La función de los cojinetes deslizantes es soportar cargas y deslizarse entre sí. Los cojinetes deslizantes se pueden dividir en dos tipos: fricción aumentada y fricción reducida. Los cojinetes deslizantes del cigüeñal de los motores de combustión interna son antifricción y su capa de aleación de cojinete debe ser un material de bajo coeficiente de fricción, que también reduce la fricción y el desgaste de los cojinetes. Los casquillos de cojinete de aleación son pares de fricción importantes en los motores. La aleación resistente al desgaste utilizada para fabricar cojinetes deslizantes y su revestimiento se llama aleación para cojinetes, también conocida como aleación para cojinetes deslizantes o aleación para cojinetes.
1. Características de rendimiento y microestructura de casquillos de cojinetes de aleación para motores de combustión interna.
La función de los cojinetes deslizantes no es solo soportar las piezas giratorias sino también soportar la fuerza de inercia de las piezas móviles a presión de gas, así como soportar la carga térmica generada por la fricción. En el rodamiento, la parte del rodamiento que contacta directamente con el eje soporta la carga y tiene movimiento relativo con el eje. Para reducir la fricción y el desgaste, se imponen diversos requisitos al material del rodamiento. Además de requerir un bajo coeficiente de fricción y resistencia al desgaste entre los pares de fricción, también se deben cumplir los siguientes puntos: debe tener suficiente resistencia a la compresión, resistencia a la fatiga y capacidad para soportar impactos.
La parte del eje sostenida por rodamientos se llama muñón, las partes que coinciden con el muñón se llaman buje de rodamiento, el buje de rodamiento cilíndrico se llama manguito y la parte donde se instala el buje de rodamiento se llama colectivamente carcasa. La mitad superior se llama tapa del cojinete y la mitad inferior se llama asiento del cojinete. La tapa y el asiento están conectados mediante pernos, y la superficie de unión de ambos se localiza mediante un tope o un pasador. Se pueden colocar arandelas de diferentes espesores para ajustar la holgura del rodamiento.
El semicojinete de un motor de combustión interna es un componente deslizante del cojinete deslizante del motor de combustión interna, con una superficie cilíndrica semicircular en forma de baldosa, llamada semicojinete. Debido al gran peso del eje del motor de combustión interna, no se pueden utilizar rodamientos, solo se pueden utilizar rodamientos deslizantes. La superficie de unión de la mayoría de los rodamientos es horizontal y también los hay inclinados para adaptarse al requisito de que la dirección de la carga sea casi perpendicular a la superficie de la unión. Para facilitar la entrada de aceite lubricante entre las superficies de fricción, hay orificios de inyección de aceite en la tapa del cojinete y ranuras de aceite axiales en el casquillo del cojinete para distribuir el aceite lubricante. Las tapas y los asientos de los cojinetes están hechos en su mayoría de hierro fundido, y los que soportan cargas pesadas están hechos de acero fundido o placas de acero soldadas.
Existen varios tipos de rodamientos deslizantes radiales, incluidos los de tipo partido, de tipo integral, de tipo brida y de tipo autoposicionante. La tapa del rodamiento de tipo dividido se puede abrir para una fácil instalación en el cuello del eje, y es fácil ajustar la holgura del rodamiento después de que se desgasta el casquillo del rodamiento. La estructura de soporte integral es simple, pero el muñón debe instalarse desde un extremo y la holgura no se puede ajustar después del desgaste. La superficie de instalación del rodamiento con brida es perpendicular a la línea central del rodamiento. Los rodamientos de autoposicionamiento pueden ajustar automáticamente el eje para adaptarse a la deformación por flexión del eje. El diámetro interior de un rodamiento deslizante radial se llama diámetro del rodamiento. La dimensión axial del semicojinete se denomina ancho del rodamiento. La relación entre el ancho y el diámetro del rodamiento se denomina relación de aspecto y generalmente se toma como {{0}}.4-1.5. Para reducir las dimensiones axiales (como en los motores de combustión interna), también se toma como 0,25.
En los rodamientos deslizantes, el casquillo y el revestimiento del rodamiento se utilizan directamente junto con el cuello del eje, lo que provoca fricción entre ellos y también cargas alternas y de impacto en los rodamientos. Debido al complejo proceso de fabricación, el alto costo y la difícil sustitución del eje, que es un componente importante de la máquina, para garantizar un desgaste mínimo del eje, la dureza del casquillo del cojinete debe ser mucho menor que la del muñón. Si es necesario, se puede sustituir el casquillo del cojinete desgastado y seguir utilizando el eje.
