Слідуйте за мною на:
Повний посібник із підшипників ковзання та втулок
У сучасній промисловій системі підшипники ковзання, втулки та підшипники стали незамінними компонентами. Існує доречна метафора, що «підшипники стали їжею промисловості». Основна функція підшипників ковзання, втулок та підшипників полягає в підтримці обертового тіла для максимального зменшення тертя, ефективного зменшення шуму, зменшення споживання енергії, максимізації ефективності машини та пришвидшення застосування, а також значного продовження терміну служби машини. Але в галузі кріплення, підшипників ковзання, втулок та підшипників важко сказати, що існує загальна назва. Наприклад, неповна статистика показує, що існує понад 400 000 типів підшипників. Навіть різні назви можуть представляти один і той самий підшипник. Підшипники ковзання та втулки, основна відмінність між підшипниками або втулками полягає в їх різному застосуванні. Вибір правильного типу підшипника ковзання, втулки або підшипника для вашого промислового застосування, щоб відповідати певним вимогам, вимагає багато знань. Вам потрібно знати ключові відмінності між підшипниками ковзання, втулками, підшипниками, їх застосуванням у промисловості та виробництві, а також... У цій статті ми детально розглянемо характеристики та застосування підшипників ковзання, втулок та підшипників , з'ясуючи їхні функції, матеріали та ключові відмінності.
Різниця між підшипниками ковзання та втулками
Коротко і просто: підшипники ковзання та втулки однакові. Підшипники ковзання — це втулки або трубки, які забезпечують лінійний або обертальний рух. Саме для цього і призначені втулки. Терміни підшипник ковзання та втулка використовуються як синоніми. Тому в наступному описі автор цієї статті використовуватиме ці два терміни випадково. Насправді підшипники втулки, підшипники ковзання, підшипники ковзання та підшипники ковзання можуть використовуватися як втулки; ці терміни описують різні типи втулок. Коротше кажучи, втулка завжди є підшипником, але не всі підшипники є втулками.
Що таке втулка (підшипник ковзання)?
Втулка, яку часто називають підшипником ковзання, є циліндричним підшипником, який використовується для підтримки навантаження на робочий вал, який ковзає вперед і назад між рухомими поверхнями. Втулки — це спеціальні підшипники, які можуть бути виготовлені з різноманітних матеріалів і ковзати по штоку або валу, забезпечуючи рух із надзвичайно низьким тертям, чудову амортизацію та мінімізуючи споживання енергії, шум і знос, забезпечуючи ефективне ущільнення, захищене від пилу та вологи . . На щастя, втулки самозмащуються, що робить їх ідеальними для роботи з низьким рівнем обслуговування або без технічного обслуговування. Самозмазування досягається завдяки рівномірному малюнку ямок на поверхні втулки, які діють як резервуари мастила. Незалежно від типу або розміру використовуваних підшипників ковзання, вони мають перевагу перед традиційними кульковими або роликовими підшипниками завдяки меншому коефіцієнту тертя через мінімальну площу контакту. Це робить втулки ідеальними для застосувань, де критично важливі швидкість, точність і довговічність. Враховуючи ці переваги, легко зрозуміти, чому підшипники ковзання настільки популярні сьогодні в багатьох галузях промисловості. Втулки широко використовуються в автомобілях, побутовій техніці, свердлильних інструментах, двигунах, гідравлічних насосах із зовнішньою шестернею тощо. В автомобільній промисловості, наприклад, підшипники ковзання забезпечують обертальний лінійний рух у шарнірах, системах регулювання сидінь і кермових колесах. Деякі нейлонові втулки можуть працювати без використання мастильних матеріалів і особливо підходять для харчової та текстильної промисловості, де надається перевага сухому застосуванню.
Які види втулок бувають?
