Вход на сайт

Телефон: +7 (495) 771-25-50

e-mail: pr@mastermodel.ru

Подшипники скольжения из неметаллических материалов

 

 

Подшипники скольжения и прочие конструкционные детали, которые работают в условиях повышенного трения, все чаще изготавливают из различных композиционных неметаллических материалов. Это позволяет эффективно управлять показателями надежности и долговечности изделий. Очевидно, что для различных условий эксплуатации, к которым относятся рабочие температуры, нагрузки, количество оборотов вала и т.п., рационально использовать различные материалы, даже разные классы материалов.

 

К примеру, довольно широкая линейка полимерных материалов для подшипников позволяет использовать их в различных условиях эксплуатации. Подшипники скольжения из полимеров обладают меньшим весом и стоимостью, нежели металлические, устойчивы к коррозии и воздействию агрессивных сред, и из-за низкого коэффициента трения эффективно используются при высоких нагрузках и малых скоростях вращения. Как правило, подшипники из полимеров используются в автомобилестроении, обработке материалов, машиностроении и прочих отраслях. Такие детали могут быть как самосмазывающимися, так и работающими в условиях принудительной подачи смазки, что увеличивает срок их эксплуатации. Конструктивно материалы, из которых изготавливают подшипники скольжения, состоят из базового полимера, который обеспечивает хорошие механические свойства и износостойкость. Различные волокна добавляются для создания композитной структуры и, соответственно, для увеличения прочности и несущей способности подшипника. Трение в узле уменьшается путем добавления твердых смазок, которые обеспечивают хорошее скольжение.

В настоящее время каждый производитель полимерных материалов для подшипников, старается предложить широкий выбор композиций, пригодных для различных условий использования, и соответственно, минимизирующих стоимость изделия. Так, в линейке твердых полимерных материалов EP Series от компании GGB присутствуют материалы, имеющие различные составы, что и обуславливает различия их эксплуатационных характеристик. Некоторые из материалов, входящих в эту серию,  представлены ниже. Как правило, подшипники скольжения из таких материалов изготавливаются методом литья.

 

Марка: EPтм

Производитель: GGB

Состав:  PA6.6T + PTFE + стекловолокно + графит.

Условия эксплуатации: сухое трение, смазка, вода, технологические жидкости.

Максимальная скорость скольжения при сухом трении: 1 м/с.

Коэффициент трения: 0,15-0,30.

Максимальная температура: +130 °С.

Минимальная температура: -40 °С.

Максимальная статическая нагрузка: 80 МПа.

Максимальная динамическая нагрузка: 40 МПа.

Твердость: >200 HV.

 

Марка: EP79™

Производитель: GGB

Состав:  PAI + карбоновые волокна + PTFE.

Условия эксплуатации: смазка, вода, технологические жидкости, сухое трение – не рекомендуется.

Максимальная скорость скольжения при работе со смазкой: 10 м/с.

Коэффициент трения: 0,005-0,1.

Максимальная температура: +260 °С.

Минимальная температура: -200 °С.

Максимальная статическая нагрузка: 130 МПа.

Твердость: >500 HV.

Микроструктура образца представлена на рисунке 2.

 

Марка: EP44™

Производитель: GGB.

Состав:  PPS + PTFE + карбоновые волокна

.

Условия эксплуатации: смазка, вода, технологические жидкости, сухое трение.

Максимальная скорость скольжения при сухом трении: 1 м/с.

Коэффициент трения: 0,16-0,26.

Максимальная температура: +240 °С.

Минимальная температура: -40 °С.

Максимальная статическая нагрузка: 60 МПа.

Максимальная динамическая нагрузка: 40 МПа.

Твердость: >450 HV.

Микроструктура образца представлена на рисунке 3.

 

Марка: Multilube®

Производитель: GGB.

Условия эксплуатации: смазка, вода, технологические жидкости, сухое трение.

Максимальная скорость скольжения при сухом трении: 1,5 м/с.

Коэффициент трения: 0,1-0,2.

Максимальная температура/максимальная мгновенная температура: +80/+120 °С.

Минимальная температура: -40 °С.

Максимальная статическая нагрузка: 95 МПа.

Твердость: >200 HV.

Микроструктура образца представлена на рисунке 4.

 

Марка: Glacetal KA™

Производитель: GGB.

Состав: POM

Условия эксплуатации: смазка, вода, технологические жидкости, сухое трение.

Максимальная скорость скольжения при работе со смазкой: 1,5 м/с.

Коэффициент трения: 0,08-0,12.

Максимальная температура: +80 °С.

Минимальная температура: -40 °С.

Максимальная статическая нагрузка: 20 МПа.

Максимальная динамическая нагрузка: 10 МПа.

Твердость: >200 HV.

Микроструктура образца представлена на рисунке 5.

