Предел давление-скорость (PV-LIMIT) подшипников скольжения из капролона.
LIMIT PV – «ПРЕДЕЛ ДАВЛЕНИЕ/СКОРОСТЬ»- характеристика материала применяемого в качестве подшипника скольжения. Определяется как скорость движения поверхности вала умноженная на давление, которое этот вал оказывает на материал до момента разрушения поверхности. Показывает предельные условия до которых материал выдерживает нагрузки. Используется для подшипников, работающих в условиях граничного или смешанного трения (основной режим работы подавляющего количества конструкций)
При хорошем качестве исполнения подшипникового узла (низкая шероховатость вала, правильный зазор между валом и подшипником) износ подшипников скольжения из капролона будет минимальным и срок их службы превысит классические варианты из латуни или бронзы, но только в том случае если подшипник не начнёт разрушать температура, возникающая в зоне трения.
Температура возникает при одновременном действии давления и трения. Чем выше давление и чем выше скорость движения тем больше выделения тепла. Тепло медленно рассеивается в зоне трения и в критический момент возможно плавление материала на поверхности и это должно быть учтено при проектировании подшипника. Существует прямая зависимость между значением PV и количеством тепла, выделяемого при трении внутри подшипника, и, следовательно, точкой разрушения, поскольку пластмассы являются теплоизоляторами и обычно имеют более низкую температуру плавления, чем такие материалы, как бронза, свинец или сталь. В отличии от металлов теплопроводность капролона (и других полимеров) в 50 и более раз ниже, а температура плавления в 3-10 раз ниже.
Упрощенная модель рассчёта - использование рекомендаций "лимита давления-скорости".
Рекомендуем следовать этим рекомендациям при проектировании. Эти рекомендации - результат практического опыта при эксплуатации и лабораторных экспериментов по моделированию узлов трения, представляют собой средние статистические данные, относящиеся к определенным конструкциям (втулка/вал). Теоретическую часть не рассматриваем и предлагаем рассчёт на конкретном примере:
Температура возникает при одновременном действии давления и трения. Чем выше давление и чем выше скорость движения тем больше выделения тепла. Тепло медленно рассеивается в зоне трения и в критический момент возможно плавление материала на поверхности и это должно быть учтено при проектировании подшипника. Существует прямая зависимость между значением PV и количеством тепла, выделяемого при трении внутри подшипника, и, следовательно, точкой разрушения, поскольку пластмассы являются теплоизоляторами и обычно имеют более низкую температуру плавления, чем такие материалы, как бронза, свинец или сталь. В отличии от металлов теплопроводность капролона (и других полимеров) в 50 и более раз ниже, а температура плавления в 3-10 раз ниже.
Упрощенная модель рассчёта - использование рекомендаций "лимита давления-скорости".
Рекомендуем следовать этим рекомендациям при проектировании. Эти рекомендации - результат практического опыта при эксплуатации и лабораторных экспериментов по моделированию узлов трения, представляют собой средние статистические данные, относящиеся к определенным конструкциям (втулка/вал). Теоретическую часть не рассматриваем и предлагаем рассчёт на конкретном примере:
P - ДАВЛЕНИЕ ЭТО НАГРУЗКА, ПРИЛОЖЕННАЯ К ПОДШИПНИКОВОМУ УЗЛУ / L - ДЛИНА ЦАПФЫ
V - СКОРОСТЬ ЭТО СКОРОСТЬ СКОЛЬЖЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ВАЛА (М/МИН) / D - ДИАМЕТР ВАЛА
Необходимо рассчитать два параметра:
V - СКОРОСТЬ ЭТО СКОРОСТЬ СКОЛЬЖЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ВАЛА (М/МИН) / D - ДИАМЕТР ВАЛА
Необходимо рассчитать два параметра:
- Среднее давление в подшипнике (р) = P/L*D
- Cовокупный эффект давления вала и скорости движения вала по опорной поверхности PV=P*V
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗНАЧЕНИЙ. Рассмотрим этот пример:
Вал диаметром 50мм вращается со скоростью 100 об/мин и оказывает общую нагрузку 65кг на подшипник длиной 60мм. Возможно ли применение капролона для этого случая?