Los cojinetes deslizantes deben tener suficiente resistencia a la compresión y a la fatiga; Buen rendimiento antifricción (bajo coeficiente de fricción); Buena reserva de función del aceite lubricante; Buen funcionamiento en rendimiento; Buena conductividad térmica y resistencia a la corrosión; Buen desempeño del proceso; Haga que sea fácil de fabricar y asequible. Si un material no puede cumplir los requisitos de rendimiento anteriores simultáneamente, se pueden fundir aleaciones para cojinetes deslizantes sobre el casquillo del cojinete de acero 08 mediante el método de fundición para producir cojinetes bimetálicos.
2. Materiales de aleación de uso común para bujes de cojinetes de motores de combustión interna.
Los materiales para cojinetes deslizantes de motores de combustión interna son materiales que se utilizan para fabricar piezas como casquillos y manguitos de cojinetes. Estas piezas son pares de fricción que encajan directamente con el eje o muñón. Los materiales de los cojinetes deslizantes deben tener una buena reducción de la fricción, resistencia al desgaste, incrustación, cumplimiento, resistencia a la corrosión y suficiente capacidad de carga para reducir la fricción y el desgaste y extender la vida útil de los cojinetes. Los casquillos del cojinete están hechos de materiales para cojinetes deslizantes con buenas propiedades antifricción, incluidos materiales metálicos (como aleaciones de cobre, aleaciones de aluminio y aleaciones Babbitt) y materiales no metálicos (como plástico, grafito, caucho y madera). Algunos materiales metálicos con buenas propiedades antifricción tienen baja resistencia (como la aleación Babbitt) y solo se moldea una capa en la superficie del rodamiento con material de alta resistencia, llamada revestimiento del rodamiento. La parte que soporta el revestimiento del rodamiento se llama respaldo del rodamiento y comúnmente está hecha de acero dulce, hierro fundido o bronce. Para mejorar aún más el rendimiento de la superficie del revestimiento del rodamiento, se puede recubrir su superficie con una fina capa de metal (como el indio) con mejores propiedades antifricción. Un rodamiento hecho de múltiples capas de diferentes materiales metálicos se denomina rodamiento metálico multicapa. Un rodamiento de paredes gruesas es aquel en el que la forma del orificio interior no se ve afectada significativamente por la forma del orificio del asiento del rodamiento; La forma del orificio interior depende principalmente de la forma del orificio del asiento del rodamiento, lo que se denomina rodamiento de pared delgada. Los casquillos de cojinete de paredes delgadas se utilizan ampliamente en máquinas producidas en masa, como motores de combustión interna y compresores de aire.
Los principales elementos (indicadores) para evaluar los materiales de los cojinetes deslizantes incluyen: resistencia a la compresión y resistencia a la fatiga, resistencia al desgaste, rodaje, compatibilidad con la fricción para evitar la adhesión con el muñón, cumplimiento para compensar el mal ajuste inicial de la superficie deslizante, incrustación de partículas duras. para reducir los rayones del muñón, la conductividad térmica, la resistencia a la corrosión, la tecnología de procesamiento, el precio, etc.
La selección de materiales para cojinetes deslizantes debe basarse en factores como la carga, la velocidad, la temperatura, las condiciones de lubricación y la vida útil. Los materiales comunes para cojinetes deslizantes incluyen aleaciones Babbitt, aleaciones a base de cobre y aluminio, hierro fundido resistente al desgaste, plástico, caucho, madera y grafito de carbono. Con el desarrollo de los motores de combustión interna modernos hacia alta velocidad y a gran escala, se han planteado mayores requisitos para la capacidad de carga y la confiabilidad de los cojinetes deslizantes. La capacidad de carga de los materiales de aleación tradicionales de Babbitt, especialmente a altas temperaturas, es relativamente baja. A medida que aumenta la temperatura, puede producirse un desgaste adhesivo grave, provocando accidentes por quema de baldosas; Las aleaciones para cojinetes a base de cobre tienen una alta capacidad de carga y resistencia a la fatiga, pero sus propiedades de elasticidad superficial, empotramiento y funcionamiento son deficientes, lo que puede dañar fácilmente el eje. Por tanto, ¿su superficie? Se requiere una capa de aleación binaria de plomo y estaño o material de aleación ternaria.
