) 125000 (4,38 МПа м / с)

Чугун

Подшипник из чугуна может использоваться с валом из закаленной стали, поскольку коэффициент трения относительно низкий. Чугун покрывается глазурью, поэтому износ становится незначительным.

Графитовый

В суровых условиях, таких как печи и сушилки , используется сплав меди и графита , широко известный под торговой маркой графаллой . Графит является сухим смазочным материалом , поэтому низкий коэффициент трения и низкие эксплуатационные расходы. Медь добавляет прочности, долговечности и обеспечивает характеристики рассеивания тепла.

Несущие свойства графитовых материалов
Диапазон температур P (макс.)
[ Фунт / кв. Дюйм (МПа) ]
V (макс.)
[ SFM ( м / с )]
PV (макс.)
[Psi sfm (МПа м / с)]
Графаллой −450–750 ° F или −268–399 ° C 750 фунтов на кв. Дюйм или 5 МПа 75 (0,38 м / с) 12000 (0,42 МПа м / с)
Графитовый ? ? ? ?

Подшипники из нелегированного графита используются в особых случаях, например, при погружении в воду.

Драгоценности

В этих подшипниках, известных как драгоценные камни , используются драгоценные камни , такие как сапфир , рубин и гранат .

Пластик

Подшипники скольжения из твердого пластика в настоящее время становятся все более популярными благодаря тому, что они не требуют смазки при работе всухую. Подшипники скольжения из твердого полимера имеют малый вес, устойчивы к коррозии и не требуют технического обслуживания. После десятилетий исследований, сегодня можно точно рассчитать срок службы полимерных подшипников скольжения. Проектирование подшипников скольжения из твердого полимера осложняется широким диапазоном и нелинейностью коэффициента теплового расширения . Эти материалы могут быстро нагреваться при использовании в приложениях, превышающих рекомендуемые пределы pV.

Подшипники из твердого полимера ограничены процессом литья под давлением . Не все формы возможны с помощью этого процесса, а возможные формы ограничены тем, что считается хорошей конструкторской практикой для литья под давлением. К пластмассовым подшипникам применяются те же меры предосторожности, что и ко всем другим пластмассовым деталям: ползучесть, высокое тепловое расширение, размягчение (повышенный износ / сокращение срока службы) при повышенной температуре, хрупкие трещины при низких температурах и разбухание из-за поглощения влаги. Несмотря на то, что большинство пластиков / полимеров, пригодных для подшипников, призваны уменьшить эти конструктивные ограничения, они все еще существуют, и их следует тщательно рассмотреть, прежде чем указывать твердый полимер (пластик) типа.

Пластиковые подшипники теперь довольно часто, в том числе использование в копировальных машинах , пашет , сельскохозяйственной техники , текстильного оборудования, изделий медицинского назначения , продуктов питания и упаковочных машин, сидения автомобиля и судового оборудования.

Обычные пластмассы включают нейлон , полиацеталь , политетрафторэтилен (PTFE), сверхвысокомолекулярный полиэтилен ( UHMWPE ), рулон , PEEK , уретан и веспел (высокоэффективный полиимид ).

