Графитовые подшипники: преимущества и недостатки
Подшипники скольжения, изготовленные на основе графита, очень популярны в механике. Недорогие, термостойкие, неприхотливые в обслуживании опоры относятся к самосмазывающемуся типу, что значительно упрощает их эксплуатацию. Используются графитовые подшипники в насосах, работающих при повышенных температурах или в агрессивных средах, в газодувках, в высокоскоростных шпиндельных узлах станков, в текстильном, полиграфическом и пищевом оборудовании. Особо стоит отметить, что это единственные опоры скольжения, которые применяются в зонах нагрева сушильных и калильных печей.
Преимущества графитовых подшипников
До того, как в опорах валов начали успешно использовать графит, многие узлы вращения технологического оборудования были на порядок менее надежны и долговечны. Если сравнивать самосмазывающиеся графитовые подшипники с опорами, имеющими втулки из металлов и полимеров, то нужно отметить целый ряд важных преимуществ:
Отсутствие уплотнений, призванных удерживать смазку внутри узла;
Нет необходимости выноса опоры за пределы зоны нагрева;
В паре металл – графит, износу подвержен только недорогой графит;
Возможность использования деталей при любых скоростях;
Высокая эффективность в жидких и газообразных агрессивных средах.
Применение углеграфитных опорных узлов значительно упростило конструкцию многих видов оборудования в металлургической и химической отраслях. Там где ранее нужно было искать конструктивное решение для выноса опор из рабочей зоны с высокими температурами или коррозийной средой , сейчас можно без сомнений устанавливать подобный подшипник.
Некоторые такие узлы скольжения используются со смазками. С ними применяют жидкие смазочные материалы кислые, щелочные и даже органические, но только не маслянистые жидкости и не консистентные смазки. Несовместимость графита с маслами связана с тем, что этот материал образует с ними вязкую, легко схватывающуюся пасту, которая особенно опасна для опоры при повышении температуры.
Недостатки графитовых подшипников
К серьезным минусам таких опор скольжения следует отнести хрупкость графитовых втулок. Из-за этой особенности при изготовлении подшипников графитовые элементы вставляют в металлическую обойму, используя не запрессовку, а температурную посадку. Свойства материала не позволяют изготавливать из него втулки сложной конфигурации и делать пазы, отверстия и проточки. Также стоит отметить низкую износостойкость таких узлов и невысокую стойкость к нагрузкам.
Требовательны графитовые подшипники и к поверхности вала. Ее шероховатость не должна превышать 0,16 — 0,4 мкм. Чем ниже значение этого параметра, тем лучше проходит приработка опоры и тем меньше износ графитового вкладыша в начале работы подшипника. На начальном этапе использования новой детали рекомендуется организация отвода продуктов износа из зоны трения. Чаще всего это реализуется подачей сжатого воздуха, что требует установки дополнительного оснащения.
Похожие статьи:
Можно ли восстановить заржавевший подшипник?
Если подшипник подобран правильно и за ним обеспечен необходимый уход, то ржавчина ему не грозит.
Подшипники NSK: 50 лет инноваций для высокоскоростных поездов Японии
Магистрали поездов Синкансэн с 1960-х годов являются надежными транспортными артериями Японских.
Источник
Графитовый подшипник скольжения
Графитовый подшипник скольжения ‒ конструктивный элемент технологического промышленного оборудования, выполняющий функцию опоры для вала. Обеспечивает возможность вращения с минимальным сопротивлением. Воспринимает и передает усилие от подвижного узла на другие элементы конструкции. Из названия следует, что деталь изготавливается из конструкционного графита. Основные технические характеристики такого узла определяются свойствами материала изготовления и его конструкцией.
Материал изготовления
Для изготовления графитовых подшипников разработан специальный конструкционный материал ‒ силицированный графит марки СГ-П плотностью 2,4-2,6 г/куб. см. Для его получения используют высокоочищенный мелкопористый графит и химически чистый кремний. Изготовленную прессованием заготовку обрабатывают расплавленным кремнием при температуре 2000°С. При этом поры графита заполняются расплавом Si и плотность материала значительно увеличивается.
В процессе обработки некоторая часть углерода взаимодействует с пропиточным материалом, образуя химическое соединение карбид кремния. В итоге получают сложную трехкомпонентную структуру, состоящую из жесткого каркаса из карбида кремния, а также химически чистых углерода и кремния. После пропитки графитовую заготовку подвергают механической обработке с целью получения заданных геометрических размеров и требуемой степени гладкости рабочей поверхности.
