Материалы и расчетные характеристики подшипников качения для условия сухого трения (стр. 6 из 7)

После 79 ч работы, в течение которых было 30 пусков и остановов, появился звук, характерный для подшипника, близкого к заклиниванию. Подшипник вышел из строя через 86ч вследствие, заклинивания от попадания в зазоры мелких частиц металла, образовавшихся при изнашивании сепаратора.

Второй подшипник проработал в этих условиях 107 ч. На внутреннем и особенно на наружном кольце наблюдались натиры, имеющие вид блестящего желобка. Остальные места колец и другие детали были покрыты бурым налетом. Наблюдался ярко выраженный износ подшипника при сухом трении с отделением микрочастиц металла (шелушение) и химическим превращением железа в окисел, выпадающий в осадок. Частицы интенсивного коррозионно-механического изнашивания, попадая в зазоры подшипника, заклинивали его.

В результате этих испытаний был сделан вывод о том, что подшипники из стали ШХ15 со штампованными стальными сепараторами непригодны для работы в условиях смазывания жидкими углеводородами легких фракций. Их срок службы даже при низких контактных напряжениях (менее 10 000 кгс/см3) не превышает 100 ч.

К таким же результатам приводят испытания стандартных подшипников в дистиллированной воде. По данным шведской фирмы СКФ их долговечность снижается в 10 раз, а по экспериментам ВНИПП, — иногда в 100раз. Отсюда использование в режиме сухого трения стандартных шарикоподшипников невозможно.

В последние годы во ВНИПП проф. Н. А. Спицыным и его учениками были разработаны конструкции и исследованы опытные партии шарикоподшипников, способных работать достаточно долговечно без подвода нефтяных смазывающих веществ при сухом трении в нормальных условиях в атмосфере и в вакууме при повышенных температурах и частотах вращения. Сотрудниками ВНИПП и автором были исследованы новые шарикоподшипники для работы в коррозионных средах без смазки.

К решению проблемы создания таких шарикоподшипников подходят несколькими путями. Одним из них является разработка конструкции подшипников, смазываемых в процессе работы твердыми смазывающими веществами, другим — изыскание конструкционных самосмазывающихся материалов для сепараторов, способных в условиях сухого трения обеспечивать смазывание трущихся элементов подшипника твердыми пленками. Кроме того, важным этапом разработки шарикоподшипников без смазки является исследование и применение новых коррозионно-стойких и жаропрочных подшипниковых сталей и сплавов для колец и шариков. К шарикоподшипникам, имеющим постоянный запас смазывающего материала на весь период эксплуатации, относятся также стандартные шарикоподшипники с двусторонними встроенными уплотнениями по ГОСТ 8882—58, которые здесь не рассматриваются.

Материалы и конструктивные особенности подшипников качения для режима сухого трения в вакууме.

Использование обычных смазок в подшипниках, работающих в вакууме рентгеновских спектрометров, электровакуумных устройств и другой аппаратуре неприемлемо. Вследствие высокой упругости паров большинство жидкостей и смазок в вакууме испаряется и теряет свои смазывающие свойства. Действие температуры еще более усугубляет этот процесс. В данном случае никакие уплотнения не способны поддержать вакуум на определенном уровне. Поэтому применение подшипников без подвода смазок в условиях вакуума является актуальным вопросом вакуумной техники.

Разработка шарикоподшипников для вакуума до 10-9мм.рт.ст. с температурой от –100 до +500 ºС при воздействии магнитных полей и индуктивных электрических токов, вибраций с высокими частотами вращения и нагрузок представляет собой трудности. В этих условиях нефтяные смазочные материалы оказываются совершенно неработоспособными, а попытки применения шарикоподшипников с твердосмазочными покрытиями не увенчались успехом из-за недостаточного срока службы. Одним из путей создания подшипника качения без смазки в этих условиях является использование самосмазывающихся сепараторов. Эти подшипник качения имеют особенности в конструкции самого подшипника, а также в подборке антифрикционных композиционных материалов для сепараторов, обеспечивающих возможность работы без вводимого извне смазочного материала, фактически являющихся твердой смазкой для подшипника.

В качестве твердосмазочных покрытий для шарикоподшипников могут быть использованы металлические пленки из золота, серебра, свинца, висмута и других мягких материалов. Особенно такие покрытия эффективны в вакууме из-за низкой упругости паров.

Трущиеся поверхности шарикоподшипников могут также покрываться фторопластом и различными композиционными покрытиями с металлическими и иными добавками.

1 – золото

2 – серебро

3 – серебро с дисульфидом молибдена

4 – серебро с сульфидной пленкой

5 – свинец

6 – свинцовый висмут

8 – фторопласт

Подшипник 1 вышел из строя.

Подшипники 2,3,4 работа прекращена из-за резкого возрастания момента трения.

Подшипники 5 вышел из строя через 1000ч.

Подшипник 6 вышел из строя через 1650ч.

Подшипник 7 опыт прекращен через 1240ч, мог работать и больше.

Подшипник 8 опыт прекращен через 2200, мог работать и больше.

