Самосмазывающиеся втулки скольжения SF-1. Бронзовое покрытие. Метрические размеры

Технические требования

к металличе­ским втулкам и вкладышам. Материал биме­таллических втулок и вкладышей: сталь 20 с заливкой бронзами БрОЦС5—5—5, БрАЖ9—4, БрОФ10— 1 и сплавом ЦАМ9-1.5Л.

Материал монолитных втулок и вкла­дышей — чугун АЧС-1, АЧК-2.

Для втулок.

Продольную смазочную ка­навку при сборке следует располагать со стороны, противоположной направлению давления вала.

Дополнительное крепление втулок при D с предельными отклонениями по k6 и n6 — обязательно (табл. 5).

Для вкладышей.

Обточка по наружному диаметру D производится совместно верх­него и нижнего вкладышей. По внутренне­му диаметру d допускается оставлять при­пуск под доработку.

Втулки подшипников скольжения металлические (по ГОСТ 1978—81)

Предназначены для подшипников скольжения общего назначения.

* Допускается фаска под углом 15°.

Размеры, мм

Предусмотрены d = 105 … 250мм.

Размеры, указанные в скобках, применять не рекомендуется.

Пример условного обозначения

втулки типа В с внутренним диаметром d = 25мм, наружным диаметром D = 32мм, диаметром буртика D1 = 38мм и длиной L = 20мм:

Втулка В 25/32 × 20 ГОСТ 1978-81

Латунная втулка

Втулка латунная представляет собой симметричную деталь в форме конуса либо цилиндра. Осевое отверстие, имеющееся во втулке, служит для размещения внутри нее части сопрягаемого элемента.

Характеристики

Втулки латунные выпускают из медно-цинковых сплавов: Л68, Л63, ЛАЖ60-1-1, ЛС59-1, ЛК80-3Л, ЛК, ЛО, ЛМЦС, ЛС, ЛЦ40С и др.

Сплав Л63 ЛС59-1 ЛЦ16К4 ЛЦ40С

Плотность, кг/м³ 8440 8500 8300 8500

Твердость металла 150-160 150-160 100 70

по Бринеллю, МПа

Временное сопр-е 380-450 300-400 343 215

разрыву, МПаОтносит. удлинение 40-50 40-50 15 20после разрыва, %

Латунные сплавы — двухкомпонентные материалы, состоящие в основном из меди и цинка. Часто в состав сплавов добавляют легирующие элементы, которые придают маркам латуни специальные, уникальные свойства. По аналогии такие сплавы называют специальными.

Латунные втулки изготавливают на металлургических заводах. Их размеры, в зависимости от назначения готового изделия, значительно разнятся. Так, диаметры выпускаемых втулок могут колебаться от 35 мм до 1 м и более.

Втулка, как элемент машины или механизма, способствует удлинению срока эксплуатации всего агрегата и значительно уменьшает возможность его поломки.

Втулка, сделанная из латуни, менее прочная, чем основные детали механизма. Подвергаясь трению, она изнашивается быстрее, сохраняя тем самым целостность остальных элементов конструкции.

Преимущества латунной втулки, как детали:

— высокая прочность металла, определяющая длительный срок службы изделия;

— высокая сопротивляемость трению и коррозии;

— низкая, в сравнении с бронзовыми аналогами, себестоимость.

Таким образом, латунь более дешевая и более прочная, чем медь и бронза. Эти качества делают ее востребованной.

Часто латунные втулки эксплуатируют как подшипники скольжения универсального назначения, обеспечивая оптимальное соотношение ценовой доступности, качества и функциональности.

Подшипники могут подвергаться достаточным нагрузкам без разрушения, а если разрушаются, то не повреждают другие детали механизма. Они имеют высокие антифрикционные параметры и работают в широком спектре температур.

Подходят для режимов: большая нагрузка — малая скорость, малая нагрузка — большая скорость.

Втулка ЛС59-1

В состав латуни ЛС59-1 входит помимо 0,75% примесей:

— медь — от 57 до 60%;

— цинк — от 37 до 42,2%;

— свинец — от 0,8 до 1,9%.

Свинец и цинк, выступающие в виде легирующих добавок, улучшают физико-химические качества сплава. Среди латуней, подвергаемых обработке давлением, марки Л63 и ЛС59-1 лидирует по объемам использования.

Положительные качества данных материалов такие:

— относительно низкая цена;

— твердость в сочетании с хорошей обрабатываемостью на станках;

— высокие антифрикционные и антикоррозийные свойства.

Втулка ЛС59-1 с успехом эксплуатируется в различных промышленных отраслях. В том числе, применяется для производства втулок тех станков, на которых ее затем и обрабатывают.

Втулка ЛК

В состав латуни ЛК входит помимо 2,5% примесей:

— медь — от 76 до 81%;

— цинк — от 12 до 21,2%;

— кремний — от 2,8 до 4,5%.

Кроме того, в сплаве присутствует никель, железо, свинец, сурьма, марганец, фосфор, олово и алюминий.

Метод производства втулок ЛК — литье. Таким образом изготавливают не только втулки, но и детали более сложной формы, эксплуатируемые в морской воде: шестерни, элементы узлов трения. Сплав ЛК имеет низкий коэффициент трения в сочетании с хорошей обрабатываемостью.

Производство

Химический состав латунных втулок определяется ГОСТ 15527-2004. Размеры медных изделий (и латунных в частности), а также допустимые отклонения, определяет ГОСТ 4379-2006.

Он заменил стандарты: ГОСТ 1978-81, ГОСТ 24832-81, ГОСТ 29201-91. Литейный метод производства латунь втулки — центробежное литье.

Это основной метод, направленный на получение качественных отливок любой, даже очень сложной конфигурации. Он применяется наряду с литьем в землю и в кокиль.

Операция центробежного литья основана на том, что расплавленным металлом заполняют форму в определенном направлении, учитывая действие центробежных сил.

Полученная отливка высокопрочная по всему объему, не содержит раковин и шлаков. Технология центробежного литья дает возможность получать качественные заготовки втулок, дальнейшая обработка которых сведена к минимуму, что значительно уменьшает себестоимость.

