Leitfaden für die Auswahl gemeinsamer Lagermaterialien

Die Auswahl der Lagermaterialien beeinflusst unmittelbar die Zuverlässigkeit und Lebensdauer der mechanischen Systeme und erfordert eine Anpassung an die Betriebsbedingungen (Last, Geschwindigkeit, Umgebung).Die wichtigsten Lagermaterialien werden in drei Typen eingeteiltHier ist eine technische Analyse ihrer Eigenschaften und Anwendungsszenarien zu finden.

I. Metallische Materialien: Hauptwahl für hochfeste Belastungen

1. Lagerlegierungen (Babbittlegierungen/Weißmetalle)

• Zusammensetzung und Struktur: Legierungen aus weichen Matrizen mit Zinn oder Blei als Basis, die harte Körner aus Antimon-Zinn (Sb-Sn) und Kupfer-Zinn (Cu-Sn) enthalten.
• Wichtige Vorteile:
  • Eine weiche Matrix sorgt für hohe Duktilität und Konformität, während harte Körner die Verschleißfestigkeit erhöhen.
  • Aussergewöhnliche Einbettbarkeit (erlaubt die Einbettung von Verunreinigungspartikeln und verhindert Kratzer) und antiadhesive Verschleißeigenschaften;
  • Gute Wärmeleitfähigkeit (verringert die Reibungswärmeakkumulation) und Öladsorption (verbessert die Schmierung).
• Einschränkungen:
  ▪ Niedrige Festigkeit, so daß sie als dünne Beschichtung (0,5-5 mm) auf Bronz-, Stahl- oder Gusseisenlagerschalen gegossen werden muß;
  ▪ Kostengünstig, geeignet für Schwerlast-Anwendungen mit mittlerer Geschwindigkeit mit strengen Schmieranforderungen (z. B. Dampfturbinen, Hauptwellen von Verbrennungsmotoren).

2Kupferlegierungen

• Typische Typen:
  ▶Zinnbronz: ausgezeichnete Reibungsbeständigkeit, bei mittelschnelligen Schwerlastvorgängen (z. B. Schiffspropellerwellenlager), jedoch mit geringerer Konformität mit Lagerlegierungen;
  ▶Bleibronze: hohe Anfallsicherheit, geeignet für schwere Lasten mit hoher Geschwindigkeit (z. B. Flugzeugmotorlager);
  ▶Aluminium Bronze: Hohe Festigkeit und Härte, schwache Antieffekte, für schnelle schwere Lasten (z. B. Lager von Bergbaumaschinen)
• Gemeinsame Vorteile: Höhere Härte und Belastbarkeit als Lagerlegierungen, die eine bessere Wirtschaftlichkeit bieten.

3. Legierungen auf Aluminiumbasis

• Technische Merkmale:
  • Niedrige Dichte (ca. 1/3 der Kupferlegierungen), hohe Korrosionsbeständigkeit und hohe Ermüdungsfestigkeit;
  • Kann als monometallische Bauteile oder bimetallische Strukturen hergestellt werden (Auskleidung auf Aluminiumbasis + Stahlunterlage), die einige Lagerlegierungen und Bronzen ersetzt.
• Anwendungen: Fahrzeugmotorlager, Kompressorlager bei mittlerer Last bei hohen Geschwindigkeiten.

4. Gusseisen (graues Gusseisen/verschleißfestes Gusseisen)

• Verstärkungsmechanismus: Graphitflocken (lamellar oder knodulär) bilden eine feste Schmierstoffschicht, die Schmierstoffe adsorbiert, um die Grenzschmierung zu verbessern.
• Beschränkungen:
  ▪ Brüchig mit schlechter Verformbarkeit, nur geeignet für leichte Beanspruchungen bei geringen Geschwindigkeiten (z. B. landwirtschaftliche Maschinen, Handwerkzeuglager);
  ▪ Benötigt Schmierung, ungeeignet für Umgebungen mit Schlaglast.