На ринку є кілька втулок різних типів. Як правило, втулки можна класифікувати за матеріалом і формою. Підшипники ковзання можуть виготовлятися з різних матеріалів. До них відносяться метали, біметали, кераміка, камінь, графіт, композити та пластмаси. Функція підшипника ковзання залежить від вибору матеріалу, оскільки матеріал визначатиме міцність, еластичність, коефіцієнт тертя тощо.
Класифікуючи за матеріалом, існує три типи втулок: композитні втулки, металеві втулки та пластикові втулки. Відповідно до класифікації форми втулки можна розділити на шість типів: звичайні втулки, фланцеві втулки, упорні шайби, розрізні втулки, композитні втулки та фланцеві композитні втулки.
Полімерні або композитні втулки
Полімерні втулки здебільшого хімічно інертні; вони мають низьке водопоглинання і можуть працювати при високих температурах, не деформуючись. Полімерні втулки також можна назвати композитними втулками. Вони підходять для умов важкого навантаження і є найбільш часто використовуваними втулками. Композитні втулки забезпечують низьке тертя та зносостійкість, зводячи до мінімуму пошкодження машини через неправильне змащення. Вони виготовлені з матеріалів з високою стійкістю до факторів навколишнього середовища, термостійкістю, низьким коефіцієнтом тертя і неадгезивними властивостями. Єдиним недоліком є те, що вони дуже гнучкі, а значить, можуть перекручуватися під час роботи. Цю проблему також можна вирішити шляхом додавання наповнювачів і дозволити виробникам пропонувати надзвичайно універсальні рукава. Полімерні або композитні втулки використовуються для передачі обертального руху і можуть замінити традиційні підшипники в небезпечних середовищах. Полімерні або композитні втулки можна використовувати в різних галузях промисловості, включаючи будівельне обладнання, гідравлічні системи, медичне обладнання, аерокосмічну та ін.
ПОМ втулки
Втулки з поліоксиметилену (POM) розроблені з урахуванням самозмащування, забезпечуючи хорошу зносостійкість і низький коефіцієнт тертя. Підходять для важких навантажень, що працюють на низьких швидкостях, для зменшення вібрації та шуму машин. Підшипники з втулками з POM також допомагають зменшити накопичення тепла, спричинене тертям, подовжуючи термін служби підшипників до чотирьох разів, ніж підшипників, виготовлених з інших традиційних матеріалів (сталі). Поліоксиметиленові втулки або втулки з POM зазвичай виготовляються зі сталевої основи та покриваються спеченим шаром міді/бронзи. Нарешті, поверх шару міді/бронзи додається шар POM, який містить мастильні ямки, що утримують мастило. Втулки з POM широко використовуються в сільському господарстві, цивільному будівництві, машинобудуванні та будівництві.
PTFE втулки
Втулки з ПТФЕ виготовляються з двох різних матеріалів: політетрафторетилену та металу, і широко використовуються в різних галузях промисловості. Їхня основна функція полягає у зменшенні тертя між рухомими частинами машин. Втулки з ПТФЕ підходять для різноманітного промислового застосування завдяки своїй здатності витримувати високі коливання температур і можуть використовуватися в таких різноманітних галузях промисловості, як електрична, теплова, ядерна, хімічна, фармацевтична та навіть електростанції.
Нейлонові втулки
Нейлонові втулки міцні та довговічні, і все частіше замінюють металеві втулки в багатьох застосуваннях. Нейлон має чудову зносостійкість і не потребує зовнішнього змащення. Варто зазначити, що нейлонові втулки не створюють стільки шуму під час роботи, скільки металеві втулки. Вони мають низький коефіцієнт тертя та високу стійкість до слабких кислот, палива та лугів.
Металева втулка
Як ми всі знаємо, металеві втулки виготовляються з металу або металевих сплавів. Ці металеві втулки мають дуже високу механічну міцність і особливо підходять для високошвидкісних і високих навантажень, що включають змащення. Яка металева втулка використовується, залежить від промислового середовища або типу застосування. Металеві втулки мають різні методи змащення залежно від їх розміру, конструкції та застосування.