Свойства графитового подшипника
Высокая механическая прочность конструкции графитового подшипника, а также твердость его рабочей поверхности определяются мелкодисперсным строением и высокой степенью заполненности пор углеродного материала кремнием.
Подшипник, изготовленный из графита марки СГ-П, характеризуется следующими основными техническими свойствами:
- химическая устойчивость к агрессивным средам, низкая окисляемость,
- высокие параметры эрозионной износостойкости,
- повышенные антифрикционные характеристики,
- отсутствие эффекта усталости материала.
К важным эксплуатационным параметрам подшипников из графита относят также высокую жаростойкость, устойчивость к воздействию циклических температурных нагрузок (теплосмен), включая тепловой удар, низкое значение коэффициента температурного расширения. Кроме того, материал подшипника обладает повышенной вязкостью, благодаря чему его конструкция выдерживает ударные нагрузки в заданном диапазоне значений.
Особенности применения
Уникальные физико-химические характеристики, которыми обладает графитовый подшипник скольжения, предопределили область его применения. Он может эксплуатироваться в условиях экстремальных значений температур, при которых большинство известных смазочных материалов утрачивает полезные свойства. При этом можно отметить следующие важные эксплуатационные аспекты:
- После начала работы происходит быстрая приработка трущейся пары вал-подшипник.
- На поверхности вала образуется тонкая смазочная графитовая пленка, коэффициент сухого трения принимает минимальное значение.
- Механическому износу (истиранию) подвержен, в основном, подшипник, а не более дорогостоящий вал.
Для увеличения продолжительности работы графитового подшипника скольжения его посадочный размер должен соответствовать диаметру вала, в том числе с учетом температурного режима эксплуатации. Люфт способствует появлению вибраций, биений и приводит к ускоренному износу подшипника. После выработки эксплуатационного ресурса изношенные детали меняют на новые.
Источник
Подшипники из различных марок графита
Графитовые подшипники на заказ от компании «Графит-УССО»: низкая стоимость, превосходное качество, удобные условия сотрудничества и доставки. Качество работы – наш основной приоритет.
Самым востребованным элементом при обслуживании практически любого промышленного оборудования являются подшипники. Они выполняют функцию направляющей для цапфы вала или его оси. В зависимости от типа конструкции данные изделия могут обеспечивать вращение или качение. В первом случае используют подшипники скольжения, во втором – качения.
Материал подшипников должен соответствовать сфере применения и отвечать условиям эксплуатации. К примеру, для работы при температуре не более 120 ˚C используют хромистые стали с добавлением в разных пропорциях марганца и кремния. Изделия, к которым предъявляют повышенные требования, получают из нитрида кремния или углеродных материалов.
Графитовые упорные подшипники
Использование графитовых подшипников
Графитовые подшипники можно использовать в широком диапазоне рабочих условий, чем они напоминают графитовые токосъемники. Подшипники успешно применяют в условиях предельно низких и экстремально высоких температур, при высоком коэффициенте трения, скольжения и др. Графитовые подшипники скольжения и качения подходят для следующего промышленного оборудования:
- 1. Калильных, сушильных печей и котельных установок, работающих при повышенных температурах.
- 2. Оборудования, где подразумевается сухое или полусухое трение: текстильных, медицинских и пищевых установок.
- 3. Газодувок и насосов, работающих в химически активных средах.
Некоторое время назад наиболее востребованными были графитовые подшипники скольжения, которые также называли втулками. Сегодня чаще всего используют графитовые подшипники качения, поскольку они медленнее изнашиваются и выдерживают высокие вибрационные нагрузки. Однако и те, и другие имеют ряд положительных и отрицательных качеств, поэтому их применение индивидуально.
Преимущества графитовых подшипников
Этому материалу отдают предпочтение многие промышленные предприятия, потому что графитовые изделия отличаются улучшенными эксплуатационными характеристиками. Подшипники из графита легко заменяют металлические изделия, в том числе из чугуна, легированной стали и коррозионно-стойких сплавов. Особенно эффективно использование графитовых изделий в экстремальных климатических условиях и при сухом трении.
Почему графитовые подшипники лучше металлических?
- 1. Они могут работать без смазки, поскольку смазочное вещество выделяется в процессе трения. На медицинском, пищевом и текстильном производстве это свойство графитовых изделий позволяет получать продукцию повышенного качества.
