В последнее время нам часто задают вопрос - почему мы применяем в выпускаемом нами оборудовании подшипники качения. Ведь, дескать, теперь появились новейшие, суперсовременные, высокотехнологичные, металлофторопластовые подшипники (разумеется, импортного производства), которые-де уже заменили традиционные подшипники качения в наиболее развитых странах.Попробуем разобраться.
Первое, на что хотелось бы обратить внимание: так ли металлофторопластовые подшипники новы?
Вот цитата из вузовского учебника за 1963 год.
«…Пластики на основе политетрафторэтилена (тефлон, фторопласт) отличаются весьма низким коэффициентом трения при работе без смазки, высокой износоустойчивостью, стойкостью воде, нефтепродуктах, кислотах и щелочах, стабильностью в широком температурном диапазоне от —200 до +300° С; однако механическая прочность фторопластов невелика, поэтому применение их в чистом виде весьма ограничено. В подшипниках скольжения фторопласт наносится тонким слоем на рабочую поверхность вкладыша или же идет на пропитку пористых металлокерамических и графитовых втулок, относительно реже он используется как наполнитель для волокнистых пластмасс.
Подшипники с фторопластом особенно ценны для тех узлов трения, где смазка весьма затруднена или недопустима по технологическим условиям; коэффициент трения без смазки ~0,04…0,06; значение [pv] для чистого тефлона или фторопласта 0,35 кГм!см2сек, для пористых вкладышей, пропитанных фторопластом, — в 10 раз выше (до 3,5 кГм/см2сек); особенно хорошие показатели имеют трехслойные подшипники с основой из стали, вкладышем из пористой бронзы, пропитанной фторопластом, и рабочим слоем толщиной 20—40 мк из тефлона со свинцом — для них значение [pv] до 10,5 кГм/см2сек. Наибольшая температура для подшипников с фторопластом при продолжительной работе до 250° С, при работе с перерывами — до 300° С...» (Чернавский С.А. Подшипники скольжения. Изд-во МАШГИЗ, Москва-1963)
Как видите, пятьдесят лет назад в нашей стране, да и во всем мире они уже были хорошо известны. Закономерно возникает вопрос: почему же за пятьдесят с лишним лет металлофторопластовые подшипники не вытеснили «архаичные» подшипники качения? Ответ прост - для каждого устройства (не только подшипника) есть своя область применения.
Не будем сейчас рассматривать условия работы и качество рабочих поверхностей – это вопросы требуют отдельного рассмотрения. Прежде всего, нас интересуют виды нагружения.Различают 3 основных вида нагружения. Это циркуляционное, колебательное и местное. Подшипники скольжения любого типа хорошо работают при первых двух видах нагружения – только в этих случаях осуществляется эффективный отвод тепла из зоны контакта, а также заполнение зазора смазкой.Пример: Ротор электрогенератора, вал турбины или насоса, опоры подвески автомобиля.
Иное дело – местное нагружение. В этом случае вращающийся вал воздействует на одно и то же пятно контакта – теплоотвод затруднен, смазка не пополняется (кроме подшипников с принудительной подачей смазки, но это не наш случай). Таким образом, вал как бы стремится прогрызть канавку в обойме подшипника, что в результате и происходит.
Применительно к нашей продукции, а также аналогичной по назначению и принципу действия, местное нагружение является основным видом нагружения. Следовательно, применение подшипников скольжения в нашем конкретном случае обрекает потребителя на перманентный ремонт оборудования с вытекающими отсюда простоями и непродуктивными затратами.
Теперь о несущей способности подшипников.
О металлфторопласте пишут много, но информация подается в основном рекламного характера. Заявляется, что они могут нести значительные (иногда огромные!) нагрузки в самых невероятных условиях. Понятно, не похвалишь – не продашь.А реально в цифрах – оно как? Попробуем посчитать.
Возьмем, для примера, кузнечный блок станка "Ажур-1М". Применяемые подшипники: 7511 с предельной статической нагрузкой 64 КН (динамическая, как известно, несколько выше).
Применив формулу Дроздова-Гаффнера для подшипников скольжения с твердой смазкой, рассчитаем среднее удельное давление на обойму подшипника скольжения аналогичных размеров при такой нагрузке.
где Р – среднее удельное давление в МПа;
N = 64 КН – нагрузка;
l = 30 мм - длина подшипника;
d = 55 мм – диаметр вала;
jo = 7º – полуугол контакта (методику расчета здесь не приводим ввиду ее сложности, но при желании можно ознакомиться с ней здесь.
Таким образом, получаем: P=318,274 МПа. Максимальное удельное давление обычно принимается:
Следовательно, максимальное удельное давление при нагрузке, равной максимальной нагрузке для подшипника 7511, равно 636,5 МПа.
Для металлофторопластовых подшипников максимальное удельное давление обычно заявляется в диапазоне 100…300 МПа.
Как говорится, комментарии излишни.
Считаем необходимым добавить, что все вышеизложенное никоим образом не порочит металлофторопластовые подшипники. Это замечательное изобретение успешно служит и будет служить в тех конструкциях, где его применение действительно технически оправдано. Но безоглядное увлечение модными тенденциями в технике, как правило, приводит только к пустой трате сил и средств.
Автор: А.Д. Меньшиков, главный конструктор компании «Ажурсталь»
