подшипники

В дополнении к роликовому подшипнику, подшипник скольжения является наиболее часто используемым типом подшипника в машинной и устройстве конструкции .

В подшипнике скольжения две движущиеся друг относительно друга части находятся в прямом контакте . Они скользят друг по другу, преодолевая сопротивление, вызванное трением скольжения . Этого можно добиться низким путем выбора пары материалов с низким коэффициентом трения, смазки или создания смазочной пленки ( полная смазка ), разделяющей две контактные поверхности. Если две части соприкасаются, что имеет место с большинством используемых подшипников скольжения, происходит износ контактных поверхностей , что ограничивает срок службы. Создание разделительной смазочной пленки при полной смазке требует дополнительных затрат, которые возможны только для больших подшипников в больших машинах. Сопротивление скольжению вызывает преобразование части кинетической энергии в тепловую, которая течет в части подшипника и может быть получена.

Радиальный подшипник скольжения (разделенный):
светлый цилиндр - втулка подшипника.
съемная крышка для смазки с консистентной смазкой (смешанное трение)

Дифференциация по типу сопротивления скольжению

Принцип работы подшипников скольжения: гидродинамический (вверху), гидростатический (внизу)
Примеры: радиальные подшипники
Виды трения в зазоре подшипника скольжения: Т твердое (сухое), М смешанное, F жидкостное трение.

Различают простые подшипники скольжения (без смазки или смазанные консистентной смазкой), гидродинамические подшипники скольжения и гидростатические подшипники скольжения . Сопротивление скольжению представляет собой трение твердого тела , смешанное трение или трение жидкости .

Кривая Стрибека (схематическая):
коэффициент трения μ как функция относительной скорости в смазочном зазоре гидродинамического подшипника скольжения.

Подшипники скольжения твердые

В подшипниках скольжения с трением твердого тела (также сухим трением) используются пары материалов с низким коэффициентом трения. Иногда один из двух партнеров обладает так называемым « самосмазывающимся свойством » (например, материал, легированный свинцом или оловом , пластик, такой как ПТФЭ, или техническая керамика ). Второй партнер ( обычно вал в радиальных подшипниках ) изготовлен из стали.

Подшипники скольжения с жидкостным трением

В подшипниках скольжения, где важны долговечность и низкие потери энергии (например, при преобразовании энергии в турбинах и генераторах ), используется полная смазка с жидкостным трением. Смазочная пленка должна находиться под давлением, чтобы она могла отделять контактные поверхности друг от друга против усилия подшипника. В гидростатических подшипниках используется масляный насос .

В гидродинамических подшипниках скольжения, таких как многие подшипники распределительного и коленчатого валов , давление масла в смазочной пленке создается двумя контактными поверхностями, которые движутся навстречу друг другу. Без дополнительного насоса смазочная пленка образуется только с задержкой при запуске движения, так что смешанное трение возникает иногда в начале и незадолго до остановки.

Подшипники со спиральными канавками

Сегодня используется гидродинамический подшипник скольжения со спиральной канавкой (англ. Areiral-groove подшипник ), в котором смазка на вращающийся вал подается через канавку снаружи и направляется к центру подшипника. Часто достаточно протравленных или вырезанных лазером канавок. Спиральные канавки используются, например, в особо тихих компьютерных вентиляторах. Высокоскоростные подшипники также предлагаются в версии с воздушной смазкой .

Подшипники скольжения со смешанным трением

В подшипниках скольжения со смазкой возникает смешанное трение при увеличении нагрузки и уменьшении скорости. На кривой Штрибека это область слева от минимума; область неизнашиваемых гидродинамических подшипников скольжения начинается справа от минимума . В зоне смешанного трения смазка ( твердая , жирная или масляная ) находится в микрошероховатостях (углублениях) на контактных поверхностях, в то время как только концы этих шероховатостей соприкасаются друг с другом, что снижает сопротивление скольжению по сравнению с подшипником без смазки. .

Материалы подшипников скольжения

Типичный подшипник скольжения представляет собой радиальный подшипник для радиального подшипника вала, рабочие поверхности которого закалены .

Вал охватывает подшипниковая втулка, материал которой может быть самым разным, например:

Материал втулки выбирается «мягче», чем у вала, поэтому износ происходит в основном там. Их замена проще и дешевле, чем у вала. Часто он состоит из двух частей: двух полуоболочек, которые радиально снимаются с вала.