3. Cojinetes deslizantes fabricados con aleaciones para cojinetes a base de estaño.
Una aleación de bajo punto de fusión compuesta principalmente de estaño, antimonio y cobre, también conocida como aleación blanca o aleación para cojinetes. En 1839, American Babbitt obtuvo una patente estadounidense para esta aleación. La matriz de la aleación es una solución sólida de tejido blando que contiene cobre y antimonio disueltos en estaño, en la que se distribuyen partículas duras compuestas de compuestos de estaño, cobre y antimonio. Los tejidos blandos tienen buena compatibilidad con la fricción, adaptabilidad e incrustación, mientras que las partículas duras tienen cierta capacidad para soportar cargas. La aleación Babbitt tiene poca resistencia y solo se puede utilizar como revestimiento para rodamientos de acero blando, hierro fundido o bronce. Posteriormente surgieron aleaciones para cojinetes compuestas principalmente de plomo, antimonio y cobre. La primera se llama aleación Babbitt a base de estaño, mientras que la segunda se llama aleación Babbitt a base de plomo. La aleación Babbitt a base de estaño tiene un precio elevado y se utiliza principalmente para rodamientos importantes y rodamientos grandes para aplicaciones de alta velocidad y servicio pesado.
El rendimiento de la aleación Babbitt a base de plomo no es tan bueno como el de la aleación a base de estaño, pero es económica, ampliamente utilizada y adecuada para rodamientos con velocidad media, carga media y carga relativamente estable. Agregar oligoelementos como cromo y berilio para fabricar aleaciones Babbitt de alta resistencia es una nueva dirección de desarrollo. El método de representación de las aleaciones para cojinetes a base de estaño es el mismo que el de otros metales no ferrosos fundidos; por ejemplo, ZSnSb4Cu4 representa aleaciones para cojinetes a base de estaño con una fracción de masa promedio del 4% para el antimonio y del 4% para el cobre. La aleación Babbitt es relativamente cara y tiene bajas propiedades mecánicas. Generalmente se vierte en el casquillo del cojinete de acero (acero 08) para formar cojinetes bimetálicos.
La desventaja de la aleación para rodamientos a base de estaño es su baja resistencia a la fatiga y su baja temperatura permitida (no superior a 150 grados). Una vez que las condiciones de lubricación son anormales, el rodamiento se quema fácilmente. Al mismo tiempo, su resistencia a la compresión no es lo suficientemente alta, lo que facilita que se dañe cuando se somete a alta velocidad y cargas pesadas. Debido al alto costo del estaño, si las condiciones lo permiten, se pueden usar cojinetes a base de plomo en lugar de aleaciones para cojinetes a base de estaño.
4. Cojinetes deslizantes fabricados con aleaciones para cojinetes a base de plomo.
La aleación para rodamientos a base de plomo también es un tipo de aleación para rodamientos con matriz blanda y puntas duras, que se compone de elementos de aleación como antimonio, estaño y cobre. La resistencia, dureza, conductividad térmica y resistencia a la corrosión de las aleaciones para cojinetes a base de plomo son menores que las de las aleaciones para cojinetes a base de estaño, y el coeficiente de fricción es mayor, pero el precio es más económico. Adecuado para fabricar casquillos de cojinetes con cargas medias y bajas, como cojinetes de cigüeñal de automóviles, tractores, vehículos ferroviarios, etc. La matriz blanda en las aleaciones para cojinetes a base de plomo de uso común es una solución sólida formada por antimonio que se disuelve en plomo (es decir, solución sólida y solución sólida que contiene plomo basada en el compuesto SnSb (es decir, el eutéctico compuesto de una solución sólida (es decir, + eutéctico). Los puntos duros son compuestos SnSb y Cu3Sn. La dureza, resistencia y tenacidad de las aleaciones para cojinetes a base de plomo son menores que las de los cojinetes a base de estaño. aleaciones, pero el coeficiente de fricción es mayor, el precio es más barato y el rendimiento de la fundición es bueno. Las aleaciones para rodamientos a base de plomo y antimonio son las más utilizadas y se usan comúnmente en la fabricación de aleaciones para rodamientos que pueden soportar bajas velocidades y cargas. como el cigüeñal, los cojinetes de biela y los cojinetes de motores eléctricos de automóviles y tractores, pero su temperatura de trabajo no puede exceder los 120 grados. La resistencia de las aleaciones Babbitt a base de plomo y estaño es relativamente baja y deben fundirse en casquillos de cojinete de acero. (generalmente estampado con acero 08) para formar un revestimiento interior delgado y uniforme para funcionar de manera efectiva. Este proceso se llama revestimiento colgante.
