Przewodnik do wyboru materiałów łożysk

Wybór materiałów łożysk ma bezpośredni wpływ na niezawodność i żywotność układów mechanicznych, co wymaga dostosowania do warunków eksploatacyjnych (obciążenia, prędkości, środowiska).Główne materiały łożyskowe podzielone są na trzy rodzajePoniżej przedstawiono analizę techniczną ich właściwości i scenariusze zastosowania.

I. Materiały metalowe: podstawowy wybór dla nośników o wysokiej wytrzymałości

1. Stopy łożysk (stopy Babbitt/metale białe)

• Skład i struktura: Stopy miękkiej matrycy o bazie cyny lub ołowiu, zawierające twarde ziarna cyny antimonowej (Sb-Sn) i cyny miedzianej (Cu-Sn).
• Główne zalety:
  • Miękka matryca zapewnia wysoką elastyczność i zgodność, podczas gdy twardy ziarno zwiększa odporność na zużycie;
  • Wyjątkowa możliwość osadzania (pozwala na osadzanie się cząstek zanieczyszczeń, zapobiegając zadrapaniach w dzienniku) i właściwości antylepiczne;
  • Dobra przewodność cieplna (zmniejsza akumulację ciepła przez tarcie) i adsorpcja oleju (poprawia smarowanie).
• Ograniczenia:
  ▪ Niska wytrzymałość, wymagająca stosowania jako cienka powłoka (0,5-5 mm) odlewana na łuski z brązu, stali lub żeliwa;
  ▪ Wysokie koszty, nadające się do zastosowań z dużym obciążeniem i średnią prędkością, wymagających rygorystycznego smarowania (np. turbiny parowe, wały główne silników spalinowych).

2. Stopy miedziane

• Typowe typy:
  ▶Złote brązowe: doskonałe właściwości przeciwtarcia, stosowane w scenariuszach średniej prędkości ciężkich ładunków (np. łożyska wału śmigłowego statków morskich), ale o gorszej zgodności z stopami łożysk;
  ▶Ołów, brąz: Wysoka zdolność antykoncepcyjna, odpowiednia do szybkich ciężkich ładunków (np. łożyska silników lotniczych);
  ▶Aluminiowy Brąz: Wysoka wytrzymałość i twardość, słaba odporność na ataki, stosowana w niskich prędkościach ciężkich ładunków (np. łożyska maszyn górniczych).
• Wspólne zalety: Wyższa twardość i ładowność niż stopu łożysk, zapewniając lepszą efektywność kosztową.

3. Stopy na bazie aluminium

• Charakterystyka techniczna:
  • Niska gęstość (około 1/3 stopów miedzi), silna odporność na korozję i wysoka wytrzymałość na zmęczenie;
  • Można je wytwarzać jako monometalowe komponenty lub struktury bimetalowe (włókna na bazie aluminium + oparcie stalowe), zastępując niektóre stopy łożysk i brązy.
• Wnioski: łożyska silników samochodowych, łożyska sprężarek w scenariuszach średniego obciążenia i dużych prędkości.

4. Żelazo odlewane (żelazo odlewane szare/żelazo odlewane odporne na zużycie)

• Mechanizm wzmocnienia: płatki grafitowe (lamelowe lub węzłowe) tworzą stałą warstwę smarową, absorbującą smary w celu poprawy smarowania granicznego.
• Ograniczenia:
  ▪ Brzydkie i słabo układające się, nadające się tylko do zastosowań o niskiej prędkości przy lekkim obciążeniu (np. maszyny rolnicze, łożyska narzędzi ręcznych);
  ▪ Wymaga smarowania, nie nadaje się do pracy w warunkach obciążenia uderzeniowego.

