Функциональная надежность и срок службы креплений подшипника качения зависят (для каждого конкретного конструктивного типа подшипника) от свойств материалов пары "подшипник — вал" и от свойств смазки. В зависимости от рабочих условий приоритетом обладает либо эффект материала пары скольжения, либо эффект смазки.
Параметры конструкции, рабочие условия и требования к стоимости являются основными критериями для выбора материала подшипника. Кроме указанных свойств скольжения, размера и характера силы, вызывающей нагрузку, диапазона скорости скольжения и рабочей температуры также необходимо учитывать количество и тип смазки, ее надежность, влияние окружающей среды, необходимый срок службы и экономические факторы. Для правильного выбора материала подшипника необходимо принимать во внимание свойства скольжения, механические и физические свойства.
Требования к подшипникам скольжения различны, поэтому известные материалы подшипников не могут удовлетворять им полностью. Поэтому необходимо в каждом конкретном случае определить приоритеты наиболее важных требований и выбрать частичное решение. Для гидростатических подшипников или подшипников, работающих в условиях гидродинамической смазки, чтобы обеспечить прочность, в первую очередь необходимо уделить внимание подбору подшипника и выбору смазки. Для подшипников, работающих в условиях предельной смазки, которые также были рассчитаны для условий гидродинамической смазки, а также для подшипников скольжения без смазки необходимо учитывать свойства скольжения материала. Эти свойства скольжения являются основным критерием для условий смешанного трения.
Основные критерии для выбора материалов подшипников.
Значение и последовательность этих критериев различаются в зависимости от условий. В соответствии с этими условиями могут быть включены другие критерии, например свойство хода, аварийные свойства, смачивающая способность смазки, твердость, теплопроводность, тепловое расширение, плотность и т. д.
Самыми важными категориями материалов подшипников являются оловянные и свинцовые составы, сплавы из меди с добавлением олова и свинца, алюминиевые сплавы, другие металлические материалы (серый чугун, пористый металл и т. д.), пластмасса, другие неметаллические материалы (графит, резина, дерево и т. д.). Функциональные критерии основных категорий материалов подшипников представлены в следующей таблице.
|
Материал подшипника |
Сопротивляемость сцеплению при использовании стального вала |
Адаптивность и впитывающая способность твердых частиц |
Коррозийная устойчивость при соприкосновении с маслом |
Усталостная прочность |
|
Оловянные составы |
Высокая |
Высокая |
Высокая |
Очень низкая |
|
Свинцовые составы |
Высокая |
Высокая |
Средняя |
Очень низкая |
|
Сплав Cu-Sn |
Очень низкая |
Очень низкая |
Хорошая |
Высокая |
|
Сплав Cu-Sn-Pb |
Средняя |
Низкая |
Низкая |
Хорошая |
|
Сплав Al-Sn |
Хорошая |
Хорошая |
Очень низкая |
Средняя |
|
Сплав Cu-Pb |
Низкая |
Средняя |
Высокая |
Высокая |
|
Серый чугун |
Очень низкая |
Очень низкая |
Средняя |
Высокая |
|
Смешанная пластмасса |
Высокая |
Высокая |
Высокая |
- |
|
Графит |
Высокая |
Средняя |
Высокая |
- |
Чем выше степень твердости материала подшипника, тем выше его нагрузочная способность и сопротивление изнашиванию. Чем мягче материал подшипника, тем меньше возможность повреждения поверхности вала и лучше его адаптивная способность, свойства хода и впитывающая способность твердых частиц, которые являются его особенными свойствами. Отсюда правило о том, что различие между двумя частями пары скольжения является важным, действительно. При использовании материала подшипника необходимо обеспечить следующие условия:
В следующей таблице перечислены приблизительные значения свойств характеристик для материалов креплений подшипников скольжения:
|
Материал |
Средняя твердость HB при 20 °C |
Средняя твердость HB при 100°C |
Прочность растяжения [МПа] |
Модуль упругости [МПа] |
Максимально допустимая рабочая температура [°C] |
|
Состав Sn |
26 |
9 |
80 |
48 000 |
110 |
|
Состав Pb |
22 |
8 |
77 |
30 000 |
100 |
|
Сплавы Cu-Sn |
80 |
60 |
250 |
110 000t |
250 |
|
Сплавы Cu-Pb |
30 |
25 |
60 |
85 000 |
160 |
|
Сплавы Cu-Sn-Pb |
60 |
50 |
300 |
98 000 |
220 |
|
Сплавы Al-Cu |
60 |
40 |
400 |
70 000 |
120 |
|
Сплавы Al-Sn |
35 |
30 |
150 |
65 000 |
120 |
|
Сталь |
160 |
150 |
550 |
210 000 |
больше 250 |
|
Чугун |
200 |
190 |
250 |
150 000 |
больше 250 |
Основные свойства, максимальная нагрузочная способность и примеры подходящего использования представлены в следующих разделах для некоторых типов материалов подшипников.