Введение в пористые металлические подшипники из SDP/SI

1.0 Общие свойства

Самосмазывающиеся подшипники из спеченного металла основаны на технологии порошковой металлургии. Они экономичны, подходят для высокой производительности и могут быть изготовлены с прецизионными допусками.

Общие свойства пористых металлических подшипниковых материалов описаны в журнале Machine Design Magazine (т. 54, № 14, 17 июня 1982 г., стр. 131-132), с разрешения которого перепечатывается следующий материал:

Самосмазывающиеся подшипники из спеченного металла «широко используются в бытовой технике, небольших двигателях, станках, авиационных и автомобильных аксессуарах, хозяйственных машинах, инструментах, сельскохозяйственном и строительном оборудовании.

Большинство подшипников из пористого металла состоят из бронзы или железа. который имеет сообщающиеся поры.Эти пустоты занимают от 10% до 35% от общего объема.При эксплуатации смазочное масло накапливается в этих пустотах и ​​поступает через сообщающиеся поры на поверхность подшипника. Любое масло, которое вытесняется из нагруженной зоны подшипник реабсорбируется за счет капиллярного действия.Поскольку эти подшипники могут работать в течение длительного времени без дополнительной подачи смазки, их можно использовать в труднодоступных или неудобных местах, где повторная смазка будет затруднена.

Возможны различные варианты для удовлетворения конкретных требований. Часто добавляют от 1% до 3,5% графита для улучшения самосмазывающихся свойств. Высокая пористость с максимальным количеством смазочного масла используется для высокоскоростных устройств с малой нагрузкой, таких как подшипники двигателей мощностью в несколько лошадиных сил. Низкопористый материал с низким содержанием масла и высоким содержанием графита больше подходит для колебательных и возвратно-поступательных движений, где трудно создать масляную пленку.

Производители порошков могут контролировать такие характеристики порошка, как чистота, потеря водорода, размер и распределение частиц, а также форма частиц. Каждое из этих свойств каким-то образом влияет на производительность. В бронзовой системе, например, усадка увеличивается по мере уменьшения размера частиц порошка олова или меди в смеси. Добавки графита приводят к росту, но всегда снижают прочность подшипников. Смазочные материалы, используемые в смеси, лишь незначительно влияют на изменение размеров, но

более выраженное влияние на кажущуюся плотность и скорость потока.

После спекания подшипника подшипник необходимо подогнать под указанные размеры. Проклейка уменьшает взаимосвязанную пористость и обеспечивает большую прочность, меньшую пластичность и гладкую поверхность.

Бронза: Самый распространенный пористый материал подшипников. Он содержит 90% меди и 10% олова. Эти подшипники износостойкие, пластичные, эластичные и устойчивые к коррозии. Их смазывающая способность, впитываемость и низкая стоимость дают им широкий спектр применения от бытовой техники до сельскохозяйственной техники.

Освинцованные бронзы: Сокращение содержания олова на 20% по сравнению с обычной бронзой 90-10 и снижение содержания меди на 4%. Содержание свинца составляет от 14% до 16% от общего состава и приводит к более низкому коэффициенту трения и хорошей устойчивости к истиранию в случае прерывания подачи смазки. Эти сплавы также имеют более высокую прилегаемость, чем бронзы 90-10.

Медь-железо: Включение железа в состав повышает прочность на сжатие, хотя ограничение скорости соответственно снижается. Эти материалы полезны
в приложениях, связанных с ударами и тяжелыми нагрузками, и должны использоваться с закаленными валами.

Закаливаемая медь-железо: Добавление 1-1/2% свободного углерода к медно-железным материалам позволяет подвергать их термообработке до твердости частиц по Роквеллу C65. Они обеспечивают высокую ударопрочность и должны использоваться с закаленными и отшлифованными валами.

Железо: Сочетает низкую стоимость с хорошими несущими свойствами, широко используется в автомобилях, игрушках, сельскохозяйственном оборудовании и станках. Порошковое железо часто смешивают с медью до 10% для повышения прочности. Эти материалы имеют относительно низкое предельное значение PV (на стороне V), но обладают высокой нефтеемкостью из-за высокой пористости. Они обладают хорошей износостойкостью, но их следует использовать с валами из закаленной и отшлифованной стали.

