для чего нужна втулка скольжения
Втулки скольжения
Трубчатое кольцо, устанавливаемое между гнездом в корпусе и валом, называют втулкой скольжения. Она разделяет вращающиеся друг относительно друга составные части подвижного узла, которые не должны непосредственно соприкасаться между собой. Вся втулка или только скользящая поверхность изготавливаются из антифрикционного материала с малым коэффициентом трения. Таким образом, втулка скольжения позволяет за счет значительного уменьшения трения снизить сопротивление вращению, нагрев и износ трущихся деталей. Втулки скольжения предназначены для умеренных радиальных нагрузок и по типу относятся к радиальным подшипникам скольжения.
Есть несколько признаков, по которым классифицируются втулки скольжения. По способу изготовления их разделяют на свёртные, спечённые, и механически обработанные. Свёртные втулки скольжения сворачиваются в кольцо из плоского листа чуть менее чем на один оборот так, что сбоку вдоль втулки остается прорезь. Спечённые втулки скольжения изготавливаются методом порошковой металлургии, поэтому имеют пористую структуру и могут впитывать в себя 10-20% смазочного масла по объему. Механически обработанная втулка скольжения вытачивается из заготовки. Свёртные втулки относительно тонкие, спечённые и обточенные – более массивные.
По форме втулки скольжения бывают цилиндрическими и буртовыми. Цилиндрическая втулка скольжения – это изделие в виде короткой трубы ровного диаметра. Она может выдерживать исключительно радиальную нагрузку. Буртовые втулки скольжения на большей части длины цилиндрические, а с одного края имеют расширение в виде шайбы, которое называется бурт. Они рассчитаны на радиальную нагрузку в сочетании с однонаправленной осевой нагрузкой.
Смазываемые втулки скольжения имеют ниппели на корпусе для подачи смазки. Те, которые не требует смазывания, называют необслуживаемыми втулками скольжения. Такие втулки более удобны в эксплуатации, но менее долговечны и имеют худшие скоростные способности.
Основные материалы втулок скольжения – это бронза, сталь, антифрикционный чугун, полимеры. В простых полимерных втулках скольжения используется обычный пластик, в высококачественных – фторопласты (ПТФЭ, он же тефлон) или ацетальные смолы (полиоксиметилен). Втулка скольжения может состоять из нескольких материалов: основа обычно сделана из стали, а поверхность скольжения – из антифрикционного материала в виде тонкой прокладки или нанесённого слоя. Среди таких материалов можно назвать те же фторопласты, дисульфид молибдена и керамические покрытия. Часть этих трущихся пар не требует ни обслуживания, ни смазывания, что является большим достоинством подшипников скольжения.
Втулки скольжения используются во вращающихся и поворотных узлах промышленного оборудования и подвижной техники. Это, например, конвейерные ролики, крепления линейных цилиндров, сочленения рабочих органов строительных машин, станки для целлюлозно-бумажной, пищевой и текстильной промышленности.
В общем, втулки скольжения просты по конструкции, устойчивы к неблагоприятным условиям рабочей среды, таким как перепады температур или загрязнения, но плохо подходят для долгого вращения с большой скоростью. По сравнению с вкладышами скольжения они проще в установке и обслуживании, но менее устойчивы к высоким температурам. Относительно подшипников качения втулки скольжения несравнимо более компактны, но имеют больший момент трения и меньшую грузоподъемность.
Что такое втулка? Где используется, для чего нужна, виды и характеристики.
Современные машины и механизмы имеют множество конструктивных элементов, узлов и агрегатов. От точности их настройки и продуманной сборки зависит эффективность и безопасность эксплуатации всего агрегата. Важнейшим элементом, который влияет и на монтаж, и на работу всей конструкции являются втулки. На первый взгляд они незаметны, но данные элементы — полноценные бойцы невидимого фронта.
