Подшипники скольжения ППЗ
Подшипники скольжения ППЗ: конструкция, материалы, применение и эксплуатация в электротехническом оборудовании
Подшипники скольжения типа ППЗ (Подшипник Пластмассовый Закрытый) представляют собой узлы трения, предназначенные для работы в условиях сухого или граничного трения, преимущественно без принудительной смазки. Они являются критически важным элементом в конструкции различных электротехнических аппаратов, обеспечивая вращение или качание подвижных контактов, валов, осей и рычагов. Основная функциональная нагрузка ППЗ – обеспечение надежного и долговечного перемещения деталей при значительных удельных давлениях, часто в условиях повышенной температуры, запыленности и в средах, где применение жидких смазок недопустимо (во избежание загрязнения контактных групп, возникновения дуги на масляной пленке и т.д.).
Конструктивные особенности и типоразмеры
Конструктивно подшипник ППЗ представляет собой монолитную или сборную втулку, состоящую из двух основных компонентов: металлической обоймы (корпуса) и запрессованного в нее пластмассового вкладыша. Металлический корпус, как правило, изготавливается из стали или алюминиевых сплавов и обеспечивает необходимую механическую прочность узла, точность геометрических размеров и простоту монтажа в раму или корпус аппарата. Пластмассовый вкладыш является рабочей поверхностью, непосредственно контактирующей с цапфой (шейкой вала).
Стандартная номенклатура ППЗ включает в себя несколько серий, различающихся по размерам и конфигурации:
- ППЗ-1, ППЗ-2: Наиболее распространенные серии. ППЗ-1 – подшипник с одним пластмассовым вкладышем, ППЗ-2 – с двумя вкладышами, что повышает нагрузочную способность и износостойкость. Имеют цилиндрическую форму корпуса.
- ППЗ-А: Подшипник с алюминиевым корпусом, что снижает общий вес узла. Применяется в аппаратах, где масса является критическим параметром.
- ППЗ-Ф: Фланцевый подшипник. Оснащен монтажным фланцем с отверстиями под крепеж, что обеспечивает простую и надежную фиксацию на плоскости, исключая проворачивание.
- ППЗ-У: Усиленный подшипник, часто с измененной геометрией корпуса или вкладыша для работы при повышенных нагрузках.
- Капролон (Полиамид-6 ПА6): Наиболее распространенный материал. Обладает высокой прочностью, износостойкостью, антифрикционными свойствами и стойкостью к ударным нагрузкам. Рабочая температура от -40 до +80°С (кратковременно до +100°С). Недостаток – склонность к влагопоглощению, что может приводить к незначительному изменению размеров.
- Фторопласт-4 (Политетрафторэтилен, ПТФЭ): Обладает исключительно низким коэффициентом трения, химической инертностью и широким температурным диапазоном (-200…+260°С). Однако чистый Фторопласт имеет высокую ползучесть и низкую износостойкость. Поэтому в подшипниках ППЗ почти всегда используются композиции Фторопласта с наполнителями: стекловолокно, кокс, дисульфид молибдена, бронза. Это резко повышает износостойкость и снижает деформацию под нагрузкой.
- Полиамид композиционный (ПА6+наполнители): Модификации капролона с добавлением твердых смазок (графит, MoS2) или дисперсных наполнителей. Обладают улучшенными антифрикционными свойствами, пониженным коэффициентом трения и повышенной термостабильностью.
- Полиоксиметилен (ПОМ, Ацеталь): Применяется реже. Характеризуется высокой жесткостью, низким коэффициентом трения, хорошей стабильностью размеров и стойкостью к топливам и маслам.
- Зависит от типа и количества наполнителя.
- Силовые выключатели (масляные, вакуумные, элегазовые): Установлены в механизмах привода, системах рычагов, обеспечивающих перемещение контактов. Работают в условиях ударных нагрузок при включении/отключении, часто при повышенных температурах вблизи токоведущих частей.
- Разъединители, короткозамыкатели, отделители: Обеспечивают легкость и плавность поворота ножей или перемещения контактных систем. Критически важна стойкость к заклиниванию и способность работать на открытом воздухе при загрязнении пылью.
