Com seleccionar el rodament lliscant adequat per al vostre projecte

Quan dissenyen sistemes mecànics, una de les decisions més crítiques a les quals s'enfronten els enginyers és seleccionar el rodament adequat. Coixinets lliscants—també coneguts com a coixinets llisos, coixinets de màniga, casquets o coixinets de mandril— es troben entre els components més versàtils i utilitzats en aplicacions industrials. A diferència dels coixinets d'elements rodants que utilitzen boles o rodets, els coixinets lliscants funcionen mitjançant una acció de lliscament entre dues superfícies, cosa que els fa adequats per a aplicacions que van des de motors d'automòbils fins a maquinària de construcció.

Aquesta guia us guiarà pels factors essencials a tenir en compte a l'hora de seleccionar el coixinet lliscant òptim per a la vostra aplicació específica.

Conceptes bàsics dels coixinets lliscants

Els coixinets lliscants són components mecànics dissenyats per restringir, guiar o reduir la fricció en aplicacions rotatòries o lineals. Funcionen mitjançant una acció de lliscament entre la superfície del coixinet i l'eix o el component d'acoblament, en lloc de l'acció de rodament dels coixinets de boles -2. Aquesta diferència fonamental proporciona als coixinets lliscants avantatges diferents, com ara:

• Alta capacitat de càrrega
• Disseny compacte amb requisits mínims d'espai
• Fabricació rendible
• Operació silenciosa
• Idoneïtat per a aplicacions de precisió d'alta velocitat (sovint preferible als rodaments de boles per sobre de 3,600 RPM) 

El rendiment del coixinet està determinat pel coeficient de fricció entre els dos materials i les càrregues transferides al conjunt del coixinet. Aquestes propietats es poden millorar significativament mitjançant una lubricació adequada.

Factors clau de selecció

1. Avalueu els requisits de la vostra sol·licitud

El procés de selecció sempre comença amb una avaluació exhaustiva de la sol·licitud prevista. Algunes de les preguntes clau a tenir en compte són:

• Quin tipus de moviment hi ha: rotatori, oscil·latori o lineal?
• Quines són les condicions ambientals de funcionament (temperatura, humitat, exposició a productes químics)?
• L'aplicació està subjecta a càrregues d'impacte o vibracions?
• Quines són les velocitats i càrregues necessàries?

Les seleccions adequades inclouen l'avaluació de factors ambientals com ara productes químics agressius, contaminació, temperatures de funcionament altes o baixes i requisits de rentat, especialment rellevants en aplicacions d'aliments i begudes. Cada aplicació suggerirà materials específics per a un rendiment òptim.

2. Calcula el valor PV

El valor PV —el producte de la càrrega específica (pressió) i la velocitat de lliscament— és potser el paràmetre més crític en la selecció d'un coixinet lliscant. Mesura la capacitat del material del coixinet per adaptar-se al límit de temperatura generat per l'energia de fricció durant el funcionament.

Càlcul de la pressió (p):

p = F / (L × D)

On F = càrrega/força, L = longitud del coixinet i D = diàmetre de l'eix.

Càlcul de la velocitat (V):

V = π × D × n / (60,000)

On n = velocitat de rotació.

El valor PV té una influència significativa en la vida útil del rodament: com més baix sigui el valor PV, més llarga serà la vida útil del rodament. Quan avalueu els materials, compareu el PV de disseny calculat amb el valor PV nominal del material. A efectes de disseny, el PV calculat s'ha de multiplicar per un factor de seguretat abans de comparar-lo amb les classificacions del material.

3. Determineu la distància lliure adequada

El joc diametral és crucial per al funcionament correcte del rodament. El joc ha de permetre:

• Expansió tèrmica dels materials del coixinet i de l'eix
• Toleràncies de fabricació
• Requisits de la pel·lícula de lubricació

Els jocs típics per als coixinets llisos oscil·len entre 0.001 i 0.002 vegades el diàmetre del coixinet. Per als coixinets de polímer, el joc de funcionament sol estar entre 0.002 i 0.004 polzades, i la tolerància del diàmetre de la carcassa i de l'eix també es té en compte en el càlcul.