5. Cojinetes deslizantes fabricados con aleaciones para cojinetes a base de aluminio.
Con el desarrollo de los motores de automóvil hacia la alta velocidad, la carga pesada y la mejora de la turboalimentación, las condiciones de trabajo de los rodamientos se han deteriorado, por lo que se han planteado requisitos más altos para los materiales de los rodamientos. Las aleaciones para cojinetes a base de aluminio poseen básicamente las ventajas de las aleaciones para cojinetes mencionadas anteriormente y compensan sus deficiencias, por lo que su aplicación en motores de automóviles aumenta día a día. Las aleaciones a base de aluminio incluyen aleación de aluminio, antimonio y magnesio, aleación de aluminio y estaño y aleación de aluminio y silicio. Tienen alta resistencia a la compresión y a la fatiga, buena conductividad térmica y resistencia a la corrosión, y son económicos. Sin embargo, su compatibilidad con la fricción, su incrustación y su cumplimiento son deficientes y se utilizan ampliamente en motores de combustión interna y cojinetes de compresores. La aleación para cojinetes a base de aluminio es una aleación compuesta de antimonio, estaño y otros elementos de aleación agregados al aluminio como matriz, con baja densidad, buena conductividad térmica y resistencia a la corrosión, y alta resistencia a la fatiga. Las ventajas de esta aleación son su alta conductividad térmica, resistencia a la corrosión, resistencia a la fatiga y resistencia a altas temperaturas, así como su bajo precio. La desventaja es que el coeficiente de expansión es grande y la capacidad antimordedura es pobre. Actualmente, las aleaciones para cojinetes con alto contenido de estaño y aluminio son las más utilizadas. Adecuado para fabricar rodamientos de motores de alta velocidad (13 m/s) y de servicio pesado (3200 MPa). La marca más utilizada es ZAlSn6Cu1Ni1.
La aleación para cojinetes a base de aluminio es un nuevo tipo de material antifricción con abundantes materias primas y bajo precio. Se utiliza ampliamente en rodamientos de motores diésel, tractores y automóviles de trabajo pesado y de alta velocidad. Pero su coeficiente de expansión lineal es grande, lo que facilita que el eje se muerda y desgaste durante el funcionamiento. Esto se puede resolver aumentando la dureza del cuello del eje, aumentando la holgura del rodamiento y reduciendo el valor de rugosidad de la superficie del rodamiento y el cuello del eje.
6. Aleaciones a base de cobre utilizadas como cojinetes deslizantes.
Las aleaciones a base de cobre utilizadas en materiales para cojinetes de deslizamiento incluyen principalmente latón, que se compone principalmente de cobre y antimonio; Bronce compuesto principalmente de cobre y estaño; Y aleación de cobre y plomo (también conocida como bronce al plomo). Las aleaciones a base de cobre tienen alta resistencia, buena conductividad térmica y resistencia al desgaste, y permiten temperaturas de trabajo más altas que las aleaciones Babbitt. Sin embargo, su flexibilidad, incrustación y compatibilidad con la fricción no son tan buenos como los de las aleaciones Babbitt y pueden usarse como cojinetes o materiales de revestimiento. Bronce de estaño que contiene estaño y fósforo de uso común, adecuado para rodamientos de carga pesada o de impacto de velocidad media; Bronce al estaño que contiene estaño, zinc y plomo, adecuado para rodamientos con velocidad media y carga media; El bronce al plomo tiene una alta capacidad de carga y resistencia a la fatiga, lo que lo hace adecuado para rodamientos con altas velocidades y sometidos a cargas de impacto; El bronce de aluminio tiene alta resistencia y buena resistencia a la corrosión, lo que lo hace adecuado para rodamientos de baja velocidad y de servicio pesado. El latón generalmente tiene un rendimiento menor que el bronce, pero es económico y se utiliza principalmente en rodamientos de baja velocidad. Sin embargo, el latón que contiene manganeso y silicio tiene un mejor rendimiento que el bronce al estaño. Parte del bronce también se puede utilizar para fabricar cojinetes, por lo que se denominan aleaciones para cojinetes a base de cobre, como bronce de estaño, bronce de aluminio, bronce de plomo y bronce de antimonio. En comparación con la aleación Babbitt, tiene alta resistencia a la fatiga y capacidad de carga, excelente resistencia al desgaste, conductividad térmica y bajo coeficiente de fricción. Por lo tanto, se puede utilizar como rodamiento para soportar cargas elevadas, altas velocidades y altas temperaturas.