Для того чтобы заготовка стала элементом машины или механизма выполняют операции фрезеровки, расточки внутреннего диаметра и шлифовки.

Цветной металл, получаемый в ходе центробежного литья, имеет мелкокристаллическую структуру. Он прочный, износостойкий и недорогой.

Выбор втулки

Марки сплавов, которые используются для изготовления втулок из латуни, разнятся химическими и механическими свойствами. Химический состав сплава определяет его механические характеристики. Это необходимо учитывать при выборе готовой продукции.

Цена зависит от размера и вида изделия. При выборе втулок заказчику необходимо обратить внимание на такие характеристики, как:

— скоростной и температурный режим;

— агрессивность рабочей среды;

— интенсивность режима «старт-стоп»;

— интенсивность колебательных движений;

— значение твердости материала втулки по отношению к остальным деталям узла;

— частота подачи смазочных материалов.

В зависимости от назначения машинного узла, втулки делят на закрепительные, переходные, соединительные, подшипники и пр.

Втулки-подшипники используют наиболее часто. Такие детали изготавливают из сплавов с высокими антифрикционными показателями. Это делают для улучшения работы узла «втулка/ось» или «втулка/цапфа» в целом.

Втулка-переходник применяется для сопряжения во вращающийся узел деталей разных диаметров. Пример: сопряжение шпинделя большего диаметра со сверлом меньшего диаметра через втулку-переходник. Втулка закрепительная используется для фиксирования внутренних колец подшипников на валу или на оси.

По внешнему виду разделяют цилиндрические, составные, резьбовые, конические и разрезные втулки. Втулки в форме цилиндра и конуса составляют до 90% от общего числа используемых деталей.

Кроме того втулки из латуни классифицируют еще по таким показателям:

— габаритные размеры готового изделия (значение внутреннего и внешнего диаметра, длины);

— марка сплава, из которого выполнена латунная втулка;

— виды и наличие дополнительной обработки.

Применение

Латунные втулки отличает износостойкость, прочность, упругость и стойкость к агрессивным условиям работы. Эти качества необходимы для работы машин и механизмов:

— в индустриальной промышленности (здесь это детали оборудования для штамповки и ковки, станов для прокатки, гидропрессов);

— в горнорудной промышленности (части узлов карьерных экскаваторов, угольных комбайнов, дробилок);

— железнодорожного транспорта (втулки играют роль вкладышей в подшипниках локомотивных моторно-осевых пар);

— в производстве большегрузного транспорта;

— в гидроэнергетике (в рабочих узлах гидротурбин разнообразных видов).

Кроме того, без латунных втулок не обходится практически ни один бытовой электроприбор. Это может быть блендер, стиральная машина или фен. Срок службы этих изделий напрямую зависит от качества используемых для их изготовления втулок из латуни.

Поставщик: ООО РТГ «МетПромСтар»

Дополнительное крепление втулок в неразъемных и фланцевых корпусах

Размеры, мм

При креплении втулок одним или двумя винтами резьбовые отверстия следует располагать под углами 180 или 90° к смазочной канавке

Рекомендуемые маслоподводящие карманы для жидкой смазки втулок

Размеры, мм

Маслоподводящие карманы, проточки и отверстия не следует размещать в нагру­женной зоне подшипника как на поверх­ности трения, так и на поверхности кон­такта

Втулки скольжения

Трубчатое кольцо, устанавливаемое между гнездом в корпусе и валом, называют втулкой скольжения. Она разделяет вращающиеся друг относительно друга составные части подвижного узла, которые не должны непосредственно соприкасаться между собой. Вся втулка или только скользящая поверхность изготавливаются из антифрикционного материала с малым коэффициентом трения. Таким образом, втулка скольжения позволяет за счет значительного уменьшения трения снизить сопротивление вращению, нагрев и износ трущихся деталей. Втулки скольжения предназначены для умеренных радиальных нагрузок и по типу относятся к радиальным подшипникам скольжения.

Есть несколько признаков, по которым классифицируются втулки скольжения. По способу изготовления их разделяют на свёртные, спечённые, и механически обработанные. Свёртные втулки скольжения сворачиваются в кольцо из плоского листа чуть менее чем на один оборот так, что сбоку вдоль втулки остается прорезь. Спечённые втулки скольжения изготавливаются методом порошковой металлургии, поэтому имеют пористую структуру и могут впитывать в себя 10-20% смазочного масла по объему. Механически обработанная втулка скольжения вытачивается из заготовки. Свёртные втулки относительно тонкие, спечённые и обточенные – более массивные.

По форме втулки скольжения бывают цилиндрическими и буртовыми. Цилиндрическая втулка скольжения – это изделие в виде короткой трубы ровного диаметра. Она может выдерживать исключительно радиальную нагрузку. Буртовые втулки скольжения на большей части длины цилиндрические, а с одного края имеют расширение в виде шайбы, которое называется бурт. Они рассчитаны на радиальную нагрузку в сочетании с однонаправленной осевой нагрузкой.

Смазываемые втулки скольжения имеют ниппели на корпусе для подачи смазки. Те, которые не требует смазывания, называют необслуживаемыми втулками скольжения. Такие втулки более удобны в эксплуатации, но менее долговечны и имеют худшие скоростные способности.

Основные материалы втулок скольжения – это бронза, сталь, антифрикционный чугун, полимеры. В простых полимерных втулках скольжения используется обычный пластик, в высококачественных – фторопласты (ПТФЭ, он же тефлон) или ацетальные смолы (полиоксиметилен). Втулка скольжения может состоять из нескольких материалов: основа обычно сделана из стали, а поверхность скольжения – из антифрикционного материала в виде тонкой прокладки или нанесённого слоя. Среди таких материалов можно назвать те же фторопласты, дисульфид молибдена и керамические покрытия. Часть этих трущихся пар не требует ни обслуживания, ни смазывания, что является большим достоинством подшипников скольжения.

Втулки скольжения используются во вращающихся и поворотных узлах промышленного оборудования и подвижной техники. Это, например, конвейерные ролики, крепления линейных цилиндров, сочленения рабочих органов строительных машин, станки для целлюлозно-бумажной, пищевой и текстильной промышленности.

