Промышленный лизинг Промышленный лизинг  Методички 

[ 0 ] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

Металлофторопластовые подшипники

Сопряжения подвижных одна относительно другой деталей имеются в любых машинах и механизмах. Одно из наиболее распространенных в наши дни сопряжений ступицы колеса с ши-InoM появилось несколько тысячелетий назад, дав впоследствии )название «подшипники» всем вспомогательным устройствам, служащим для обеспечения взаимной подвижности отдельных деталей конструкции.

Длительное время были известны и применялись лишь подшипники скольжения. Подшипники качения, в близком к современному конструктивном исполнении, были изобретены в конце прошлого века. Их первым назначением было облегчить вращение велосипедного колеса. Прогресс техники сопровождался интенсивным внедрением подшипников качения, особенно в агрегаты вращательного движения. Подшипники качения позволили повысить грузоподъемность и долговечность машин, снизить потери на трение.

Непрерывно возрастающие потребности техники порождают новые типы подвижных сопряжений. Для узлов, передающих колебательное движение, начинают применять упругие эласто-мерные подшипники. Для высоких скоростей вращения за последние десятилетия разработаны подшипники скольжения с газовой смазкой и подшипники, в которых используется магнитный подвес. В современной технике подшипники скольжения и качения являются основными типами Т10ДВИЖНЫХ сопряжений, каждый из которых имеет свою область применения, определяемую техническими и экономическими требованиями.

При выборе одного из двух основных типов подшипников в первую очередь следует учитывать, насколько каждый из них в заданных условиях эксплуатации способен обеспечивать либо минимальный, либо некоторый определенный уровень сил трения в сопряжении, а также снижать износ сопрягаемых деталей.

Трение в опорах валов, служащих для передачи механической энергии в энергетических установках, трансмиссиях и исполнительных механизмах, снижает к. п. д. машин и должно быть по возможности исключено. Подшипники скольжения обеспечивают весьма низкий уровень сил трения только при работе в режиме



гидродинамической или гидростатической смазкИ, когдй контактирующие. рабочие поверхности полностью разделены пленкой смазочной жидкости. Режим гидродинамической смазки возникает лишь при достаточно высокой скорости относительного движения, определяемой геометрией подшипникового узла, величиной передаваемой им нагрузки и вязкостью смазки. При меньшей скорости в ряде случаев подшипники качения несмотря нэ их большие габариты предпочтительнее, чем подшипники скольжения.

Шарниры колебательного движения во многих случаях являются примерами сопряжений, благоприятствующих использованию подшипников скольжения. Колебательное движение присуще управляющим и саморегулирующимся системам, подверженным воздействию вибрационных сил сопряжениям, амортизирующим устройствам. Во многих шарнирах этих конструкций некоторое трение, выполняя функции демпфирования вредных колебаний, является полезным. Подшипники качения в условиях колебательного движения, особенно с малыми смещениями, часто работают неудовлетворительно: при пробеге, соизмеримом по величине с диаметром отпечатка тела качения, иа беговых дорожках и телах качения развиваются явления ложного бри- неллироваиия и фреттинг-коррозии, приводящие к быстрому выходу из строя подшипника.

При выборе одного из двух типов подшипников приходится также учитывать и другие особенности, оценивая их преимущества или недостатки применительно к конкретным условиям эксплуатации.

Важными достоинствами подшипников качения являются стабильность характеристик в большом диапазоне рабочих скоростей и небольшой расход смазки. Подшипники же скольжения выдерживают большие перегрузки, бесшумны в работе, просты в изготовлении, имеют меньшие размеры в направлении действующей нагрузки. Последняя особенность подшипников скольжения иногда оказывает решающее влидаие при конструировании миниатюрных и крупных узлов трения.