En aplicacions que impliquen coixinets de plàstic, també és important tenir en compte com la inflor pot afectar les folgances en ambients humits o subaquàtics.

4. Tingueu en compte la relació longitud-diàmetre (L/D)

La relació longitud-diàmetre influeix tant en la capacitat de càrrega com en l'alineació. Per als coixinets hidrodinàmics de pel·lícula completa, una relació L/D comuna oscil·la entre 0.35 i 1.5. Com més llarg sigui el coixinet, generalment, millor serà el rendiment pel que fa a la distribució de la càrrega i l'estabilitat de l'alineació.

5. Avaluar els requisits de l'eix d'acoblament

La rugositat de la superfície de l'eix sovint té una influència significativa en la vida útil. Una rugositat superficial superior a 0.4 µm pot tenir un efecte negatiu en el rendiment del coixinet. Les directrius generals inclouen:

• Com més pesada sigui la càrrega, més dur ha de ser l'eix
• Un risc més elevat de contaminants incrustats requereix eixos més durs

Els materials dels eixos han de ser d'acer, i els materials de coixinets, com ara acer o llautó dur; mai s'ha d'utilitzar alumini o fusta per a elements lliscants, ja que provoquen un efecte d'enganxament i tendència a encallar-se.

Guia de selecció de material

Rodaments multicapa amb suport d'acer

Per a aplicacions industrials exigents, Casquets plans de triple capa de la sèrie EX d'EPEN representen una solució avançada. Aquests coixinets presenten un suport d'acer que proporciona integritat estructural i conductivitat tèrmica, sobre el qual es sinteritza una capa porosa de bronze. Les mescles de copolímer d'acetal (POM) o PTFE s'impregnen a la capa de bronze, amb marques de lubricació estampades a la superfície.

Les característiques del material inclouen:

Paràmetre	Valor
Capacitat de càrrega estàtica	250 N/mm²
Capacitat de càrrega dinàmica	140 N/mm²
Velocitat màxima de lliscament (prelubricada)	2.0 m / s
Valor PV	2.8 N/mm²·m/s
Coeficient de fricció	0.05 ~ 0.20
Temperatura de funcionament	-40 ° C a 110 ° C

Aquests coixinets són adequats per a moviments rotatius i oscil·lants amb un rendiment autolubricant, antidesgast, de baixa fricció i baix soroll.

Coixinets de bronze

Els coixinets de bronze ofereixen una alta capacitat de càrrega i poden suportar pressions de 25,000 a 40,000 psi en aplicacions oscil·lants o rotatives. Els compostos a base de coure proporcionen una bona resistència al desgast i es poden adaptar amb diversos elements d'aliatge:

• Els afegits d'estany i alumini milloren la resistència i la duresa
• Les addicions de zinc permeten el funcionament sense lubricació contínua
• Els additius de plom redueixen la duresa per millorar la incrustació

Coixinets autolubricants

Els coixinets autolubricants o impregnats d'oli eliminen la necessitat de lubricació externa. El bronze sinteritzat es pot impregnar amb oli que s'allibera a mesura que el coixinet s'escalfa. També es poden incorporar lubricants sòlids a la matriu del coixinet.

Els avantatges dels coixinets autolubricants inclouen:

• Eliminació de forats i ranures d'oli (reducció dels costos de mecanitzat)
• Menys requisits de manteniment
• Disseny mecànic simplificat
• Entorn operatiu més segur sense dependència de lubricants d'oli 

Coixinets de polímer

Els coixinets de plàstic i materials compostos ofereixen diversos avantatges interessants:

• Resistència a la corrosió en ambients durs
• Amortiment de vibracions i absorció d'impactes
• Reducció de pes del 25% o més en comparació amb les alternatives metàl·liques
• Fabricació rendible
• Baix coeficient de fricció (0.05 a 0.15) sense lubricació externa 

Tanmateix, els coixinets de polímer tenen consideracions de disseny específiques. El coeficient de fricció (normalment de 0.15 a 0.30 μ per a aplicacions de funcionament en sec) significa que per cada 10 lbf de càrrega, es requereix d'1.5 a 3 lbf de força motriu per moure el coixinet.

