К вопросу о повышении долговечности подшипников скольжения из древесных материалов

 

Памфилов Е.А., Евельсон Л.И., Симин А.П., Шевелёва Е.В., Анисова Е.В.

(БГИТА, г.Брянск, РФ)

 

Review of various types of bearings containing wood and composite parts is presented. Some main advantages and disadvantages of such designs are discussed. A possible way to improve reliability properties changing non-metallic elements configuration is proposed. It allows to decrease probability of abrasive wearing and improve thermal balance of the bearings.

 

Применение древесных материалов в узлах трения машин не является новинкой. Более того, в современных экономических условиях применение  дешёвых материалов и создание более технологичных производств является неотъемлемой частью успешного развития предприятия. Поэтому все чаще стали обращаться к технологиям модификации и прессования древесины с целью применения её в машиностроении. Одной из таких технологий является создание подшипников скольжения и подшипниковых узлов из древесных материалов. В настоящее время существует большое разнообразие  конструкций подшипников скольжения из древесных материалов, которые обладают повышенной несущей способностью и  стойкостью к абразивному изнашиванию. Одним из основных достоинств древесины является естественная пористая структура, которая при радиальном расположении волокон и предварительном их насыщении позволяет создать антифрикционную среду, естественный смазочный слой. Но при таком расположении волокон древесина обладает худшими механическими свойствами, поэтому древесный слой с радиально расположенными волокнами помещают внутрь втулки с расположением волокон по образующей. После дальнейшего прессования с целью повышения прочности соединения и твердости получают готовый подшипник скольжения. Такая технология и методика изготовления подшипников была апробирована и описана в работах В.А.Шамаева, М.В. Цыхманова, А.Ф.Рындина, А.А.Шамаева. Общий вид таких подшипников представлен на рис.1.

Подшипник, представленный как вариант а) на рис.1, обладает повышенной несущей способностью благодаря прессованию втулки и обоймы как единого целого, с образованием буртов на кромках подшипника. Эти бурты, так же служат сальниками и фиксирую внутреннюю обойму в осевом направлении. Этот вариант отличается повышенной несущей способностью, но не обладает температурной стойкостью и стойкостью к абразивному изнашиванию. Следующий тип подшипника представленный как вариант б) рис.1, позволяет перераспределять тепло возникающее при трении, путем поочередного вращения вкладыша по внутренней и внешней поверхностям. Как результат, происходит поочередное охлаждение и нагревание втулки и облицовки вала, что предотвращает перегрев рабочих поверхностей. В этом варианте решается проблема перегрева поверхностей, но остается нерешенным вопрос абразивного износа. Третий вариант подшипникового узла представленный как вариант в) рис.1 является полностью закрытой от абразивных частиц системой, в которой две, выполненные из древесного материала втулки, помещены в металлический корпус. При попадании в зону трения абразивных частиц они внедряются в древесину обеих втулок. Твердость внешней втулки больше твердости внутренней, значит, все крупные частицы будут внедряться во внутреннюю втулку, а более мелкие с размерами соизмеримыми с размерами полостей клеток внедряются во внешнюю втулку. Таким образом, трение происходит не столько между частицами и древесиной, сколько между слоями абразива. Для снижения трения внешнюю втулку наполняют твердой смазкой.

Рисунок 1

 

Из сказанного выше можно предположить, что для полноценного применения подшипников скольжения из древесных материалов, необходимо обеспечить отвод  тепла из зоны контакта, чтобы предотвратить термическое разложение древесины, и  принять меры по удалению абразивных частиц из зоны контакта или перераспределению их так, чтобы они наименьшим образом взаимодействовали с рабочими поверхностями.

С этой целью возможно формирование внутренней поверхности подшипника скольжения путем комбинации древесных и металлических элементов, обладающих антифрикционными свойствами. Особая форма расположения этих элементов, позволит создать полости для накопления продуктов трения или попавших в зону трения абразивных частиц. Наличие металлических элементов позволит перераспределить давления и значительно увеличить отвод тепла, тем самым уменьшить вероятность изменения механических свойств древесины от воздействия больших температур. Эти и, возможно, другие конструктивные и технологические методы позволят ещё повысить долговечность подшипников скольжения из древесных материалов и как следствие расширить области их применения.