Производятся втулки по ГОСТ, ОСТ или чертежам заказчика. В данном случае требуется разработка технического регламента отдельно под каждую разновидность изделий. Расчёты проводятся максимально точно и учитывают не только размеры, но и тип материала, необходимость использования его покрытия или упрочнения и прочее. Изготовление втулок на заказ в Санкт-Петербурге, с доставкой по всей России и СНГ, мы рекомендуем у производителя «ВОЛАТ», чьё название является официально зарегистрированным товарным знаком.
Зачем нужна втулка
Втулка — это элемент механизма либо машины имеющий коническую или цилиндрическую форму. В ней имеется цилиндрическое отверстие, в которое и входит деталь, которую требуется сочленить. Служит втулка для уменьшения трения.
Что это значит простым языком, если отбросить все технические детали? Втулки монтируются в механизм и становятся его частью. Они предохраняют другие узлы и детали от чрезмерных нагрузок, принимая большую их часть на себя. Таким образом существенно снижается износ критичных для обеспечения работы или дорогостоящих элементов. Если бы втулок не было, что использование целого ряда машин и механизмов было бы нецелесообразно или даже — невозможно.
Какие бывают втулки
Изготовление втулок отличается в зависимости от сферы их применения. Существует несколько видов, которые имеют свои индивидуальные особенности.
Хоть втулка выглядит просто и кажется незначительным элементом, но обойтись без неё зачастую нельзя. К примеру, во фрезерном станке она является одним из ключевых переходных элементов.
Из чего производятся втулки
Материалы для производства втулок определены ГОСТ и ОСТ. Производятся они из легированных и нелегированных сталей, а также различных сплавов. Изготовление втулок по тех регламенту позволяет использовать абсолютно разные материалы в зависимости от предполагаемых нагрузок и условий эксплуатации изделия — медь, латунь, цветные металлы. К примеру, втулки из нержавеющей стали применяются для глухих элементов, из латуни — для паяльных конструкций. А втулки из бронзы предпочитают заказывать, если хотят максимально увеличить срок эксплуатации механизма.
Изготовление втулки, не смотря на всю её видимую простоту, – технологически сложный процесс. Он имеет целый ряд обязательных этапов — от обточки заготовки на станке, до процесса закаливания и нанесения защитного покрытия. Ошибка на любом из них приведёт к потере качества изделия.
Подшипники скольжения
Практически все механизмы имеют вращающиеся или качающиеся детали. Для уменьшения потерь энергии на трение эти детали в качестве опор используют подшипниковые узлы из подшипников качения и скольжения. Другое назначение подшипников — противостоять радиальным и осевым нагрузкам.
Подшипники по виду трения разделяются:
Подшипники качения. Применяются повсеместно, т.к. имеют наилучшее соотношение стоимости и потерь на трение. Потери происходят в точках и линиях контакта шариков или роликов, расположенных между поверхностями внутреннего и внешнего кольца (обоймы) подшипника. Эти подшипники имеют малую ширину опоры (габариты вдоль оси вращения), унифицированы (легко заменяемы), относительно дешевы при массовом производстве и недороги в обслуживании (смазочные материалы). Основной недостаток — повышенный шум, однако производители успешно борются с этим недостатком, у NSK все подшипники выпускаются с специальной маркировкой CM – зазор подшипника уменьшен, но находится в пределах стандартного, что сделало эти подшипники малошумными.
Втулки скольжения. Во втулках скольжения поверхность вала скользит относительно рабочей поверхности втулки. К рабочей поверхности предъявляются особые условия, поэтому втулка скольжения состоит из втулки-вкладыша (рабочая часть) и корпуса. Применяются, когда невозможно применить подшипники качения: высокие скорости, малые габариты, работа в жидкой, опасной среде. Втулки скольжения нашли свое применение во многих отраслях промышленности. К примеру, используется в оборудовании: турбины, ДВС, прокатные станы, станки, насосы, с\х техника и др. Также они применяются в неответственных соединениях, где потери на трение не влияют на работоспособность.