Область предпочтительного использования подшипников скольжения расширилась с появлением материалов, способных работать в условиях сухого трения без жидкой или пластичной смазки. Во многих конструкциях смазка является либо неэффективной, либо крайне нежелательной. Действенность смазки уменьшается или полностью исчезает при работе подшипников в глубоком вакууме, при высоких удельных нагрузках и малых скоростях относительного движения, при низких и высоких температурах. В пищевой, фармацевтической, текстильной и в других отраслях промышленности использование минеральных смазок может привести к загрязнению и браку вырабатываемой продукции. В некоторых производствах химической промышленности применение смазки сопряжено не только с возможностью загрязнения продукции, но и с опасностью взрывов, необходимость предотвраще-

ния которых вызывает значительное усложнение конструкции оборудования или технологического процесса. Во многих подшипниковых узлах машин, механизмов, бытовых приборов, работающих в обычных условиях, использование подшипников скольжения, не требующих смазки, позволяет отказаться от применения сложных маслосистем, что существенно упрощает конструкцию и повышает ее надежность.

В эволюции подшипников скольжения, способных работать при сухом трении, можно выделить три главных этапа. Первый этап - это разработка и совершенствование не требующих смазки или самосмазывающихся материалов. Сначала появились угЛе-графитовые материалы и полимеры с наполнителями [6]. Существенный прогресс в создании самосмазывающихся материалов был достигнут с появлением фтороуглеродных полимеров, особенно политетрафторэтилена (ПТФЭ), получившего в нашей стране название фторопласт-4 [67]. Исключительные антифрикционные свойства фторопласта, его необычайная химическая стойкость стимулировали разработку всевозможных композиционных материалов, самосмазывающая способность которых обусловливается в основном наличием фторопласта, а необходимая прочность и износостойкость - наполнителями. Свойства подшипниковых композиций во многих случаях улучшают применением в качестве наполнителей таких твердых смазок со слоистой структурой, как дисульфид молибдена, графит, нитрид бора, йодистый свинец и т. п. 5].

Отличительной особенностью второго этапа является нанесение относительно мягкого антифрикционного слоя на твердую конструкционную основу. Такие комбинированные двухслойные подшипники, например, в виде стальных втулок с тонким полимерным покрытием, значительно увеличили предел допустимых для самосмазывающихся подшипников удельных нагрузок. Исследования показали, что прочностные свойства тонких пленок, нанесенных на твердую основу, и их износостойкость повышаются с уменьшением толщины пленки. Однако при этом уменьшается и величина допустимого линейного износа комбинированного подшипника, что ограничивает его долговечность.

Возникшее противоречие было устранено на третьем этапе созданием материалов со структурами, в которых расходуемая антифрикционная пленка постоянно пополняется и обновляется поступающим в зону трения самосмазывающимся материалом, содержащимся в порах каркаса, образованного спеканием металлических порошков. Материал такого типа впервые описал английский ученый Ф. Боуден [72], пропитавший политетрафторэтиленом поверхностный слой пористой меди. Дальнейшее совершенствование такого материала предусматривало нанесение губчатого бронзового каркаса на конструкционную стальную основу [87]. Этот материал, состоящий из пористого бронзового каркаса, пропитанного фторопластом (или фторопластом С наполнителем)



и стальной основы, назовем металлофторопластовым материалом.

В СССР металлофторопластовый материал изготовляют в виде ленты, а также в виде неразрезных металлофторопластовых подшипников повышенной прочности и точности.

2. Общие сведения о самосмазывающихся подшипниках

Существующие в настоящее время самосмазывающиеся подшип-.ники скольжения подразделяют- на монолитные и комбинированные. Монолитные подшипники имеют однородный по всем направлениям состав, простой или композиционный, в зависимости от того, образован ли он одним материалом или материалом со специальным наполнителем. Комбинированные подшипники состоят из отдельных слоев различной структуры с разными свойствами. В их числе можно выделить подшипники, рабочий слой которых имеет однородный состав, в отличие от металлофторопластовых подшипников, имеющих рабочий слой сложного строения.

Монолитные подшипники простого состава изготовляют обычно из чистого фторопласта или какого-либо антифрикционного графитового материала. Они обладают хорошими антифрикционными свойствами, но для ряда условий применения недостаточными прочностью и износостойкостью. Поэтому подшипники из чистого фторопласта или графитового материала применяют сравнительно редко. Более часто монолитные подшипники изготовляют из композиционных материалов.