II. Nichtmetallische Materialien: Lösungen für spezielle Umgebungen

1. Polymermaterialien (Kunststoffe)

• Häufige Typen:
  ▶ Phenolharz: Hochtemperaturbeständig (150°C), hohe Festigkeit, verwendet in Getriebelagern;
  ▶ Nylon (PA): Gute Selbstschmierung, Stoßdämpfung, geeignet für staubige Umgebungen;
  ▶ Polytetrafluorethylen (PTFE): Extrem geringer Reibungskoeffizient (0,04), Korrosionsbeständigkeit, ohne Schmierung betriebsfähig.
• Einschränkungen der Anwendung:
  ▪ Schlechte Wärmeleitfähigkeit (1/200 Stahl), was eine Steuerung der Betriebsgeschwindigkeit (≤ 0,5 m/s) und des Drucks (≤ 3 MPa) erfordert;
  ▪ Hoher linearer Ausdehnungskoeffizient (10-mal so hoch wie bei Stahl), so daß ein 2- bis 3-mal größerer Abstand als bei Metalllagern erforderlich ist;
  ▪ Niedrige Festigkeit und Anfälligkeit für Kriechen, ungeeignet für Präzisionslager.

2. Kohlenstoff-Graphitmaterialien

• Leistungsvorteile:
  • Selbstschmierung beruht auf adsorbiertem Wasserdampf und imprägnierten Schmierstoffen (z. B. Metalle, PTFE, Molybdendisulfid);
  • Hochtemperaturbeständigkeit (über 600 °C), Korrosionsbeständigkeit, geeignet für Vakuum- oder stark korrosive Umgebungen (z. B. chemische Pumpenlager).
• Materielles Eigentum: Ein höherer Graphitgehalt führt zu einer geringeren Härte und einem geringeren Reibungskoeffizienten (bis zu 0,08).

3Kautschuk und Holz

• Kautschuk: Hohe Elastizität, Absorption von Verunreinigungen, für Wassergeschmierte oder verschmutzte Umgebungen (z. B. Lager von Abwasseraufbereitungsanlagen);
• Holz: Poröse Struktur zur Ölimpregnierung, geeignet für staubige Umgebungen (z. B. Lager für Textilmaschinen, landwirtschaftliche Maschinen), die eine Oberflächenbehandlung zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit erfordern.

III. Poröse Metallmaterialien: Optimal für selbstschmierende Szenarien

1. Materielles Prinzip

• Herstellungsprozess: Metallpulver (hauptsächlich Eisen/Bronze) werden gepresst und in eine poröse Struktur (Porosität 10%~35%) gesintert, vor Verwendung mit Öl gesättigt, um mit Öl imprägnierte Lager zu bilden.
• Schmiermechanismus:
  ▶ Während des Betriebs: Durch die Drehung der Zeitschrift und den Temperaturanstieg wird Öl von den Poren auf die Reibfläche freigesetzt.
  ▶ Beim Herunterfahren: Die Kapillaren ziehen das Öl zurück in das Lager und ermöglichen eine regelmäßige Selbstschmierung.

2Typische Materialien und Anwendungen

• Poröses Eisen: Höhere Festigkeit, bei niedrigen Geschwindigkeiten bei mittlerer Last, wie z. B. bei Mühlbelagern, Nockenwellenlagern von Verbrennungsmotoren;
• Poröse Bronze: Gute Verschleißbeständigkeit, geeignet für elektrische Lüfter, Textilmaschinen und Automobilgeneratorlager (Last ≤ 10 MPa, Geschwindigkeit ≤ 2 m/s).
• Verwendungsempfehlungen: Regelmäßiges Öl auffüllen für eine optimale Leistung, ungeeignet für Aufprallbelastungen oder hohe Geschwindigkeiten (> 3 m/s).

Referenz für die Auswahlentscheidung

Schlussfolgerung

1. Schwere Last und hohe Geschwindigkeit: Vorzugsweise Lagerlegierungen oder Bleibronze mit Zwangsschmiersystemen;
2. Korrosive/ölfreie Umgebungen: Verwenden von PTFE-Kunststoffen oder Kohlenstoffgraphit-Materialien, wobei eine gewisse Lastkapazität für die Umweltausfallfähigkeit eingetauscht wird;
3. Billiges Selbstschmieren: Poröse Metallmaterialien eignen sich hervorragend für Szenarien mit geringer Lichtbelastung.
   Durch eine umfassende Bewertung von Parametern wie Last, Geschwindigkeit, Temperatur und Umgebungsmedien und durch Kombination der physikalisch-mechanischen Eigenschaften des Materials mit den Kostendie Lebensdauer der Lager und die Betriebssicherheit der Ausrüstung können erheblich verbessert werden;.