Несущие свойства различных пластиков
Диапазон температур P (макс.) [ Фунт / кв. Дюйм ( МПа )] V (макс.) [ SFM ( м / с )] PV (макс.) [Psi sfm (МПа м / с)]
Фрелон От −400 до 500 ° F (от −240 до 260 ° C) 1500 фунтов на кв. Дюйм (10 МПа) 140 (0,71 м / с) 10000 (0,35 МПа м / с)
Нейлон От −20 до 250 ° F (от −29 до 121 ° C) 400 фунтов на квадратный дюйм (3 МПа) 360 (1,83 м / с) 3000 (0,11 МПа м / с)
Смесь нейлона с наполнителем MDS 1 От −40 до 176 ° F (от −40 до 80 ° C) 2000 фунтов на кв. Дюйм (14 МПа) 393 (2,0 м / с) 3400 (0,12 МПа м / с)
Смесь нейлона с наполнителем MDS 2 От −40 до 230 ° F (от −40 до 110 ° C) 300 фунтов на кв. Дюйм (2 МПа) 60 (0,30 м / с) 3000 (0,11 МПа м / с)
PEEK смесь 1 От −148 до 480 ° F (от −100 до 249 ° C) 8500 фунтов на кв. Дюйм (59 МПа) 400 (2,0 м / с) 3500 (0,12 МПа м / с)
PEEK смесь 2 От −148 до 480 ° F (от −100 до 249 ° C) 21750 фунтов на квадратный дюйм (150 МПа) 295 (1,50 м / с) 37700 (1,32 МПа м / с)
Полиацеталь От −20 до 180 ° F (от −29 до 82 ° C) 1000 фунтов на квадратный дюйм (7 МПа) 1000 (5,1 м / с) 2700 (0,09 МПа м / с)
ПТФЭ От −350 до 500 ° F (от −212 до 260 ° C) 500 фунтов на кв. Дюйм (3 МПа) 100 (0,51 м / с) 1000 (0,04 МПа м / с)
Стеклонаполненный ПТФЭ От −350 до 500 ° F (от −212 до 260 ° C) 1000 фунтов на квадратный дюйм (7 МПа) 400 (2,0 м / с) 11000 (0,39 МПа м / с)
Рулон 641 От −400 до 550 ° F (от −240 до 288 ° C) 1000 фунтов на квадратный дюйм (7 МПа) 400 (2,0 м / с) 10000 (0,35 МПа м / с)
Рулон Дж. От −400 до 550 ° F (от −240 до 288 ° C) 750 фунтов на кв. Дюйм (5 МПа) 400 (2,0 м / с) 7500 (0,26 МПа м / с)
Рулон LR От −400 до 550 ° F (от −240 до 288 ° C) 1000 фунтов на квадратный дюйм (7 МПа) 400 (2,0 м / с) 10000 (0,35 МПа м / с)
СВМПЭ От −200 до 180 ° F (от −129 до 82 ° C) 1000 фунтов на квадратный дюйм (7 МПа) 100 (0,51 м / с) 2000 (0,07 МПа м / с)
Уретан с наполнителем МДС От −40 до 180 ° F (от −40 до 82 ° C) 700 фунтов на кв. Дюйм (5 МПа) 200 (1,02 м / с) 11000 (0,39 МПа м / с)
Веспель От −400 до 550 ° F (от −240 до 288 ° C) 4900 фунтов на кв. Дюйм (34 МПа) 3000 (15,2 м / с) 300000 (10,5 МПа м / с)

Другие

  • igus, iglidur Специально разработанные полимерные подшипниковые материалы с прогнозируемым сроком службы
  • Керамические подшипники очень твердые, поэтому песок и другие частицы, попадающие в подшипник, просто измельчаются до мелкого порошка, который не препятствует работе подшипника.
  • Lubrite
  • Lignum vitae - это самосмазывающаяся древесина, которая в часах обеспечивает чрезвычайно долгую жизнь. Также используется с бронзовыми колесами в корабельном снаряжении.
  • В пианино различные (обычно) деревянные части клавиатуры и механизма соединены между собой центральными штифтами, которые обычно изготавливаются из немецкого серебра . Эти рычаги обычно имеют войлочные или, реже, кожаные втулки.

Смазка

Втулка с канавкой, заполненная графитом

Типы систем смазки можно разделить на три группы:

  • Класс I - подшипники, для которых требуется смазка из внешнего источника (например, масло, консистентная смазка и т. Д.).
  • Класс II - подшипники, которые содержат смазку в стенках подшипника (например, бронзу, графит и т. Д.). Обычно эти подшипники требуют внешней смазки для достижения максимальной производительности.
  • Класс III - подшипники из материалов, являющихся смазочными. Эти подшипники обычно считаются «самосмазывающимися» и могут работать без внешней смазки.

