Подшипники скольжения неразъемные

Подшипники скольжения неразъемные: конструкция, материалы, применение и расчет

Неразъемные подшипники скольжения, также известные как втулки скольжения, вкладыши или подшипниковые втулки, представляют собой цельные, монолитные детали цилиндрической, фланцевой или иной формы, предназначенные для установки в корпус (ступицу, кронштейн, проушину) с натягом (посадкой с гарантированным натягом). Их основная функция – обеспечение вращательного или линейного движения вала (оси) с минимальными потерями на трение, восприятие радиальных и, в некоторых конструкциях, осевых нагрузок, а также позиционирование вала в пространстве. В отличие от разъемных подшипников (состоящих из крышки и основания), неразъемные втулки монтируются в подготовленное отверстие запрессовкой, горячей или холодной посадкой, что обеспечивает высокую жесткость узла и точность центрирования.

Конструктивные особенности и классификация

Конструкция неразъемного подшипника скольжения предельно лаконична, что является одним из его ключевых преимуществ. Основные элементы – это тело втулки и антифрикционный рабочий слой.

• Цилиндрические втулки: Наиболее распространенный тип. Представляют собой полый цилиндр с наружным и внутренним диаметром постоянного размера по всей длине. Применяются для восприятия чисто радиальных нагрузок.
• Фланцевые втулки: Цилиндрическая втулка с интегрированным буртом (фланцем) на одном из торцов. Фланец служит для фиксации подшипника в осевом направлении и восприятия незначительных осевых нагрузок, а также предотвращает проворачивание втулки в корпусе.
• Втулки с буртами и канавками: Могут иметь специальные канавки на внутренней или наружной поверхности для распределения смазки, а также бурты сложной формы для фиксации.
• Втулки с запрессованной или наплавленной антифрикционной вставкой: В стальном корпусе (обеспечивающем прочность и плотную посадку) размещается вставка из бронзы, баббита или полимерного материала.

Материалы для изготовления неразъемных подшипников скольжения

Выбор материала является критически важным для надежности и долговечности узла. Материалы должны сочетать высокие антифрикционные свойства, износостойкость, способность к приработке, достаточную механическую прочность и, часто, коррозионную стойкость.

Категория материала	Конкретные марки / типы	Ключевые свойства и преимущества	Типичные области применения в энергетике
Металлические сплавы (массивные)	Оловянные бронзы (БрО10Ф1, БрО5Ц5С5), Алюминиевые бронзы (БрА9Ж3Л), Оловянно-свинцовые баббиты (Б83, Б16)	Высокая усталостная прочность, хорошая теплопроводность, отличные антифрикционные свойства, стойкость к заеданию. Баббиты обладают исключительной прирабатываемостью и адаптивностью.	Опорные и упорные втулки турбогенераторов, вкладыши вспомогательных насосов, подшипники электродвигателей средней мощности, шарнирные соединения.
Сталебаббитовые / Сталебронзовые (биметаллические)	Сталь 10-45 + слой баббита Б83 или бронзы	Прочный стальной корпус обеспечивает надежную посадку в массивный корпус, антифрикционный слой – низкое трение. Экономия дорогостоящего цветного металла.	Крупные опорные втулки вспомогательного оборудования ТЭЦ и АЭС, направляющие втулки арматуры (задвижки, клапаны), подшипники циркуляционных насосов.
Полимерные композиты	PTFE (тефлон) с наполнителями (стекло, бронза, углерод), Полиамид (PA66), Полиацеталь (POM), Эластомеры	Работа без смазки или со смазкой, коррозионная стойкость, демпфирование вибраций, низкий вес, электроизоляционные свойства. Умеренная нагрузочная способность и теплопроводность.	Втулки изоляторов, направляющие качения кабелей, подшипники вентиляторов систем охлаждения, узлы агрегатов, работающих в воде или агрессивных средах.
Пористые металлокерамические (самосмазывающиеся)	Бронзографитовые (Cu+Sn+Graphite), Железографитовые (Fe+Cu+Graphite)	Материал с пористостью 15-30%, пропитанный маслом. Обеспечивает длительную работу без подачи внешней смазки. Умеренная прочность.	Втулки малонагруженных механизмов систем управления, заслонок, приводов, где затруднено регулярное обслуживание.

Расчет и проектирование неразъемных подшипников скольжения

Проектирование узла с неразъемной втулкой требует проведения верификационных расчетов по нескольким ключевым критериям.

1. Расчет на удельное давление (p)

Цель – предотвращение чрезмерного износа или выдавливания смазочного материала. Условие: p = F/(d*L) ≤ [p], где F – радиальная нагрузка (Н), d – диаметр цапфы (м), L – рабочая длина втулки (м), [p] – допускаемое удельное давление для пары материалов (Па).

2. Расчет на нагрев (pv)

Цель – предотвращение заедания из-за перегрева и потери вязкости смазки. Условие: pv ≤ [pv], где v – скорость скольжения (м/с). Произведение pv характеризует тепловую напряженность узла.

3. Расчет зазора и посадок

Оптимальный радиальный зазор Δ = (0.5÷2.0) 10⁻³ d, зависит от скорости, вязкости масла и точности вала. Посадка втулки в корпус – с гарантированным натягом (Press Fit): H7/s6, H7/r6. Посадка вала во втулку – с гарантированным зазором (Clearance Fit): F7/h6, E8/h7, D9/h8 для подвижных соединений.

