Miedziane tuleje

Aby prawidłowo dobrać rozmiar, materiał i specyfikację tulei miedzianych, należy połączyć warunki dopasowania (takie jak nośność, prędkość robocza, wymagania dotyczące smarowania) i scenariusze instalacji (takie jak średnica wału, materiał obudowy, środowisko pracy) oraz skupić się na kompatybilności kluczowych parametrów. Poniżej znajduje się szczegółowe wyjaśnienie z trzech wymiarów: określanie rozmiaru, dobór tolerancji i kluczowe parametry:

Rozmiar tulei miedzianych musi być dokładnie dopasowany do średnicy wału i obudowy montażowej. Kluczem jest określenie trzech kluczowych parametrów: średnicy wewnętrznej (dopasowanie do wału), średnicy zewnętrznej (dopasowanie do obudowy) i długości:

Zasada podstawowa: Średnica wewnętrzna tulei miedzianej musi być nieco większa niż średnica wału (tworząc luz pasowania). Wielkość luzu jest regulowana w zależności od charakterystyki pracy, aby zrównoważyć elastyczność i stabilność operacyjną:

• Niska prędkość i duże obciążenie (np. prasy, wały kruszarek): Wymagany jest mniejszy luz (0,01-0,03 mm), aby uniknąć zwiększonego lokalnego zużycia spowodowanego wstrząsami między wałem a tuleją;
• Wysoka prędkość i małe obciążenie (np. wały silników, wały wentylatorów): Wymagany jest większy luz (0,03-0,08 mm), aby zarezerwować miejsce na rozszerzalność cieplną tulei miedzianej (współczynnik rozszerzalności cieplnej miedzi ≈16*10⁻⁶/°C, wyższy niż w przypadku stali), aby zapobiec zakleszczeniu w wysokiej temperaturze;
• Dobre smarowanie (np. kąpiel olejowa, smarowanie wymuszone): Luz można umiarkowanie zwiększyć (0,05-0,12 mm), aby poprawić płynność medium smarującego;
• Trudne środowisko (np. pył, tarcie suche/smarowanie graniczne): Luz musi być ściśle kontrolowany (≤0,03 mm), aby zmniejszyć wnikanie zanieczyszczeń i zużycie na sucho;
• Regulacja adaptacji materiału: Czysta miedź (czerwona miedź) jest stosunkowo miękka, dlatego luz powinien być przyjmowany na dolnej granicy (≤0,02 mm), aby uniknąć deformacji; mosiądz i brąz można wybierać zgodnie z konwencjonalnymi luzami;
• Wzór obliczeniowy: Zalecana średnica wewnętrzna d = średnica wału + luz pasowania. Dokładność średnicy wału wynosi zwykle h6/h7 (strefa tolerancji wału), a tolerancja średnicy wewnętrznej tulei miedzianej jest odpowiednio wybierana jako H7/H8 (strefa tolerancji otworu), aby utworzyć "pasowanie z luzem".

Średnica zewnętrzna tulei miedzianej musi tworzyć stabilne dopasowanie z obudową montażową (zazwyczaj żeliwo, płyta stalowa lub stop aluminium), aby zapobiec przesuwaniu się tulei w obudowie podczas pracy:

• Małe obciążenie, scenariusze wymagające demontażu (np. ogólne części konserwacyjne maszyn): Pasowanie przejściowe (tolerancja tulei g6, tolerancja obudowy H7), dopuszczające niewielki luz lub wciskanie (±0,01 mm), aby zrównoważyć mocowanie i wygodę demontażu;
• Duże obciążenie, scenariusze wibracyjne (np. maszyny rolnicze, maszyny budowlane): Pasowanie wciskane (tolerancja tulei r6, tolerancja obudowy H7), wielkość wcisku 0,01-0,04 mm (im większa średnica, tym większa wielkość wcisku), aby zapewnić mocne zamocowanie tulei miedzianej i uniknąć poluzowania wibracyjnego;
• Adaptacja materiału obudowy: Gdy obudowa jest wykonana z miękkich materiałów, takich jak stop aluminium, wielkość wcisku jest zmniejszona o połowę (0,005-0,02 mm), aby zapobiec deformacji i pękaniu obudowy.

Wybór długości powinien unikać niewystarczającego podparcia z powodu zbyt krótkiej długości oraz problemów z rozpraszaniem ciepła lub przetwarzaniem spowodowanych zbyt dużą długością:

• Ryzyko bycia zbyt krótkim: Niewystarczająca powierzchnia podparcia, nadmierne obciążenie na jednostkę powierzchni, co jest podatne na lokalne kruszenie i deformację tulei miedzianej;
• Ryzyko bycia zbyt długim: Słabe rozpraszanie ciepła w środku tulei miedzianej (chociaż miedź ma doskonałą przewodność cieplną, nadmierny stosunek długości do średnicy jest podatny na gromadzenie się ciepła), zwiększone trudności w przetwarzaniu i wyższe koszty;
• Zalecany stosunek: L=(1,2-3)*d (średnica wewnętrzna) dla konwencjonalnych scenariuszy;
• Specjalna adaptacja: W przypadku smukłych wałów i warunków pracy z wibracjami można ją zwiększyć do L=(3-4)*d, ale należy zaprojektować osiowe rowki olejowe (szerokość 2-3 mm, głębokość 0,5-1 mm), aby wspomóc rozpraszanie ciepła i smarowanie;
• Ograniczenie materiałowe: Czysta miedź ma niską wytrzymałość, dlatego długość nie powinna przekraczać 3d, aby uniknąć deformacji zginającej.