Примерами подшипников второго типа являются Oilites и пластмассовые подшипники из полиацеталя ; примерами третьего типа являются подшипники из металлизированного графита и подшипники из ПТФЭ .

Большинство подшипников скольжения имеют гладкую внутреннюю поверхность; однако, некоторые из них канавок , например, спиральная канавка подшипника . Канавки помогают смазке попасть в подшипник и покрыть всю шейку.

Самосмазывающиеся подшипники скольжения содержат смазочный материал внутри несущих стенок. Есть много форм самосмазывающихся подшипников. Первыми и наиболее распространенными являются подшипники из спеченного металла с пористыми стенками. Пористые стенки втягивают масло за счет капиллярного действия и высвобождают масло при приложении давления или тепла . Пример работы подшипника из спеченного металла можно увидеть в самосмазывающихся цепях , которые не требуют дополнительной смазки во время работы. Другая форма представляет собой сплошную цельную металлическую втулку с канавкой в виде восьмерки на внутреннем диаметре, заполненной графитом. Подобный подшипник заменяет канавку в виде восьмерки отверстиями, заглушенными графитом. Это смазывает подшипник изнутри и снаружи. Последняя форма - это пластмассовый подшипник, в который впрессована смазка. Смазка выпущена как подшипник работает в .

Существует три основных типа смазки: состояние полной пленки , граничное условие и состояние сухости . Условия полной пленки - это когда нагрузка на подшипник воспринимается исключительно пленкой жидкой смазки и нет контакта между двумя поверхностями подшипника. В смешанных или граничных условиях нагрузка частично передается за счет прямого контакта поверхности, а частично за счет пленки, образующейся между ними. В сухом состоянии полная нагрузка осуществляется за счет контакта поверхности с поверхностью.

Подшипники, изготовленные из материалов подшипникового класса, всегда работают в сухом состоянии. Подшипники скольжения других двух классов могут работать во всех трех условиях; Состояние, в котором работает подшипник, зависит от условий эксплуатации, нагрузки, относительной поверхностной скорости, зазора внутри подшипника, качества и количества смазочного материала и температуры (влияющих на вязкость смазочного материала). Если подшипник скольжения не предназначен для работы в сухих или граничных условиях, он имеет высокий коэффициент трения и изнашивается. Сухие и граничные условия могут возникать даже в жидкостном подшипнике при работе за пределами его нормальных рабочих условий; например, при запуске и выключении.

Жидкая смазка

Схема опорного подшипника в состоянии гидродинамической смазки, показывающая, как центральная линия шейки смещается от средней линии подшипника.

Жидкая смазка приводит к режиму полной пленочной смазки или смазки с граничными условиями. Правильно спроектированная система подшипников снижает трение за счет устранения контакта поверхности с поверхностью между шейкой и подшипником за счет гидродинамических эффектов .

Жидкостные подшипники могут смазываться гидростатически или гидродинамически . Подшипники с гидростатической смазкой смазываются внешним насосом, который поддерживает статическое давление. В гидродинамическом подшипнике давление в масляной пленке поддерживается вращением шейки. Гидростатические подшипники переходят в гидродинамическое состояние при вращении шейки . В гидростатических подшипниках обычно используется масло , в то время как в гидродинамических подшипниках может использоваться масло или консистентная смазка , однако подшипники могут быть сконструированы для использования любой доступной жидкости, а в некоторых конструкциях насосов перекачиваемая жидкость используется в качестве смазки.

Гидродинамические подшипники требуют большей осторожности при проектировании и эксплуатации, чем гидростатические подшипники. Они также более подвержены начальному износу, поскольку смазка не происходит до тех пор, пока вал не вращается. При низких частотах вращения смазка может не достичь полного разделения вала и втулки. В результате гидродинамическим подшипникам могут помочь вторичные подшипники, которые поддерживают вал во время пуска и останова, защищая обработанные поверхности опорного подшипника с мелкими допусками. С другой стороны, гидродинамические подшипники проще в установке и дешевле.