Бронзова втулка
Бронзова втулка є найкращим матеріалом для металевих втулок. Бронзові втулки стійкіші до деформації та поломки, ніж підшипники ковзання, виготовлені з інших матеріалів. Як і пластик, бронзові підшипники міцні та стійкі до іржі. Бронзові втулки широко використовуються в харчовій промисловості, лиття під тиском, автомобільній техніці, землерийній техніці, виробництві сталі тощо. Бронзові втулки відрізняються чудовою міцністю та тривалим терміном служби. Вони не кородують і не легко деформуються. Однак бронзові втулки потребують значної кількості мастила під час роботи, що робить їх обслуговування дорожчим, ніж пластикові втулки.
Графітові втулки
Графітові втулки використовуються в багатьох сферах завдяки своїм унікальним механічним та фізичним властивостям. Графітові втулки мають дуже низький коефіцієнт тертя, що допомагає підвищити ефективність, продуктивність та продуктивність прядильних машин. Графіт, природний маслянистий мінерал, є найкращим матеріалом для втулок, оскільки він зменшує тертя без використання додаткової рідини. Примітно, що графіт має найвищу температурну стабільність, зберігаючи свою форму та структуру при температурах до 5000°F (2270°C). Графітові вкладиші використовуються в різних сферах застосування, включаючи печі та духовки, харчову промисловість, хімічну промисловість, автомобільну промисловість, металургію тощо.
Сталеві втулки
Сталеві втулки . Як випливає з назви, сталеві втулки виготовляються зі сталі або нержавіючої сталі. Ці втулки виготовлені з високоміцної сталі, що робить їх ідеальними для низькошвидкісних шарнірних застосувань. Сталеві корпуси виготовляються з використанням екологічно чистих методів виробництва, які збільшують вихід матеріалу та зменшують викришування.
Латунна втулка
Латунна втулка виготовляється з латуні та зазвичай є компонентом поворотного вала, який допомагає захистити корпус від будь-яких пошкоджень, спричинених будь-якою силою, що передається через вал. Латунні втулки здебільшого використовуються в електродвигунах, автомобільних двигунах тощо. Крім того, латунні втулки бувають різних розмірів, оскільки вони можуть підходити для тонких і товстих стінок, фланців, циліндричних, фланцевих тощо.
Алюмінієві втулки
Алюмінієві втулки є кращими завдяки своїй твердості, що забезпечує тривалий термін служби. Спочатку їх використовували на велосипедах, але поступово вони почали застосовуватися на автомобілях, а зараз використовуються на різноманітних машинах. Алюмінієві втулки можуть витримувати великі осьові та радіальні навантаження, що робить їх важливим кандидатом для використання в аерокосмічній та сільськогосподарській промисловості. Деякі з поширених застосувань алюмінієвих втулок включають використання в гідравлічних циліндрах, що використовуються для кріплення контрольно-вимірювальних приладів (таких як зливні пробки/заливні отвори для рідини, оглядові стекла для рідини або вентиляційні елементи), резервуарах та резервуарах.
Біметалічні підшипники втулки
Біметалеві втулкові підшипники виготовляються з двох різних металів. У більшості випадків першим металом є сталь, тоді як інші метали можуть бути від міді до алюмінію або навіть латуні. Біметалічний шар діє як внутрішнє покриття для втулки, забезпечуючи хороший захист від зносу. Вони особливо корисні в пристроях, що працюють при помірних навантаженнях на середніх швидкостях або високих навантаженнях на низьких швидкостях.
Типи втулок за формою
За формою розрізняють шість основних типів втулок.
Втулки з гладкою втулкою
Втулки з гладкою втулкою, як правило, мають циліндричну форму та виготовлені відповідно до галузевих стандартних розмірів. Циліндрична втулка має підкладки з внутрішньої та зовнішньої сторони, які підтримують ковзний шар посередині. Циліндричні втулки міцніші, ніж підшипники, і можуть витримувати більші навантаження, ніж металеві підшипники, що робить їх ідеальними для односторонніх змінних навантажень, поворотних рухів і осьових напрямних підшипників.