Длина поверхности вала (L=2пR) = 2*3,14*25 = 157мм.
За одну минуту происходит 100 оборотов и скорость скольжения вала составит: V = 0,157м *100 = 15,7 метров в минуту (0,26м/с)
Среднее давление (P) составит 65кг/50мм*60мм = 0,021 кг-сила/мм2
В России принято давление указывать в МПа: 0,021 кг-сила/мм2 = 0,2МПа (1кгс=9,8Н)
PV = 0,2*15,7= 3,1 МПа*м/мин.
Вал диаметром 50мм вращается со скоростью 100 об/мин и оказывает общую нагрузку 65кг на подшипник длиной 60мм. Возможно ли применение капролона для этого случая?
Длина поверхности вала (L=2пR) = 2*3,14*25 = 157мм.
За одну минуту происходит 100 оборотов и скорость скольжения вала составит: V = 0,157м *100 = 15,7 метров в минуту (0,26м/с)
Среднее давление (P) составит 65кг/50мм*60мм = 0,021 кг-сила/мм2
В России принято давление указывать в МПа: 0,021 кг-сила/мм2 = 0,2МПа (1кгс=9,8Н)
PV = 0,2*15,7= 3,1 МПа*м/мин.
ВСЕ РАССЧЁТЫ ЗАКОНЧЕНЫ. Теперь необходимо смотреть рекомендации.
Щадящие режимы для длительной работы с минимальным сервис-фактором:
Максимальная скорость - не более 60м/мин (1м/с) без смазки и не более 120м/мин (2м/с) со смазкой
Среднее давление - не более 0,5МПа без смазки и не более 1,7МПа со смазкой
PV стандартного капролона не более 2.7 МПа*м/мин без смазки и не более 10МПа*м/мин с постоянной смазкой
PV маслонаполненного капролона не более 4.7 МПа*м/мин без смазки и не более 10МПа*м/мин с постоянной смазкой
Оптимальная смазка - низковязкое минеральное масло. При смазке водой нагрузочная способность падает, но не для высоконагруженных случаев, гди велико влияние теплоотвода.
Температура втулки не более 80 град.С. При температурах 80-100С максимальное PV уменьшить на 25%.
При температурах 100-150С максимальное PV уменьшить на 50%.
Нагруженные режимы:
Максимальная скорость - не более 90м/мин (1,5м/с) без смазки и не более 300м/мин (5м/с) со смазкой
Среднее давление - не более 0,75МПа без смазки и не более 5МПа со смазкой
PV стандартного капролона до 10 МПа*м/мин без смазки и дое 40МПа*м/мин с постоянной смазкой
PV маслонаполненного капролона до 20 МПа*м/мин без смазки и до 40МПа*м/мин с постоянной смазкой
Экстремальные режимы: http://masters.donntu.ru/2000/mehf/proskur/stat.html
Описано использование втулок из капролона при значениях PV= 116Мпа*м/с. и 163 Мпа*м/c.
Таким образом ответ на данную задачу выглядит так: применение капролона в данном случае возможно. Возможна работа без смазки. Режим работы немного превышает показатели для щадящего режима. Оптимальный вариант - замена капролона на капролон маслонаполненный.
При использованиие капролона в нагруженых и экстремальных режимах упрощённые расчёты уже не сильно помагают оценить долговечность узла. Становиться велико значение конструктивных факторов, качества исполнения, интенсивности смазки и т.п. и, вцелом, такие узлы в этих режимах проектируются исходя из опыта эксплуатации и возможностей соблюдения технологических допусков.
Подробнее о проектирование втулок из капролона, их посадочных размерах, допусках на тепловое расширение и т.п. читайте в следующей статье:
ССЫЛКА
! Интересно, что крупнейший в США производитель блочного полиамида NYLATECK имеет в своём ассортименте марку материала Nylatech PVM, что расшифровывается очень просто PVM = Pressure/Velocity/Maximum - тот самый PV предел, который как они обещают - максимальный. В сравнении с другими своими продуктами они изображают его так:
Щадящие режимы для длительной работы с минимальным сервис-фактором:
Максимальная скорость - не более 60м/мин (1м/с) без смазки и не более 120м/мин (2м/с) со смазкой
Среднее давление - не более 0,5МПа без смазки и не более 1,7МПа со смазкой
PV стандартного капролона не более 2.7 МПа*м/мин без смазки и не более 10МПа*м/мин с постоянной смазкой
PV маслонаполненного капролона не более 4.7 МПа*м/мин без смазки и не более 10МПа*м/мин с постоянной смазкой
Оптимальная смазка - низковязкое минеральное масло. При смазке водой нагрузочная способность падает, но не для высоконагруженных случаев, гди велико влияние теплоотвода.
