Бэббит (сплав)

Баббитовый металл или подшипниковый металл — это любой из нескольких сплавов, используемых для изготовления несущей поверхности подшипника скольжения .

Оригинальный сплав Бэббита был изобретен в 1839 году Исааком Бэббитом. ^{[ 1 ]} в Тонтоне , Массачусетс , США. Он раскрыл один из своих рецептов сплава, но сохранил другие в качестве коммерческой тайны . ^{[ 2 ]} Другие рецептуры были разработаны позже. ^{[ 3 ]} Как и другие термины, одноименное происхождение которых уже давно не придается должного значения (например, дизельный двигатель или евстахиева труба ), термин «баббитовый металл» часто пишется строчными буквами. ^{[ 3 ]}^{[ 4 ]} Он предпочтительнее термина « белый металл », поскольку этот термин относится к цинку, литому под давлением металлу, сплавам на основе свинца , сплавам на основе олова и подшипниковому металлу.

Металлический баббит чаще всего используется в качестве тонкого поверхностного слоя в сложной многометаллической сборке, но первоначально его использовали в качестве отлитого . на месте объемного несущего материала, Баббитовый металл отличается устойчивостью к истиранию . Баббитовый металл мягок и легко повреждается, что говорит о том, что он может быть непригоден в качестве несущей поверхности. Однако его структура состоит из мелких твердых кристаллов, диспергированных в более мягком металле, что делает его технически композитом с металлической матрицей . По мере износа подшипника более мягкий металл несколько разрушается, создавая пути для смазки между твердыми выступами, которые образуют фактическую поверхность подшипника. Когда в качестве более мягкого металла используется олово, трение заставляет олово плавиться и действовать как смазка, защищая подшипник от износа при отсутствии других смазочных материалов.

В двигателях внутреннего сгорания используется баббитовый металл, который в основном состоит из олова, поскольку он может выдерживать циклические нагрузки.

Традиционные баббитовые подшипники

В традиционном стиле баббитового металлического подшипника чугунный опорный блок свободно прилегает вокруг вала, при этом вал находится в его приблизительном конечном положении. Внутренняя поверхность чугунного опорного блока часто просверливается, чтобы сформировать шпонку для определения местоположения металла подшипника при его отливке на место. Вал покрывают сажей в качестве антиадгезива , концы подшипника набивают глиной для формирования формы, а в полость вокруг вала заливают расплавленный металл, первоначально заполняя нижнюю половину опорного блока. Подшипник снимается, а металл обрезается до верхней поверхности опорного блока. Затвердевший металл баббита достаточно мягок , чтобы его можно было разрезать ножом или острым долотом .

Стальная вставлена для защиты поверхности нижнего подшипника и для прокладка отделения крышки опорного блока от вала. После повторной герметизации концов глиной затем заливают еще металла, чтобы заполнить крышку опорного блока через отверстие в верхней части крышки опорного блока, которое в конечном итоге станет отверстием для смазки.

Затем две половины подшипника разрезаются по прокладке, прокладка удаляется, смазочные отверстия очищаются от металла, а смазочные каналы прорезаются на поверхности нового подшипника. Вал намазан инженерной синькой и вращается в подшипнике. Когда подшипник разобран, синий цвет заполняет впадины и стирается с выступов, делая их видимыми. Выступы соскабливаются, и процесс повторяется до тех пор, пока при снятии стержня не появится однородный и равномерно распределенный узор синего цвета. Затем подшипник очищают, смазывают и устанавливают прокладки так, чтобы вал прочно удерживался, но не застревал в подшипнике. Затем подшипник «обкатывается» посредством обильной смазки при низкой нагрузке и медленном вращении, завершая процесс обнажения твердой поверхности подшипника. После окончательной регулировки прокладок получается очень надежный подшипник с высокой несущей способностью.

До появления недорогих электродвигателей мощность распределялась по заводам от центрального двигателя через верхние валы, работающие на сотнях подшипников Бэббита. Часто для передачи вращательной силы рабочим машинам использовались кожаные, тканевые или резиновые ремни.

Выражение «рабочий подшипник» также происходит от этого типа подшипника, поскольку отказ смазки приводит к тепла накоплению из-за трения в подшипнике, что в конечном итоге приводит к плавлению металла подшипника и вытеканию из опорного блока.