Estratègies de lubricació

La lubricació és fonamental per al funcionament segur i eficient dels rodaments. Una mala lubricació pot provocar un desgast ràpid del material i avaries de la maquinària.

Lubricació hidrodinàmica

En els sistemes hidrodinàmics, l'eix es desplaça sobre una capa de lubricant que flueix contínuament. Això és habitual en aplicacions d'alta velocitat on es necessiten velocitats superiors a uns quants centenars de RPM per bombar oli a través del coixinet. La temperatura de funcionament s'ha de calcular tenint en compte la viscositat per garantir una lubricació adequada i un gruix mínim de la pel·lícula.

Lubricació de límits

En condicions de lubricació límit, les superfícies dels coixinets estan separades per una pel·lícula molt fina de lubricant. Els casquets de màniga EX es recomanen habitualment per a funcionament intermitent i entorns de lubricació límit, especialment amb dissenys de forats d'oli per a ocasions de recàrrega contínues o repetides.

Funcionament en sec

Per a aplicacions de funcionament en sec, són essencials els coixinets amb lubricants sòlids integrats al material del coixinet. Aquests coixinets tenen una pel·lícula lubricant sòlida creada per la transferència de material de la capa del coixinet per protegir el component d'acoblament.

Consideracions específiques de l'aplicació

Aplicacions de motors d'automoció

En entorns de motor exigents on les pressions extremes, les altes temperatures i els moviments ràpids són la norma, els coixinets requereixen una resistència a la fatiga excepcional. Les aplicacions crítiques inclouen coixinets de biela, coixinets principals que suporten el cigonyal i volanderes d'empenta que controlen el moviment axial.

Maquinària hidràulica i de construcció

Aquestes aplicacions solen requerir rodaments capaços de suportar càrregues pesades en funcionament intermitent, sovint amb condicions de lubricació límit.

Ambients d'alta temperatura o extrems

Els coixinets que funcionen a temperatures extremes, humitat, xocs o vibracions requereixen materials que siguin duradors i fiables. Cal tenir en compte tota la gamma de temperatures ambientals de funcionament, ja que els canvis de temperatura poden afectar la distància entre el coixinet i la carcassa o entre el coixinet i l'eix.

Llista de control de selecció pràctica

Abans de finalitzar la selecció del rodament lliscant:

• Definir les condicions de funcionament – Càrrega, velocitat, rang de temperatura, entorn
• Calcula el valor PV – Compareu amb les classificacions dels materials
• Determinar l'espai lliure necessari – Tenir en compte la dilatació tèrmica i les toleràncies
• Seleccioneu la relació L/D adequada – Equilibri de la capacitat de càrrega i l'alineació
• Trieu l'estratègia de lubricació – Hidrodinàmic, límit o autolubricant
• Avaluar les consideracions de costos – Cost inicial vs. costos de manteniment i del cicle de vida
• Consulteu amb els fabricants – Aprofitar els coneixements tècnics per a aplicacions especialitzades

Conclusió

Seleccionant el correcte coixinet lliscant requereix una acurada consideració de múltiples factors, des dels requisits bàsics de l'aplicació fins a càlculs sofisticats de valors fotovoltaics i folgances. Amb opcions que van des de coixinets multicapa amb suport d'acer d'alt rendiment fins a polímers autolubricants, hi ha una solució per a pràcticament totes les aplicacions, des de motors d'automòbils fins a maquinària de construcció pesada.