Температура втулки не более 80 град.С. При температурах 80-100С максимальное PV уменьшить на 25%.
При температурах 100-150С максимальное PV уменьшить на 50%.
Нагруженные режимы:
Максимальная скорость - не более 90м/мин (1,5м/с) без смазки и не более 300м/мин (5м/с) со смазкой
Среднее давление - не более 0,75МПа без смазки и не более 5МПа со смазкой
PV стандартного капролона до 10 МПа*м/мин без смазки и дое 40МПа*м/мин с постоянной смазкой
PV маслонаполненного капролона до 20 МПа*м/мин без смазки и до 40МПа*м/мин с постоянной смазкой
Экстремальные режимы: http://masters.donntu.ru/2000/mehf/proskur/stat.html
Описано использование втулок из капролона при значениях PV= 116Мпа*м/с. и 163 Мпа*м/c.
Таким образом ответ на данную задачу выглядит так: применение капролона в данном случае возможно. Возможна работа без смазки. Режим работы немного превышает показатели для щадящего режима. Оптимальный вариант - замена капролона на капролон маслонаполненный.
При использованиие капролона в нагруженых и экстремальных режимах упрощённые расчёты уже не сильно помагают оценить долговечность узла. Становиться велико значение конструктивных факторов, качества исполнения, интенсивности смазки и т.п. и, вцелом, такие узлы в этих режимах проектируются исходя из опыта эксплуатации и возможностей соблюдения технологических допусков.
Подробнее о проектирование втулок из капролона, их посадочных размерах, допусках на тепловое расширение и т.п. читайте в следующей статье:
ССЫЛКА
! Интересно, что крупнейший в США производитель блочного полиамида NYLATECK имеет в своём ассортименте марку материала Nylatech PVM, что расшифровывается очень просто PVM = Pressure/Velocity/Maximum - тот самый PV предел, который как они обещают - максимальный. В сравнении с другими своими продуктами они изображают его так:
Здесь
Natural Nylon - стандартный блочный полиамид (Капролон)
Nylon MD - капролон с дисульфидом молибдена
Oil Filled Nylon - маслонаполненный капролон
Nylatech PVM - премиум продукт
Не такое уж и значительное преимущество перед маслонаполненным, но, тем не менее, интересно...
В нашем ассортименте так же есть маслонаполненный капролон в варианте 3% и 6% минерального масла. Использование маслонаполненых материалаов реально увеличивает надёжность подшипников скольжения, втулок, пластин скольжения, опорных вкладышей и т.п. Механизм действия весьма прост - низкий коэффициент трения ---> пропорционально меньшее выделение тепла в зоне трения. Подробнее о свойствах маслонаполненных капролонов можно прочитать в статье:
Синтез и фрикционные свойства блочного полиамида , пропитанного смазкой (маслонаполненный капролон)
Natural Nylon - стандартный блочный полиамид (Капролон)
Nylon MD - капролон с дисульфидом молибдена
Oil Filled Nylon - маслонаполненный капролон
Nylatech PVM - премиум продукт
Не такое уж и значительное преимущество перед маслонаполненным, но, тем не менее, интересно...
В нашем ассортименте так же есть маслонаполненный капролон в варианте 3% и 6% минерального масла. Использование маслонаполненых материалаов реально увеличивает надёжность подшипников скольжения, втулок, пластин скольжения, опорных вкладышей и т.п. Механизм действия весьма прост - низкий коэффициент трения ---> пропорционально меньшее выделение тепла в зоне трения. Подробнее о свойствах маслонаполненных капролонов можно прочитать в статье:
Синтез и фрикционные свойства блочного полиамида , пропитанного смазкой (маслонаполненный капролон)
