УДК 621.822.001.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДРЕВЕСНО-МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ВКЛАДЫШЕЙ ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ В МАШИНАХ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА

 

THE USE OF WOOD-METAL THE BEARINGS IN MACHINES OF FOUNDRY PRODUCTION

 

Пилюшина Г.А., Осипов А.А.

(Брянский государственный технический университет, г.Брянск, РФ)

Pilyushina G.A., Osipov A.A.

(Bryansk State Technical University, Bryansk, Russian Federation)

 

Рассмотрены способы изготовления антифрикционных подшипников скольжения из древесно-металлических материалов для машин литейного производства, обладающие повышенной износостойкостью и долговечностью, что способствует снижению затрат на замену изношенных элементов.

The methods of manufacturing antifriction bearings of a woody-metallic materials for machines of foundry production with increased durability and longevity, thereby reducing the replacement cost of worn items.

 

Ключевые слова: подшипник скольжения, модифицированная древесина, древесно-металлический вкладыш, металлическая вставка

Key words: bearing, modified wood, wood-metal insert metal insert

 

В машинах литейного производства широкое применение получили подшипники скольжения с втулками из чугуна марки АЧС-1 или АЧК-2, из-за своей низкой стоимости, общедоступности и небольшого коэффициента трения по сравнению с другими подшипниковыми материалами. Однако чугунные подшипнике скольжения быстро изнашиваются и подлежат замене. Это связано с тем, что литейные машины работают при высоких температурах, а также длительных циклических и вибрационных нагрузках. Кроме того, эксплуатация литейного оборудования осуществляется в условиях запыленного воздуха, из-за работы с песчано-глинистыми смесями, что обусловливает попадание абразива в узлы трения литейных машин

Таким образом, чугунные подшипники скольжения подвержены усталостному и абразивному изнашиванию.

Использование подшипников скольжения со стальным вкладышем также не дает высокой надежности, так как стальные вкладыши плохо прирабатываются, подвержены чрезмерному схватыванию и образованию задиров.

Для повышения работоспособности подшипников скольжения в машинах литейного производства представляется целесообразным использовать в качестве вкладыша древесный композит с металлическими включениями, обладающий высокой износостойкостью, достаточными прочностными характеристиками, способностью работать при наличии абразива в зоне трения, демпфирующими свойствами, минимальным износом сопрягаемых деталей, высокой прирабатываемостью рабочих поверхностей, а также способностью работать в условиях ограниченной смазки.

В то же время многие известные конструкции подшипников скольжения из древесно-металлических композиционных материалов не всегда имеют характеристики, достаточные для обеспечения требуемой работоспособности узлов литейного оборудования.

Поэтому для повышения долговечности узлов трения машин литейного производства необходимо совершенствовать конструкции подшипников скольжения, предусматривая использование модифицированной древесины в качестве антифрикционного материала. Однако должная работоспособность таких антифрикционных материалов и их экономическая эффективность могут быть достигнуты только при условии оптимизации их теплофизических характеристик, виброгасящих свойств и путем совершенствования технологии изготовления.

При выборе материала вкладыша подшипника скольжения следует учитывать, что узлы трения в машинах литейного производства работают при граничной смазке, подвергаются воздействию абразивных и химически активных сред, вибрации и циклическим нагрузкам.

Для изготовления подшипников скольжения используют древесину термомеханической модификации - прессованную древесину (ДП). При прессовании предварительно пропаренной или нагретой древесины происходит изменение макроструктуры древесины, увеличение плотности и улучшение показателей связанных с ней свойств. Для получения ДП используют мягкие и твердые лиственные, а также хвойные породы. Прессованная древесина имеет в несколько раз большую прочность, твердость и ударную вязкость, чем натуральная древесина. Она обладает достаточно хорошими антифрикционными свойствами и может быть использована для изготовления подшипников вместо бронзы, баббита и других металлов. Прессованную древесину можно дополнительно модифицировать, наполняя ее маслами, металлами или полимерами [2].

При использовании древесины в качестве матрицы для изготовления антифрикционных материалов существенный эффект достигается в результате наполнения ее металлическими материалами. Материалы, создаваемые таким образом, имеют повышенные физико-механические и антифрикционные характеристики, по сравнению с каждым из исходных материалов [1].

Древесную матрицу, для отвода тепла, наполняют теплоотводящими элементами, изготовленных из легкоплавких металлических материалов. Использование такого композита при производстве вкладыша подшипника скольжения снижает расход высокотеплопроводного металла при одновременном повышении теплоотводящей способности, фактор присутствия древесины увеличивает демпфирующие показатели и антифрикционные свойства.