 

Очевидно, что усиление изделий различными волокнами значительно повышает их эксплуатационные характеристики, поэтому следующим классом являются волоконно-полимерные материалы. Их получают способом формирования изделия путем намотки армирующих волокон.

 

К примеру, компания SKF изготавливает скользящий слой из нитей высокопрочного полиэстера, который усилен PTFE (политетрафторэтиленом), в матрице из эпоксидной смолы. При этом нерабочий слой (оболочка или подложка) изготовлена из высокопрочных нитей стекловолокна в матрице из эпоксидной смолы. Скользящий и арматурный слои прочно соединены друг с другом. Оба слоя производятся путем намотки бесконечных нитей в перекрестном направлении (рисунок 6). Определенное перекрещенное положение нитей в структуре эпоксидной смолы обеспечивает очень высокую несущую способность, однако такие подшипники можно изготавливать только в виде цилиндрической втулки. Такие втулки предназначены для радиально нагруженных подшипников, работающих при осциллирующем, вращательном и линейном движении, в случае, если существует риск высокой нагрузки на край.

 

Производитель: SKF.

Состав: нерабочий слой из стекловолокна в матрице эпоксидной смолы; скользящий слой из нитей полиэстера и PTFE в матрице эпоксидной смолы.

Условия эксплуатации: сухое трение.

Максимальная скорость скольжения при работе со смазкой: 0,5 м/с.

Коэффициент трения: 0,03-0,08.

Максимальная температура: +140 °С.

Минимальная температура: -40 °С.

Максимальная статическая нагрузка: 200 МПа.

Максимальная динамическая нагрузка: 140 МПа.

Толщина нерабочего слоя: 1 мм.

 

Зачастую полимерные материалы используются совместно с металлическими, что значительно повышает механические характеристики изделий. В этом случае матрица усиливается в том числе и металлической обечайкой. К таким изделиям относится FEROGLIDE, который представляет собой самосмазывающийся слой из PTFE, укрепленный обечайками из различных металлов и сплавов: латуни, бронзы, оцинкованных или нержавеющих сталей, Инконеля.

 

Производитель: Tenmat.

Состав: скользящий слой из нитей PTFE в обечайке из латуни, бронзы, оцинкованных или нержавеющих сталей, Инконеля.

Условия эксплуатации: сухое трение, работа в газолине, керосине, жидком азоте, молочной кислоте и др.

Максимальная скорость скольжения при работе со смазкой: 10 м/с.

Коэффициент трения: 0,02.

Максимальная температура: +150 °С.

Минимальная температура: -54 °С.

Максимальная статическая нагрузка: 210 МПа (низкоуглердистые стали), 240 МПа (бронзы), 420 МПа (Инконель).

Максимальная динамическая нагрузка: 140-176 МПа.

Микроструктура образца представлена на рисунке 7.

 

При этом многие производители стремятся искать новые комбинации металлов и неметаллических материалов, создавая при этом принципиально новый продукт. В качестве неметаллических частей могут выступать как патентованные материалы (Frelon, VICTREX® PEEK и др.), так и традиционные, которые уже рассматривались. К примеру, интересным решением является использование трехслойного подшипника скольжения со слоями из PTFE (скользящий слой ), стали (нерабочий слой) и спеченной методом порошковой металлургии бронзы. Характеристики такого продукта приведены ниже, а макроструктура на рисунке 8.

 

Марка: DU®

Производитель: GGB.

Состав: нерабочий слой из стекловолокна в матрице эпоксидной смолы; скользящий слой из нитей полиэстера и PTFE в матрице эпоксидной смолы.

Условия эксплуатации: сухое трение.

Максимальная скорость скольжения при работе без смазки: 5 м/с; со смазкой – 10 м/с.

Коэффициент трения: 0,01-0,1.

Максимальная температура: +280 °С.

Минимальная температура: -200 °С.

Максимальная статическая нагрузка: 310 МПа.

Максимальная динамическая нагрузка: 140 МПа.

 

При всем многообразии подшипников скольжения, изготовленных на основе неметаллических материалов, правильный выбор конкретного материала зависит, прежде всего, от конкретных условий эксплуатации изделия. Сфера конструирования неметаллических деталей, работающих в узлах трения, в настоящее время является динамически развивающейся – в ней лишь обозначены основные тренды, однако нет традиционных, устоявшихся решений. Следовательно, приобретают большое значение исследовательские разработки, на которых специализируется наша компания. Используя все многообразие уже известных решений, мы можем создать конечный продукт, который подойдет для довольно специфических условий работы подшипника. А индивидуальный подход, как известно, является основополагающим для долговечности и надежности работы конструкций.

Микроструктура материала EPтм
Микроструктура материала EP 79тм
Микроструктура материала EP 44тм
Микроструктура материала Multilube
Микроструктура материала Glacetal KA
Разрез и структура подшипников, произведенных намоткой
Микроструктура материала подшипника в металлической обечайке
Микроструктура трехслойного подшипника