Наибольшее распространение получили композиционные материалы на основе фенолоформальдегидных и эпоксидных смол, полиамидов, углеграфитов и фторопласта. Введение графита позволяет придать свойства самосмазываемости текстолитам, в которых в качестве связующего используется фенолоформадьде-гидная смола. На основе эпоксидных смол созданы такие композиционные материалы, как маслянит, состоящий из эпоксидной смолы, алюминиевой пудры, полиэтилена, полиамина, ксилола и минерального масла, и эпоксилит, состоящий из эпоксидной смолы, бронзовой стружки, древесных опилок и графита. Для работы при сухом трении используют также полиамиды-поликапро-лактам, нейлон, смолы П-68 и АК-7, наполненные твердыми смазками, большей частью такими, как дисульфид молибдена и графит.

Углеграфитовые материалы используют и в качестве" основы композиций. Повышение прочности графитовых материалов достигают, в частности, пропиткой их полимерами и металлами. Материалы такого вида выпускаются как в СССР [51], так и за рубежом [56]. На основе графита разработаны новые композиционные материалы: нигран, получаемый из искусственного графита, каменноугольного пека и нитрида бора; углеситалл; сили-цированный графит, состоящий из углерода, карбида кремния и кремния [51 ],

Непрерывно увеличивается количество композиционных материалов, в которых в качестве основы используют фторопласт. В СССР изготовляют наполненные фторопласты марок ФКН-7 (графит и дисульфид молибдена), ФКН-14 (графит, дисульфид молибдена и рубленое стекловолокно), АФГМ (графит и дисульфид молибдена), 7В-2А (графит), АФГ-80ВС (графит) и другие. Из зарубежных фторопластовых материалов-наиболее известными являются материал марки «DQ», выпускаемый английской фирмой «Гласир», состоящий из фторопласта, графита, оловянной бронзы и небольшого количества свинца [38], а также разработанные американской фирмой Дюпон материалы марок тефлон-1305, -1346, -1371, -1374, в которых в качестве наполнителей использованы стекловолокно, бронза, графит и дисульфид молибдена [28].

Повышение теплопроводности и снижение теплового расширения подшипников достигается применением пористых металлических материалов, пропитанных фторопластом. Металлический пористый каркас изготовляют спеканием обычных дендритных порошков металлов, полученных электролитическим способом, или спеканием порошков антифрикционных сплавов сферической формы. Обычно используют порошки высокооловянной бронзы, иногда - железа, меди или серебра [5]. Примером такого мате риала является материал типа «Полислип» [89, 92].

Перспективными для тяжелых условий работы без смазки являются комбинированные самосмазывающиеся материалы, в которых композиционный антифрикционный рабочий слой нанесен на твердую конструкционную основу. В ГДР разработан комбинированный материал марки «Спрелафлон», представляющий собой композиционный слой из фторопласта, свинца и фенолоформаль-дегидной смолы с добавками, нанесенный на стальную основу [86]. Несколько более высокими механическими свойствами обладает применяющийся в США и других странах материал в виде фторопластовой ткани, приклеенной к стальной основе [74], 94]. В СССР, Англии и других.странах широко применяют комбинированный металлофторопластовый материал, обладающий высокими прочностными и антифрикционными свойствами [56], [88]. Технология изготовления металлофторопластового материала предусматривает спекание на омедненной стальной основе тонкого пористого слоя из частиц сферической формы высокооловянной бронзы с последующей пропиткой пор слоя чистым фторопластом или фторопластом с наполнителем. Процесс йропитки осуществляют таким образом, чтобы антифрикционный материал, заполняющий пустоты бронзового слоя, несколько выступал за его пределы для образования поверхностного, так называемого приработочного слоя. Стальная основа придает металлофторо-пластовому материалу высокую прочность, бронзовый пористый каркас обеспечивает быстрый отвод тепла, возникающего при трении, и служит резервуаром для твердой смазки, роль которой



[ 0 ] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31