Благодаря тому, что коэффициент теплопроводности антифрикционных металлических материалов гораздо больше, чем у древесины, основное тепло, образующееся при трении, будет выходить через металлические включения, что значительно снижает вероятность термического разложения древесной составляющей, которое может происходить при высоких температурах. Также металлические элементы из антифрикционного материала позволяют понизить коэффициент трения и, соответственно, тепловыделение на фрикционном контакте. С другой стороны, в сравнении с металлическими материалами, древесина обладает свойством в значительно большей степени демпфировать механические колебания в подшипниковом узле.

Одним из наиболее важных факторов является задание благоприятного уровня концентрации металлической фазы в объеме подшипникового материала, ее дисперсности и химического состава. Кроме того, важным фактором, оказывающим существенное влияние на теплофизические и диссипативные характеристики древесно-металлического материала, является среднее расстояние между металлическими вставками в древесной матрице, которое определяется по представленной формуле

,

где d1,d2внутрений  и внешний диаметры вкладыша, b – ширина вкладыша, n- количество вставок, dвст – диаметр вставки.

Глубина залегания металлических частиц от поверхности заготовки определяет величину припуска на механическую обработку внутренних диаметров вкладышей подшипников скольжения. Величина припуска в свою очередь определяет соотношение площадей металлической и древесной фаз на обработанной поверхности древесно-металлического вкладыша.

Металлические включения могут иметь различную форму, прямоугольную, сферическую, в виде конуса, тавра и т.п. В качестве стальной вставки можно использовать металлическую сетку или навивку из металлической ленты [4]. 

Для создания дополнительных сжимающих напряжений в древесно-металлическом вкладыше нами предожено использовать навивку из металлической ленты и пружины.

Технология изготовления такого антифрикционного древесно-металлического композита заключается в том, что подшипник скольжения выполняется с вкладышем из модифицированной древесины с теплопроводящим элементом в виде металлической полосы, расположенной по спирали между слоями проклеенной древесины [3]. Схема данной заготовки представлена на рис.1. Изготовление подшипника производится одновременной навивкой металлической полосы и проклеенных слоев древесины по спирали.

Древесная составляющая подшипника скольжения при температуре выше 140°С подвергается термическому разложению. Избежать этого можно, если вкладыш будет работать в режиме, при котором тепловыделение не превысит установленный температурный предел. Основное тепло, выделяемое при трении стального вала о поверхность вкладыша, выходит через теплоотводящие элементы.

Рисунок 1- Вкладыш подшипника скольжения:

1 – проклеенная древесина,2 – металлическая лента, 3 - пружина.

 

Эффективность отвода тепла можно повысить применением в конструкции пружины, навитой также по спирали между слоями проклеенной древесины. При такой конструкции не только увеличивается теплоотводящая способность вкладыша, но также, за счет стягивающего эффекта пружины, увеличивается его прочность. Температура плавления материала теплоотводящих элементов должна быть ниже температурной деструкции древесной матрицы и находится в пределах от 100 до 140°С. Материал ленты и пружины для увеличения отвода тепла изготавливают из материалов высокой теплопроводности, например меди, алюминия, бронзы.

Таким образом, использование подшипников скольжения с вкладышем из модифицированной древесины с теплоотводящими элементами в виде металлической ленты и пружины позволит повысить работоспособность и долговечность литейных машин и оборудования.

 

Список использованных источников

1. Шевелева, Е.В. Разработка композиционных древесно-металлических материалов для изготовления вкладышей подшипниковых узлов [Текст] / Е.В. Шевелева//Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. 2015. Т. 3. № 9-2 (20-2). С. 107-110.

2. Памфилов Е.А. Перспективные материалы для узлов трения деревообрабатывающего оборудования[Текст]/Е.А. Памфилов, Е.В. Алексеева// Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. 2015. №44(346). С.113-124.

3. Пат. 2432508 Российская Федерация, МПК F16C 33/04 F16C 33/24. Подшипник скольжения [Текст] / Е.А. Памфилов. О.В. Сидоров, Е.В. Шевелева, Е.В.Алексеева, Г.А. Пилюшина. Брянская гос. инженерно технол. академия.  № 2007143028/11; Заявл. 20.11.2007; Опубл 27.10.2011. Бюл. № 30.3.

4. Пат. 108519 Рос. Федерация, МПК F16С 33/24/ Подшипник скольжения [Текст]/ Е.А.Памфилов, А.А.Лукаш, Б.Н.Прусс, Г.А.Пилюшина//заявл. 07.04.2011; опубл. 20.09.2011, Бюл. № 26.