В общем, втулки скольжения просты по конструкции, устойчивы к неблагоприятным условиям рабочей среды, таким как перепады температур или загрязнения, но плохо подходят для долгого вращения с большой скоростью. По сравнению с вкладышами скольжения они проще в установке и обслуживании, но менее устойчивы к высоким температурам. Относительно подшипников качения втулки скольжения несравнимо более компактны, но имеют больший момент трения и меньшую грузоподъемность.

Втулки подшипников скольжения из спекаемых материалов (но ГОСТ 24833-81; ИСО 2795-79)

Предназначены для подшипников скольжения общего назначения. Типы втулок: А — гладкая; В — с буртиком; С — сферическая.

* t = IT8 при D ≤ 50мм; t = IT9 при D > 50мм.

ТипА

Размеры, мм

Тип В

Примечание.

Размеры, указанные в скобках, применять не рекомендуется.

Тип С

Примеры условного обозначения втулок:

Втулка типа В с внутренним диаметром d = 25мм, наружным диаметром D = 32мм, диа­метром буртика D1 = 39мм и длиной L = 25мм:

Втулка В 25/32 × 25 ГОСТ 24833-81

Втулка типа С с внутренним диаметром d = 10мм, диаметром сферы Ds = 20мм и длиной L = 14мм:

Втулка С 10 ГОСТ 24833-81

Сплавы подшипников скольжения

Работоспособность подшипника скольжения в значительной степени определяется материалом вкладышей. Материал вкладыша должен быть выбран так, чтобы в сочетании с материалом цапфы была образована антифрикционная пара. В свою очередь, подшипники работают тем надежнее, чем выше твердость поверхностей цапф.

К подшипниковым материалам могут быть предъявлены следующие комплексные требования, соответствующие основным критериям работоспособности подшипников:

а) низкий коэффициент трения;

б) высокая сопротивляемость изнашиванию и заеданию;

в) достаточная усталостная прочность (при пульсирующей нагрузке).

Для обеспечения этих требований наиболее важны следующие основные свойства подшипниковых материалов:

а) теплопроводность, обеспечивающая интенсивный теплоотвод от поверхностей трения, и малый коэффициент линейного расширения во избежание больших изменений зазоров в подшипниках;

б) прирабатываемоcть, обеспечивающая умень-шение кромочных и местных давлений, связанных с упругими деформациями и погрешностями изготовления;

в) хорошая смачиваемость маслом и способность образовывать на поверхностях стойкие и быстро восстанавливаемые масляные пленки;

г) коррозионная стойкость.

Кроме того, существенное значение имеют технологические свойства: литейные, хорошая обрабатываемость резанием и т. д. Хорошим антифрикционным свойствам материала благоприятствует структура, характеризуемая пластической основой и более твердыми вкрапленными в неё составляющими.

Подшипниковые антифрикционные материалы по своему химическому составу делятся на следующие группы: баббиты, бронзы, сплавы на цинковой основе, сплавы на алюминиевой основе, антифрикционные сплавы на железной основе.

Баббиты

Наиболее давними подшипниковыми материалами являются мягкие сплавы на оловянной и свинцовой основах. Первый подшипниковый сплав был разработан в 1839 г. англичанином И. Баббитом. Он содержал 82–84 % Sn, 5–6 % Сu и 11–12 % Sb. Этот сплав положил начало использо-ванию мягких белых антифрикционных сплавов в технике, и поэтому все последующие сплавы на оловянной и свинцовой основах стали называть баббитами. Баббиты обладают низкой твердостью (НВ 13–32), имеют невысокую температуру плавления (240–320 °С), повышенную размягчаемость (НВ 9–24 при 100 °С), отлично прирабатываются и обладают высокими антифрикционными свойствами. В то же время они обладают низкой усталостной прочностью, что сказывается на работоспособности подшипников. В России стандартизованы две группы баббитовых сплавов, их состав приведен в табл. 20.1. Наиболее распространенные баббиты в зарубежной практике (США) даны в табл. 20.2. В табл. 20.15 приведены некоторые свойства отдельных баббитовых сплавов и допустимые режимы работы.

К выбору подшипниковых сплавов необходимо подходить с учетом толщины баббитового слоя подшипника. Гетерогенное микростроение сплавов типа Б83 с крупными твердыми кубическими кристаллами химического соединения SnSb (β-фазы) не способствует удовлетворительной сопротивляемости усталостным повреждениям под действием циклических нагрузок в тонкослойных подшипниках (толщина слоя менее 1 мм). В отдельных локальных объемах кристаллов β-фазы накапливается пластическая деформация, и в слое баббита возникают остаточные напряжения. В тонком слое внедрение в пластичную основу кристаллов твердой составляющей, принимающей на себя нагрузку, затруднительно. Размеры таких кристаллов нередко соизмеримы с толщиной слоя (достигают нескольких десятых мм). Слой мягкой пластичной основы под кристаллами твердой составляющей приобретает способность больше сопротивляться пластической деформации за счет влияния подложки (корпуса цапфы). На отдельных участках скопления хрупких кристаллов β-фазы возникает вероятность непосредственной передачи давления через эти кристаллы от шейки вала на корпус подшипника. В таких условиях β-фаза оказывается слабым участком, по кристаллам SnSb развиваются трещины. Эти микроскопические повреждения при дальнейших циклических нагружениях являются очагами развития усталостных трещин.

Гетерогенная структура, состоящая из мягкой легкоприрабатывающейся основы и твердых включений, способствует удержанию пленки смазки, что снижает коэффициент трения.

Баббиты применяются в подшипниках в виде слоя, залитого по корпусу вкладыша из бронзы, латуни, стали или чугуна. Наиболее прочное соединение заливаемого слоя баббита с корпусом вкладыша достигается специальным процессом заливки, включающим очистку поверхности корпуса и его облуживание. Тонкостенные вкладыши двигателя легкового автомобиля изготовляются штамповкой из биметаллической ленты, получаемой непрерывной заливкой баббита по движущейся стальной калиброванной ленте.

