Втулки скольжения SF-1, SF-2, BNZ, BM, BG: как выбрать тип ISB
· 9 мин чтения
Статья для конструкторов, механиков и закупщиков, которым нужно выбрать втулки скольжения вместо подшипников качения или вместо обычной бронзовой втулки. Мы сравним самосмазывающиеся втулки SF-1 и SF-2 с бронзовыми, спечёнными, биметаллическими и графитсодержащими втулками ISB, разберём нагрузку, скорость, температуру, коэффициент Pv и монтажные допуски.
Втулки скольжения работают без тел качения: вал скользит по внутренней поверхности втулки. Поэтому они компактны и допускают качательное и возвратно-поступательное движение. Весь ассортимент собран в группе втулок и пластин скольжения. Главный вопрос при выборе — как будет смазываться узел: от этого зависит материал втулки.
Какие бывают втулки скольжения ISB
- SF-1 — свёрнутая втулка из трёхслойного композита: стальная основа, пористая спечённая бронза и скользящий слой PTFE. Работает без смазки или с минимальной смазкой.
- SF-2 — для условий с ограниченной смазкой: скользящий слой из полиацетальной смолы (POM) с ячейками для смазочного материала.
- BNZ и FE — спечённые втулки, пропитанные смазкой в вакууме: бронзовые BNZ и железные FE.
- 090 и 092 — бронзовые втулки из фосфористой бронзы CuSn8P0,3, свёрнутые из полосы.
- BM — биметаллические: стальная основа и слой медного или алюминиевого сплава.
- BG — втулки с графитовыми вставками (твёрдая смазка).
Большинство типов выпускается цилиндрическими и фланцевыми; в каталоге есть также подкладные кольца, полосы и плиты скольжения. Метрические серии SF-1 и SF-2 собраны в SF-1, SF-1 F фланцевые и SF-2. Спечённые втулки — в сериях BNZ и BNZF, бронзовые — 090, биметаллические — BM1, с твёрдой смазкой — BG1.
SF-1: самосмазывающиеся втулки скольжения без смазки
Втулки SF-1 состоят из стального вкладыша толщиной 0,70–2,30 мм, пористой бронзы 0,2–0,30 мм и слоя PTFE 0,01–0,03 мм. Самосмазывающиеся втулки скольжения этого типа работают без смазки, имеют низкий коэффициент трения 0,04–0,18 без эффекта «stick-slip» (скачкообразного движения), не впитывают масло и воду и устойчивы в диапазоне температур от −195 до +280 °C. Максимальная удельная нагрузка в статике — 140 Н/мм², при вращении и качании она снижается до 56 Н/мм², скорость скольжения — до 5 м/с.
Обкатка. Сначала износ составляет около 0,01–0,02 мм: часть слоя PTFE переходит на вал и образует самосмазывающую плёнку. Втулку заменяют, когда износ достигает 80 % слоя PTFE. Шероховатость поверхности вала должна быть менее 0,8 мкм.
Исполнения на заказ. Втулки скольжения SF-1D — гидравлическая втулка для частого возвратно-поступательного движения с высокой нагрузкой, SF-1SS — на основе нержавеющей стали без свинца, SF-1SSA — на основе коррозионно-стойкой нержавеющей стали.
SF-2: втулки скольжения для ограниченной смазки
Втулки скольжения SF-2 рассчитаны на малые скорости, высокие нагрузки и нормальную температуру; каталог называет их эффективной заменой обычной бронзовой втулки. В скользящем слое из POM выполнены ячейки, которые накапливают смазку и постепенно отдают её. Втулки оснащены наружным смазочным отверстием (на самых малых размерах его нет). Подходит литиевая смазка; MoS2 и графитовые консистентные смазки не подходят.