Современные баббитовые подшипники

До середины 1950-х годов литые баббитовые подшипники были обычным явлением в автомобильной промышленности. Бэббит заливали в блок или колпачки с помощью формы. Были использованы баббиты на основе олова, поскольку они могли выдерживать ударные нагрузки, возникающие на шатунах и коленчатом валу . Литые подшипники Бэббита оставались тонкими. Стержни и колпачки будут иметь прокладки, которые можно будет снять по мере износа Бэббита. Известно, что Форд использовал по две 0,002-дюймовые прокладки на каждой крышке, а Бэббит состоял из 86% олова , 7% меди и 7% сурьмы (см. каталоги KRW для модели T ). Использовались стальные прокладки, поскольку латунные прокладки, используемые сегодня, имеют тенденцию со временем сжимаются, что приводит к сокращению срока службы подшипников из литого баббита, прежде чем он потребует замены. Также известно, что подшипники выходят из строя корректно, что позволяет автомобилю эксплуатироваться в течение длительного времени. Выход из строя подшипника вряд ли повредит коленчатый вал.

Коленчатый вал и шатунные подшипники в современных автомобильных двигателях изготовлены из сменной стальной обечайки, прикрепленной к крышкам подшипников шпонками. Внутренняя поверхность стального корпуса покрыта бронзовым покрытием , которое, в свою очередь, покрыто тонким слоем баббитового металла в качестве несущей поверхности.

Процесс укладки этого слоя металла известен как баббитирование.

Альтернативные подшипники

Во многих случаях подшипники качения , такие как шариковые или роликовые подшипники , заменили баббитовые подшипники. Хотя такие подшипники могут иметь более низкий коэффициент трения, чем подшипники скольжения, их ключевым преимуществом является то, что они могут надежно работать без постоянной подачи смазки под давлением. Шариковые и роликовые подшипники также могут использоваться в конфигурациях, которые должны выдерживать как радиальные , так и осевые нагрузки . Однако подшипникам качения не хватает преимуществ демпфирования и способности выдерживать ударные нагрузки, обеспечиваемых подшипниками с жидкостной пленкой, такими как Babbitt.

Баббитовые сплавы

Названия отраслей	ASTM Класс	Сн	Pb	С	Сб	Как	Предел текучести , ^{[ а ]} фунт на квадратный дюйм (МПа)		Джонсон, очевидный предел упругости, ^{[ б ]} фунт на квадратный дюйм (МПа)		Температура плавления °Ф (°С)	Правильная заливка темп. °Ф (°С)
Названия отраслей	ASTM Класс	Сн	Pb	С	Сб	Как	20 ° С (68 ° F)	100 ° С (212 ° F)	20 ° С (68 ° F)	100 ° С (212 ° F)	Температура плавления °Ф (°С)	Правильная заливка темп. °Ф (°С)
№ 1 ^{[ 6 ]}	1	90–92	≤ 0.35	4–5	4–5		4400 (30.3) ^{[ 5 ]}	2650 (18.3) ^{[ 5 ]}	2450 (16.9) ^{[ 5 ]}	1050 (7.2) ^{[ 5 ]}	433 (223) ^{[ 5 ]}	825 (441) ^{[ 5 ]}
Никель Натуральный ^{[ 6 ]}	2	88–90	≤ 0.35	3–4	7–8		6100 (42.0) ^{[ 5 ]}	3000 (20.6) ^{[ 5 ]}	3350 (23.1) ^{[ 5 ]}	1100 (7.6) ^{[ 5 ]}	466 (241) ^{[ 5 ]}	795 (424) ^{[ 5 ]}
Супер Жесткий ^{[ 6 ]}	3	83–85	≤ 0.35	7.5–8.5	7.5–8.5		6600 (45.5) ^{[ 5 ]}	3150 (21.7) ^{[ 5 ]}	5350 (36.9) ^{[ 5 ]}	1300 (9.0) ^{[ 5 ]}	464 (240) ^{[ 5 ]}	915 (491) ^{[ 5 ]}
4 класс ^{[ 6 ]}	4	74–76	9.3–10.7	2.5–3.5	11–13
11 класс ^{[ 6 ]}	11	86–89	≤ 0.35	5–6.5	6–7.5
Сильное давление ^{[ 6 ]}	7	9.3–10.7	72.5–76.5		14–16	0.3–0.6	3550 (24.5) ^{[ 5 ]}	1600 (11.0) ^{[ 5 ]}	2500 (17.2) ^{[ 5 ]}	1350 (9.3) ^{[ 5 ]}	464 (240) ^{[ 5 ]}	640 (338) ^{[ 5 ]}
Королевский ^{[ 6 ]}	8	4.5–5.5	77.9–81.2		14–16	0.3–0.6	3400 (23.4) ^{[ 5 ]}	1750 (12.1) ^{[ 5 ]}	2650 (18.3) ^{[ 5 ]}	1200 (8.3) ^{[ 5 ]}	459 (237) ^{[ 5 ]}	645 (341) ^{[ 5 ]}
13 класс ^{[ 6 ]}	13	5.5–6.5	82.5–85		9.5–10.5	≤ 0.25
Шланг ^{[ 6 ]}	15	0.8–1.2	79.9–83.9		14.5–17.5	0.8–1.4