При правильной подготовке поверхности вкладыша и его заливке прочное соединение баббита и металла корпуса (бронза, сталь, чугун) происходит по всей поверхности вкладыша, что позволяет значительно уменьшить толщину слоя баббита. Способ механического крепления баббита к вкладышу (путем устройства во вкладыше пазов и отверстий, заполняемых баббитом при заливке) пригоден лишь для малонапряженных баббитов.

Таблица 20.1

Химический состав баббитов (%), используемых в РФ

А. Баббиты по ГОСТ 1320–98

Б. Сплавы по ГОСТ 1209–99

Таблица 20.2

Химический состав (%) наиболее употребительных баббитов, используемых в США

Примечание. Примесей < 0,2%.

Для тонкослойных вкладышей баббит должен удовлетворять следующим требованиям:

• не иметь резко выраженной неоднородной структуры. Для них возможно использование однофазных сплавов при достаточном сопротивлении металла смятию;
• обладать повышенной сопротивляемостью усталостному разрушению, поскольку работа тонкослойных прецезионных вкладышей должна протекать, в основном, в условиях жидкостного трения;
• баббитовый антифрикционный слой желательно применять с пониженной твердостью — до НВ 15–20. При этом улучшается прирабатываемость. Это важно в связи с тем, что сопротивляемость смятию в тонком слое повышается за счет влияния подложки;
• для обеспечения надлежащей долговечности подшипников существенное значение имеет прочность соединения баббита с корпусом, определяемая способностью слоя полуды сопротивляться усталостному разрушению.

В России разработаны и применяют для тонкослойных подшипников сплавы Б88, БК2 с добавкой переплава и другие, состав которых приведен в табл. 20.3.

Подшипники с толщиной баббитового слоя > 3 мм используют при сравнительно легких условиях работы. Баббитовый слой таких подшипников (Б83, Б16, БН, БКА) обладает хорошей способностью прирабатываться и является своеобразным компенсатором всякого рода неточностей, образованных при обработке и монтаже трущихся деталей и возникающих в процессе эксплуатации. К такому типу относятся подшипники скольжения вагонов, вкладыши тихоходных мощных судовых двигателей, компрессоров и др.

Таблица 20.3

Химический состав (%) баббитов, используемых для тонкослойных подшипников

Сплавы на медной основе

Из сравнительно большого количества сплавов на медной основе в качестве антиффикционных используются обычно бронзы (оловянные и безоловянные) и латуни. Подшипники изготовляют из бронзы в монометаллическом и биметаллическом исполнении. Монометаллические подшипники (вкладыши, втулки и др.) изготовляют из бронз, обладающих достаточной прочностью и твердостью. Бронзы, употребляемые в таких подшипниках, подразделяются на сплавы с высоким (до 10 %) и низким (до 3 %) содержанием олова. В состав легирующих добавок входят Zn, Pb, Ni, P и др. Стандартом (ГОСТ 613–79) определены составы малооловянистых бронз. Бронзы же с высоким содержанием олова используют в ответственных случаях по ведомственным техническим условиям. Состав наиболее употребительных оловянных бронз приведен в табл. 20.4.

Для изготовления свертных втулок, торцовых дисков и других антифрикционных деталей применяют деформируемые оловянные бронзы. Состав некоторых из таких сплавов приведен в табл. 20.5.

Для биметаллических подшипников в качестве антифрикционного слоя употребляются бронзы, содержащие повышенное количество свинца, без олова или с небольшим количеством олова. Распространенным сплавом первого вида является бронза БрСЗО, содержащая 30 % Pb. Сплав второго вида содержит 22 % Pb и 1 % Sn. Для монометаллических подшипников иногда используется свинцовистая бронза БрОС5-25 (5 % Sn и 25 % Pb).

Помимо оловянных бронз сравнительно широко используют сплавы, не содержащие олово (безоловянные). Некоторые из сплавов по свойствам не уступают, а иногда и превосходят оловянные бронзы. Химический состав и области применения ряда таких бронз приведены в табл. 20.6.

В тяжелонагруженных трущихся деталях (дорожные машины, тяжелое станочное оборудование, скользящие соединения теплопередаточного оборудования и др.) с успехом применяют высокопрочные алюминиевые бронзы. Состав и механические свойства ряда алюминиевых бронз, применяемых в отечественном машиностроении, даны в табл. 20.7.

В меньшей степени, чем бронзы, употребляются в качестве антифрикционных материалов латуни (сплавы меди с цинком и другими металлами). В качестве антифрикционных используются так называемые кремнистые и марганцовистые латуни и находят применение алюминиевожелезные латуни (ГОСТ 17711–93).

Химический состав, свойства и области использования наиболее употребительных антифрикционных латуней приведены в табл. 20.8.

Сплавы на медной основе широко распространены во всем мире. Составы их мало отличаются один от другого. Для примера в табл. 20.9 приведены составы стандартных бронз, применяемых в ФРГ и США.

В табл. 20.15 приведены некоторые свойства отдельных бронзовых и латунных сплавов, а также допустимые режимы их работы.

Таблица 20.4

Химические составы (%) наиболее употребительных оловянных литейных бронз

*1 Содержит 0,5–2,0 % Ni.

*2 Содержит 0,4–1,0 % Р.

*3 Содержит 3,0–4,0 % Ni.

Таблица 20.5

Химический состав (%) деформируемых подшипниковых бронз, содержащих олово

*Содержит 3,0–5,0 % Zn и 1,5–3,5 % Pb.

Таблица 20.6

Химический состав (%) безоловянных подшипниковых бронз

Примечание. Бронза марки БрСуНб-2 также содержит 2,0 % Ni и 0,7 % Zn, a марки БрКМцЗ-1 — 3,0 % Si и 1,0 % Мn и БрСуНЦСФ-3-3-3-20-0,2 содержат 3,5 % Zn и 3,5 % Ni.

Таблица 20.7

Химический состав (%) и механические свойства алюминиевых бронз

Примечание. Условные обозначения: К — литье в кокиль; 3 — литье в песчаные формы.

Таблица 20.8

Химический состав (%) и механические свойства антифрикционных латуней

*1 Содержит 0,8–1,5 % Аl; 0,8–1,5 % Fe.

