Подшипники скольжения DINROLL: конструкция, материалы, применение и технические характеристики
Подшипники скольжения DINROLL представляют собой серию стандартизированных втулочных подшипников, производимых в соответствии с немецкими промышленными стандартами (DIN). Их основное назначение – обеспечение вращательного или линейного движения с минимальным коэффициентом трения в условиях сухого или граничного трения, часто без необходимости внешней смазки. Ключевым отличием от подшипников качения является принцип работы: вал (цапфа) вращается или перемещается, скользя по внутренней поверхности втулки, а не по телам качения.
Конструктивные особенности и типы исполнения
Подшипники DINROLL изготавливаются преимущественно в виде цельнометаллических или биметаллических втулок (вкладышей) цилиндрической формы. Конструктивно они могут быть выполнены как гладкие втулки, втулки с фланцем для осевой фиксации, разрезные втулки (для удобства монтажа/демонтажа), а также в виде плоских направляющих элементов. Геометрические параметры строго регламентированы стандартами DIN, что обеспечивает их взаимозаменяемость.
Материалы изготовления и их свойства
Выбор материала является критически важным для обеспечения долговечности и требуемых характеристик узла трения. Подшипники скольжения DINROLL производятся из различных сплавов, каждый из которых предназначен для конкретных условий эксплуатации.
- Бронза оловянная (SnBz): Классический материал (например, CuSn8). Обладает высокой износостойкостью, хорошей прирабатываемостью и коррозионной стойкостью. Применяется при средних и высоких нагрузках, ударных воздействиях. Часто используется в виде биметаллических втулок со стальной основой для повышения механической прочности.
- Свинцовистая бронза (CuPb): Сплавы типа CuPb10Sn10 или CuPb20Sn5. Наличие свинца улучшает антифрикционные свойства и способность работать в условиях недостаточной смазки. Широко применяются в тяжелонагруженных узлах, например, в оборудовании для энергетики и тяжелого машиностроения.
- Латунь (Ms): Медно-цинковые сплавы. Обладают хорошей механической прочностью и обрабатываемостью, но уступают бронзе по антифрикционным свойствам. Применяются при умеренных нагрузках и скоростях, в коррозионных средах (морская вода).
- Алюминиевые сплавы (AlSn): Например, AlSn20Cu. Легкие, с высокой теплопроводностью и отличной коррозионной стойкостью. Требуют высококачественных поверхностей валов. Применяются в двигателях, турбокомпрессорах.
- Сталь с антифрикционным покрытием: Стальная основа обеспечивает прочность, а нанесенный слой (баббит, полимер, композит) – низкое трение. Позволяет создавать подшипники для специфических условий (высокие температуры, агрессивные среды).
- Полимерные композиты (DU, DX): Многослойные материалы на основе стальной ленты с пористым бронзовым слоем, пропитанным полимером (например, PTFE – тефлон). Обеспечивают работу практически без смазки, обладают высокой стойкостью к износу и заеданию. Ключевое решение для безсмазочных или трудносмазываемых узлов.
- L), где F – радиальная нагрузка (Н), d – внутренний диаметр (мм), L – рабочая длина (мм). Превышение допустимого давления приводит к быстрому износу и разрушению втулки.
- Вспомогательное оборудование электростанций: Опорные и подпятниковые втулки в механизмах золоудаления, шлакоудаления, дымососах, вентиляторах градирен, заслонках и шиберах.
- Гидроэнергетика: Направляющие втулки в системах управления затворами, подъемных механизмах, опоры валов вспомогательных насосов.
- Электрические машины: Опорные подшипники скольжения в крупных тихоходных электродвигателях, генераторах малой мощности, поворотных устройствах.
- Коммутационная и распределительная аппаратура: Втулки в механизмах привода силовых выключателей, разъединителей, обеспечивающие плавность хода и точность позиционирования.
- Крановое и грузоподъемное оборудование: Шарнирные соединения, втулки в блоках, системах поворота, где важна стойкость к ударным и переменным нагрузкам.
- Компактность и малые радиальные размеры при том же посадочном диаметре.
- Высокая демпфирующая способность, стойкость к вибрациям и ударным нагрузкам.
- Бесшумная работа.
- Возможность работы в агрессивных средах и при высоких температурах при правильном выборе материала.
- Высокая надежность при правильном расчете и монтаже.
- Относительно низкая стоимость для стандартных исполнений.
- Более высокие пусковые моменты трения (трение покоя выше трения движения).
- Необходимость в регулярном обслуживании и смазке для большинства металлических типов (кроме полимерных композитов).
- Более высокие требования к чистоте и твердости поверхности сопрягаемого вала.
- Повышенное тепловыделение при высоких скоростях, требующее систем отвода тепла.
Ключевые технические параметры и расчет
При выборе подшипника скольжения DINROLL для применения в энергетике необходимо проводить оценку по нескольким критическим параметрам.
Удельное давление (p)
Давление на проекцию поверхности подшипника. Рассчитывается по формуле: p = F / (d
Скорость скольжения (v)
Окружная скорость на поверхности вала: v = π d n / 60000, где d – диаметр (мм), n – частота вращения (об/мин). Высокие скорости требуют эффективного отвода тепла и стабильной смазки.
