Подшипники самосмазываемый

Подшипники самосмазывающиеся: конструкция, материалы, применение в электротехнике и энергетике

Самосмазывающиеся подшипники (подшипники скольжения с твердой смазкой) — это класс антифрикционных узлов, в которых смазывающий материал интегрирован в структуру материала вкладыша или матрицы подшипника. Их ключевое отличие от традиционных подшипников скольжения и качения заключается в автономности: они не требуют периодического пополнения смазки извне в процессе эксплуатации. Это достигается за счет непрерывного образования на трущихся поверхностях тонкой, прочно связанной пленки с низким коэффициентом трения, которая формируется в результате диффузии или износа самого материала подшипника.

Принцип действия и механизм самосмазывания

Работа самосмазывающегося подшипника основана на двух основных принципах: создание переносной смазочной пленки и эффект «смазывания при износе». В пористую металлическую матрицу (обычно бронзовую или железную) под давлением и при высокой температуре внедряется твердый смазочный материал. В процессе работы подшипника, возникающее трение и нагрев вызывают контролируемое высвобождение частиц смазки из пор матрицы на рабочую поверхность. Эта пленка предотвращает прямой металлический контакт цапфы вала и основы подшипника, снижая износ и коэффициент трения. После остановки, часть смазки втягивается обратно в поры.

Классификация и основные материалы

Самосмазывающиеся подшипники классифицируются по типу матрицы и наполнителя.

1. Металлические пористые подшипники (заливные)

• Матрица: Порошковая бронза (оловянистая, реже алюминиевая) или железо.
• Наполнитель: Политетрафторэтилен (ПТФЭ, тефлон), графит, дисульфид молибдена (MoS2), реже свинец.
• Конструкция: Стальная основа (для механической прочности) → пористый бронзовый слой (пропитанный смазкой) → слой ПТФЭ с добавками свинца или графита.

2. Беспористые композитные подшипники

• Матрица: Полимерная (ПТФЭ, полиамид, PEEK, полиацеталь) или металлическая.
• Наполнители: Углеродные волокна, стекловолокно, графит, MoS2, бронзовый порошок.
• Особенность: Смазка распределена по всему объему материала. Износ самого полимерного слоя обеспечивает образование смазывающей пленки.

3. Подшипники с твердыми покрытиями

На стальную основу наносится тонкий слой композитного материала на основе ПТФЭ или MoS2.

Ключевые характеристики и сравнительный анализ

Параметр	Пористый бронзографитовый	Сталь/Бронза/ПТФЭ (стандартный 3-слойный)	Полимерный композит (на основе ПТФЭ с наполнителями)
Макс. нагрузка, [Н/мм²]	25-30	250-300	50-100
Макс. скорость скольжения, [м/с]	1.0	2.0	5.0
PV max (постоянный режим), [Н/мм² м/с]	1.8	3.5	3.0
Коэфф. трения (сухой)	0.10 — 0.20	0.05 — 0.15	0.03 — 0.10
Темп. диапазон, [°C]	-200 до +280	-200 до +280	-200 до +280
Стойкость к агрессивным средам	Высокая	Очень высокая	Исключительно высокая
Теплопроводность	Хорошая	Отличная (за счет стальной основы)	Низкая

Применение в электротехнике и энергетике

Свойства самосмазывающихся подшипников делают их незаменимыми в узлах, где техническое обслуживание затруднено, критична чистота или присутствуют экстремальные условия.

• Электростанции (ТЭС, АЭС, ГЭС): Опорные и направляющие подшипники задвижек, шиберов, регуляторов подачи воды/пара. Подшипники в системах аварийного дизельного энергоснабжения. Узлы в системах очистки дымовых газов и водоподготовки, работающие в агрессивных средах.
• Электрические машины и аппараты: Опоры валов вентиляторов систем охлаждения трансформаторов и мощных силовых шкафов. Подшипники в сервоприводах и механизмах переключения ответственных коммутационных аппаратов (выключатели, разъединители).
• Возобновляемая энергетика: Поворотные механизмы и трекеры солнечных панелей. Узлы регулировки угла атаки лопастей и поворотные механизмы в ветрогенераторах, где часты вибрации и перепады температур.
• Распределительные устройства и подстанции: Шарнирные соединения в приводах разъединителей, опоры токоведущих частей, где недопустимо загрязнение диэлектрической смазкой.