Матеріальна : Зазвичай виготовляється з бронзи, латуні або іншого матеріалу, що самозмащується.
Дизайн: Циліндричні з внутрішнім і зовнішнім діаметрами.
додаток: Загальні застосування, що потребують низького тертя та середньої вантажопідйомності.
Фланцева втулка
Фланцеві втулки схожі на циліндричні втулки, але з однією очевидною відмінністю: вони мають фланець на одному кінці. Фланці можна використовувати для різних цілей, від монтажу або вирівнювання втулок до зручного монтажу. Фланцеві втулки, які зазвичай використовуються в наскрізних болтах, дозволяють використовувати болти меншого діаметру для зменшення ваги без зменшення опорної поверхні кріплення для стінки лонжерона, а також зменшують навантаження на різьбу кріпильних болтів.
Дизайн: Подібно до звичайної муфти, але з фланцем на одному кінці для забезпечення осьової підтримки.
додаток: Використовується, коли втулка має чинити опір осьовому руху.
Стиральна машина
Упорна шайба сама по собі не є втулкою, але є дуже важливим компонентом. Вони схожі на плоску шайбу, яка розташована між нерухомим компонентом і поверхнею кочення, витримуючи осьові навантаження або рух із боку в бік на валу та обмежуючи будь-які рухи вздовж валу. Вони утворюють поверхню, на яку спирається підшипник або втулка.
Дизайн: Плоска або фланцева втулка у вигляді шайби.
додаток: Призначений для перенесення осьових навантажень, зазвичай у поєднанні з радіальними втулками.
Розділений втулка
Дизайн: Ці втулки складаються з двох половинок і їх можна легко встановити та зняти без необхідності використання додаткового обладнання для демонтажу.
додаток: ідеально підходить для застосувань, де розбирання є складним або трудомістким.
Композитна втулка
Матеріали: виготовлено з комбінації матеріалів, таких як металева основа та шар PTFE (політетрафторетилену).
додаток: Низьке тертя, висока зносостійкість і самозмащувальні властивості роблять його придатним для різноманітних застосувань.
Фланцева композитна втулка
Дизайн: Подібно до композитних втулок, але з фланцем для осьової підтримки.
додаток: Поєднує переваги композитних матеріалів із підвищеною осьовою стабільністю.
Переваги підшипників ковзання
Підшипники ковзання ідеально підходять для багатьох застосувань завдяки своїй простоті та довговічності. Вони зменшують споживання енергії під час роботи, забезпечуючи низьке тертя між валом і підшипниками. Підшипники ковзання також мають невелику площу, що робить їх придатними для застосувань, де простір обмежений. Крім того, завдяки простій конструкції його можна легко зібрати або розібрати. Підшипники ковзання забезпечують чудовий захист від частинок пилу, бруду та інших забруднень, а також від зносу, викликаного високими температурами. Крім того, ці втулки не потребують обслуговування, оскільки вони не потребують змащування, як більшість інших типів підшипників. Таким чином, підшипники ковзання є економічно ефективним рішенням, яке покращує ефективність роботи, одночасно знижуючи експлуатаційні витрати. Крім того, їх можна використовувати як у сухих, так і вологих умовах без будь-яких модифікацій.
Надійність підшипників ковзання робить їх привабливим вибором для промислового обладнання, яке потребує надійних компонентів керування рухом; тому не дивно, що багато компаній покладаються на цей тип підшипників при проектуванні обладнання. Загалом, підшипники ковзання — це універсальні компоненти, які забезпечують безперебійну роботу за менших витрат, ніж альтернативні варіанти, такі як кулькові або роликові підшипники. Зважаючи на це, зрозуміло, чому вони продовжують залишатися популярними в галузі.