- Приводы (ПЭ, ПР, ПП и др.): Являются основными опорами валов и осей в кинематических схемах электромеханических приводов коммутационных аппаратов.
- Трансформаторы: В регулировочных устройствах (РПН – регуляторы под нагрузкой).
- Реакторы, генераторы: В вспомогательных механизмах систем охлаждения или регулирования.
- L) [МПа], где F – радиальная нагрузка на подшипник (Н), d – внутренний диаметр (мм), L – рабочая длина вкладыша (мм). Полученное значение не должно превышать допустимого для данного материала [p] (см. Таблицу 2).
- v) ≤ [pv], где v – скорость скольжения (м/с). Критерий pv характеризует тепловую напряженность узла трения. Превышение допустимого значения [pv] ведет к перегреву, повышенному износу и заклиниванию.
- Подготовка посадочного места: Отверстие в корпусе аппарата должно соответствовать наружному диаметру подшипника по допускам посадки (обычно H8 или H9). Заусенцы и загрязнения должны быть удалены.
- Запрессовка: Подшипник запрессовывается с помощью оправки, передающей усилие строго на металлический корпус (желательно через наружный торец), ни в коем случае не на пластмассовый вкладыш. Использование ударных нагрузок не рекомендуется.
- Подготовка вала (цапфы): Твердость поверхности вала должна быть не ниже HRC 45. Рекомендуемая шероховатость Ra 0.32…0.63 мкм. Задиры, коррозия и окалина недопустимы.
- Смазка: В большинстве случаев ППЗ работает без смазки. Однако для облегчения пуска, снижения износа при переменных режимах или в особо тяжелых условиях допускается однократное нанесение на рабочую поверхность при монтаже тонкого слоя консистентной смазки (ЦИАТИМ, Литол) или дисульфида молибдена. Жидкие масла не применяются.
- Обслуживание: В процессе эксплуатации требуется периодическая визуальная проверка на отсутствие заеданий и чрезмерного люфта. При ремонте изношенный подшипник подлежит замене, восстановлению он не подлежит.
- Преимущества:
- Работа без смазки или с минимальной смазкой.
- Стойкость к вибрациям и ударным нагрузкам.
- Способность работать в агрессивных средах и условиях запыленности.
- Бесшумность работы.
- Электроизоляционные свойства.
- Относительно низкая стоимость и простота замены.
- Способность работать при заниженных скоростях без эффекта «скачков» (как в шарикоподшипниках).
- Недостатки:
- Ограниченная термостойкость (по сравнению с металлическими подшипниками).
- Более высокий коэффициент трения на высоких скоростях по сравнению с подшипниками качения.
- Склонность некоторых материалов к ползучести под постоянной нагрузкой.
- Зависимость зазоров и размеров от температуры и влажности (для гигроскопичных материалов).
Основные геометрические параметры: внутренний диаметр (d), наружный диаметр (D) и длина (L). Размерный ряд стандартизирован и охватывает диапазоны, наиболее востребованные в аппаратостроении.
| Обозначение | d, мм | D, мм | L, мм | Материал вкладыша | Примерная нагрузка, МПа |
|---|---|---|---|---|---|
| ППЗ-1.001 | 6 | 12 | 10 | Капролон (Полиамид-6) | до 8.0 |
| ППЗ-2.010 | 10 | 18 | 15 | Фторопласт-4 с наполнителем | до 12.0 |
| ППЗ-Ф.015 | 15 | 28 | 20 | Капролон | до 6.5 |
| ППЗ-А.020 | 20 | 30 | 25 | Полиамид композиционный | до 5.0 |
Материалы вкладышей и их свойства
Ключевым фактором, определяющим эксплуатационные характеристики подшипника ППЗ, является материал полимерного вкладыша. Выбор материала осуществляется исходя из условий работы: величины и характера нагрузки, скорости скольжения, температурного режима, наличия агрессивных сред.
| Материал | Коэф. трения (по стали) | Макс. рабочая t°, C | Допустимое давление, МПа | Ключевые преимущества | Ограничения |
|---|---|---|---|---|---|
| Капролон (ПА6) | 0.15 — 0.30 | +80…+100 | 8.0 — 10.0 | Высокая прочность, износостойкость, стойкость к ударам | Влагопоглощение, снижение свойств при нагреве >80°C |
| Фторопласт-4 с наполнителем | 0.04 — 0.10 | до +200 | 5.0 — 12.0* | Самый низкий коэффициент трения, химстойкость, термостойкость | Высокая стоимость, ползучесть (у наполненных меньше) |
| Композиционный ПА | 0.10 — 0.25 | до +120 | 10.0 — 15.0 | Улучшенные антифрикционные свойства, стабильность | Зависит от конкретного состава наполнителя |
Область применения в электроэнергетике и электротехнике
Подшипники ППЗ нашли широчайшее применение в аппаратах коммутации, управления и защиты электрических цепей.