- 2. Графитовые подшипники обладают высокой химической устойчивостью, поэтому их можно устанавливать в агрессивных и абразивных средах.
- 3. Графит – один из самых устойчивых к тепловому воздействию материалов. Графитовые подшипники не окисляются при температуре до 500 ˚C, благодаря чему их используют в печах с повышенными рабочими температурами.
- 4. Графитовые изделия обладают высокой усталостной прочностью, а это значительно повышает срок их эксплуатации.
При этом графитовые подшипники не отличаются необходимой ударной прочностью. Это объясняется наличием в их кристаллической структуре микротрещин, которые образуются даже при сверхточном производстве графитовых изделий. Однако при увеличении температуры прочность подшипников резко возрастает и становится приблизительно в 2 раза выше, чем при комнатной температуре.
Замена изношенного графитового подшипника
Учитывая хрупкость графитовых подшипников, перед установкой их нужно обязательно обрабатывать специальными металлическими материалами. Чаще всего для этого используют свинец, баббит, фенолформальдегидные смолы и некоторые другие вещества.
На скорость износа графитовых подшипников в большей степени влияет поверхность вала. Если вал имеет шероховатую поверхность, степень износа подшипника будет очень высокой. Поэтому при установке графитовых изделий нужно в первую очередь проверить качество вала и по необходимости произвести его полировку.
Полную замену графитовых подшипников необходимо проводить в несколько этапов:
- 1) аккуратно постукивая молотком по деревянной опоре, извлеките деформированный графитовый подшипник. Для этой операции также можно воспользоваться ручным прессом;
- 2) перед установкой нового подшипника опорное кольцо нагрейте приблизительно до 300 ˚C;
- 3) запрессовку графитового подшипника также осуществляйте молотком или ручным прессом. Следует учитывать, что зазор изделия в условиях сухого трения должен составлять не менее 0,05 мм. При нанесении смазочного вещества зазор может быть меньше;
- 4) после замены изделия отрегулируйте свободный ход вращающегося механизма.
Как продлить срок службы графитовых подшипников?
Долговечность графитовых подшипников зависит от многих факторов. Это и качество поверхности вала, и уровень нагрузок, и скорость вращения, и рабочая температура. Все испытания графитовых подшипников указывают на то, что в условиях сухого трения они изнашиваются в 2 раза быстрее, чем при смешанном трении. Специалисты нашей компании помогут вам подобрать марку графита, исходя из предполагаемых нагрузок на подшипник.
В целом для обеспечения эффективной работы графитового подшипника достаточно периодически проверять поверхность вала на наличие шероховатостей. Она должна быть тонко отшлифованной.
Изготовление изделий из графита
В нашей компании вы можете приобрести графитовые подшипники любых видов. Подшипники скольжения и качения мы изготавливаем из наиболее подходящей именно для вашего оборудования марки графита. К примеру, для работы в агрессивных средах подшипники изготавливаются из силицированного графита.
Компания «Графит-УССО» гарантирует своим клиентам:
- 1) грамотный подход к каждому заказу;
- 2) самые выгодные цены на всю линейку продукции из графита;
- 3) высокое качество графитовых изделий;
- 4) выполнение заказа в короткие сроки;
- 5) изготовление изделий по вашим чертежам.
Источник
Неметаллические материалы для подшипников скольжения
Неметаллические материалы для подшипников скольжения
В качестве материалов для подшипников используют пластики, твердые породы натурального дерева, усиленную древесину, резину, графит.
Все перечисленные материалы применяют в сочетании с валами повышенной твердости (> HRC 50). При этом условии неметаллические подшипники обнаруживают высокую износостойкость.
Отличительная особенность неметаллических подшипниковых материалов — низкая теплопроводность. Почти все они лучше работают на воде, чем на масле.
Применение водяной смазки оправдано в тех случаях, когда машина работает с водой (водяные насосы) или в воде (установки гребных винтов, подводный механизированный инструмент и т. д.). В отдельных случаях применяют водяную смазку и на машинах общего назначения. При водяной смазке валы выполняют из закаливающихся коррозионностойких сталей (типа 30Х13, 40Х13). Металлические корпуса подшипников необходимо защищать от коррозии.