Расчет и выбор самосмазывающихся подшипников

Ключевым параметром для выбора является величина PV (давление

• скорость). Это показатель работы подшипника, характеризующий выделяемую тепловую энергию трения. Значение PV_max — предельная величина для стационарного режима работы.

Алгоритм выбора:

1. Определить нагрузку на подшипник (P, Н/мм²).
2. Определить скорость скольжения (V, м/с).
3. Рассчитать рабочее значение PV_раб = P
4. V.
5. Сравнить PV_раб с PV_max для конкретного материала. Необходим запас не менее 20%.
6. Учесть температурный режим, наличие вибраций, запыленность, необходимость электропроводности.

Монтаж и эксплуатационные требования

• Посадка: Обеспечивается плотная посадка в корпус (чаще всего по переходной или напряженной посадке) для эффективного отвода тепла. Зазор между валом и подшипником выбирается согласно рекомендациям производителя (обычно 0.1-0.3% от диаметра вала).
• Вал: Твердость не менее 45 HRC, шероховатость поверхности Ra ≤ 0.8 мкм (предпочтительно 0.4 мкм). Обязательна защита от коррозии.
• Смазка при монтаже: Хотя подшипник самосмазывающийся, для облегчения пуска рекомендуется нанести на рабочую поверхность и вал тонкий слой консистентной или жидкой смазки, совместимой с материалом вкладыша.
• Очистка: Запрещена промывка агрессивными растворителями (ацетон, бензол), разрушающими ПТФЭ или заполнитель. Допустима очистка щеткой и промывка уайт-спиритом.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. Чем самосмазывающийся подшипник принципиально отличается от подшипника качения с консистентной смазкой?

Подшипник качения со смазкой имеет ограниченный ресурс смазочного материала, который стареет, высыхает или вымывается. Самосмазывающийся подшипник обеспечивает постоянное присутствие смазки на трущейся поверхности за счет ее подачи из объема материала, что гарантирует стабильную работу на весь расчетный срок службы без обслуживания.

2. Можно ли использовать самосмазывающиеся подшипники в вакууме или в условиях глубокого холода?

Да, это одна из их сильных сторон. Подшипники на основе ПТФЭ и бронзы работают в криогенных установках (температура жидкого азота, гелия), так как не имеют жидкой смазки, которая замерзает. Они также не испаряются в вакууме, в отличие от многих масел и консистентных смазок.

3. Как самосмазывающийся подшипник ведет себя при пиковых нагрузках или заклинивании?

При кратковременных пиковых нагрузках, превышающих PV_max, происходит интенсивный износ и выделение смазки, что часто позволяет узлу пережить режим перегрузки. При полном заклинивании (обездвиживании) вал может провернуть (проточить) в подшипнике канавку, но, как правило, катастрофического разрушения с заеданием и сваркой, характерного для стальных пар без смазки, не происходит.

4. Какова электропроводность таких подшипников? Можно ли их использовать в качестве изолирующих втулок?

Металлические самосмазывающиеся подшипники (сталь/бронза/ПТФЭ) проводят электрический ток через металлическую основу. Для изоляции необходимо применять полностью полимерные композитные подшипники (например, на основе ПТФЭ с углеродным волокном), которые обладают высокими диэлектрическими свойствами и часто используются в качестве изолирующих подшипниковых узлов для предотвращения протекания паразитных токов.

5. Требуется ли приработка самосмазывающихся подшипников?

Да, рекомендуется. Процесс приработки позволяет равномерно распределить смазочный материал по поверхности вала и установить оптимальный контакт. Обычно проводится под умеренной нагрузкой, на пониженных скоростях в течение нескольких часов.

Заключение

Самосмазывающиеся подшипники представляют собой высокотехнологичное решение для ответственных узлов трения в энергетике и электротехнике. Их правильный выбор, основанный на анализе режимов работы PV, условий окружающей среды и монтажных требований, позволяет создавать надежное, долговечное и практически не требующее обслуживания оборудование. Применение этих подшипников повышает отказоустойчивость систем, снижает эксплуатационные расходы и решает задачи работы в условиях, где традиционные подшипники неприменимы.