НЕКОТОРЫЕ ПУТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ КОНСТРУКЦИЙ  ПОДШИПНИКОВ

 СКОЛЬЖЕНИЯ ИЗ МОДИФИЦИРОВАННОЙ ДРЕВЕСИНЫ

 

Шевелева Е.В. (БГИТА, г.Брянск, РФ)

 

Is esteemed problems of application of sliding bearings from modified timber.

 

Большинство случаев отказов оборудования приходится на трущиеся сопряжения, в особенности на их подшипники скольжения, существенным недостатком которых является быстрый износ рабочей поверхности. Замена износившегося подшипника нередко требует длительной остановки машин в целом или ее отдельных узлов. Поэтому создание новых конструкций подшипников скольжения является важным вопросом для повышения долговечности узла трения.

В качестве эффективного  средства обеспечения работоспособности узлов трения по одному из важнейших ее критериев – износостойкости, целесообразно использование подшипников из модифицированной древесины, в том числе древесины термомеханической модификации, т. е. прессованной древесины, благодаря таким преимуществам, как технологичность, недефицитность и воспроизводимость.

Применение модифицированной древесины в узлах трения машин и механизмов обусловлено следующими основными свойствами уплотненной древесины: достаточными прочностными характеристиками, способностью работать в абразивной среде, хорошими демпфирующими свойствами, минимальным износом сопрягаемых деталей, способностью работать при любом смазочном материале, высокой прирабатываемостью поверхности. Кроме этого, учитывая анизотропность прессованной древесины, возможно подбирать для различных условий наиболее выгодное решение, используя разные способы прессования.

Анализ конструкций и способов изготовления подшипников скольжения из прессованной древесины показывает, что наиболее простой и нашедшей применение конструкцией является втулка контурного прессования, представляющая собой цилиндр из древесины с концентрическим расположением волокон. Такие втулки хорошо работают при динамических нагрузках, на удар, но имеют низкую износостойкость.

Более износостойкими являются втулки торцевого и продольного гнутья. Однако гнутье является сложной производственной операцией, что существенно ограничивает область применения такого способа изготовления подшипников скольжения.

Более перспективны конструкции переклейных втулок, изготавливаемых путем прессования предварительно проклеенных заготовок, имеющих взаимно перпендикулярные направления волокон. Разработаны также способы получения втулок из заготовок прессованной древесины одноосного прессования, например секторные, получаемые путем склеивания боковых поверхностей секторов из прессованной древесины, и радиальные втулки, получаемые путем наклейки пластин из прессованной древесины на бумажную ленту с последующим увлажнением в металлической обойме.

Подшипники скольжения на основе модифицированной древесины можно изготавливать из одной древесины либо в комбинации с другими конструкционными материалами. Комбинированные подшипники получают из элементов прессованной древесины путем запрессовки их в пластмассовый или металлический бандаж.

Несмотря на разнообразие конструкций подшипников скольжения из прессованной древесины, все они не в полной мере соответствуют требованиям эксплуатации. Так, подшипники с продольным и поперечным расположением волокон обладают достаточной сопротивляемостью к разрушению в условиях воздействия ударных или вибрационных нагрузок, но износостойкость их в несколько раз ниже, чем у подшипников с радиальным расположением волокон, которые обладают высокой износостойкостью, но плохо выдерживают переменные и ударные нагрузки.

Изменение форм и размеров при эксплуатации в условиях переменной влажности  является основным недостатком работы подшипников из прессованной древесины. Для таких условий разработан способ изготовления втулок из древесных элементов с последующей их запрессовкой в металлические обоймы. Недостатком его является то, что в условиях низкой влажности воздуха втулки теряют влагу, в следствие чего происходит потеря натяга в обойме, что резко снижает срок службы подшипника. Кроме того, используя такие втулки в качестве подшипников скольжения, работающих при повышенных температурах, они также теряют натяг и могут разрушаться при незначительных нагрузках.

Более перспективным является способ получения древесно-металлической втулки, заключающийся в том, что после формирования втулки подвергаются сушке и пропитке, а затем вторично запрессовываются в обойму меньшего диаметра. Однако при циклическом увлажнении и сушке данная конструкция нестабильна.

Выдерживающим условия меняющейся влажности без изменения диаметрального зазора является подшипник скольжения, имеющий комбинированные втулки, выполненные из сегментов прессованной древесины с радиальным расположением волокон и содержащие обойму из прессованной древесины с концентрическим расположением волокон. Недостатком такой конструкции является то, что при эксплуатации происходит скалывание краев пластины внутренней втулки.

Для устранения этого недостатка разработана конструкция подшипника скольжения, имеющего обойму с концентрическим расположением волокон, выполненную с буртами, охватывающими втулку. Наличие буртов делает конструкцию подшипника более устойчивой, позволяет отказаться от операции склеивания втулки с обоймой при работе подшипника в условиях возвратно-поступательного движения и увеличивает долговечность всего узла трения.

Описанные конструкции подшипников скольжения на основе древесины преимущественно возможно использовать при невысоких скоростях скольжения и при незначительной радиальной нагрузке. Такие ограничения связаны главным образом с тем, что в работе узла трения, содержащего детали из прессованной древесины, определяющим фактором является температурный режим вследствие низкой теплопроводности древесины. Увеличение температуры в процессе трения приводит к изменению физико-механических свойств материала и таким образом, к изменению величин коэффициента трения и интенсивности износа. Анализ влияния различных факторов на трение и износ позволяет считать температуру одним из основных факторов, обусловливающих свойства трущихся материалов.  Поэтому с целью повышения долговечности подшипникового узла возникает необходимость в изучении теплофизических свойств материала и в совершенствовании конструкции подшипника. 

Теплота от поверхности трения обычно отводится через металлический корпус или обойму, в которую помещена прессованная древесина, а также через вал. Эффективно применение подшипников из прессованной древесины с металлическими теплоотводящими элементами. Для этого предлагается размещение внутри вкладыша теплопередающего элемента в виде вставок, выполненных из антифрикционного металлического материала. Наличие антифрикционных металлических вставок будет способствовать увеличению теплопроводности вкладыша подшипника, что позволяет значительно снизить тепловую напряженность узла трения и соответственно повысить нагрузочную способность подшипника. Это позволяет использовать подшипник при более высоких скоростях скольжения и радиальных нагрузках. 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. При этом возможно предотвращение абразивного изнашивания подшипника в результате упругих свойств прессованной древесины.

Создавая более совершенные конструкции подшипников скольжения из модифицированной древесины, можно повысить их прочность и износостойкость, при этом возможно расширить области их применения.