Подбор втулки скольжения

Фильтр 1: направление и величина нагрузки

Направление нагрузки определяет форму детали. Только радиальная — цилиндрическая втулка. Только осевая — упорная шайба. Радиальная и осевая вместе — фланцевая втулка либо цилиндрическая втулка в паре с упорной шайбой. Радиальная нагрузка при угловом перекосе — сферический подшипник, который мы не производим. Если осевая нагрузка существенна, а не случайна, закладывайте отдельную упорную шайбу, а не фланец: фланец передаёт осевую силу через своё основание, и именно это сечение ограничивает несущую способность.

Величина нагрузки отсеивает материалы. Сначала посчитайте удельную нагрузку: p = сила (Н) ÷ (внутренний диаметр × длина втулки, в мм). Если вал движется под нагрузкой, сравнивайте её с динамическим (при движении) пределом каждого материала; со статическим — только для шарнира, нагруженного в неподвижном состоянии. Статический и динамический пределы различаются в три–пять раз и не взаимозаменяемы.

Фильтр 2: характер движения

Характер движения меняет применимый предел нагрузки, а иногда и тип смазочных элементов. Качательное движение тяжелее для подшипника, чем непрерывное вращение при той же нагрузке: в точке реверса гидродинамическая плёнка не успевает образоваться, а нагрузка действует постоянно. Именно поэтому допустимая нагрузка композита при качании составляет примерно четверть статической. При частых пусках и остановках нужны другие смазочные элементы, чем при непрерывной работе: сквозные отверстия быстро образуют масляную плёнку при пуске, а карманы дольше удерживают консистентную смазку между обслуживаниями.

Фильтр 3: доступ для смазки

Этот фильтр решается тем, что реально будет происходить в эксплуатации, а не тем, что записано в регламенте обслуживания. Изделия с выдавленными смазочными карманами часто называют самосмазывающимися, но им нужна консистентная смазка при сборке и пополнение в работе. Если шарнир действительно нельзя смазывать, убедитесь, что изделие рассчитано на работу всухую, а не полагайтесь на название категории.

Есть один случай, когда смазка — не преимущество, а помеха. В абразивной среде консистентная смазка собирает пыль и песок и удерживает их в зоне контакта как абразивную пасту, тогда как сухая поверхность пропускает загрязнения сквозь себя. На сельхозтехнике, карьерной и строительной технике композит для работы всухую или графитовая бронза нередко служат дольше смазываемой бронзы, несмотря на меньшую паспортную нагрузку.

Фильтр 4: температура

Температура часто оказывается самым решающим фильтром и может сузить список до одного материала. Стандартный композит с POM заканчивается на +130 °C — это самая частая причина, по которой материал отпадает на этом этапе; цельный пластик сходит с дистанции ещё раньше. Длительная и пиковая температуры — разные характеристики: подбирайте втулку под длительный режим и проверяйте, что пики остаются в пределах допустимого, а не усредняйте одно с другим.

Фильтр 5: место под установку

Радиальный зазор между валом и корпусом определяет толщину стенки, а толщина стенки отсекает целые технологии изготовления. Стандартные ряды внутренних диаметров тоже ограничивают выбор, но нестандартные размеры и допуски изготавливаются по чертежу из любого материала, поэтому размер вне ряда — вопрос для КП, а не причина исключения.

Здесь уместно упомянуть изношенный корпус. Свёртные и композитные втулки держат точную стенку начиная примерно с 1 мм, поэтому разбитое отверстие часто можно расточить в ремонтный размер и поставить тонкостенную втулку, вместо того чтобы менять корпус или ставить ремонтную гильзу.

Последняя проверка: вал

Вал — не критерий подбора, но он способен перечеркнуть выбор, прошедший все пять фильтров. Прежде чем выпускать чертёж, проверьте сопряжённую поверхность. Если ответную деталь нельзя закалить, без закалки обходятся композит с PTFE и литая бронза, и отказ от термообработки вала нередко перевешивает разницу в цене втулок. Параллельность вала и втулки в любом случае выдерживайте в пределах 0,02 мм на всей ширине подшипника.

Разобранный пример

Шарнир стрелы строительной машины: палец 60 мм, длина подшипника 50 мм, пиковая нагрузка 180 кН, качательное движение примерно на 40° при малой скорости, смазка при сборке, дальше — без гарантии, температура от окружающей до +80 °C, радиальное пространство 5 мм.

Фильтр 1: p = 180 000 ÷ (60 × 50) = 60 Н/мм². Литая бронза (25 при движении), свёртная бронза (40) и спечённая бронза отпадают по величине нагрузки; нагрузка радиальная, но нужна осевая фиксация, поэтому напрашивается фланцевая втулка. Фильтр 2: движение качательное, значит, действует предел при качании. 60 Н/мм² — ровно на пределе для композита с PTFE и композита с POM всухую, оба проходят на грани; биметалл (150) и графитовая бронза 650W3 (100) идут с запасом. Фильтр 3: смазка при сборке без надёжного пополнения говорит в пользу материала, который хранит смазку в себе или не нуждается в ней вовсе, — это композит с POM (карманы), графитовая бронза или биметалл с щедрой закладкой смазки; PTFE отставлен по нагрузке. Фильтр 4: +80 °C не исключает ничего. Фильтр 5: 5 мм радиального пространства — более чем достаточно, ничего не исключается.

Итог отбора: фланцевая втулка из бронзы с графитовыми вставками (650W3) или биметаллическая фланцевая втулка (JBM-800F) со смазкой при сборке. Графитовой бронзе смазка не нужна вовсе, и она терпит пыльную площадку; биметалл несёт больше и в серии дешевле, но зависит от закладки смазки. Решающий вопрос: пыльная ли площадка и действительно ли ненадёжен график смазки — тогда графитовая бронза; или главное — цена в серии — тогда биметалл.

Типичные ошибки при подборе

Перенос смазочной канавки на замену для работы всухую. Рисунок канавок, унаследованный от старой бронзовой детали, отнимает у композитной втулки рабочую площадь без всякой пользы: самосмазывающимся материалам нужно гладкое отверстие. Подбор по статическому пределу для подвижного шарнира: статический и динамический пределы различаются в три раза и более, и если вал движется под нагрузкой, статическая цифра не применяется. Отождествление свободного отверстия с отверстием после запрессовки: свёртные и композитные втулки поставляются с припуском по наружному диаметру и выходят на рабочий размер только после запрессовки в корпус H7. Смазочная канавка в нагруженной зоне: канавка сбрасывает давление, на котором держится вал, поэтому канавки и подводящие отверстия располагают в ненагруженной части отверстия. Выбор только по цене втулки: стоимость закалки вала, регламента смазки и простоя, когда этот регламент нарушен, остаётся за рамками КП на втулку и нередко превышает его.

Что указать в запросе

Пять фильтров сужают круг, а шесть величин его замыкают: диаметр вала, отверстие корпуса и длина подшипника либо чертёж; нагрузка в ньютонах и её характер — статическая, при вращении или при качании; скорость скольжения либо частота и угол качания; длительная и пиковая рабочая температура; смазка, доступная при сборке и в эксплуатации; среда: загрязнение, химикаты, мойка, контакт с пищевыми продуктами или медицинское применение. Пришлите их с чертежом или номером существующей детали — в ответ вы получите спецификацию с альтернативами и обоснованием. Нестандартные размеры и допуски изготавливаются под заказ из любого материала.

Прежде чем отправлять запрос, проверьте p, v и pV по пределам каждого материала в калькуляторе pV подшипника скольжения.