Недоліки підшипників ковзання
Підшипники ковзання не призначені для високих швидкостей, дослідження показують, що їхня максимальна швидкість становить близько 5,000 об/хв. Це обмеження може спричинити низку проблем у програмах, які вимагають вищих швидкостей, таких як двигуни та вентилятори. Ще одна проблема з підшипниками ковзання полягає в тому, що вони, як правило, мають обмежений термін служби при використанні у важких умовах, таких як великі промислові машини. Їх конструкція також робить їх непридатними для радіальних навантажень, оскільки вони легко деформуються під тиском. З часом кількість бруду, що потрапляє в підшипники втулки, збільшується, що може призвести до передчасного виходу з ладу.
Навантаження на втулку та обмеження швидкості
Втулки зазвичай використовуються для більших навантажень і низьких швидкостей. Промислові металеві колеса мають міцні втулки, які можуть витримувати велике перенесення навантаження та ударні навантаження. Для втулок слід враховувати нагрівання тертям. Двома основними факторами, що впливають на тепло, є одиничний тиск (P) і поверхнева швидкість (V). Добутком одиничного тиску на поверхневу швидкість є швидкість тиску (PV). Щоб визначити, чи підходить прохідний прохід для будь-якого застосування, спочатку знайдіть граничне значення PV від виробника. Для безпечної роботи значення PV, розраховане програмою, має бути нижчим за граничне значення PV, встановлене виробником.
Обчисліть значення PV для програми : PV=P×V
Визначте швидкість поверхні (V) : V=0.262×об/хв×D Об/хв = Обороти вала за хвилину D = Діаметр вала (дюйми)
Тиск (P) : P = Загальне навантаження (фунти) / Площа контакту (дюйми²) Площа контакту = D (діаметр вала в дюймах) x L (довжина корпусу)
Вплив обмеження значення PV можна побачити на цьому графіку, який порівнює швидкість і навантаження для бронзових і нейлойлових втулок.
У внутрішньому інженерному дослідженні разом використовувалися втулки Nyloil та бронзові втулки C93200 для перевірки впливу: меж PV втулки. Як згадувалося раніше, втулки зазвичай використовуються для більших навантажень на низьких швидкостях. Це видно на діаграмі, оскільки жодна з втулок не здатна витримувати значні навантаження на високих швидкостях. Чим вища швидкість, тим нижча її вантажопідйомність. Значення P-max (psi) та V-max (fpm) надаються виробником для кожного виробу. P-max - це максимальне навантаження при 0 об/хв, а V-max - максимальна швидкість при малому навантаженні (максимальні об/хв вала). Для практичного застосування порівняйте розраховані значення P, V та PV з максимальними допусками, щоб визначити, чи працюватиме втулка. Переконайтеся, що втулка працює в діапазоні нижче граничної кривої PV.
Підшипник або втулка?
Фактори, які слід пам’ятати, вибираючи між втулками чи підшипниками, повинні включати наступне (у порядку переваги):
Швидкість і навантаження : Перевозите важчі вантажі на низьких швидкостях або легші вантажі на вищих швидкостях? Там, де висока швидкість є важливим фактором, підшипники пропонують краще рішення, тоді як втулки добре реагують на низькошвидкісні застосування з великими навантаженнями.
Плавна робота : Через явище «заїдання-ковзання», поширену проблему з втулками, підшипники є кращим вибором для плавнішої роботи.
Технічне обслуговування/змащування : Застосування, що не потребує технічного обслуговування та має здатність до самозмащування, особливо в промисловості сухих харчових продуктів та текстилю, часто віддають перевагу втулкам.
Шум під час роботи : Коли тиха робота є ключовим фактором, втулки, як правило, тихіші за підшипники.
Бюджет : Втулки зазвичай коштують у шість-десять разів менше, ніж підшипники.
Вибираючи між підшипниками та втулками, слід враховувати конкретне застосування, робоче середовище, а також різні умови експлуатації та обмеження. Розуміння переваг і недоліків кожного типу може допомогти визначити, який тип забезпечує найкраще рішення.