Шарнирные наконечники. По типу трения — это разновидность подшипника скольжения, состоящего из двух втулок, изготовленных из одного и того же или разных материалов (сталь\сталь – применяется в большинстве подшипников скольжения; сталь\хром, хром\PTFE и другие – применяются в зависимости от условий работы подшипника). Внутренняя втулка имеет сферическую наружную поверхность, что увеличивает степени свободы сопряжённых деталей. Применяются в узлах с переменным направлением вращения при неполном повороте и небольших скоростях вращения.
Подшипники скольжения. Виды, материалы изготовления
Материал корпуса подшипника скольжения — сталь или чугун, а к рабочей части (вкладышу) предъявляются особые требования. Если условия работы подшипника позволяют, то роль вкладыша выполняет сам корпус из антифрикционного чугуна.
Требования к материалу вкладыша:
Этим требованиям удовлетворяют: антифрикционные чугуны, бронзовые сплавы, сплавы из олова и свинца — баббиты, алюминиевые и цинковые сплавы. Металлокерамические вкладыши изготавливают прессованием порошков свинца, олова, железа, меди, графита в различных сочетаниях с дальнейшим спеканием. Структура получается прочная, пористая, способная удерживать в себе достаточное количество предварительно внесенной смазки. Их назначение — необслуживаемые подшипники. Из неметаллических материалов применяют пластмассы с низким коэффициентом сухого трения (фторопласт), а также хорошо прирабатывающиеся пластики и резина.
Компания Техноберинг поставляет подшипники скольжения сферические ISB (Италия) и FLURO (Германия)
Серия GE. Подшипники для больших нагрузок в одном направлении, необслуживаемые. Вместо смазки — фторопластовая вставка внутри наружного кольца. Два варианта: из нержавеющей стали (для работы в агрессивных средах) и из подшипниковой стали.
Серия GL. Смазываемый подшипник для преимущественно осевых нагрузок. Между кольцом внешним из стали 9SMnPb28K, 12L13 и внутренним сферическим из стали подшипниковой Aisi 52100 имеется латунная вставка марки CuZn40AI1.
Серия GLRS. Подшипник с возможностью повторного смазывания для работы с высокой скоростью в средах, способствующих коррозии. Между кольцом внешним из стали нержавеющей Aisi 303 и внутренним сферическим из стали подшипниковой Aisi 52100 имеется бронзовая упрочненная вставка марки CuSn8.
Серия GLRSW. Необслуживаемые подшипники для работы с высокими динамическими нагрузками в средах, способствующих коррозии. Между внешним кольцом из стали нержавеющей Aisi 303 и внутренним сферическим из стали подшипниковой Aisi 52100 имеется бронзовая упрочненная вставка марки CuSn8 с напылением ПТФЭ на внутренней поверхности.
Серия GLXS. Подшипник для работы со скоростью до 1500 об/мин и возможностью повторного смазывания. Между кольцом внешним из стали 9SMnPb28K, 12L13 и внутренним сферическим из стали подшипниковой Aisi 52100 имеется бронзовая упрочненная вставка марки CuSn8.
Серия GLXSW. Подшипник для работы со значительными знакопеременными осевыми нагрузками, не требует обслуживания. Между кольцом внешним из стали 9SMnPb28K, 12L13 и внутренним сферическим из стали подшипниковой Aisi 52100 имеется вставка из стали 9SMnPb28K с напылением на внутреннюю поверхность слоя ПТФЭ.
Серия GXS. Подшипник для скоростей вращения до 1500 об/мин с возможностью повторного смазывания. Кольцо внешнее бронзовое марки CuSn8 для высоких нагрузок, внутреннее сферическое кольцо из стали подшипниковой Aisi 52100.
Серия GXSW. Подшипник для работы с высокими динамическими нагрузками, не требует обслуживания. Кольцо внешнее из стали 9SMnPb28K, 12L13 c ПТФЭ вставкой, напыленной на внутреннюю поверхность. Внутреннее сферическое кольцо из стали подшипниковой Aisi 52100.