7. Cojinetes deslizantes fabricados con aleaciones para cojinetes multicapa
La aleación para rodamientos multicapa es un material compuesto antidesgaste. Por ejemplo, laminar una de aleaciones de estaño y antimonio, aleaciones de plomo y antimonio, aleaciones de cobre y plomo, aleaciones a base de aluminio, etc. junto con tiras de acero con bajo contenido de carbono para formar compuestos bimetálicos. Para mejorar aún más el cumplimiento, la incrustación y la resistencia a la corrosión, se puede aplicar un recubrimiento suave y delgado a la superficie de la aleación antidesgaste de doble capa, que constituye un material antidesgaste de tres capas con mejores propiedades antidesgaste y abrasión. resistencia. Las características de esta aleación multicapa son aumentar la parte posterior del acero y reducir el espesor de la capa de aleación antifricción para mejorar la resistencia a la fatiga y utilizar recubrimientos para mejorar las propiedades de la superficie.
8. Conclusión
En resumen, la estructura estructural de las aleaciones para cojinetes se caracteriza por la distribución uniforme de partículas de fase dura sobre una matriz de fase blanda, o la distribución uniforme de partículas de fase blanda sobre una matriz de fase dura. La aleación del cojinete debe tener buena resistencia al desgaste y rendimiento de reducción del desgaste; Tiene cierta resistencia a la compresión y dureza, y suficiente resistencia a la fatiga y capacidad de carga; Buena plasticidad y tenacidad al impacto; Tiene buenas propiedades antimordeduras; Buen cumplimiento; Buen rendimiento de incrustaciones; Debe tener buena conductividad térmica, resistencia a la corrosión y un pequeño coeficiente de expansión térmica. El material del rodamiento requiere un bajo coeficiente de fricción con la superficie del eje, un desgaste mínimo en el cuello del eje y la capacidad de soportar una presión específica suficiente, un bajo coeficiente de expansión y una buena resistencia a la corrosión. Para motores de rendimiento general, los casquillos de cojinete hechos de aleación de aluminio con alto contenido de estaño tienen una relación costo-rendimiento alta. Por lo tanto, se ha convertido en uno de los principales materiales para los casquillos de cojinete de los motores de combustión interna. Con el continuo desarrollo de la ciencia y la tecnología y la industria automotriz, el diseño de los motores modernos se ha desarrollado hacia la dirección de "alta velocidad, alta presión, alta potencia y bajo consumo de energía". Los investigadores han aplicado la micronanotecnología en el campo de los materiales de aleaciones especiales antifricción y han desarrollado materiales de aleaciones microcristalinas que tienen necesidades especiales para cumplir ciertos requisitos de rendimiento únicos. Los materiales especiales para cojinetes microcristalinos no solo llenan el vacío de los materiales antifricción en China, sino que también mantienen un desarrollo sincrónico con la tecnología mundial de aleaciones microcristalinas en términos de rendimiento único del material.
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Cojinetes autolubricantes enrollados con filamentos, fibra de vidrio de alta resistencia con resina epoxi horneada con PTFE y fibra especial como revestimiento del rodamiento, el material posterior proporciona una alta capacidad de carga y el revestimiento del rodamiento ofrece baja fricción en condiciones secas. Por lo tanto, esta estructura especial ofrecía una excelente característica antidesgaste y rendimiento antiimpacto, adecuada para aplicaciones de carga elevada con alta resistencia a la corrosión, como maquinaria de elevación, maquinaria logística, maquinaria agrícola y maquinaria portuaria, etc. Característica de desgaste y rendimiento antiimpacto, adecuado para cargas elevadas con aplicaciones de alta resistencia a la corrosión, como maquinaria de elevación, maquinaria logística, maquinaria agrícola y maquinaria portuaria, etc.