Tuleje miedziane pracują w środowisku tarcia dynamicznego, dlatego kontrola tolerancji musi unikać luźnego dopasowania, zakleszczania lub nadmiernego zużycia:

• Tolerancja średnicy wewnętrznej: Klasa H7 (np. d=50 mm, zakres tolerancji 0~+0,025 mm) lub klasa H8 (0~+0,039 mm), aby zapewnić jednolity luz tulei miedzianych w tej samej partii;
• Tolerancja średnicy zewnętrznej: Klasa g6 (np. D=60 mm, zakres tolerancji -0,012~-0,002 mm) lub klasa r6 (+0,028~+0,038 mm), dopasowanie tolerancji obudowy w celu utworzenia stabilnego dopasowania;
• Kluczowe wymaganie: Tolerancja współosiowości między średnicami wewnętrznymi i zewnętrznymi tej samej tulei miedzianej ≤0,01 mm, aby uniknąć nierównomiernego luzu i lokalnego zużycia spowodowanego mimośrodem.

• Tolerancja okrągłości: ≤0,005 mm (średnica wewnętrzna ≤50 mm) lub ≤0,01 mm (średnica wewnętrzna >50 mm), aby uniknąć "kontaktu punktowego" między wałem a tuleją spowodowanego owalnością, co nasila zużycie;
• Tolerancja walcowości: ≤0,01 mm/m, aby zapewnić jednorodne dopasowanie między ścianą wewnętrzną tulei miedzianej a całą długością wału, osiągając zrównoważoną siłę;
• Tolerancja prostopadłości czoła: ≤0,01 mm/m, aby uniknąć ruchu osiowego spowodowanego nierównomierną siłą na czole.

• Chropowatość ściany wewnętrznej: Ra≤0,8μm (obróbka polerowania) w celu zmniejszenia współczynnika tarcia z wałem (współczynnik tarcia między miedzią a stalą ≈0,15, który można zmniejszyć do 0,08-0,1 po polerowaniu);
• Chropowatość ściany zewnętrznej: Ra≤1,6μm w celu poprawy dopasowania do obudowy i zwiększenia stabilności mocowania;
• Fazowanie krawędzi: Oba końce są fazowane pod kątem 1*45° lub 2*30°, aby uniknąć zarysowania wału lub obudowy podczas instalacji i prowadzić napływ medium smarującego.

Tuleje miedziane dzielą się głównie na trzy kategorie: czysta miedź, mosiądz i brąz. Różnice w wydajności określają odpowiednie scenariusze:

• Adaptacja obciążenia: Dla ciśnienia ≤15MPa, mosiądz jest opcjonalny; dla 15-30MPa, wybiera się brąz cynowy; dla >30MPa, preferowany jest brąz aluminiowy (wysoka wytrzymałość, odporność na uderzenia);
• Adaptacja prędkości: Dla prędkości liniowej ≤3m/s, można wybrać czystą miedź lub mosiądz; dla 3-10m/s, odpowiedni jest brąz cynowy (odporność na zużycie); dla >10m/s, należy dopasować smarowanie wymuszone + materiał brązowy;
• Środowisko korozyjne: W przypadku wilgotnych, kwasowo-zasadowych mediów (np. urządzenia chemiczne), preferowany jest brąz aluminiowy lub brąz cynowy (doskonała odporność na korozję w porównaniu z mosiądzem i czystą miedzią);
• Scenariusze bezolejowe/niskiej zawartości oleju: Wybiera się brąz zawierający ołów (np. ZCuSn10Pb1), ponieważ ołów tworzy warstwę samosmarującą, aby zmniejszyć zużycie na sucho.

• Konstrukcja rowka olejowego/otworu olejowego: W przypadku dużych obciążeń i scenariuszy o dużej prędkości, na ścianie wewnętrznej tulei miedzianej należy otworzyć osiowe rowki olejowe (szerokość 2-3 mm, głębokość 0,5-1 mm) lub pierścieniowe rowki olejowe, a na końcach należy ustawić otwory olejowe (otwór 2-4 mm), aby zapewnić ciągłe smarowanie;
• Konstrukcja grubości ścianki: Konwencjonalna grubość ścianki δ=(D-d)/2=3-8 mm; w przypadku scenariuszy o dużym obciążeniu można ją zwiększyć do 8-15 mm; w przypadku materiałów z czystej miedzi grubość ścianki powinna być zwiększona o 20% w porównaniu z mosiądzem/brązem, aby zrekompensować niewystarczającą wytrzymałość;
• Konstrukcja stopu: W przypadku poważnych scenariuszy wibracyjnych, na ścianie zewnętrznej tulei miedzianej można otworzyć rowek stopu (szerokość 3-5 mm, głębokość 1-2 mm) i zamocować go za pomocą kołka stopu, aby zapobiec obrotowi obwodowemu.