*2 Содержит 2,5–4,5 % Si.

Таблица 20.9

Химический состав (%) бронз, применяемых за рубежом

Сплавы на алюминиевой основе

За последнее время в нашей стране и за рубежом резко возросло использование алюминиевых подшипниковых сплавов. Они обладают достаточной усталостной прочностью, коррозионной стойкостью в маслах, имеют сравнительно высокую задиростойкость и хорошие антифрикционные свойства. Эти качества во многом определили тенденцию замены ими антифрикционных сплавов на свинцовой и оловянной основе, а также свинцовистой бронзы.

Алюминиевые сплавы употребляют для изготовления монометаллических деталей (втулок, подшипников, шарниров и др.) и биметаллических подшипников. Последние изготовляют штамповкой из биметаллической полосы или ленты со слоем алюминиевого сплава, соединенного со сталью в процессе совместного пластического деформирования при прокатке. Для монометаллических подшипников употребляются сравнительно твердые прочные сплавы, а слой биметаллических вкладышей изготовляют из менее твердого пластичного металла.

Алюминиевые сплавы классифицируют преимущественно по микроструктурному признаку. Эта классификация отражает в большей степени антифрикционные свойства сплавов, так как общепризнанной является роль мягких структурных составляющих в уменьшении износа и увеличении сопротивляемости задиру трущейся пары. К I группе относят сплавы, имеющие включения твердых структурных составляющих (FеАl3, Аl3Ni, CuAl2, Mg2Si, AlSb, кремний и др.) в пластичной основе металла. В сплавах II группы, наряду с твердыми составляющими, имеются мягкие включения.

В РФ сплавы на алюминиевой основе стандартизованы ГОСТ 14113–78. Их состав приведен в табл. 20.10.

В зарубежной практике получили большее распространение сплавы II группы, но в последние годы сравнительно широко используют и сплавы I группы. Подробные сведения о составах приведены в табл. 20.11.

За последние годы в связи с появлением тяжелонагруженных двигателей в автомобилестроении, тракторостроении, транспортном машиностроении и других появилась острая необходимость в материалах подшипников, обладающих повышенной задиростойкостью. В связи с этим в РФ, Японии, Англии и Америке разрабатываются алюминиевооловянные сплавы, содержащие до 30 и даже 40 % Sn и отрабатывается технология изготовления сплавов, содержащих свинец. Такие сплавы обладают способностью хорошо сопротивляться задиру при ультратонких смазочных слоях, однако эта особенность достигается наиболее полно при содержании 14 % Pb. В России разработан метод получения алюминиевосвинцовых (до 30 % Pb) сплавов из гранул. Отливка гранул производится во вращающемся стакане с круглыми отверстиями при частоте вращения 1500 об/мин. Струя разбивается на капли, которые через отверстия попадают в воду и кристаллизуются.

Последующее прессование гранул производят различными способами. Хорошие результаты были получены при прессовании на шнековых прессах. Прессованные заготовки достаточно хорошо обрабатываются давлением и соединяются с помощью прокатки со стальными полосами для последующего изготовления биметаллических подшипников.

В табл. 20.15 приведены некоторые свойства отдельных алюминиевых сплавов и допустимые режимы их работы.

Таблица 20.10

Химический состав (%) алюминиевых антифрикционных сплавов

Таблица 20.11

Химический состав (%) сплавов на алюминиевой основе, применяемых за рубежом

Сплавы на цинковой основе

Цинковые сплавы в качестве антифрикционных, хотя и известны с давних времен, не получили достаточно широкого распространения. В то же время цинковые сплавы обладают рядом ценных свойств, которые дают возможность использовать их во многих случаях взамен бронз и баббитов.

Сплавы на цинковой основе, обладая низкой температурой плавления (» 400 °С), в большей степени, чем бронзы и алюминиевые сплавы, размягчаются с нагревом, благодаря чему легче прирабатываются. По этой причине подшипники из цинковых сплавов меньше изнашивают сопряженные поверхности цапфы при попадании абразивов. Частицы абразивов легче внедряются в трущуюся поверхность и меньше повреждают за счет микрорезания цапфу.

Цинковые сплавы являются весьма технологичными при изготовлении как монометаллических, так и биметаллических трущихся деталей. Легко достигается соединение цинкового сплава со сталью литейным способом и совместной прокаткой со стальной заготовкой. Соединение жидкого цинкового сплава со сталью достигается за счет слоя жидкого цинка, наносимого способом горячего цинкования.

Подшипники и другие детали из цинковых сплавов употребляются в литом и обработанном давлением (прокатка, прессование) состояниях. Составы стандартных сплавов (ГОСТ 21438–95) и свойства их в литом и прокатанном виде приведены в таблицах 18.6 и 18.7 гл. 18. В этой главе представлены особенности изготовления деталей из антифрикционных цинковых сплавов.

Особенностью цинковых сплавов в отличие от алюминевых и бронз является повышение прочности и пластичности сплавов после горячей обработки давлением при 250–300 °С. Это сказывается и на показателях усталостной прочности. Так, например, для литого сплава ЦАМ9-1,5 предел выносливости при переменном изгибе вращающихся круглых образцов 5,0 кгс/мм2, а для прессованного металла — 10–11 кгс/мм2.

Цинковые сплавы в качестве антифрикционных материалов больше всего используют в нашей стране, причем опыт их массового применения накоплен на железнодорожном транспорте. В других странах цинковые сплавы используют в сравнительно небольших количествах. Состав наиболее употребительных сплавов дан в табл. 20.12.

Таблица 20.13

Химический состав (%) зарубежных цинковых сплавов

Сплавы на железной основе

Как антифрикционные материалы стали используют сравнительно редко и при очень легких условиях работы (при небольших удельных давлениях и невысоких скоростях скольжения). Будучи твердыми и имея высокую температуру плавления, стали плохо прирабатываются, сравнительно легко схватываются с сопряженной поверхностью цапфы и образуют задиры. Обычно используют так называемые «медистые стали», содержащие малое количество углерода, либо «графитизированные стали», имеющие включения свободного графита. Состав некоторых сталей, рекомендуемых к использованию взамен бронз в легких условиях работы, приведен в табл. 20.13.

