Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Металлические сплавы
Metallic alloys
Металл Баббита, или подшипниковый сплав, – это один из нескольких сплавов, используемых для создания рабочей поверхности в подшипниках скольжения. Оригинальный сплав Баббита был изобретен в 1839 году Исааком Баббитом в Таунтоне, штат Массачусетс, США. Он опубликовал один из своих рецептов, но держал другие в секрете как коммерческую тайну. Позже были разработаны и другие составы. Как и другие термины, чье происхождение от имени создателя со временем утратило значение (например, дизельный двигатель или евстахиева труба), термин "баббит" часто пишется со строчной буквы. Он предпочтительнее термина "белый металл", поскольку последний может относиться к различным подшипниковым сплавам, сплавам на основе свинца или олова, или к цинковым сплавам для литья под давлением. Металл Баббита чаще всего используется в виде тонкого поверхностного слоя в сложных многокомпонентных узлах, хотя изначально он применялся как объемный материал для литья подшипников непосредственно на месте. Металл Баббита характеризуется устойчивостью к заеданию. Металл Баббита мягкий и легко повреждается, что может указывать на его непригодность для использования в качестве рабочей поверхности подшипника. Однако его структура состоит из мелких твердых кристаллов, рассеянных в более мягкой металлической матрице, что, технически, делает его металломатричным композитом. По мере износа подшипника мягкий металл немного эродируется, образуя каналы для смазки между твердыми выступами, которые и обеспечивают фактическую несущую поверхность. При использовании олова в качестве мягкого металла трение приводит к его плавлению, и оно начинает функционировать как смазка, защищая подшипник от износа при отсутствии других смазочных материалов. В двигателях внутреннего сгорания используется металл Баббита, в основном на основе олова, поскольку он способен выдерживать циклические нагрузки.
Babbitt metal or bearing metal is any of several alloys used for the bearing surface in a plain bearing. The original Babbitt alloy was invented in 1839 by Isaac Babbitt in Taunton, Massachusetts, United States. He disclosed one of his alloy recipes but kept others as trade secrets. Other formulations were developed later. Like other terms whose eponymous origin is long since deemphasized (such as diesel engine or eustachian tube), the term babbitt metal is frequently styled in lowercase. It is preferred over the term "white metal", because the latter term may refer to various bearing alloys, lead or tin based alloys, or zinc die casting metal. Babbitt metal is most commonly used as a thin surface layer in a complex, multi metal assembly, but its original use was as a cast in place bulk bearing material. Babbitt metal is characterized by its resistance to galling. Babbitt metal is soft and easily damaged, which suggests that it might be unsuitable for a bearing surface. However, its structure is made up of small hard crystals dispersed in a softer metal, which makes it, technically, a metal matrix composite. As the bearing wears, the softer metal erodes somewhat, creating paths for lubricant between the hard high spots that provide the actual bearing surface. When tin is used as the softer metal, friction causes the tin to melt and function as a lubricant, protecting the bearing from wear when other lubricants are absent. Internal combustion engines use Babbitt metal which is primarily tin based because it can withstand cyclic loading.
Традиционные подшипники Babbitt
В традиционной технологии изготовления подшипников из металла Баббитт, чугунная баббитная втулка собирается с зазором вокруг вала, при его приблизительном конечном положении. Внутренняя поверхность чугунной баббитной втулки часто просверливается для формирования паза, фиксирующего литейный сплав при заливке. Вал покрывается сажей в качестве разделительного агента, концы подшипника обмазываются глиной для создания формы, и расплавленный металл заливается в полость вокруг вала, сначала заполняя нижнюю половину втулки. Подшипник снимается, а металл обрезается до верхней поверхности втулки. Затвердевший металл Баббитта достаточно мягок, чтобы его можно было резать ножом или острым зубилом. Стальная прокладка вставляется для защиты поверхности нижнего подшипника и создания зазора между крышкой втулки и валом. После повторного запечатывания концов глиной, дополнительный металл заливается для заполнения крышки втулки через отверстие в верхней части крышки, которое впоследствии станет смазочным портом. Затем две половины подшипника разделяются по прокладке, прокладка удаляется, масляные каналы очищаются от металла и на поверхности нового подшипника прорезаются масляные пути. Вал покрывается инженерной синью и вращается в подшипнике. При разборке подшипника синяя краска заполняет углубления и стирается с высоких точек, делая их видимыми. Высокие точки соскабливаются, и процесс повторяется, пока при извлечении вала не появится равномерный и равномерно распределенный рисунок синей краски. Затем подшипник очищается и смазывается, и регулируется зазор прокладками таким образом, чтобы вал удерживался плотно, но не заклинивало. Затем подшипник "прирабатывается" путем его работы при обильной смазке, низкой нагрузке и медленной скорости вращения, завершая процесс обнажения твердой поверхности подшипника. После окончательной регулировки зазора прокладками получается очень надежный подшипник с высокой несущей способностью. До появления недорогих электродвигателей мощность на заводах передавалась от центрального двигателя через приводные валы, работающие в сотнях подшипников Баббитта. Часто для передачи вращательной силы на станки использовались кожаные, тканевые или резиновые ремни. Выражение "заклинивший подшипник" также происходит от этого типа подшипников, поскольку недостаток смазки приводит к нагреву из-за трения в подшипнике, что в конечном итоге приводит к плавлению металла Баббитта и вытеканию его из втулки.