II. Materiały niemetalowe: rozwiązania dla specjalnych środowisk

1. Materiały polimerowe (plastiki)

• Powszechne typy:
  ▶ żywica fenolowa: odporna na wysokie temperatury (150°C), wysoka wytrzymałość, stosowana w łożyskach skrzyni biegów;
  ▶ Nylon (PA): Dobry samoczmożenie, absorpcja wstrząsów, odpowiedni do zakurzonego środowiska;
  ▶ Polytetrafluoroetylen (PTFE): Niezwykle niski współczynnik tarcia (0,04), odporny na korozję, nadaje się do pracy bez użycia smaru.
• Ograniczenie zastosowania:
  ▪ słabe przewodnictwo cieplne (1/200 stali), wymagające kontroli prędkości pracy (≤0,5 m/s) i ciśnienia (≤3 MPa);
  ▪ Wysoki współczynnik rozszerzenia liniowego (10 razy większy niż w przypadku stali), wymagający odległości do przestrzeni 2 – 3 razy większej niż w przypadku łożysk metalowych;
  ▪ Niska wytrzymałość i skłonność do pełzania, nie nadające się do dokładnych łożysk.

2Materiały węglowo-grafitowe

• Zalety wydajności:
  • Wykorzystanie urządzeń do "przewodnictwa" lub "przewodnictwa" do "przewodnictwa" lub "przewodnictwa" do "przewodnictwa" lub "przewodnictwa" do "przewodnictwa" lub "przewodnictwa".
  • Odporność na wysoką temperaturę (ponad 600°C), odporność na korozję, odpowiednia do środowisk próżniowych lub silnie korozyjnych (np. łożyska pomp chemicznych).
• Nieruchomości materialne: Wyższa zawartość grafitu prowadzi do niższej twardości i mniejszego współczynnika tarcia (tak niskiego jak 0,08).

3Kauczuk i drewno

• Kauczuk: wysoka elastyczność, adsorpcja zanieczyszczeń, stosowane w środowiskach smarowanych wodą lub zanieczyszczonych (np. łożyska urządzeń do oczyszczania ścieków);
• Drzewo: Strukturę porowatą do impregnacji olejem, odpowiednią do zakurzonych środowisk (np. łożyska maszyn tekstylnych, maszyn rolniczych), wymagającą obróbki powierzchni w celu zwiększenia odporności na zużycie.

III. Porowe materiały metalowe: optymalne dla scenariuszy samo-smarowania

1Zasada materialna

• Proces produkcji: Proszki metalowe (głównie żelazo/brąz) są tłoczone i spiekane do porowatej struktury (porowatość 10%~35%), nasycone olejem przed użyciem do tworzenia łożysk impregnowanych olejem.
• Mechanizm smarowania:
  ▶ Podczas pracy: Obrót dziennika i wzrost temperatury uwalniają olej z porów na powierzchnię tarcia;
  ▶ Podczas wyłączenia: Działanie kapillarne odciąga olej z powrotem do łożyska, umożliwiając okresowe samo-smarowanie.

2Typowe materiały i zastosowania

• Żelazo porowe: Wyższa wytrzymałość, stosowana w scenariuszach średniego obciążenia przy niskich prędkościach, takich jak obudowy młyne, łożyska wału bieżnikowego silnika spalinowego;
• Brąz porowaty: Dobra odporność na zużycie, odpowiednia do wentylatorów elektrycznych, maszyn tekstylnych i łożysk generatorów samochodowych (obciążenie ≤10MPa, prędkość ≤2m/s).
• Zalecenia dotyczące stosowania: Regularne uzupełnianie oleju w celu zapewnienia optymalnej wydajności, nieodpowiednie dla obciążeń uderzeniowych lub dużych prędkości (> 3 m/s).

Odniesienie do decyzji o selekcji

Wniosek

1. Ciężkie obciążenie i duża prędkość: priorytetowe łącze łożysk lub ołowiu brązu z systemami przymusowego smarowania;
2. Środowiska żrące/bez oleju: stosowanie tworzyw sztucznych PTFE lub materiałów węglowo-grafitowych, wymiana pewnej zdolności obciążeniowej dla przystosowania się do środowiska;
3. Niedrogie samosmarowanie: Porowate materiały metalowe są idealne w przypadku scenariuszy niskiej prędkości i ładunku lekkiego.
   Poprzez kompleksową ocenę parametrów takich jak obciążenie, prędkość, temperatura i środowisko i połączenie właściwości fizyczno-mechanicznych materiału z kosztami,można znacznie zwiększyć żywotność łożysk i niezawodność eksploatacyjną urządzeń,.