Области применения в энергетике и электротехнике

• Турбогенераторы и генераторы: Опорные и упорные подшипники вспомогательных валов, направляющие втулки систем регулирования.
• Электродвигатели и генераторы малой и средней мощности: Опорные подшипники скольжения в компактных двигателях бытовых приборов, вентиляторах, насосах.
• Силовое трансформаторное оборудование: Втулки регулировочных устройств (РПН – регуляторы под нагрузкой), механизмы привода переключателей.
• Коммутационная аппаратура: Оси и втулки приводных механизмов высоковольтных выключателей, разъединителей, приводов задвижек.
• Кабельная арматура и системы крепления: Направляющие втулки для кабелей в протяжных системах, изолирующие втулки в конструкциях.
• Вспомогательное оборудование электростанций: Насосы всех типов (питательные, циркуляционные, конденсатные), дымососы, вентиляторы, мельничное оборудование.

Монтаж, эксплуатация и обслуживание

Монтаж неразъемной втулки требует точности. Отверстие в корпусе должно иметь чистую поверхность, правильную геометрию и требуемый квалитет точности. Запрессовка осуществляется с помощью гидравлического пресса или специального инструмента, обязательно с контролем усилия. Для облегчения запрессовки и предотвращения задиров часто используется смазка наружной поверхности (например, молибденовый дисульфид). После запрессовки, при необходимости, выполняется финишная обработка внутреннего отверстия (развертывание, хонингование) для достижения точного рабочего зазора с валом.

Эксплуатационный ресурс на 90% определяется режимом смазывания. Возможны системы:

• Гидродинамическая смазка (образование масляного клина при высокой скорости).
• Граничная смазка (при пуске, останове, низких скоростях).
• Смазка пластичными материалами (консистентные смазки).
• Самостоятельная смазка (для пористых или полимерных втулок).

Обслуживание включает регулярный мониторинг температуры узла, вибрации, контроль утечек смазки и периодическую замену смазочного материала или самой втулки по результатам диагностики.

Сравнение с подшипниками качения

Критерий	Неразъемный подшипник скольжения	Подшипник качения (шариковый, роликовый)
Конструкция и монтаж	Проще, монолитная. Требует точной запрессовки в корпус.	Сложнее, состоит из множества деталей. Монтаж часто проще (посадка с зазором).
Габариты при одинаковой нагрузке	Меньше в радиальном направлении.	Больше в радиальном, но меньше в осевом.
Демпфирование вибраций и ударных нагрузок	Высокое, за счет масляного слоя и материала.	Низкое.
Чувствительность к загрязнениям	Меньше, особенно для полимерных втулок.	Очень высокая.
Необходимость во внешней смазке	Часто обязательна, кроме специальных типов.	Обязательна, но интервалы замены могут быть больше.
Ремонтопригодность в полевых условиях	Замена втулки требует демонтажа узла и специнструмента.	Замена подшипника стандартизована и часто проще.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Как правильно выбрать материал втулки для работы в воде?

Для работы в пресной или морской воде оптимальны коррозионно-стойкие материалы: нержавеющие стали в паре с полимерами (PTFE, UHMW-PE), бронзы (алюминиевые, кремнистые), а также специализированные композиты. Следует избегать материалов, подверженных электрохимической коррозии в паре с валом.

Что означает обозначение «DU» или «DX» на втулке?

Это торговые названия широко распространенных биметаллических композитных материалов. Обычно это стальная основа, пористый бронзовый промежуточный слой и антифрикционное покрытие из тефлона (PTFE) со свинцом. Такие втулки работают при средних нагрузках с минимальной смазкой или без нее.

Как рассчитать натяг при запрессовке стальной втулки в алюминиевый корпус?

Расчет должен учитывать разницу в коэффициентах теплового расширения материалов. Для алюминиевого корпуса и стальной втулки натяг должен быть выбран таким образом, чтобы при максимальной рабочей температуре не происходило ослабления посадки из-за большего расширения алюминия. Часто применяют расчет с помощью формул Лямэ или используют метод конечных элементов (FEA). На практике часто используют эмпирические значения и рекомендации производителей.

Почему после запрессовки бронзовой втулки рекомендуется ее развернуть?

Запрессовка, особенно с большим натягом, может привести к незначительной деформации (уменьшению диаметра) внутреннего отверстия втулки. Операция развертывания или хонингования позволяет:

• Восстановить идеальную цилиндричность и шероховатость рабочей поверхности.
• Точно выдержать заданный рабочий зазор с валом.
• Удалить возможные микрозадиры, возникшие при монтаже.

Каковы признаки износа неразъемного подшипника и когда его нужно менять?

Ключевые признаки: увеличение зазора (определяется по вибрации, стуку), повышение рабочей температуры узла выше расчетной, падение давления в системе принудительной смазки (из-за увеличения зазора), визуальные признаки износа или задиров при осмотре. Замена требуется при превышении допустимого радиального зазора, указанного в технической документации на оборудование.

Можно ли использовать неразъемные втулки в вакуумной среде?

Да, но с серьезными ограничениями. Исключаются пористые самосмазывающиеся материалы, так как они выделяют газы (дегазируют). Оптимальны пары твердых материалов, работающие в условиях граничного трения: бронза-закаленная сталь, специальные полимерные композиты (на основе PTFE, PI) с твердыми наполнителями, а также покрытия из дисульфида молибдена или мягких металлов.