Произведение pv
Важнейший критерий работоспособности, характеризующий тепловую нагрузку. Произведение удельного давления на скорость скольжения не должно превышать допустимого значения для конкретного материала. Превышение pv ведет к перегреву и заеданию.
| Материал втулки | Макс. удельное давление, p (МПа) | Макс. скорость скольжения, v (м/с) | Макс. произведение pv (МПа·м/с) | Температурный диапазон (°C) |
|---|---|---|---|---|
| Оловянная бронза (CuSn8) | 25-30 | 5-8 | 15-20 | -50 до +200 |
| Свинцовистая бронза (CuPb20Sn5) | 30-35 | 8-10 | 20-25 | -50 до +220 |
| Алюминиевый сплав (AlSn20Cu) | 40-50 | 15-20 | 20-30 | -150 до +150 |
| Полимерный композит (PTFE/сталь) | 70-100 | 2-3 | 1.5-3.0 (без смазки) | -200 до +280 |
Области применения в энергетике и смежных отраслях
В энергетическом секторе подшипники скольжения DINROLL находят применение в узлах с относительно низкими скоростями вращения, но часто – под значительной нагрузкой и в сложных условиях.
Преимущества и недостатки по сравнению с подшипниками качения
Преимущества:
Недостатки:
Монтаж, эксплуатация и обслуживание
Правильный монтаж определяет долговечность подшипника. Втулка должна устанавливаться в корпус с натягом (прессовая посадка), исключающим проворачивание и микроподвижность. Посадочное отверстие корпуса должно иметь точную геометрию и чистоту поверхности. Зазор между валом и втулкой является критическим параметром и выбирается в зависимости от диаметра, материала и режима работы. Недостаточный зазор ведет к перегреву и заеданию, чрезмерный – к вибрациям и ударным нагрузкам. Для большинства применений требуется начальная смазка, а для длительной работы – наличие системы смазывания (масляные картеры, каналы для подачи пластичной смазки, принудительные системы). В процессе эксплуатации необходим мониторинг температуры узла, наличия смазки и посторонних шумов.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Как правильно подобрать зазор между валом и втулкой DINROLL?
Рекомендуемый радиальный зазор обычно составляет от 0.001d до 0.003d, где d – диаметр вала в мм. Для высокоскоростных применений зазор увеличивают, для прецизионных и тяжелонагруженных – уменьшают. Точные значения следует брать из технических каталогов производителя на конкретный материал и тип втулки. Необходимо учитывать также тепловое расширение материалов вала и втулки.
Можно ли использовать подшипники DINROLL в водной среде?
Да, но с правильным выбором материала. Для работы в пресной или морской воде оптимальны латуни (Ms), специальные бронзы (например, алюминиево-никелевая бронза CuAl10Fe5Ni5) или нержавеющие стали с антифрикционными покрытиями. Оловянные бронзы также обладают хорошей коррозионной стойкостью. Необходимо обеспечить защиту от кавитационного износа.
Чем отличаются подшипники скольжения с сухой смазкой?
Это подшипники на основе полимерных композитов (например, с PTFE, графитом, дисульфидом молибдена в качестве наполнителя). Твердая смазка либо включена в матрицу материала втулки, либо нанесена на ее рабочую поверхность в виде покрытия. Они предназначены для работы без подачи жидкой или пластичной смазки, что критически важно для пищевой, текстильной промышленности или в вакуумных установках. Их pv-характеристики обычно ниже, чем у маслосмазываемых металлических подшипников.
Как происходит отвод тепла в тяжелонагруженных подшипниках скольжения?
Тепло отводится несколькими путями: через корпус в окружающую среду (естественная конвекция), через циркулирующую смазочную среду (масло), а также через сам вал. В ответственных узлах применяют принудительное охлаждение: змеевики с водой в корпусе подшипника, внешние радиаторы на масляном контуре, принудительный обдув. Конструкция подшипника может включать канавки для улучшения циркуляции масла.
Каковы признаки износа и когда необходима замена?
Ключевые признаки: увеличение зазора, приводящее к повышенным вибрациям и шуму; локальный перегрев узла; падение давления в системе принудительной смазки из-за увеличения зазоров; наличие в масле продуктов износа (металлической стружки). Замена требуется при превышении допустимого зазора, указанного в технической документации на машину, или при наличии глубоких задиров, отслоений антифрикционного слоя на рабочей поверхности.
Существуют ли стандарты, регламентирующие размеры подшипников DINROLL?
Да, исторически они основывались на стандартах DIN, таких как DIN 1494 (втулки из спеченных материалов), DIN 1850 (бронзовые втулки) и других. В настоящее время многие производители выпускают продукцию по собственным каталогам, сохраняя метрические ряды размеров, совместимые с DIN. При замене необходимо сверяться не только с геометрическими размерами (внутренний, внешний диаметр, длина), но и с материалом и типом исполнения.
Заключение
Подшипники скольжения DINROLL остаются незаменимым конструктивным элементом в энергетике и промышленности для узлов, работающих в условиях значительных нагрузок, ударных воздействий и умеренных скоростей. Их правильный выбор, основанный на расчете параметров p, v и pv, учете условий эксплуатации и свойств материала, обеспечивает долговечность и надежность всего механизма. Современные материалы, такие как полимерные композиты и специализированные биметаллы, значительно расширили область их применения, включая безсмазочные и агрессивные среды. Строгое соблюдение правил монтажа и обслуживания является обязательным условием для реализации всего потенциала этих подшипников.