En cas de dubte, consulteu fabricants com ara Rodament lliscant EPEN pot proporcionar informació valuosa sobre nous materials i propietats dels materials, garantint que seleccioneu el rodament òptim per al vostre projecte. requisits.

FAQ

Quins factors afecten més significativament la vida útil dels coixinets lliscants?

La durada d'un coixinet lliscant depèn del tipus de material utilitzat, de com de bé estigui lubricat, de la càrrega a la qual està sotmès i del seu entorn. Els coixinets que estan correctament lubricats i funcionen dins dels seus límits de càrrega de disseny poden durar dècades. Els coixinets que estan sobrecarregats o no estan correctament lubricats, en canvi, fallen molt ràpidament. Les condicions corrosives, la contaminació abrasiva i els cicles tèrmics acceleren el desgast en gran mesura. Els coixinets de bronze no suporten una lubricació menor tan bé com els materials compostos que tenen olis incorporats.

Com puc determinar si la meva aplicació necessita coixinets lliscants o coixinets d'elements rodants?

Els coixinets llisos funcionen millor en llocs on hi ha grans càrregues, xocs, moviment oscil·lant o accés limitat al greix. Els coixinets d'elements rodants funcionen millor quan giren contínuament a alta velocitat i estan sota càrregues modestes. Quan hi ha contaminació al medi ambient, sovint es trien els coixinets llisos perquè poden gestionar millor les partícules. La vostra capacitat de manteniment i el vostre pressupost també influeixen en aquesta elecció.

Els coixinets lliscants poden funcionar de manera fiable en aplicacions d'alta velocitat?

La velocitat a la qual pot anar alguna cosa depèn dels materials utilitzats i de com estan lubricats. Els materials autolubricants normalment només funcionen a velocitats suaus. Els coixinets hidrodinàmics de bronze que utilitzen oli a pressió per lubricar-los funcionen bé a velocitats elevades. El PV màxim del material que heu triat us indica la velocitat a la qual anar en funció de la pressió de funcionament.

Associa't amb Epen per a les teves solucions de coixinets lliscants

Triar la solució òptima de coixinets lliscants esdevé senzill quan es treballa amb fabricants experimentats que coneixen els reptes de la indústria. Jiashan Epen Bearing Co., Ltd. s'especialitza en coixinets compostos de metall-plàstic, dissenys bimetall i coixinets lliscants d'un sol metall que serveixen a maquinària de construcció, equips miners, aplicacions marines i sistemes agrícoles en 30 indústries. El nostre equip de recerca pot analitzar la vostra aplicació, ajudar-vos a triar el material adequat i crear un coixinet personalitzat que s'adapti exactament a les vostres necessitats. Com a empresa dedicada... coixinet lliscant fabricant, oferim tant productes de catàleg estàndard com solucions personalitzades a preus competitius sense comprometre la qualitat. Poseu-vos en contacte amb els nostres especialistes tècnics a epen@cnepen.cn per parlar dels requisits del vostre projecte, sol·licitar mostres de productes o accedir al nostre catàleg complet amb especificacions detallades.

referències

Khonsari, MM i Booser, ER, "Tribologia aplicada: disseny i lubricació de coixinets", John Wiley & Sons, tercera edició, 2017.

Neale, MJ, "Manual de tribologia", Butterworth-Heinemann, segona edició, 1995.

Societat Americana d'Enginyers Mecànics, "ASME B18.23.1 - Normes de materials de rodaments i volanderes planes", ASME International, 2018.

Budynas, RG i Nisbett, JK, "Disseny d'enginyeria mecànica de Shigley", McGraw-Hill Education, onzena edició, 2020.

Societat d'Enginyers d'Automoció, "SAE J459 - Aliatges de coixinets i casquets - Composició química", Normes internacionals SAE, 2019.

Hamrock, BJ, Schmid, SR i Jacobson, BO, "Fonaments de la lubricació de pel·lícules fluides", Marcel Dekker, segona edició, 2004.