Их использование позволяет отказаться от систем периодической смазки, снизить трудоемкость обслуживания, повысить пожаробезопасность аппаратуры и исключить загрязнение контактных поверхностей смазочными материалами.
Расчет и выбор подшипников ППЗ
Выбор конкретного типоразмера ППЗ осуществляется на основе инженерного расчета, учитывающего два основных критерия: удельное давление на рабочую поверхность и произведение давления на скорость скольжения (pv).
1. Расчет удельного давления (p): p = F / (d
2. Расчет критерия pv: (p
3. Учет температурного фактора: Необходимо убедиться, что рабочая температура в зоне подшипника не превышает максимально допустимую для материала вкладыша. При длительной работе температура стабилизируется и зависит от нагрузки, скорости и условий теплоотвода.
Монтаж, эксплуатация и обслуживание
Правильный монтаж – залог долговечной работы подшипника ППЗ.
Преимущества и недостатки по сравнению с другими типами подшипников
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем отличается ППЗ-1 от ППЗ-2?
ППЗ-1 имеет один пластмассовый вкладыш, запрессованный в корпус. ППЗ-2 – два вкладыша, расположенных последовательно по длине. Это увеличивает рабочую поверхность трения, распределяет нагрузку и повышает ресурс. ППЗ-2 применяется при более высоких радиальных нагрузках.
Можно ли использовать ППЗ в водной среде или при 100% влажности?
Да, но с осторожностью. Материалы вкладышей (особенно Фторопласт) химически инертны к воде. Однако для капролона длительное нахождение в воде приводит к влагопоглощению (до 8-10%), что вызывает разбухание и увеличение размеров вкладыша, что может привести к заклиниванию. Для влажных сред предпочтительны ППЗ с вкладышами из Фторопласта или специальных влагостойких полимеров.
Что делать, если подшипник ППЗ прикипел или заклинил в посадочном месте?
Запрещено выбивать его, нанося удары по вкладышу или краю корпуса. Следует аккуратно высверлить пластмассовый вкладыш, не повреждая металлический корпус аппарата. После этого ослабленный металлический корпус подшипника можно выпрессовать или разрезать с помощью ножовки.
Какой зазор должен быть между валом и подшипником ППЗ?
Зазор задается на этапе проектирования и изготовления. Для стандартных подшипников ППЗ номинальный радиальный зазор составляет 0.1-0.3% от диаметра вала. При монтаже необходимо убедиться, что вал свободно, но без значительного люфта проворачивается в подшипнике. Уменьшение зазора до нуля из-за набухания или перегрева ведет к заклиниванию.
Почему в некоторых аппаратах вместо ППЗ ставят металлографитовые или бронзографитовые подшипники?
Металлографитовые подшипники применяются в узлах, где требуется хорошая электропроводность (например, для отвода блуждающих токов) или в условиях более высоких температур (до +400°С). Они также могут работать без смазки, но, как правило, имеют более высокий коэффициент трения и меньшую стойкость к ударным нагрузкам по сравнению с капролоновыми ППЗ. Выбор всегда является компромиссом между условиями эксплуатации и свойствами материала.
Как продлить срок службы подшипников ППЗ в приводе выключателя?
Ключевые меры: обеспечение правильного монтажа с чистотой поверхностей, контроль соосности валов, исключение перекосов. При тяжелых условиях пуска (редкие, но мощные срабатывания) можно использовать вкладыши из Фторопласта с наполнителем или при монтаже нанести твердую смазку на основе дисульфида молибдена. Регулярная проверка механизма на свободное перемещение без заеданий также увеличивает межремонтный интервал.