^ Значения предела текучести взяты из кривых растяжения при деформации 0,125 % расчетной длины. ^{[ 5 ]}
^ Кажущаяся граница упругости Джонсона принимается как единичное напряжение в точке, где наклон касательной к кривой в 2/3 раза превышает наклон исходной точки. ^{[ 5 ]}

Наука выбора подшипников Бэббита

Проектирование баббитовой футеровки подшипника обычно завершается при проектировании машины. При выборе подходящего типа баббита для конкретной работы необходимо учитывать ряд факторов, наиболее важными из которых являются следующие:

Поверхностная скорость вала
Нагрузка, которую должен выдерживать подшипник

Нет сомнений в том, что если подшипник должен подвергаться высокой нагрузке по сравнению с его размером, желателен сплав с высоким содержанием олова; тогда как для работы с гораздо более низкой скоростью и менее сильно нагруженными подшипниками можно использовать баббит на основе свинца, и он гораздо более экономичен.

Поверхностная скорость вала (количество футов , пройденное валом по окружности в минуту):
Формула : S = $π$ × D × об/мин / 12.

Пример : Определите поверхность вала диаметром 2 дюйма , вращающегося со скоростью 1400 оборотов в минуту (об/мин):
S = $π$ × D × об/мин / 12 = 3,1416 × 2 × 1400 / 12 = 733,04 фута/мин,

где $π$ = 3,1416, D = диаметр вала в дюймах, S = поверхностная скорость вала.
Требуется нести несущую нагрузку (вес, который создается за счет совокупного веса вала и любых других прямых весов на валу и измеряется в фунтах-силах на квадратный дюйм ):
Формула : L = W / (ID × LOB).

Пример : Определите нагрузку на подшипник с внутренним диаметром 2 дюйма, длиной 5 дюймов и весом 3100 фунтов силы:
Вт / (ВД x LOB) = 3100 / (2 × 5) = 310 фунт-сила/дюйм ²,

где W = общий вес, выдерживаемый подшипником, ID = внутренний диаметр подшипника, LOB = длина подшипника, L = несущая нагрузка.

Выбор баббитового подшипника

Хотя это не требует точных расчетов, необходимо также принять во внимание следующие соображения:

Непрерывность обслуживания
Характеристики склеивания
Холодильные установки
Смазка
Чистота
График технического обслуживания используемого подшипника

Например, подшипник, постоянно эксплуатируемый в суровых условиях без регулярного технического обслуживания, потребует другой баббитовой смазки и смазки, чем подшипник, эксплуатируемый с перерывами в чистой и легкой среде. Это так называемое искусство на самом деле представляет собой конденсацию опыта технического специалиста и опыта восстанавливаемого подшипника.

Если подшипник хорошо себя зарекомендовал в течение многих лет, его необходимо просто восстановить до исходных характеристик и конструкции. В этом случае наибольшие опасения технического специалиста вызывают:

Подготовка поверхности вкладыша подшипника
Характеристики сцепления луженой массы и баббитового слоя,
Подготовка и отделка несущей поверхности

Эко-Баббит

Экобаббит — это сплав, состоящий из 90% Sn, 7% Zn и 3% Cu, который технически не является баббитовым металлом. см. в разделе «Припои». Дополнительную информацию об экобабите ^{[ 7 ]}