Свинцово-железный: Обеспечивают повышенную скоростную характеристику, но по-прежнему являются дешевыми подшипниковыми материалами.

Алюминий: В некоторых случаях они обеспечивают более низкую температуру, большую устойчивость к смещению, меньший вес и более длительный срок службы масла, чем пористая бронза или железо. Предельное значение PV составляет 50 000, то же, что и для пористой бронзы и пористого железа».

Несущая способность подшипников из пористого металла может быть измерена с помощью критерия трения/износа, который является мерой тепла, выделяемого подшипником. Он называется фактором PV. Коэффициент PV, как следует из его названия, представляет собой произведение нагрузки на подшипник P, выраженной в фунтах на квадратный дюйм расчетной площади подшипника, и поверхностной скорости вала, выраженной в футах в минуту.

В большинстве технических данных, касающихся коэффициента PV, указан верхний предел коэффициента, то есть значение, которое не должно превышаться для удовлетворительной работы подшипника. Однако рабочее значение коэффициента PV часто меньше этого верхнего предела, например, если скорость скольжения недостаточно высока для поддержания адекватной смазывающей пленки. Кроме того, на предел PV влияет способность материала выдерживать статическую нагрузку, которую не следует превышать. Последнее является функцией факторов окружающей среды, зазоров и геометрии подшипников, а также характера нагрузки (постоянная, прерывистая или ударная нагрузка). Подробную информацию по этим соображениям обычно предоставляет производитель металла. Общие рекомендации приведены в Таблице 1.

3.0 Зазоры

Как и во всех подшипниках, для удовлетворительной работы подшипников из пористого металла необходимы соответствующие зазоры между валом и корпусом. Хотя рекомендации зависят от используемых материалов и характера применения, репрезентативная таблица, показывающая рекомендуемые зазоры подшипников для подшипников из пористой бронзы и пористого железа, приведена в Рисунок 1 .

Таблица 1*
Общие указания по фактору PV в подшипниках из пористого металла
Предельные условия для работы пористых подшипников можно выразить как коэффициент PV. Поскольку P = нагрузка, фунт/кв. дюйм; и V = поверхностная скорость, фут/мин; значение PV дает показатель теплоты трения, выделяемой на единицу площади поверхности подшипника. Максимальное значение 50 000 является обычным для пористых подшипников. Для длительной работы без дополнительной смазки 20 000 должны быть пределом при выборе нагрузок для различных скоростей. Для упорных подшипников следует использовать максимальное значение PV, равное 10 000.

Пополнение запаса масла желательно, когда фактор PV приближается к максимуму при непрерывной работе в течение продолжительных периодов времени или при высоких температурах. В таких случаях масло можно нанести на наружный диаметр или торцы подшипника. Оттуда она под действием капиллярных сил втягивается в подшипник и дозируется на вал. Резервуар со смазкой рядом с подшипником также может быть полезен.

При определенных условиях эти рекомендуемые значения могут быть превышены, но с уменьшением срока службы.
* Перепечатано с разрешения журнала Machine Design Magazine из Vol. 54, № 14, 17 июня 1982 г., с.131

Рис. 1. — Рекомендуемые зазоры в подшипниках*

Верхняя кривая (максимум) и все допуски выше среднего предлагаются только для подшипников на основе железа. Диаграмма представляет средние условия, и каждое приложение необходимо оценивать индивидуально.

* Перепечатано с разрешения Keystone Carbon Company, Сент-Мэри, Пенсильвания, с
«Подшипники из пористой бронзы и пористого железа Keystone», рис. B-34, стр. 9.

4.0 Прессовые посадки

Прессовая посадка используется, когда доступное пространство и передаваемый крутящий момент ограничены. Допуски сопрягаемых деталей должны тщательно контролироваться, чтобы обеспечить минимум и избежать любых чрезмерных помех.

Подшипники серии «S»

Рабочий зазор
Правильный
рабочий зазор подшипников в значительной степени зависит от конкретного изделия. Приведены только минимальные рекомендуемые зазоры для пропитанных маслом подшипников, используемых с шлифованными стальными валами.

Прессовые посадки
Простой
цилиндрические подшипники скольжения обычно устанавливаются путем запрессовки подшипника в корпус с вставной оправкой. Для корпусов, достаточно жестких, чтобы выдерживать прессовую посадку без заметных деформаций, и для подшипников толщиной примерно в одну восьмую наружного диаметра подшипника рекомендуются показанные прессовые посадки.

