Материалы подшипников скольжения

Материалы вкладышей подшипников скольжения должны иметь:

1) высокую износостойкость и сопротивляемость заеданию в периоды пуска и торможения машины;

2) низкий коэффициент трения и высокую теплопроводность, т.е. малый коэффициент температурного расширения;

3) высокую соп­ротивляемость хрупкому разрушению при действии ударных нагрузок и достаточную усталостную прочность.

Различают подшипниковые сплавы [10, с.355]:

а) пластичные сплавы, имеющие твердость Н< 50 НВ. К ним относят: баббиты, свинцовые бронзы, алюминиевые сплавы, серебро;

б) мягкиесплавы, обладающие твердостью в пределах Н=50..100НВ. Это –бронзы оловянные, оловянно-свинцовые, оловянно-свинцово-цинновые;

в) твердыесплавы, имеющие твердость Н>100 НВ. К ним относят: бронзы алюминиево-железные и чугуны.

Для тяжело нагруженных быстроходных подшипников, работающих в условиях жидкостной смазки, используют (почти исключительно) плас­тичные сплавы, наносимые на стальные (реже бронзовые) втулки.

Для умеренно нагруженных подшипников, работающих в условиях несовершенной смазки при умеренных скоростях, применяют мягкие и твер­дые сплавы.

Баббиты –сплавы мягких металлов (S_n, P_b, C_d, S_b, Z_n), характеризующиеся наличием твердых структурных составляющих в пла­стичной матрице. Баббиты характеризуются:

· низким коэффициентом трения,

· пластичностью,

· хорошей прирабатываемостью и

· износостойко­стью.

Недостаток баббитов – низкое сопротивление усталости, особенно при повышенных температурах.

Пластичность баббитов обеспечивает равномерное распределение нагрузки по контактной поверхности. Благодаря пластичности баббитов относительно безопасным становится попадание в подшипник мелких твердых частиц (металли­ческой пыли, твердых продуктов окисления), которые впрессовывают­ся в баббит и обезвреживаются.

Баббиты могут работать в паре с нормализованными или улучшен­ными стальными цапфами валов (Н= 25…35 HRC ), но для увеличения долговечности подшипников целесообразнее термически обрабатывать цапфы до твердости H > 50HRC [10, с.355].

Наиболее высокими анти­фрикционными свойствами обладают высокооловянные баббиты: Б88 и Б83 (цифры указывают содержание олова в процентах). Температура плавления этих баббитов находится в пределах: от 240…250 ° Сдо 400…420°С.

Бронзы применяют для изготовления подшипников, работа­ющих в условиях несовершенной смазки при небольших окружных скоростях (подшипники вспомогательных приводов). Благодаря повышенной твердости эти подшипники выдерживают большие удельные нагруз­ки.

Наиболее широко применяют оловянно-цинково-свинцовые бронзы, в которых содержание дефицитного олова снижено до 2…6 %. Пласти­чность их выше, чем у оловянных бронз (удлинение составляет 6…15%); твердость H=50...70 НВ [10, с.357]. Валы, работающие в бронзовых подшипниках средней твердости H=50...70 НВ должны иметь твердость цапф H >50HRC, а в подшипниках из бронзы высокой твердости Н=70…100 НВ твердость цапф должна быть H >55HRC [10, с.358].

Чугунные вкладыши применяют для работы с ва­лами высокой поверхностной твердости H >55НRС. Мягкие антифрикционные чугуны марок АЧС–3, АЧВ–2, АЧК–3 могут работать при умеренных нагрузках в паре с нормализованными или улучшенными сталями твердостью H =25...35HRC, являясь дешевыми заменителями бронз.

Различают антифрикционные чугуны:

АСЧ – серые с пластинчатым графитом;

АВЧ – высокопрочные с глобулярным графитом;

АЧК – ковкие с хлопьевидным графитом;

ЧМ – медистые.

Недостатками этих чугунов являются хрупкость и высокая твердость H =160...250 НВ, ис­ключающие возможность само приработки. Чугунные вкладыши весьма чувствительны к перекосам, вследствие которых возникают значительные кромочные давления, что может вызвать разрушение подшипника.

Из легких сплавов, используемых в качестве антифрик­ционных материалов, чаще всего применяют алюминиевые сплавы.

Неответственные подшипники изготовляют [10, с.359]:

1) из литейных сплавов твердостью H=65…70 НВотливкой в металлические формы:

· сплавы Al-Si (марок АЛЗ, АЛ4, АЛ5),

· сплавы Al-Mg (марки АЛ8),

· сплавы Al-Cu (марок АЛ10В, АЛ18В)

2) из штампованных сплавов марок АК– 4 и АКЧ –1.

Наиболее высокими антифрикционными свойствами обладают оловянно-алюминиевые сплавы с содержанием олова до 20% (наилучший из них – сплав А1).

Твердость антифрикционных алюминиевых спла­вов Н=40...80НВ, они коррозионностойки и не вызывают окисления мас­ла. Недостатками их являются пониженная прирабатываемость и склон­ность к наволакиванию на цапфы вала. Это вызывает необходимость:

· подачи смазки на контактирующие поверхности под давлением и

· увеличения твердости цапф валов Н > 55HRC.

Магниевые сплавы, как антифрикционные материа­лы, близки к алюминиевым сплавам, но отличаются от них более низким модулем упру­гости (Е = 4,2 × 10⁴ МПа [10, с.359]) и более высоким коэффици­ентом линейного расширения. Для изготовления вкладышей подшипников используют литейные сплавы МЛ3 и МЛ4 и штампованные сплавы МА1 и МА2, имеющие твер­дость Н=30...40НВ [10, с.359].

Металлокерамику применяют для подшипников, работающих в условиях граничной смазки. При недостатке или полном отсутствии подачи смазки используют самосмазывающи­еся металлокерамические бронзографитовые или железографитовые композиции. Их получают прессованием и спеканием порошков металла и графита. Особенностями металлокерамических материалов являются:

· микро пористость (объем пор составляет от 20% до 40% объема материала) и

· способность впитывать большое количество масла.

Железографиты более стойки к окислению, обладают большей на­грузочной способностью и более долговечны. Железографиты состоят из железа (97...98%), полученного электролитическим осаждением, графита (2...3%) и небольшого количества порошков меди и свинца.

Для увеличения пластичности и ударной вязкости в их состав вводят до 7% никеля [10, с.360]. Подшипники из металлокерамики перед применением пропитывают турбинным маслом при температуре масла

t = 100..120°С. Этого запаса масла хватает на несколько месяцев работы подшипника. Замену масла выполняют путем удаления отработанного масла растворителя­ми с последующей пропиткой новым маслом.

В качестве неметаллических материалов для изготовления подшипников скольжения используют:

· пластики,

· твердые породы деревьев,

· усиленную древесину,

· резину и

· графит,

Их применяют в сочетании с весьма твердыми Н > 50HRC валами, что гарантирует высокую из­носостойкость опор. Например, АСП (антифрикционные самосмазываю­щиеся пластмассы) [10, с.361]. Отличительная особенность этих материалов – низкая теплопроводность. Все они лучше работают при смазке водой, нежели маслом. Поэтому их широко применяют в качестве опор гребных валов судов, насосов, пищевых машин и т. п.