Компания Техноберинг — это крупнейший магазин, качественные подшипники, официальный сайт дистрибьютера ведущих производителей ISB и FLURO. Вся продукция сертифицирована, соответствует ГОСТ РФ и стандартам ISO.
Если подшипники качения и скольжения нужны «на вчера» по принципу «поставил и забыл», приобретайте в компании с надежной репутацией, широкой линейкой продукции и легкодоступным оперативным складом.
Опытные, толковые специалисты Техноберинга подскажут, быстро подберут и порекомендуют наиболее оптимальный вариант подшипника из нескольких возможных.
Сайт подшипников Техноберинг — надёжный поставщик качественных решений для подшипниковых узлов!
Подшипники скольжения
Подшипники скольжения – ключевые достоинства, недостатки, основные типы
Исторически подшипники скольжения стали первой опорой, применяемой в создаваемых людьми механизмах. Они встречаются уже в неолитических раскопках и первоначально используются для сверлильных устройств, веретен прядильных. До середины девятнадцатого века они были основной опорой в технике, но начали уступать первенство шарикоподшипникам. Однако и в настоящее время опоры скольжения широко распространены в технике.
Подшипник скольжения это опора, использующая трение скольжения по контактным поверхностям.
Для них специально подбирают материалы с минимальным коэффициентом трения, образующие пару трения. Для уменьшения тепловыделения, снижения трения в зону контакта обычно подается смазка. Но некоторые пары трения, например, фторопласт-сталь в смазке не нуждаются.
Наиболее распространены подшипники скольжения конструкция, которых включает корпусную деталь 3 с установленным вкладышем антифрикционным 2. В отверстии вкладыша с зазором вращается шейка вала 5 либо линейно перемещается шток. Через систему отверстий 1 и распределяющих канавок в зазор подается смазка 4, разделяющая контактирующие поверхности.
Смазка может подаваться специальным шприцем через масленку. В сложных конструкциях с большим числом точек смазки используют централизованные системы с нагнетанием смазки масляным насосом из центрального бака по трубопроводам. Нередко вместо отдельного корпуса используют расточки деталей конструкции, в которые запрессовываются антифрикционные втулки.
Подшипник скольжения и качения: разница заключается в реализуемом типе трения (скольжение, качение) и определяет их преимущества и недостатки.
Преимущества опор скольжения:
К их недостаткам можно отнести:
ГОСТ 18282 на подшипники скольжения устанавливает ключевые определения и термины.
Виды подшипников скольжения
Одним из факторов дающих возможность опорам скольжения эффективно конкурировать с шарикоподшипниками является конструктивное разнообразие, позволяющее успешно решать множество задач.
Их классификация включает следующие виды подшипников скольжения:
Опоры радиальные обычно представляют собой антифрикционные втулки, зафиксированные в отдельных корпусах либо запрессованные в конструкционные элементы.
При выполнении корпуса из антифрикционного материала, например, серого чугуна он сам становится радиальной опорой. (Вариант б).
При использовании втулки с буртом мы получаем комбинированную опору, способную воспринимать кроме радиальных сил и небольшие осевые нагрузки. Бурт также упрощает монтаж втулки. На приведенном рисунке втулка 1 компенсирует нагрузку радиальную и осевое усилие, направленное вправо, со стороны вала 5. Фиксация втулки в корпусной детали 4 осуществляется винтом-гужоном 3. В зону канавки 2 подводится смазка.
Для компенсации больших осевых сил используются упорные подшипники.
Обычно подшипник скольжения упорный для вертикального вала называется подпятником. На иллюстрации показан упорно-сферический подпятник, воспринимающий вертикальную силу при перекосе вала.
Обычно используются неразъемные подшипники.
Нередко, например, для валов коленчатых возникает необходимость в разъемных подшипниках скольжения. Они позволяют значительно упростить сборку, а иногда являются единственным вариантом монтажа. Такая опора имеет разборный корпус. Основание и крышка корпуса стянуты гайками на шпильках. Вкладыш также состоит из двух половин. Подвод смазки производится через масленку, отверстие в крышке и каналы вкладыша.