Пластики
Пластмассовые подшипники применяют преимущественно при полужидкостной смазке (малые частоты вращения, колебательное движение), а также при невозможности поднести к опорам регулярную смазку. Они могут работать с разовой и периодической смазкой, а при небольших нагрузках и окружных скоростях — без смазки. Подшипники из ненабухающих пластиков могут работать на водяной смазке, из химически стойких пластиков — на смазке химически активными жидкостями.
Допустимая удельная нагрузка зависит от твердости и прочности пластика, температуры, окружной скорости, вида и количества подводимой смазки и колеблется в пределах 1—10 МПа.
Для изготовления пластмассовых подшипников чаше всего применяют фенопласты (текстолит), поликарбонаты (дифлон), полиамиды (капрон, найлон), фторопласты (тефлон). Свойства этих пластиков приведены в табл. 32.
Пластики как подшипниковые материалы имеют следующие особенности:
- малая твердость (без наполнителей НВ 5—20);
- низкий модуль упругости (без наполнителей Е = 10 3 —10 4 МПа);
- низкая теплопроводность (0,24—0,36)·10 –3 Вт/(м·°С);
- высокий коэффициент линейного расширения [(50—100)·10 –6 ];
- низкая теплостойкость (по Мартенсу 80—150°С).
Фенопласты и полиамиды набухают в воде (водопоглощение после длительного соприкосновения с водой до 15% по массе). Фторопласты отличаются ползучестью (возникновение остаточных деформаций под длительным воздействием сравнительно небольших напряжений).
Износостойкость и антифрикционные качества пластиков высокие.
Пластики, особенно термопласты, плохо поддаются механической обработке. Полиамидные и поликарбонатные подшипники изготовляют пресс-литьем, фторопластовые — горячим прессованием с приданием окончательных размеров в пресс-формах. Реактопласты (фенопласты) можно обрабатывать твердосплавным инструментом при малых подачах и высоких скоростях резания.
Вследствие низкой теплопроводности, высокого коэффициента линейного расширения и легкой деформируемости пластмассовые подшипники редко выполняют в виде толстостенных втулок. Главная область применения пластиков — нанесение тонких (0,1—0,5 мм) покрытий на металлические поверхности, а также пропитка поверхностного слоя пористых антифрикционных металлов (спеченных бронз).
В тонких слоях отрицательные особенности пластиков почти не влияют на работу подшипника.
Массивные пластмассовые втулки применяют преимущественно при малых диаметрах (менее 30 мм), небольших нагрузках и частоте вращения. С учетом возможности объемных изменений пластика зазор делают в среднем в 2—3 раза больше, чем в металлических подшипниках (ψ = 0,003—0,006). При больших диаметрах для компенсации объемных изменений втулки делают разрезными с прямым, спиральным или шевронным швом. В таких подшипниках относительный зазор может быть доведен до 0,001—0,002.
Прочность пластиков увеличивают, вводя волокнистые или тканевые наполнители, теплопроводность — вводя металлические порошки (Рb, свинцовая бронза).
Текстолитовые подшипники изготовляют из многослойной шифонной ткани, пропитанной бакелитом и спрессованной под давлением
Текстолитовые подшипники работают лучше, если торцы тканевых слоев расположены перпендикулярно к поверхности трения. В крупногабаритных подшипниках текстолит устанавливают блоками в металлических кассетах.
Максимальная удельная нагрузка при обильной масляной или водяной смазке 10 МПа. Предельная длительная температура 60—80°С
Капрон и нейлон применяют преимущественно для изготовления подшипников диаметром менее 50 мм, работающих при недостаточной смазке или без смазки.
Для увеличения прочности вводят наполнители (ткань, стекловолокно, графитное волокно).
Полиамиды (как и все термопласты) плохо поддаются механической обработке. Капроновые и найлоновые подшипники изготовляют пресс-литьем в металлических формах с точностью размеров в пределах нескольких сотых миллиметра.
Для увеличения прочности, тепло- и износостойкости и уменьшения водопоглощаемости капроновые подшипники подвергают термической обработке (выдержка 3—4 ч в минеральном масле при 150—180°С, кипячение в течение такого же времени в воде, медленное охлаждение).
Тефлон в чистом виде мало пригоден для изготовления подшипников вследствие мягкости, большого коэффициента линейного расширения, холодной ползучести и полной несмачиваемости маслом. Его применяют только в тонких слоях с обязательной присадкой свинца (до 20% по массе). Тефлон плохо наносится на металлические поверхности. Наилучший способ покрытия — вакуумная пропитка тефлоносвинцовой композицией, диспергированной в жидкости пористого антифрикционного слоя из спеченных бронзовых сплавов. Для улучшения антифрикционных качеств в композицию вводят коллоидальный графит и дисульфид молибдена.