In the traditional style of a babbitt metal bearing, a cast iron pillow block is assembled as a loose fit around the shaft, with the shaft in its approximate final position. The inner face of the cast iron pillow block is often drilled to form a key to locate the bearing metal as it is cast into place. The shaft is coated with soot as a release agent, the ends of the bearing are packed with clay to form a mold, and molten metal is poured into the cavity around the shaft, initially filling the lower half of the pillow block. The bearing is stripped, and the metal trimmed back to the top surface of the pillow block. Solidified babbitt metal is soft enough to be cut with a knife or sharp chisel. A steel shim is inserted to protect the face of the lower bearing and to space the cap of the pillow block away from the shaft. After resealing the ends with clay, more metal is then poured to fill the cap of the pillow block through the hole in the top of the pillow block cap, which will eventually become a lubrication port. The two halves of the bearing are then split at the shim, the shim removed, the oil holes cleared of metal and oil ways are cut into the surface of the new bearing. The shaft is smeared with engineer's blue and rotated in the bearing. When the bearing is disassembled the blue fills the hollows and is rubbed off the high spots, making them visible. The high spots are scraped down, and the process repeated, until a uniform and evenly distributed pattern of blue shows when the shaft is removed. The bearing is then cleaned and lubricated, and shimmed up such that the shaft is held firmly but not binding in the bearing. The bearing is then "run in" by being run heavily lubricated at low load and slow revolution, completing the process of exposing the hard bearing surface. After final adjustment of the shimming, a very reliable and high load capability bearing results. Before the advent of low cost electric motors, power was distributed through factories from a central engine via overhead shafts running in hundreds of Babbitt bearings. Often leather, fabric or rubber belts would be used to transfer this rotating power to working machines. The expression a "run bearing" also derives from this style of bearing, since failure of lubrication will lead to heat build up due to friction in the bearing, eventually leading to the bearing metal melting and running out of the pillow block.
Современные подшипники Babbitt
До середины 1950-х годов литые подшипники Баббита широко использовались в автомобильной промышленности. Баббит заливали в блок цилиндров или крышки шатунов с помощью формы. Применялись баббиты на основе олова, так как они могли выдерживать ударные нагрузки, возникающие на шатунах и коленчатом валу. Литые подшипники Баббита делали тонкими. Шатуны и крышки имели подкладки, которые можно было снимать по мере износа Баббита. Компания Ford использовала по две подкладки толщиной 0,002 дюйма на каждой крышке и Баббит, состоящий из 86% олова, 7% меди и 7% сурьмы (см. каталоги KRW для модели T). Использовались стальные подкладки, поскольку латунные подкладки, применяемые сегодня, со временем имеют тенденцию сжиматься, что сокращает срок службы подшипников. Литые подшипники Баббита обычно выдерживали более 80 000 километров (50 000 миль) до необходимости замены. Также известно, что литые подшипники Баббита выходят из строя постепенно, позволяя эксплуатировать автомобиль в течение продолжительного времени. Вышедший из строя подшипник вряд ли повредит коленчатый вал. В современных двигателях коренные и шатунные подшипники коленчатого вала изготавливаются из сменных стальных вкладышей, фиксируемых к крышкам подшипников. Внутренняя поверхность стального вкладыша покрывается слоем бронзы, который, в свою очередь, покрывается тонким слоем металла Баббита, служащего рабочей поверхностью. Процесс нанесения этого слоя металла называется баббитированием.
Until the mid 1950s, poured Babbitt bearings were common in automotive applications. The Babbitt was poured into the block or caps using a form. Tin based Babbitts were used, as they could stand up to the impact loads found on the connecting rods and crankshaft. The poured Babbitt bearings were kept thin. The rods and caps would have shims that could be peeled off as the Babbitt wore down. Ford was known to use two 0.002" on each cap and Babbitt that was 86% tin, 7% copper, 7% antimony (see the KRW catalogs for the Model T). Steel shims were used, as the brass shims used today tend to compress over time, contributing to shorter bearing life. The poured Babbitt bearings commonly get over 50,000 miles of use before needing replacement. Poured Babbitt bearings are also known to fail gracefully, allowing the car to be driven for extended periods of time. The failed bearing is not likely to damage the crankshaft. In more modern practice, the crankshaft and connecting rod big end bearings in a modern automobile engine are made of a replaceable steel shell, keyed to the bearing caps. The inner surface of the steel shell is plated with a coating of bronze, which is in turn coated with a thin layer of Babbitt metal as the bearing surface. The process of laying down this layer of metal is known as Babbitting.
Альтернативные подшипники
Во многих областях применения подшипники качения, такие как шариковые или роликовые подшипники, заменили подшипники скольжения Баббита. Хотя такие подшипники могут обеспечивать более низкий коэффициент трения, чем подшипники скольжения, их главное преимущество заключается в том, что они могут надежно работать без постоянной подачи смазки под давлением. Шариковые и роликовые подшипники также могут использоваться в конструкциях, которым требуется воспринимать как радиальные, так и осевые нагрузки. Однако подшипники качения не обладают полезными демпфирующими свойствами и способностью поглощать ударные нагрузки, которые обеспечивают подшипники с жидкостной смазкой, такие как подшипники Баббита.
In many applications, rolling element bearings, such as ball or roller bearings, have replaced Babbitt bearings. Though such bearings can offer a lower coefficient of friction than plain bearings, their key advantage is that they can operate reliably without a continuous pressurized supply of lubricant. Ball and roller bearings can also be used in configurations that are required to carry both radial and axial thrusts. However, rolling element bearings lack the beneficial damping and shock load capability provided by fluid film bearings, such as the Babbitt.