Чугуны применяют для подшипников и других трущихся деталей в большем количестве и ассортименте, чем стали. Антифрикционные свойства чугунов представлены в табл. 20.15. Они определяются в значительной степени строением графитовой составляющей.

Чугун с глобулярной формой графита и с тол-стыми пластинками более износостоек, чем чугун с тонкими пластинками. В структуре антифрикционного чугуна желательно иметь минимальное количество свободного феррита (не более 15 %) и должен отсутствовать свободный цементит. Состав антифрикционных чугунов приведен в табл. 7.13 главы 7.

Таблица 20.13

Химические составы (%) антифрикционных сталей

Области использования антифрикционных чугунов ограничиваются легкими условиями работы. Рекомендуемые границы применения чугунов в узлах трения представлены в табл. 7.14 главы 7.

Сплавы, изготовляемые методом порошковой металлургии

Изготовляемые методом порошковой металлургии подшипниковые материалы выполняются путем спекания заготовок, спрессованных предварительно (в пресформах) из надлежащим образом обработанных металлических порошков, часто с добавкой небольшого количества графита. Степень пористости обычно около 25 %. В качестве обязательной добавки к железным и медным пористым изделиям, помимо графита, используют самосвязывающие порошки дисульфита молибдена, нитрита бора и др.

Готовые втулки калибруются обжатием (резанием со стороны рабочей поверхности не обрабатываются) и пропитываются в вакууме маслом. Главное их назначение — подшипники малого размера, работающие при малых нагрузках, без подвода смазки. Срок службы ограничен запасом смазки в слоях, прилегающих к поверхности трения.

Составы наиболее распространенных пористых сплавов на железной, алюминиевой и медной основах и некоторые их свойства приведены в табл. 20.14.

Таблица 20.14

Состав и основные характеристики металлокерамических подшипниковых материалов

Примечание. ПФ — перлитно-ферритная структура.

Таблица 20.15

Сравнительные характеристики антифрикционных материалов

Чугунные втулки для неразъемных и фланцевых корпусов

Предназначены для подшипников скольжения общего назначения

Фиксация втулок в корпусах

Размеры, мм

Материал втулок: антифрикционный чугун АЧС-1 или АЧК-2.

Предельные отклонения наружного диаметра D по u8. Предельные отклонения размеров, не ограниченных допусками: для валов — по h14, для остальных — пo ±IT14/2.

Допуски перпендикулярности оси втулки относительно ее торцов и торцовое биение по 8-й степени точности ГОСТ 24643—81. Радиальное биение отверстия d относительно диаметра D по 6-й степени точности ГОСТ 24643—81. Овальность, конусообразность, бочкообразность отверстий по 7-й степени точности ГОСТ 24643—81. Допускается изготовление смазочных канавок другой формы.

Материалы втулки — почему бронза?

Бронза — идеальный материал для изготовления втулок из-за ее превосходного сопротивления трению при высоких нагрузках на низких скоростях. Она твердая, устойчивая к коррозии и хорошо работает при высоких температурах. По этим причинам бронза и является наиболее оптимальным вариантом материала для втулки.

реализует втулки бронзовые гост по методу от ведущих европейских литейных заводов по непрерывному и центробежному литью бронзы. Таким образом, данная компания предлагает самый полный ассортимент бронзовых сплавов в Европе и располагает огромным ассортиментом на складе с возможностью немедленной доступности.

Поставка от качественных производителей бронзовых втулок браж, предлагает значительные преимущества в отношении качества, единообразия и отслеживаемости бронзовых втулок, которые они реализуют.

Наиболее распространенные материалы, используемые при производстве втулок, — это алюминиевая бронза, оловянная бронза и высокопрочная латунь. Все эти материалы придают втулка высокую прочность и отличные технические характеристики.

Закрепительные штифты втулок

Размеры, мм

Металлические гладкие вкладыши корпусов

Предназначены для подшипников скольжения общего назначения.

Размеры, мм

* Параметры шероховатости поверхностей d и D Ra = 2,5мкм при изготовлении по 8-му квалитету точности для диаметров свыше 18мм.

Допуски перпендикулярности оси вкладыша относительно его торцов и торцовое биение должны быть по 8-й степени точности ГОСТ 24643-81.

Карманы маслоподводящие для жидкой смазки гладких вкладышей

Размеры, мм

Маслоподводящие карманы, проточки и отверстия не следует размещать в нагруженной зоне под­шипника как на поверхности трения, так и на поверхности контакта.

Применение бронзы безололовянной литейной

• Алюминевая бронза

Металлические вкладыши с буртиком

Предназначены для подшипников общего назначения.

* Параметры шероховатости поверхностей d и D Ra = 2,5мкм при изготовлении по 8-му квалитету для диаметров свыше 18мм.

Карманы маслоподводящие для жидкой смазки вкладышей с буртиками

Размеры, мм

Маслоподводящие карманы, проточки и отверстия не следует размещать в нагруженной зоне подшипника как на поверхности трения, так и на поверхности контакта

Чугунные вкладыши для разъемных корпусов (по ГОСТ 11611-82)

Размеры, мм

Закрепительная втулка 3

ГОСТ 11611—82 предусматривает также вкладыши диаметрами: d = 25; 28 и 100 — 220мм.

Пример условного обозначения вкладыша

в сборе с диаметром d = 50мм, длиной L = 63мм:

Вкладыш 50 × 63 ГОСТ 11611-82

Отверстие диаметром d окончательно растачивают в сборе с корпусом подшипника.

Обточку до наружного диаметра D и подрезку внутренних торцов вкладышей по размеру l производят совместно деталей 1 и 2. Вкладыши изготовляют из антифрикционного чугуна АЧС-1 или АЧК-2 по ГОСТ 1585-85, закрепительные втулки — из стали Ст3.

Предельные отклонения размеров, не ограниченных допусками: для валов — пo h14, для остальных — ±IT/2.

Отклонение от перпендикулярности оси вкладыша относительно его торцов и торцовое биение — по 8-й степени точности ГОСТ 24643-81.