Такие подшипники по антифрикционным качествам не уступают подшипникам с оловянно-баббитовой заливкой, а по пределу выносливости превосходят их. Они могут работать в интервале от –50 до +250°С.
Подшипники, работающие при высоких окружных скоростях, нуждаются в циркуляционной смазке.
Применяют также тонкослойные (0,1—0,2 мм) полиамидные, полиуретановые и эпоксидные покрытия, которые наносят наплавлением, горячим напылением, наклеиванием (эпоксиды), осаждением в псевдосжиженном слое в электростатическом поле.
Древесные материалы
Для подшипников применяют пропитанные маслом твердые древесные породы (гваяковое дерево, самшит), как заменители — березу, клен, дубовые породы.
Более высокими качествами обладает усиленная древесина, представляющая собой многослойный березовый шпон (лигнофоли) или крошку (лигностоны), пропитанные фенолоформальдегидными смолами и спрессованные под давлением 30—50 МПа при 150—180°С.
Древесные пластики лучше работают на воде; их применяют для изготовления подшипников гидравлических машин, а также для изготовления низкооборотных, тяжелонагруженных и крупногабаритных подшипников прокатных станов.
Вкладыши из древеснослоистых пластиков набирают из брусков с расположением слоев перпендикулярно к поверхности трения и крепят в металлических корпусах (рис. 693).
Допустимая удельная нагрузка в среднем 2—3 МПа; кратковременная до 15 МПа. Предельная температура 60—70°С.
Резины
Резиновые подшипники представляют собой металлические втулки, облицованные натуральными или синтетическими каучуками (хлор- и фторкаучуки, силиконовые и полисульфидные каучуки). Наилучшими для подшипников скольжения являются фторкаучуки.
Твердость и эластичность каучуков можно менять в широких пределах изменением состава и технологии изготовления.
Резиновые подшипники применяют почти исключительно с водяной смазкой. Их используют в гидравлических машинах, для подводного механизированного инструмента, в концевых установках гребных валов (дейдвудные подшипник). Металлические корпуса подшипников выполняют из коррозионностойких сталей или защищают от коррозии нанесением полимерных пленок.
Для удаления грязи на рабочей поверхности подшипников предусматривают сквозные канавки (рис. 694).
Коэффициент трения стали по влажной резине f = 0,05—0,1. При достаточной прокачке воды и высоких окружных скоростях (10—20 м/с) можно, несмотря на малую вязкость воды, создать чисто жидкостную смазку (f = 0,002—0,003).
Подшипники из мягких резин применяют, когда важно обеспечить самоустанавливаемость вала, а также амортизацию его колебаний. Несущая способность их незначительна (k = 0,1—0,2 МПа).
Подшипники из твердых резин выдерживают нагрузки до 3—5 МПа.
Углеграфиты
Для изготовления подшипников, работающих без смазки при высоких температурах, в химически агрессивных средах, применяют углеграфиты (смеси графита, угля, сажи и кокса на связке из пека и каменноугольных смол, спрессованные и подвергнутые спеканию).
Физико-механические свойства графита: плотность 2,2 кг/дм 3 ; температура плавления 3500°С; разрушающее напряжение 20 МПа; модуль нормальной упругости 8·10 3 МПа; коэффициент линейного расширения ϰ = (0,5—1)· 10–6 1/°С, теплопроводность (6—8)·10 –3 Вт/(м·°С).
Углеграфиты обладают хорошими антифрикционными качествами (коэффициент трения 0,05—0,08), теплостойкостью, химической стойкостью, низким коэффициентом линейного расширения α = (2—3)·10 –6 . Углеграфиты хорошо обрабатываются резанием. Недостатком их является хрупкость.
Для увеличения прочности, теплопроводности и износостойкости в углеграфиты вводят металлические порошки (Cu, Cd, баббит). Хрупкость уменьшают пропиткой фенолоформальдегидами, силоксанами и тефлоном (графитопласты).
Наилучшими суммарными свойствами обладают антегмиты (табл. 33).
Валы, работающие в углеграфитных подшипниках, должны иметь твердость более HRC 50.
Углеграфиты широко применяют для уплотнения высокотемпературных узлов (уплотнительные кольца турбин, диски торцовых уплотнений).
Источник