В гидродинамическом состоянии образуется смазочный «клин», который приподнимает цапфу. Журнал также немного смещается по горизонтали в направлении вращения. Положение шейки измеряется углом положения , который представляет собой угол, образованный между вертикалью и линией, пересекающей центр шейки и центр подшипника, и коэффициентом эксцентриситета, который представляет собой отношение расстояния центра шейки от центра подшипника до общего радиального зазора. Угол наклона и коэффициент эксцентриситета зависят от направления и скорости вращения, а также нагрузки. В гидростатических подшипниках давление масла также влияет на коэффициент эксцентриситета. В электромагнитном оборудовании, таком как двигатели, электромагнитные силы могут противодействовать гравитационным нагрузкам, заставляя цапфу принимать необычные положения.

Одним из недостатков гидродинамических опорных подшипников с жидкостной смазкой в ​​высокоскоростных машинах является масляный вихрь - самовозбуждающаяся вибрация шейки . Масляный вихрь возникает, когда смазочный клин становится нестабильным: небольшие нарушения цапфы вызывают силы реакции масляной пленки, которые вызывают дальнейшее движение, в результате чего масляная пленка и цапфа «кружатся» вокруг вкладыша подшипника. Обычно частота завихрения составляет около 42% от скорости вращения шейки. В крайних случаях масляный вихрь приводит к прямому контакту шейки с подшипником, что быстро изнашивает подшипник. В некоторых случаях частота завихрения совпадает с критической скоростью вала машины и «фиксируется на ней»; это состояние известно как «масляный кнут». Масляный кнут может быть очень разрушительным.

Лимонная зануда

Вихрь масла можно предотвратить с помощью стабилизирующей силы, приложенной к шейке. В некоторых конструкциях подшипников используется геометрия подшипников для создания препятствия для вихревой жидкости или для обеспечения стабилизирующей нагрузки для минимизации вихря. Одно из таких отверстий называется лимонным или эллиптическим отверстием . В этой конструкции прокладки устанавливаются между двумя половинами корпуса подшипника, а затем отверстие обрабатывается до нужного размера. После снятия прокладок отверстие имеет форму лимона, что уменьшает зазор в одном направлении отверстия и увеличивает предварительную нагрузку в этом направлении. Недостатком этой конструкции является меньшая грузоподъемность по сравнению с типичными опорными подшипниками. Он также по-прежнему подвержен завихрению масла на высоких скоростях, однако его стоимость относительно невысока.

Напорная плотина

Другой конструкцией является напорная перемычка или заглушенная канавка , которая имеет неглубокий рельефный вырез в центре подшипника над верхней половиной подшипника. Канавка резко останавливается, чтобы создать направленную вниз силу для стабилизации цапфы. Эта конструкция имеет высокую грузоподъемность и исправляет большинство ситуаций, связанных с завихрением масла. Недостаток в том, что он работает только в одном направлении. Смещение половин подшипника делает то же самое, что и напорная перемычка. Единственная разница в том, что грузоподъемность увеличивается с увеличением смещения.

Более радикальная конструкция - это конструкция с наклонными подушками, в которой используются несколько подушек, которые предназначены для перемещения при изменяющихся нагрузках. Он обычно используется в очень крупных приложениях, но также находит широкое применение в современном турбомашинном оборудовании, поскольку он почти полностью устраняет масляные завихрения.

Связанные компоненты

Другие компоненты, которые обычно используются с подшипниками скольжения, включают:

  • Блок подушки : это стандартные подшипниковые опоры, предназначенные для подшипников скольжения. Они предназначены для установки на плоскую поверхность.
  • Кольцевая масленка : смазочный механизм, используемый в первой половине 20-го века для среднескоростных приложений.
  • Сальник : система уплотнения, используемая для предотвращения утечки жидкости из системы, находящейся под давлением, через подшипник скольжения.

Смотрите также

использованная литература

Список используемой литературы

внешние ссылки