Для компенсации перекоса вала используется сферический подшипник скольжения. Их выпускает, например, SKF. Шаровый подшипник скольжения допускает поворот втулки со сферической наружной поверхностью в соответствующем посадочном месте корпуса.
В сложных рычажных системах, шарнирных параллелограммах сложно добиться строгой параллельности расположения опор. В таких случаях часто используют шарнирный подшипник скольжения. Это разновидность сферического подшипника с соединением внешнего, внутреннего колец по сферической поверхности. Они выдерживают значительные радиальные и двухсторонние осевые усилия. В основном в них используется пара трения сталь – сталь со смазкой. Обычно применяется высокохромистая сталь типа ШХ с фосфатированием и нанесением дисульфида молибдена. Такое сочетание материалов отлично работает при больших нагрузках, выдерживает удары.
В пищевой индустрии, медицине и других условиях, где нежелательна смазка применяют пару трения с внутренним хромированным кольцом и покрытием контактной поверхности наружного кольца политетрафторэтиленом с усилением сеткой арматурной из сплава меди. Такие подшипники используют чаще в механизмах, реализующих повороты рычагов. Существуют стандартизованные серии шарнирных подшипников GE или ШС, ШЛ, ШП сталь-сталь, ШН сталь-металлофторопласт, ШЕ сталь-органоволокнит. Помимо материалов пар трения они различаются наличием и расположением точек подвода смазки, размещением канавок.
Технические условия на шарнирный подшипник скольжения приведены в ГОСТ 3635-78.
Опоры скольжения – материалы, виды смазки, типы трения
Первым элементом пары трения обычно является стальной вал. Цапфа вала под используемые подшипники скольжения должна быть обработана с чистотой Ra 0,8…1,6, иметь точные геометрические размеры, допуск выбранной посадки с зазором, повышенную твердость. Обычно цапфа подвергается закалке с последующим шлифованием, иногда, в менее ответственных случаях нормализации. Ряд сталей, например, нержавейка 12Х18Н10Т не калятся. В таких случаях достаточно высокой чистоты поверхности и размерной точности.
Подшипник скольжения втулка, которого выполняется из антифрикционного материала, может проектироваться самостоятельно или в соответствие с существующими стандартами. Недорогой, но эффективный материал втулок, вкладышей – серый или антифрикционный чугун. Его используют при окружных скоростях меньших пяти метров за секунду. Чугун хорошо обрабатывается, прочный, обеспечивает малое трение, но является хрупким, боится ударов, прирабатывается хуже бронзы. Вкладыши чугунные для корпусов разъемных выполняют по ГОСТ 11611-82. Антифрикционные чугуны АСЧ1, АСЧ2, АСЧ4, АСЧ5 должны работать с нормализованными либо закаленными валами. Чугуны АСЧ3, АСЧ6 рассчитаны на незакаленные валы.
Чаще всего используют бронзовые втулки скольжения. Они выдерживают удельную нагрузку до пятнадцати МПа и хорошо работают при окружной скорости валов до десяти м/с. Оптимальным сочетанием свойств для изготовления опор скольжения обладают свинцово-оловянистые бронзы ОЦС 5-5-5, ОЦС 6-3-3, О10Ц2, а для повышенных нагрузок ОС10-10.
Бронза ОС5-25 используется в качестве внутреннего слоя биметаллических втулок с наружным слоем из стали 20 по ГОСТ 24832-81. В пищевой промышленности для подшипников скольжении рекомендована алюминиево-железистая бронза АЖ 9-4, допущенная к контактам с продуктами.
Сочетание высокой прочности и отличных антифрикционных свойств демонстрируют би и триметаллические втулки с наружной стальной оболочкой и внутренними слоями из алюминиевых, медных сплавов, фторопласта.
Чрезвычайно малое трение обеспечивают баббиты Б83, Б88. Но из-за невысокой прочности их обычно заливают во вкладыши из бронзы, или чугуна.
Спекаемые втулки скольжения изготавливаются по ГОСТ 24833-81. Вкладыши металлокерамические длительное время не нуждаются в смазке.