Овальность, конусообразность, бочкообразность отверстий d — по 7-й степени точности ГОСТ 24643-81.

Бронза сплавы и марки

Состав и назначение бронзы разных марок: Бр ОФ10-1, Бр ОФ4-0,25, Бр ОЦС5-5-5, Бр ОЦСН3-7-5-1, Бр А7, Бр АЖ9-4, Бр АЖМц10-3-1,5, Бр АЖН10-4-4, Бр АМц9-2, Бр Мц5, Бр Б2, Бр КН1-3, Бр. С30

Литейные оловянные бронзы
: Жидкотекучесть литейных оловянных бронз ниже, чем у других бронз, однако они имеют незначительную объемную усадку, что позволяет получать из этих сплавов фасонные отливки бронзы. Оловянные шихтовые литейные бронзы в чушках (ГОСТ 614-73) служат шихтой: БрОЗЦ8С4Н1-для литейной бронзы; БрОЗЦ7С5Н; БрОЗЦ 1ЗС4 — для бронзы БрОЗЦ12С5; Бр04Ц7С5 — для бронзы БрОЗ, 5Ц7С5; Бр05Ц6С5 — для бронзы Бр05Ц5С и Бр04Ц4С17. Перечисленные литейные бронзы (ГОСТ 613-79) применяются для литья антифрикционных деталей. Кроме того, бронзы БрО3Ц12С5 и БрО3Ц7С5Н применяются для арматуры, работающей в воде и водяном паре (БрО3Ц7С5Н в морской воде и маслах) давлением до 245 МПа. Литейные нестандартные бронзы БрО10; Бр019 ответственного назначения применяются для арматуры и фасонных отливок; бронза БрО10Ф1 — для подшипников шестерен и втулок ответственного назначения; бронза БрО10Ц2 — для арматуры, подшипников, фасонных отливок; бронза Бр08Ц4 — для частей насосов и арматуры; бронза БрО6ЦбС3 — для паровой и водяной арматуры; бронза Бр08С12 — для ответственных подшипников, работающих при высоких давлениях; бронзы Бр05С25 и Бр01С22 — для изготовления подшипников и втулок, работающих при малых нагрузках и больших скоростях, малоуплотнительных колец; бронза БрО6Ц6С3 — для паровой и водяной арматуры. Бронзы Бр05С25, Бр01С22, Бр08С12 относятся к группе свинцовистых бронз, к которым относятся сплавы БрС30 (для подшипников, сальников), БрС60Н2,5 (для подшипников, фасонных отливок). Вследствие невысоких механических свойств двойные свинцовистые бронзы применяют для втулок и подшипников в виде тонкого слоя на стальной основе. Свинцовистые бронзы с повышенным содержанием олова (Бр08С12, БрО10С10, Бр010С2НЗ) характеризуются более высокими механическими свойствами, чем двойная свинцовистая бронза. Поэтому из этой бронзы изготовляют втулки и вкладыши подшипников без стальной основы.

Оловянные бронзы, обрабатываемые давлением

— деформируемые: подразделяются на следующие группы (ГОСТ 5017-74): оловянно-фосфористые бронзы БрОФ8,0-0,3; БрОФ6,5-0,4; БрОФ6,5-0,15; БрОФ7-0,2; БрОФ4-0,25; оловянно-цинковые бронзы БрОЦ4-3; оловянно-цинково-свинцовые бронзы БрОЦС4-4-2,5 и БрОЦС4-4-4. Бронзы БрОФ8-0,3 и БрОФ6,5-0,4 применяют для сеток целлюлозно-бумажной промышленности. Бронза БрОФ6,5-0,4 также используется для пружин, деталей машин и подшипников. Бронза БрОФ6,5-0,15 применяется для изготовления лент, полос, прутков, деталей подшипников, биметаллических изделий; бронза БрОФ7-0,2 — для прутков, шестерен, зубчатых колес, втулок и прокладок высоконагруженных машин; бронза БрОФ4-0,25 — для трубок контрольно-измерительных и других приборов, для манометрических пружин; бронза БрОЦ4-3 — для лент, полос, прутков, применяемых в электротехнике, для токоведущих пружин, контактов, штепсельных разъемов, для пружинной проволоки в химической промышленности, точной механике, для арматуры, шаберов в бумажной промышленности; бронзы БрОЦС4-4-2,5 и БрОЦС4-4-4 — для втулок и подшипников в автотракторной и автомобильной промышленности. Оловянные бронзы, обрабатываемые давлением, могут поставляться, так же как и латуни, в мягком (отожженном), полутвердом, твердом и особо твердом состоянии. Бронзы БрОФ6,5-0,4, БрОФ6,5- 0,15 и БрОЦС4-4-2,5 обрабатываются обычно в холодном состоянии (прокатка, волочение), а в горячем состоянии — лишь прессованием. Бронза БрОЦ4-3 хорошо обрабатывается давлением в горячем и холодном состоянии.

Бериллиевые бронзы

, являясь дисперсионно-твердеющими сплавами, обладают высокими механическими, упругими и физическими свойствами. Отличаются высокой коррозионной стойкостью, жаропрочностью, циклической прочностью; они устойчивы при низких температурах, не магнитны, не дают искры при ударах. Закалку бериллиевых бронз осуществляют с температуры 750-790 °С, старение — при 300-325 °С. Добавки никеля, кобальта или железа способствуют замедлению скорости фазовых пре вращений при термической обработке, что значительно облегчает технологию закалки и старения. Кроме того, никель повышает температуру рекристаллизации, а марганец может частично заменить дорогой бериллий. Бериллиевые бронзы применяются для пружин, мембран, пружинящих деталей, в часовой промышленности.

Сплавы меди с марганцем

отличаются высокими механическими свойствами, обрабатываются давлением в горячем и холодном состоянии. Они обладают повышенной жаропрочностью и коррозионной стойкостью. Применяются для топочной арматуры.