Втулки подшипников скольжения из металлокерамики; слева торцевой щит электродвигателя с качающейся опорной втулкой

Графитовый подшипник (цельный)

Графит (углерод) подходит в качестве материала подшипников, поскольку его истирание обладает самосмазывающимся эффектом. Графит модификации углерода имеет кристаллические плоскости, которые могут легко скользить друг по другу. Графитовые подшипники также полезны, когда электрические токи должны передаваться через точки подшипника, чего следует избегать с другими подшипниками - как подшипниками скольжения, так и, в частности, шариковыми подшипниками, поскольку токи через точки контакта из различных металлических сплавов вызывают удаление материала.

Следует отметить, что с этими подшипниками коэффициент трения значительно увеличивается с увеличением нагрузки и, следовательно, с повышением температуры . Тем не менее, они подходят для более высоких температур, при которых смазываемые подшипники выходят из строя.
Примером графитового подшипника является упорный подшипник для включения сцепления в старых автомобилях.

Сравните также скользящий контакт .

Керамические подшипники

В качестве керамического материала, например, карбида кремния в насосах, используется также в больших насосах, армированных волокном. Подшипники скольжения расположены в корпусе насоса и смазываются перекачиваемой жидкостью. Устойчивость к коррозии и чрезвычайно низкий износ из - за твердости являются большими преимуществами этих подшипников. Однако проблемы возникают, когда насосы работают всухую.

Каменный подшипник (с замковым камнем ) в часовом браслете

Пластиковые подшипники скольжения

Еще в 1869 году Дэниел Спилл, партнер Александра Паркса , сказал , что пластиковый ксилонит подходит для него, «Зубчатые колеса и фрикционные колеса» ( зубчатые колеса и фрикционные колеса ) и «Подшипники для машин», т. Е. Производство подшипников скольжения.

Современные пластиковые подшипники скольжения состоят из специальных самосмазывающихся пластиков. Они подходят для малых и средних опорных усилий. В отличие от других материалов риск «заедания» у них крайне низок. Поэтому пластмассовые подшипники скольжения являются одними из важнейших представителей подшипников скольжения, не требующих смазки и обслуживания.

Это так называемые композитные материалы , которые состоят из основного полимера, армирующих материалов (например, волокон и наполнителей) и твердых смазок или масел. Во время работы эти смазочные материалы постоянно достигают поверхности из-за микроизнашивания и, таким образом, снижают трение и износ подшипников. Используемый пластик - это в основном ПТФЭ (политетрафторэтилен) из-за его особенно низкого коэффициента трения о другие вещества (включая сталь).

Как правило, существует множество различных вариантов пластиковых подшипников скольжения в зависимости от желаемых свойств. Как правило, они не содержат смазки, устойчивы к коррозии, легки и нечувствительны к загрязнениям. Различные производители предлагают специальные материалы для специальных применений, такие как электропроводящие подшипники или подшипники пищевого качества ( соответствующие требованиям FDA ).

В случае подшипников более низкого качества, в которых оба партнера изготовлены из термопласта, смазочные материалы, необходимые для этого, содержат ПТФЭ.

Спеченные подшипники

Втулки подшипников, спеченные из бронзы или железа , менее плотные, чем сплошные. Смазка может застрять в их порах (полусухое трение). Смолистую смазку можно удалить из пор путем нагревания. Затем розетки повторно замачивают маслом.

Спеченные подшипники используются во многих небольших электродвигателях , например. Б. от Mabuchi Motor и приводы фанатов ПК .

Даже тихоходные валы в простых и прочных конструкциях, которые не зависят от точного направления, выполнены в виде спеченных подшипников; z. Б. приводные валы малых бетоносмесителей .

Втулки скольжения в линейных подшипниках также часто проектируются как спеченные подшипники.

Якорь с балансиром; Рубин, используемый в качестве подшипника, можно легко узнать по его красноватому цвету.

Каменный склад

Втулки подшипников, сделанные в основном из монокристаллического рубина , используются, в частности, в небольших механических часах , инструментах и весах . Они работают против стали и смазываются в часах, но не в весах. В часах более высокого качества камни используются в большем количестве, по крайней мере, для подшипника балансира .

  • сегментированный работает поверхность осевого подшипника на валу судна . Смазка может попасть на опорную поверхность между сегментами.

  • С помощью больших маховиков регулируется зазор в выровненных осевых подшипниках скольжения первой немецкой военной подводной лодки U1 1906 года.

Индивидуальные доказательства

  1. ↑ Stephein Fenichell: «Пластик - создание синтетического века», ISBN 0-88730-732-9 , цитата из Dipl.-Ing. Ульрих Хёльткемайер: Подходит даже для крайностей , в: Konstruktionspraxis Spezial Antriebstechnik, апрель 2013 г.