Ссылки

^ Хеллеманс, Александр; Банч, Брайан (1988). Расписания науки . Саймон и Шустер . п. 305. ИСБН 0671621300 .
^ Исаак Бэббит, «Способ изготовления коробок для осей и пескарей», Архивировано 16 июля 2020 г. в патенте США Wayback Machine №. 1252 (выпущено: 17 июля 1839 г.). Бэббит не запатентовал свой сплав, хотя и приводит его формулу: «Внутренние части ящиков должны быть покрыты любым из более твердых видов состава, известных под названиями британского металла или олова, основой которого является блочное олово. Прекрасное соединение для этой цели я приготовил, взяв около 50 частей олова, пять частей сурьмы и одну часть меди, но я не намерен ограничиваться этим конкретным составом».
^ Jump up to: ^а ^б Оберг и Грин 1996 , с. 2150.
^ Словарь американского наследия, 4-е изд., главное слово « баббит-металл» .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж ^к ^л ^м ^н ^тот ^п ^д ^р ^с ^т ^в ^v ^В ^х ^и ^С ^аа ^аб ^и ^{объявление} ^но ^из «Искусство и наука выбора баббитов» . Kapp Alloy & Wire, Inc. Архивировано из оригинала 21 сентября 2013 года . Проверено 26 октября 2012 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я «Бэббитовая классификация» . Kapp Alloy & Wire, Inc. Архивировано из оригинала 21 сентября 2013 года . Проверено 25 октября 2012 г.
^ Kapp Alloy & Wire, Inc. «Капп Эко-Баббит» . Kapp Alloy & Wire, Inc. Проверено 10 апреля 2013 г.

Библиография

Хоутон Миффлин (2000). Словарь английского языка американского наследия (4-е изд.). Бостон и Нью-Йорк: Хоутон Миффлин. ISBN 978-0-395-82517-4 . .
Оберг, Эрик; Грин, Роберт Э. (1996). Справочник по машиностроению: справочник для инженера-механика, проектировщика, инженера-технолога, чертежника, слесаря-инструментальщика и машиниста . Промышленная пресса. ISBN 9780831125752 .

Внешние ссылки

«Как белый металл формуют для подшипников шатуна паровоза» . Ропли, железная дорога Мид-Хантс. Архивировано из оригинала 9 октября 2011 г. Проверено 1 июля 2011 г.
«Как заливать баббитовые подшипники» . ВикиКак.

[6] Значения предела текучести взяты из кривых растяжения при деформации 0,125 % расчетной длины. ^{[ 5 ]}

[7] Кажущаяся граница упругости Джонсона принимается как единичное напряжение в точке, где наклон касательной к кривой в 2/3 раза превышает наклон исходной точки. ^{[ 5 ]}

[1] Хеллеманс, Александр; Банч, Брайан (1988). Расписания науки . Саймон и Шустер . п. 305. ИСБН 0671621300 .

[2] Исаак Бэббит, «Способ изготовления коробок для осей и пескарей», Архивировано 16 июля 2020 г. в патенте США Wayback Machine №. 1252 (выпущено: 17 июля 1839 г.). Бэббит не запатентовал свой сплав, хотя и приводит его формулу: «Внутренние части ящиков должны быть покрыты любым из более твердых видов состава, известных под названиями британского металла или олова, основой которого является блочное олово. Прекрасное соединение для этой цели я приготовил, взяв около 50 частей олова, пять частей сурьмы и одну часть меди, но я не намерен ограничиваться этим конкретным составом».

[Greenetal1996p2150-3] Jump up to: ^а ^б Оберг и Грин 1996 , с. 2150.

[AHD4_babbitt_metal-4] Словарь американского наследия, 4-е изд., главное слово « баббит-металл» .

[Babbitt_Science-5] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж ^к ^л ^м ^н ^тот ^п ^д ^р ^с ^т ^в ^v ^В ^х ^и ^С ^аа ^аб ^и ^{объявление} ^но ^из «Искусство и наука выбора баббитов» . Kapp Alloy & Wire, Inc. Архивировано из оригинала 21 сентября 2013 года . Проверено 26 октября 2012 г.

[Durakapp-8] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я «Бэббитовая классификация» . Kapp Alloy & Wire, Inc. Архивировано из оригинала 21 сентября 2013 года . Проверено 25 октября 2012 г.

[Kapp_Eco-Babbitt-9] Kapp Alloy & Wire, Inc. «Капп Эко-Баббит» . Kapp Alloy & Wire, Inc. Проверено 10 апреля 2013 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ а ]

[ б ]

[ 6 ]

[ 5 ]

[ 7 ]