Пропитанные маслом металлокерамические подшипники изготавливаются в строго контролируемых условиях и проходят контроль в процессе производства. Они испытаны на радиальную прочность на раздавливание величины.

Где:

D = наружный диаметр подшипника в дюймах
T = толщина стенки подшипника в дюймах
L = длина подшипника в дюймах
K = константа прочности = 22 500

Если требуется дополнительный зазор между валом и подшипником, следует использовать операцию полировки шариков по следующим причинам:

а) для сохранения концентричности
б) для сохранения чистоты поверхности внутреннего диаметра.
в) для уменьшения загрязнения поверхности
Требуемый размер подшипника можно определить из уравнений:

Где:

W = нагрузка на подшипник в фунтах
L = длина подшипника в дюймах
N = вал об/мин
d = внутренний диаметр подшипника в дюймах

Вышеуказанные значения справедливы для следующих условий: непрерывное вращение, пропитка маслом без дополнительной смазки.

5.0 Заключение

Подшипники из пористого металла широко используются в инструментах и ​​машинах общего назначения, в которых очень желательны их самосмазывающиеся характеристики и несущая способность. При правильном проектировании они могут быть как экономичными, так и высокофункциональными.
Метод их изготовления заключается в брикетировании смесей металлических порошков до нужной плотности. Затем их спекают в течение разной продолжительности в зависимости от температуры. Затем спеченные подшипники рассчитываются для получения требуемых размерных характеристик. Далее следует осмотр и пропитка смазочным маслом.

Основы подшипников: почему они выходят из строя.

Когда дело доходит до двигателя вашего автомобиля, одно можно сказать наверняка; детали будут изнашиваться и в конечном итоге изнашиваются. Одним из самых важных элементов в вашем двигателе, который вы действительно хотите предотвратить от преждевременного износа или полного выхода из строя, являются подшипники. Мы все знаем, в чем состоит работа подшипника, но что делает подшипник достаточно прочным, чтобы выдерживать удары, которые он получает при работающем двигателе?

Подшипники должны быть изготовлены из материалов, которые не только выдерживают неблагоприятные воздействия работающего двигателя, но также должны поддерживать и защищать вращающиеся части без задиров, возгорания или разрушения. К чему это приводит, так это к строительству. Подшипники двигателя изготовлены из материалов, которые в сочетании образуют «сплав», способный выдержать эти условия.

Подшипники двигателя обычно изготавливаются либо в биметаллической, либо в трехметаллической конфигурации. Биметаллические подшипники имеют стальную опору, поддерживающую несущую конструкцию и обеспечивающую жесткость подшипника. Второй слой представляет собой фактический материал подшипника толщиной примерно 0,012–0,015 дюйма. Толщина является очень важной характеристикой биметаллических подшипников, поскольку она рассчитана на незначительные перекосы поверхностей подшипников и другие неровности. Он также обеспечивает хорошую впитываемость нежелательной грязи и мусора, которые попадают в двигатель через масло. Эта футеровка обычно изготавливается из алюминиевого сплава, который содержит от 6 до 20 процентов олова. Еще одной добавкой в ​​этой подкладке является силикон. В алюминии рассеяно от 2 до 4 процентов кремния. Наличие кремния важно, особенно для двигателей с литыми коленчатыми валами.

Когда вы в последний раз меняли масло в двигателе? Этот подшипник показывает, что происходит, когда вы этого не делаете. Если старое грязное масло останется в вашем двигателе, оно изнашивает баббитовый материал, в конечном итоге обнажая медный промежуточный слой. Не меняя масло в двигателе, вы провоцируете преждевременный выход из строя подшипников.

Триметаллические подшипники имеют дополнительный промежуточный слой, который обычно состоит из покрытия из медного сплава. Это покрытие разработано с содержанием свинца от 20 до 25 процентов. Этот свинец действует как твердая смазка, а затем вливается от 2 до 5 процентов олова, которое используется для придания прочности. Наконец, есть третий слой. Это накладка на основе свинца (баббитовый материал), которая наносится поверх промежуточного слоя. Этот сплав на основе свинца содержит небольшой процент олова и меди, которые добавляют прочности и смазывающей способности.