Ячейки удерживают смазку, поэтому интервалы между смазываниями длинные, но смазывать втулки всё же нужно периодически: без смазки износ резко растёт. Втулка считается изношенной при износе 0,15 мм. Нагрузочная способность — 70 Н/мм², скорость до 2,5 м/с, температура от −40 до +130 °C, коэффициент трения без смазки 0,05–0,25.
Спечённые, бронзовые, биметаллические и графитовые втулки скольжения
BNZ и FE. Спечённые втулки скольжения из бронзового (CuSn6Zn6Pb3) или железного порошка, пропитанные смазкой. Нагрузка 35 Н/мм² у BNZ и 45 Н/мм² у FE, температура от −80 до +160 °C. Бронзовые подходят для сильной запылённости без смазки и для контакта с водой, железные выдерживают бóльшие нагрузки при меньшем числе оборотов.
090 и 092. Бронзовые втулки скольжения из CuSn8P0,3: статическая нагрузка до 150 Н/мм², динамическая до 60 Н/мм², скорость до 2,5 м/с, температура от −40 до +150 °C. На внутренней поверхности — ромбические или сферические выемки (090) или сквозные отверстия (092). При консистентной смазке чаще берут ромбические выемки, при жидкой — сферические.
BM. Биметаллические втулки скольжения — сталь плюс слой сплава: BM1 (CuPb10Sn10, 70–100 HB, до +260 °C, нагрузка 150 Н/мм²), BM2 (CuPb24Sn4, до +200 °C), BM3 (CuPb30, до +170 °C), BM4 (AlSn20Cu, до +150 °C). Максимальная скорость при жидкой смазке растёт от 5 м/с у BM1 до 25 м/с у BM4.
BG. Втулки скольжения с твёрдой смазкой: основа с полостями, заполненными графитом. Применяют, когда невозможно подать смазку снаружи или температура очень высокая либо очень низкая. BG1 (латунь) — до +300 °C, нагрузка 100 Н/мм²; BG2 (бронза) — до +350 °C, 60 Н/мм²; BG4 (чугун) — до +400 °C; BG5 (сталь 100Cr6) — нагрузка 250 Н/мм², но не подходит для воды, кислот и щелочей.
Сравнение: какие втулки скольжения выбрать
| Тип | Нагрузка, Н/мм² | Температура, °C | Скорость, м/с | Смазка |
|---|---|---|---|---|
| SF-1 | 140 | от −195 до +280 | 5 | не нужна |
| SF-2 | 70 | от −40 до +130 | 2,5 | периодическая |
| BNZ | 35 | от −80 до +160 | — | пропитка, без обслуживания |
| 090 | 150 | от −40 до +150 | 2,5 | консистентная или жидкая |
| BM1 | 150 | до +260 | 5 при жидкой смазке | требуется |
| BG1 | 100 | до +300 | 0,4 без смазки, 5 с жидкой | твёрдая в основе |
Значения взяты из сводной таблицы материалов каталога; прочерк означает, что для типа скорость в таблице не указана. Предельный Pv для SF-1 — 2 Н/мм²·м/с без смазки и 50 со смазкой, для SF-2 — 2,8 и 22, для BG1 — 1,8 и 3,8.
Как оценить нагрузку: p, v и Pv
Втулки скольжения проверяют по удельной нагрузке p, скорости v и их произведению Pv. Удельная нагрузка p = F / (d · b), где F — полная нагрузка, d — внутренний диаметр, b — длина втулки. Скорость скольжения v измеряют в м/с, а произведение Pv (Н/мм²·м/с) сравнивают с пределом материала. Пример расчёта по формуле каталога: при F = 800 Н, d = 20 мм и длине 20 мм давление p = 2 Н/мм²; при скорости 0,5 м/с Pv = 1, что ниже предела SF-1 без смазки (2). Это иллюстрация, а не проектное решение: допустимое значение зависит от температуры, шероховатости и смазки. Для SF-1 при температуре выше 200 °C и том же Pv срок службы сокращается на 80 % по сравнению со сроком при 20 °C.