Кремниевые бронзы

обычно содержат никель или марганец. Эти сплавы отличаются высокими механическими, упругими и антифрикционными свойствами; при этом не теряют своей пластичности при низких температурах. Кремниевые бронзы хорошо паяются, обрабатываются давлением при низких и высоких температурах. Они не магнитны и не дают искры при ударах. Применяются для антифрикционных деталей, пружин, подшипников, в морском судостроении, для сеток, решеток, испарителей, направляющих втулок. Литейные безоловянные бронзы (ГОСТ 493-79) характеризуются высокой прочностью и хорошими антифрикционными и коррозионными свойствами. Они применяются для изготовления деталей, работающих в особо тяжелых условиях (зубчатые колеса, втулки, клапаны, шестерни для мощных кранов и турбин, червяки, работающие в паре с деталями из упрочненных сталей, подшипники, работающие при высоких давлениях и ударных нагрузках).

Фиксация вкладыша в корпусе по ГОСТ 11611-82

Размеры, мм

Вкладыши с закрепительной втулкой в кор­пусе

Выемка в основании корпуса под закрепи­тельную втулку

Рейтинг качественных втулок скольжения на 2022 год

В рейтинг вошли самых хорошие модели втулок, по мнению покупателей. За основу были взяты популярность моделей, обзор и отзывы потребителей.

Лучшие модели от отечественного производителя

HDB-10 (SF-1)

Деталь имеет повышенную нагрузочную способность, высокое скольжение и низкий коэффициент трения. Легкий и компактный материал, минимальные габаритные размеры и простота монтажа позволяет устанавливать деталь быстро и качественно. Применяют для большого количества гидравлической техники. Средняя цена: 30 руб.

втулка скольжения HDB-10 (SF-1)

Достоинства:

• простота монтажа;
• низкий уровень вибрации, шума, загрязнения окружающей среды;
• низкое разрешение и высокая проводимость.

Недостатки:

• не выявлены.

Втулка скольжения VТS-101

Компания выпускает комплектующие для промышленных предприятий России. Срок изготовления зависит от количества заказа и его сложности, и составляет в среднем 7 дней. Средний ценовой диапазон от 40 рублей до 3 000 рублей.

втулка скольжения Втулка скольжения VТS-101

Достоинства:

• для массового производства;
• оптимальная цена;
• надежный производитель.

Недостатки:

• не выявлены.

БрО5С25 (ООО ОЗИЛ)

Срок изготовления втулки под заказ составляет 3-20 дней. Разнообразие предлагаемых услуг и приемлемая ценовая политика выгодно выделяет данного производителя от конкурентов на рынке. Средняя цена: от 85 руб.

втулка скольжения БрО5С25 (ООО ОЗИЛ)

Достоинства:

• долговечность;
• уникальность;
• широкий функционал.

Недостатки:

• долгий срок изготовления.

ООО «ЯЗСА»

Ярославский завод СпецАгрегатов изготовит различные виды втулок, в том числе втулки скольжения, из различных материалов (полимерные, стальные, бронзовые и др.). Размеры (длина, ширина, высота) предоставляются заказчиком, либо берутся стандартные размеры. Вся продукция соответствует международным стандартам (DIN; ASME; ANSI). Цена будет зависеть от необходимых заказчику размеров и параметров.

втулка скольжения ООО «ЯЗСА»

Достоинства:

• гарантия качества;
• современные технологии;
• большой ассортимент.

Недостатки:

• не выявлены.

Лучшие модели от иностранного производителя

ISB KU2015SF1SN23 (PCM202315E)

Втулка используется для легкового автомобиля, сельскохозяйственных машин, для мотоциклов. Корпус стальной с бронзовым покрытием, это обеспечивает долговечность изделия. Родина бренда: Италия. Стоимость: 58 руб.

втулка скольжения ISB KU2015SF1SN23 (PCM202315E)

Достоинства:

• самосмазывающаяся;
• широкое применение;
• высокая рабочая температура.

Недостатки:

• не выявлены.

PCMF 101209 E

Компания из Швеции изготавливает продукцию высокого качества при достаточно низкой себестоимости. Модель с фланцем, изготовлена из композита с PTFE. Средняя стоимость: 44 руб.

втулка скольжения PCMF 101209 E

Достоинства:

• износостойкая;
• высокое качество материала;
• с фланцем.

Недостатки:

• сложно найти на рынке.

EGB 2030-E40-B-Y

Необслуживаемая деталь, с основой из бронзы. Бренд: INA. Предназначена для восприятия совместно действующих внешних нагрузок, таких как аксиальная нагрузка и осевая нагрузка. Обладает способностью к самоустановке. Стоимость: 236 руб.

втулка скольжения EGB 2030-E40-B-Y

Достоинства:

• известный бренд;
• малая деформация ползучести;
• высокая износостойкость.

Недостатки:

• стоимость.

PCM 505540 E

Деталь имеет широкое применение в различных сферах деятельности. При правильном и своевременном обслуживании прослужит долгое время, тем самым обеспечивает увеличение срока работы машин. Стоимость: 700 руб.

втулка скольжения PCM 505540 E

Достоинства:

• износостойкость;
• большой функционал;
• известный производитель.

Недостатки:

• стоимость.

ISB KU1625SF2 (PCM161825M)

Стальная втулка с бронзовым покрытием. Используется горнорудной промышленности и металлургии. Внешний диаметр: 18 мм, внутренний диаметр 16 мм, ширина 25 мм. Страна бренда: Италия. Модель без фланца. Стоимость: 55 руб.

втулка скольжения ISB KU1625SF2 (PCM161825M)

Достоинства:

• долговечна, за счет бронзового покрытия;
• оптимальная цена;
• надежный производитель.

Недостатки:

• без фланца.

ISB BNZ101415BG1

Втулка без фланца, используется в горнодобывающей промышленности, судостроительстве, для гидротурбин и др. Латунные изделия достаточно прочные, менее подвержены коррозии. Выдерживает температуру до 300 градусов, и максимальную нагрузку 100 Н/мм². Стоимость: 864 руб.

втулка скольжения ISB BNZ101415BG1

Достоинства:

• высокая стойкость к коррозии;
• небольшой коэффициент трения;
• простота установки.

Недостатки:

• не выявлены.

Профиль и размеры канавок подшипников

Размеры, мм

Допускаемые режимы работы металли­ческих втулок и вкладышей подшипников приведены в табл. 18.