ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МОДИФИЦИРОВАННОЙ ДРЕВЕСИНЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ  ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ

 

Шевелева Е.В., Симин А.П. (БГИТА, г.Брянск, РФ)

 

The possibility of using of modified timber for manufacturing of sliding bearings is reviewed.

 

Работа большинства машин и механизмов сопровождается вибрациями различной природы, что приводит к ослаблению соединений, разрушению опор, ускоряет процесс изнашивания деталей машин.

Для подшипников скольжения, работающих в условиях динамического нагружения, характерны условия смешанной или граничной смазки. В этом случае свойства виброизоляции определяются как масляным слоем, так и свойствами материалов деталей скольжения.

Для изготовления подшипников скольжения используют различные материалы. Особый интерес представляют материалы, изготовляемые из модифицированной древесины, получаемой на основе натуральной древесины путем ее прессования. При прессовании древесина уплотняется, вследствие чего повышаются её физико-механические свойства. При этом свойственная прессованной древесине анизотропность дает возможность подбирать для каждого случая применения наиболее выгодное решение, используя различные способы прессования.

Прессованная древесина обладает преимуществами перед другими антифрикционными материалами: простотой изготовления и ремонта вкладышей подшипников, высокими механическими и антифрикционными свойствами, надежностью в работе, высокой экономичностью, недефицитностью и низкой стоимостью. Способность прессованной древесины работать в абразивной среде с минимальным износом является важным преимуществом перед другими подшипниковыми материалами. Прессованная древесина надежно работает при любом смазочном материале, а в определенных условиях без него. Такое же явление, как заедание, случающееся при работе металлических пар трения, в паре трения с прессованной древесиной вообще исключено.

Важным является то, что прессованная древесина это материал с хорошими демпфирующими свойствами, её применение в этом случае предупреждает или уменьшает вероятность появления вредных колебаний.

Прессованная древесина при сжатии способна накапливать большее количество потенциальной энергии, чем антифрикционные металлы при равных напряжениях. Удельная потенциальная энергия U, накапливаемая материалом при сжатии, определяется как , где  - напряжение, МПа; Е – модуль упругости, МПа.

В связи с тем, что древесина является анизотропным материалом, модуль упругости имеет различные значения по разным направлениям. Для прессованной древесины при сжатии вдоль волокон модуль упругости в 10-15 раз, а при сжатии поперек волокон в 200-250 раз меньше по сравнению с антифрикционными металлами, поэтому при одном и том же напряжении с металлом прессованная древесина способна накапливать в такое же число раз больше количество потенциальной энергии. 

По величине накопления потенциальной энергии, как известно, можно судить о способности материала сопротивляться ударным и вибрационным нагрузкам: чем больше эта величина, тем лучше материал сопротивляется таким нагрузкам. Прессованная древесина при сжатии поперек волокон обладает большой прочностью и в тоже время значительной податливостью, в результате чего наибольшее количество потенциальной энергии прессованная древесина способна накапливать при сжатии поперек волокон, в этом случае она является своеобразным амортизатором.

Узлы трения, в которых прессованная древесина воспринимает ударные или вибрационные нагрузки, рекомендуется конструировать так, чтобы продольная ось вала совпадала с направлением волокон. Такое расположение волокон гарантирует значительную прочность и хорошую деформируемость.

Ограничения применения древесных материалов связаны главным образом с низкой теплопроводностью и механическими характеристиками древесины. Предлагается совершенствовать эти свойства путем модификации материала подшипника и введения дополнительных теплопроводящих элементов.

Распространенные конструкции подшипников скольжения из модифицированной древесины имеют низкую теплопроводность и механические характеристики, недостаточные для обеспечения работоспособности многих машин. Поэтому предлагается улучшить эти свойства путем размещения внутри вкладыша металлических вставок, имеющих форму тавра, которые повышают теплопроводность контактирующего слоя и позволяют использовать подшипник при более высоких скоростях скольжения и вибрациях. Благодаря тому, что коэффициент теплопроводности металлической вставки больше, чем у древесины, основное тепло, образующееся при трении, будет выходить через металлические вставки на вал, что значительно снижает вероятность термического разложения поверхности древесины и, тем самым, увеличивает долговечность подшипника. С другой стороны, прессованная древесина обладает свойством демпфировать механические колебания в подшипниковом узле, тем самым предохраняет от действия вибрационных и ударных нагрузок в процессе эксплуатации подшипника, повышая его надежность.

Комплексный подход совершенствования конструкции подшипника скольжения позволяет повысить его прочность и износостойкость при работе в условиях вибрационных и ударных нагрузок и создать более совершенные конструкции подшипников скольжения из  комбинации древесных и металлических элементов.