Посадки и допуски
Для метрических SF-1 допуски по ISO 3547-1:2006, рекомендуемые посадки: при диаметре до 4 мм вал h6 и отверстие корпуса H6, от 5 до 75 мм — вал f7 и корпус H7, от 80 мм — вал h8 и корпус H7. Для SF-2: вал h8, корпус H6 до 4 мм и H7 выше. Для BNZ допуски по ISO 2795:1991, для BG1 — d (F7), D (m6), корпус H7, вал d8, e7 или f7. В обозначении указывают размеры: SF-1 20x23x20 — внутренний диаметр 20 мм, наружный 23 мм, длина 20 мм.
Типичные ошибки подбора
- Берут втулки скольжения по диаметру и не считают Pv, температуру и смазку.
- Смазывают SF-1 «на всякий случай»: она рассчитана на работу без смазки, жидкость нужна, когда надо поднять предел Pv.
- Ставят SF-2 без возможности периодической смазки.
- Выбирают графитовую смазку для SF-2, хотя MoS2 и графитовые смазки там не подходят.
- Не проверяют шероховатость вала: для SF-1 она должна быть менее 0,8 мкм.
Выводы
Если смазка недоступна, берут SF-1 или BG; если допустимо периодическое смазывание при высоких нагрузках — SF-2 или бронзовую 090; для запылённой среды и малых нагрузок подходят спечённые BNZ; для вибрации и ударов — биметаллические BM1. Втулки скольжения ISB дают выбор по нагрузке, температуре и условиям смазки, а точный размер задаёт таблица серии.
Если нужно сверить подбор или размер, направьте запрос на почту zapros@vsekaruseli.ru: укажите диаметр, длину, нагрузку, скорость, температуру и условия смазки.
Частые вопросы
Чем втулки SF-1 отличаются от SF-2?
SF-1 имеют скользящий слой PTFE и работают без смазки: нагрузка до 140 Н/мм², скорость до 5 м/с, температура от −195 до +280 °C. SF-2 — слой из полиацетальной смолы с ячейками для смазки: нагрузка 70 Н/мм², скорость до 2,5 м/с, температура от −40 до +130 °C, смазывать их нужно периодически.
Как рассчитать удельную нагрузку на втулку?
По формуле p = F / (d · b): F — полная нагрузка, d — внутренний диаметр, b — длина. Затем сравнивают произведение Pv с пределом материала: для SF-1 это 2 Н/мм²·м/с без смазки и 50 со смазкой, для SF-2 — 2,8 и 22. Расчёт ориентировочный, на предел влияют температура и шероховатость.
Какие допуски вала и корпуса рекомендованы для SF-1?
Для диаметра до 4 мм — вал h6 и отверстие корпуса H6, от 5 до 75 мм — вал f7 и корпус H7, от 80 мм — вал h8 и корпус H7. Шероховатость вала должна быть менее 0,8 мкм. Для SF-2 вал h8, корпус H6 до 4 мм и H7 выше.
Какие втулки скольжения выбрать для высоких температур?
В каталоге высокотемпературные значения у SF-1 (до +280 °C), биметаллической BM1 (до +260 °C) и графитсодержащих BG: BG1 до +300 °C, BG2 до +350 °C, BG4 до +400 °C. Спечённые BNZ и FE работают до +160 °C, SF-2 — до +130 °C.
Как читать обозначение вроде SF-1 20x23x20?
Тип втулки, затем внутренний диаметр d, наружный диаметр D и длина L в миллиметрах: у SF-1 20x23x20 отверстие 20 мм, наружный диаметр 23 мм, длина 20 мм. Для заказа SF-1 и SF-2 указывают тип, d и L; допуск длины L ±0,25 мм.
Статья подготовлена по каталогам производителя ISB. Подобрать оборудование и уточнить стоимость можно, направив запрос на почту zapros@vsekaruseli.ru.