При невысокой нагрузке, малой окружной скорости рациональным будет применение втулок из фторопласта, капролона, нейлона не нуждающихся в смазке. А текстолит, дерево, резину можно смазывать водой. При больших усилиях применяют втулки со стальной обоймой и внутренним слоем фторопласта.
Оптимальный вариант – жидкостное трение, при котором вращающийся вал создает масляный клин, полностью разделяющий его с подшипниковой втулкой. Оно гарантирует наименьший коэффициент трения в пределах 0,001…0,005. Условия создания масляного клина – необходимое соотношение оборотов вала, зазора в соединении, эксцентриситета вала, вязкости и количества поступающего масла.
Чаще всего реализуется полужидкостное трение, при котором большая, но не вся поверхность контакта покрыта масляной пленкой. В этих условиях коэффициент трения составит 0,008…0,08.
Сухое либо граничное трение создается при недостатке, отсутствии смазочного масла. Для пары металл-металл коэффициент трения в этом случае равен 0,1…0,5.
При недостаточности смазки для стального вала коэффициент трения:
Смазка значительно снижает коэффициент трения, способствует отводу тепла, предотвращает заклинивание, износ контактных поверхностей. Для подшипников скольжения используются жидкая, пластичная, твердая смазки.
Специальные смазки, имеющие разрешение на контакт с пищевыми средами используют в медицинском, пищевом оборудовании, например, Kluber-SummitHySyn FG-32. Для подачи смазки часто применяют централизованные системы с насосом. На выходе из подшипника температура смазки не должна быть более 65 градусов. Более высокие значения означают загрязнение, недостаток смазки, малый зазор, неудачную подгонку вкладыша.
Подшипники скольжения часто смазывают пластическими смазками. В основном их получают добавкой к жидким маслам особых загустителей. Пластические смазки не требуют сложных систем подач. Достаточно установить в точки смазки масленки. Они не нуждаются в частой замене, снижают эксплуатационные расходы, эффективны. Но их сложно удалять.
Среди наиболее распространенных пластических смазок:
Твердые смазки применяют при особо низких или высоких температурах, в вакуумной технике, в пищевых производствах. Наиболее распространенные смазки твердые – дисульфид молибдена, а также графит или дисульфид вольфрама, нитрид бора. Оптимальная толщина слоя такой смазки 5…25 мкм. На основе дисульфида молибдена изготавливают самосмазывающиеся металлокерамические вкладыши. Не требуют смазки также фторопластовые, металлофторопластовые втулки.
При сверхвысоких скоростях и небольших нагрузках в качестве смазки используется газ. Но реализация газовой смазки требует очень сложной конструкции узла.
Проектирование опор скольжения
Подшипники скольжения упрощенным способом рассчитываются по нагрузке (удельной):
F – сила действующая на опору;
Также определяется значение произведения нагрузки удельной и скорости (окружной):
где d – диаметр цапфы в мм;
n – обороты вала в 1/мин.
Полученные значения не должны превышать допустимые, приведенные в справочниках. Данный расчет соответствует полужидкому и граничному трению в подшипнике.
Металлические подшипники скольжения размеры таблица, которых приведена в ГОСТ1978-81 могут служить основным справочным материалом при проектировании.
При конструировании важно также выдержать необходимое соотношение длины и диаметра втулки.
Ключевые факторы – форма, размеры, расположение канавок подвода смазки. Их размещают в ненагруженной зоне вкладыша.
Рекомендованные посадки подшипников скольжения:
Подшипники скольжения в силу своих преимуществ широко используются в машиностроении. Их применяют для высоких и низких оборотов валов, при особо больших и малых нагрузках, для валов больших диаметров, при ударах, вибрациях. Причем с появлением новых материалов и смазок сфера применения подшипников скольжения, только расширяется. Их устанавливают в турбины, насосы, ДВС, центрифуги, редуктора, прокатные станы, упаковочное, дозирующее и другое оборудование.