Твердосмазочные покрытия для шарикоподшипников не получили широкого распространения вследствие невозможности их восстановления в процессе эксплуатации, а так же из-за ограничения по частотам вращения и нагрузкам.

В качестве материалов для работы в глубоком вакууме, исследовались большое количество различных композиций на основе фторопласта с наполнителями марок МС-13 (с медью и дисульфидом молибдена) и других композиций по ОСТ В 6-05-5018-73, а так же металлополимерные материалы на основе капрона с дисульфидом молибдена и других материалы на основе фторопласта-4: металлофторопластовые марки ФН-202 (ОСТ В 6-05-5018-73), содержащий никель и дисульфид молибдена, графитофторопластовой марки АФГ-80ВС по ОСТ 48-75-73, содержащий графит, а также группа материалов АМАН на основе материалов с высоким содержанием дисульфида молибдена (АМАН-6, АМАН-24, ТЕСАН-2) и бронзовая металлокерамика ВАМК-24 с дисульфидом молибдена. Применяют самосмазывающиеся сепараторы из композиций фторпласт-4 + дисульфид молибдена + стекловолокно (Ф4Г20М5С10 и Ф-4С15).

Шарикоподшипник 36205 с сепараторами из фторопласт-4, фторопласт-40 м бронзой (Ф40Б70). Например однорядный радиальный подшипник с материалом сепаратора – стальной штампованный без смазки с покрытием дисульфидом молибдена, работает до 400ºС, или корончатый массивный бронзовый (БрАЖМц 10-3-1,5 с ………. Дисульфидом молибдена), до 400ºС. АМАН-24, ФН-202 до 500ºС. Для радиально-упорного подойдут АМАН-24, ФН-202, до 250ºС.

На основе ШХ-15:

АМАН-4 (материал на основе термостойкой смолы и дисульфида молибдена)

Пористая бронза металлокерамики марки ВАМК-1, пропитанный дисульфидом молибдена.

Бронза БрАЖМц 10-3-1,5 с запрессованной смазкой (50% - фторопласт-4 + 50% дисульфид молибдена)

Ф40К20 (фторопласт-40 с 20% коксовой муки)

Ф40Б30 (фторопласт-40 с 30% бронзовой пудры)

Подшипники качения с самосмазывющимися сепараторами для работы в жидких агрессивных средах.

Подшипники должны быть (или или):

С защитой подшипниковых узлов герметичными уплотнениями и обеспечением шарикоподшипниковой или циркуляционной системой.

С применение коррозионно-стойких шарикоподшипников со смазывающей рабочей средой (или одним из её компонентов) без уплотнительных устройств.

Для 1-го подойдет ШХ-15.

Для 2-го - Нержавеющая сталь 95Х18Ш :

с сепараторами из бронзы БрАЖМц 10-3-1,5 , где скорость вращения до 1000 об/мин.

с сепараторами из текстолита и фторопласта-4, где скорость вращения до 3000об/мин.

Материал детали радиального или радиально-упорного шарикоподшипника		Агрессивная среда	Смазывающее вещество	Контактное напряжение,δmax, кг/см2	κ
кольца	сепараторы
Сталь95Х18	БрАЖМц 10-3-1,5	Вода дистиллированная	Пластичная смазка	10000-30000	0,25
95Х18	Сталь12Х18Н9	Влажный воздух с попадание воды	Влагостойкой минеральное масло	–	0,8
ШХ-15	Бронза или текстолит	Водяной пар	Влагостойкой минеральное масло	12000	1,0
95Х18	Фторопласт-4 + 15% стекловолокна (Ф4С15)	Криогенные жидкости (кислород, водород)	Криогенные жидкости	15000	0,15 – 0,2
ШХ-15	БрАЖМц 10-3-1,5	Керосин Т-1 , Т-2	керосин	До 20000	1,0
ШХ-15	Бронза с запрессованной твердой смазкой (50% фторопласт-4, 50% дисульфид молибдена)	Воздух	Без смазки	10000 - 18000	0,1 – 0,3
Х32Н8	Фторопласт-4	Азотная кислота	Азотная кислота	10000	0,1

Ф40С15М1,5 ; Ф40М30 ; Ф40Г20 ; Ф40Б70 – композиции фторопласта-40П с ситалитом, дисульфидом молибдена, графитом, бронзой

Материалы подшипников скольжения.

Наименование	Марка	T max
Текстолит	ПТК,ПТМ1, ПТМ2	130-140
Фторопласт	Ф-4 Ф-40	250160
Фторопластоваякомпозиция	Ф-4К207В-2А	200250
Углепластик	АМС-1	-60-200
Графит	АГ-15002П-1000	300400
Чугун	АЧС-1АЧВ-1	350
Бронза	БрОЦС5-5-5БрОФ10-1	250

При высокой температуре подшипники минералокерамические исходное сырье окись алюминия Al2O3 из которой получают корундовую керамику ЦМ-332 и окись магния и кремния MgO,S,O2 из которых получают стеатитовую керамику ТК-21.