Конструкционные материалы для подшипников скольжения.

Вкладыши или втулки являются основными деталями подшипников скольжения, которые воспринимают нагрузку от вала или оси. Материал вкладышей должен обладать сопротивлением износу и заеданию, достаточной пластичностью, чтобы не разрушаться под действием ударных нагрузок, высокой теплопроводностью. Коэффициент трения цапфы и вкладыша должен быть как можно меньше.

Вкладыши изготовляют из различных материалов в зависимости от условий их работы.

Серый чугун. Для опор тихоходных валов при умеренных давлениях р=1 ÷ 2 Н/мм2 и спокойной нагрузке можно применять втулки и вкладыши из серого чугуна марок СЧ18, СЧ20, СЧ25, СЧ35, СЧ40, СЧ45. Окружную скорость цапфы рекомендуют ограничивать до 0,5 ÷ 2,0 м/с.

Для опор, работающих периодически с продолжительными перерывами, значение нагрузки может быть увеличено до p=3- 4 Н/мм2 при υ≤0,5 м/с. Серый литейный чугун применяют при небольших безударных нагрузках и малых окружных скоростях. Во всех ответственных случаях рекомендуется применять для втулок и вкладышей вместо обычного серого чугуна отливки из специального антифрикционного чугуна, который используют при более широком диапазоне давлений и скоростей.

Для увеличения долговечности опор из чугуна должны быть соблюдены следующие условия: тщательный монтаж и отсутствие перекосов; непрерывная и качественная смазка; повышение зазоров по сравнению с установленными для бронзы на 15-30%, а в случае значительного нагрева подшипника – до 50%; приработка на холостом ходу и постепенное повышение нагрузки до расчетной; недопустимость искрения.

Бронзы, содержащие олово (ОЦС 3-5-5 и др.), обладают высокими антифрикционными свойствами. Вкладыши и втулки, изготовленные из этих бронз, применяют при высоких давлениях и скоростях. Для восприятия переменной и ударной нагрузок (в двигателях внутреннего сгорания) применяют вкладыши из свинцовой и безоловянистой бронзы (БрС30, БрА9- Ж3А и др.).

Латунь применяют для подшипников при небольшой скорости (до 2 м/с).

Вкладыши из латуни применяют при высоких нагрузках и небольших скоростях (подшипники рольгангов). Наиболее распространенные марки литейной латуни для вкладышей ЛАЖМЦ 66-6-3-2, ЛМцОС 58-2-2-2, ЛМцЖ 52-4-1, ЛМцС 58-2-2, ЛКС 80-3-3 и др.

Алюминиевый антифрикционный сплав. Для подшипников, воспринимающих ударную нагрузку, например для тракторных подшипников, применяют сплав АСМ (3,5-4,5% Sb, 0,3-0,7% Mg, остальное – Аl), успешно заменяющий свинцовистую бронзу: он отличается высокой теплопроводностью, хорошо прирабатывается. Для увеличения прочности и жесткости вкладышей их штампуют из биметаллической ленты, получаемой совместной прокаткой полос АСМ и малоуглеродистой стали типа армко (Ст5, Ст10). Наибольшая удельная нагрузка р≤25 Н/мм3, υ≤10 м/с.

Баббиты. Сложные антифрикционные белые сплавы, объединенные общим названием «баббит», характеризуются мягкой основой из олова или свинца с вкрапленными твердыми зернами сурьмы, меди, щелочных металлов и пр. По механическим свойствам баббиты значительно уступают бронзе и чугуну, например у оловянного баббита предел текучести σт =(8 ÷ 9) Н/мм2, предел выносливости σ-1 =2,5 Н/мм2, поэтому баббит применяют только для покрытия рабочих поверхностей подшипников тонким слоем порядка десятых долей миллиметра. Такой слой предохраняет поверхности шипа и вкладыша подшипника от заедания и задиров, снижает коэффициент трения и износ в период пуска и останова машины, прочность же подшипника обеспечивается достаточно жестким вкладышем из бронзы, чугуна или стали.

Баббиты применяют для заливки вкладышей. Высокооловянные баббиты Б-88, Б-83 используют при очень высоких скоростях и давлениях. По антифрикционным свойствам баббит превосходит все материалы, но по механической прочности уступает чугуну и бронзе.

Металлокерамические материалы. Пористые втулки и вкладыши из медных или железных порошков с различными присадками изготовляют методом спекания при температуре 850-1100°С и среднем давлении 300-600 Н/мм2. В процессе изготовления детали, имеющие пористость 20-30%, пропитывают минеральным маслом, солидолом или маслографитовой эмульсией. Втулки запрессовывают в гнезде с натягом, при этом внутренний диаметр уменьшается на 0,6-0,9 величины натяга. Окончательная доводка до расчетного размера должна осуществляться калибровкой, а не резанием во избежание заволакивания пор.

Металлокерамические втулки применяют для подшипников сельскохозяйственных машин, насосов, рольгангов, они выдерживают высокую удельную нагрузку при малой скорости скольжения. Втулки, пропитанные маслографитной эмульсией, могут работать продолжительное время без дополнительной смазки, тогда как втулки с обычной пропиткой минеральным маслом выдерживают лишь кратковременную работу без подачи смазки. Для увеличения срока их службы следует предусмотреть в конструкции подшипника масляную ванну или резервуар с фитильной подачей смазки, а при повышенной скорости скольжения (р>1 м/с) обеспечить подачу жидкой смазки такими же способами, как и в конструкциях обычных подшипников. Наиболее распространенные марки литейной латуни для вкладышей: бронзографит – 9-10% олова, до 3% графита, остальное – медь; железографит – 97-99% Fe, остальное – графит и др.

Графитные втулки могут работать без смазки в широком диапазоне температур и химически активной среде, разъедающей металл. Втулки из чистого графита отличаются значительной пористостью, которые могут быть заполнены свинцом или бабитом и др., что повышает нагрузочную способность подшипников. Втулки, заполненные формальдегидной смолой, называют пластиграфитовыми.

При работе без смазки графитовые подшипники имеют коэффициент трения f ≈ 0,15 ÷ 0,20. С водяной смазкой коэффициент трения снижается до 0,06 ÷ 0,10. В качестве смазки может быть минеральное масло, с газовой или воздушной средой под давлением. Наиболее распространенные марки: графит чистый, графит со свинцом – СВ; графит с баббитом – БН; пластиграфит – АТМ-1.

Антифрикционные полимерные и пластмассовые материалы. Для изготовления различных деталей, работающих в механизмах трения (скольжения) с небольшими нагрузками и скоростями, применяются антифрикционные полимерные и пластмассовые материалы. Эти материалы обладают небольшим коэффициентом трения, высокой износостойкостью, химической стойкостью, могут работать без смазки. Однако низкая (в сотни раз ниже, чем у металлов) теплопроводность, значительный (в десятки раз больше, чем у металлов) коэффициент термического расширения, небольшая твердость и высокая податливость ограничивают возможности их широкого использования. Более эффективно они применяются в комбинации с другими материалами, металлами и пластмассами. Для изготовления подшипников применяют следующие марки антифрикционных полимерных и пластмассовых материалов: фторопласт-4; полиамидные смолы АК-7, П-610; фторопласт-40; капрон; текстолит и др. Для изготовления вкладышей применяют также минералокерамические материалы, графит, древесину твердых пород (бук, граб) и др.