Втулка — опорный элемент машин¶

Втулка — это цилиндрическая деталь, устанавливаемая в отверстие другой детали и служащая для снижения трения, износа и облегчения замены изношенных поверхностей. Втулка воспринимает нагрузки от вала или оси, обеспечивая их подвижное или неподвижное соединение с корпусом. По сути, втулка является сменным изнашиваемым элементом, что позволяет при ремонте заменить только её, а не более дорогостоящую деталь.

¶Назначение и принцип работы

Основные функции втулки:

• Защита от износа. Втулка принимает на себя трение вместо корпуса или вала, продлевая срок службы узла.
• Обеспечение точного сопряжения. Втулка подбирается по квалитету допуска, обеспечивающему требуемый зазор или натяг.
• Снижение момента трения. При правильном подборе материала и смазки коэффициент трения в паре «вал — втулка» ниже, чем в паре «вал — корпус».
• Центрование вала. Втулка задаёт точное взаимное положение вала и корпуса.

Втулки работают в подвижных соединениях (вращение или качание вала) и в неподвижных (фиксация оси, заклёпочные и болтовые соединения).

¶Классификация

По назначению втулки делятся на:

По конструктивным признакам различают:

• Цилиндрические — наиболее распространённый тип, с гладкой или рифлёной внутренней поверхностью.
• Фланцевые — снабжены буртиком (фланцем), ограничивающим осевое перемещение.
• Разрезные — выполнены из двух половин, что позволяет регулировать зазор после сборки.
• Регулируемые — состоят из клиновидных сегментов для изменения диаметра.
• Рифлёные — имеют канавки или отверстия для накопления смазки.

По способу крепления в корпусе втулки бывают с натягом (прессованные), с зазором (подвижные, например на шлицах) и комбинированные.

¶Материалы

Выбор материала определяется характером нагрузки, скоростью вращения, температурой и средой.

• Бронза и латунь — классические антифрикционные материалы для втулок скольжения. Бронзовые втулки (например, из оловянистой бронзы БрО10С1) применяются в ответственных узлах.
• Баббит — мягкий сплав на оловянной или свинцовой основе, применяется в тяжело нагруженных подшипниках скольжения.
• Чугун — серый чугун СЧ используется для втулок средней нагруженности.
• Сталь — стальные втулки работают в паре с бронзовыми или чугунными, а также в неподвижных соединениях.
• Полимеры и пластмассы — полиамид (капролактам), фторопласт (ПТФЭ), полиоксиметилен. Такие втулки не требуют смазки, устойчивы к коррозии и применяются в химическом оборудовании, пищевой промышленности.
• Порошковая металлургия — самосмазывающиеся втулки из спечённых порошков бронзы с графитовыми включениями.
• Дерево — деревянные втулки (дуб, самшит, акация) исторически применялись в морском деле и до сих пор используются в отдельных конструкциях.

¶Основные размеры и допуски

Геометрические параметры втулки задаются ГОСТ 23689-79 (втулки цилиндрические) и рядом отраслевых стандартов. Ключевые размеры:

• наружный диаметр — подбирается под посадочное отверстие корпуса;
• внутренний диаметр — под диаметр вала или оси;
• длина — обычно составляет 0,5–1,5 наружного диаметра.

Посадка втулки в корпус — как правило, с натягом (H7/r6, H7/s6). Зазор в паре «вал — втулка» зависит от класса точности: в прецизионных узлах он составляет десятые доли миллиметра, в общем машиностроении — от 0,02 до 0,1 мм.

¶Применение

Втулки применяются практически повсеместно:

• Автомобилестроение — втулки шатунов, коромысел, подвески, рулевых тяг.
• Железнодорожный транспорт — буксовые втулки колёсных пар.
• Судостроение — гребные винты на втулках, рулевые аппараты.
• Сельское хозяйство — соединения сельхозмашин.
• Строительная техника — шарнирные соединения экскаваторных стрел.
• Бытовая техника — подшипники стиральных машин, вентиляторов.

¶Отличие от подшипника скольжения

Термины «втулка» и «подшипник скольжения» часто пересекаются. Втулка — более широкое понятие: она может работать как подшипник скольжения, но может служить и направляющей, и защитной вставкой. Подшипник скольжения, как правило, представляет собой более сложную конструкцию, включающую вкладыш, систему смазки и иногда принудительное охлаждение.

¶Установка

Втулки монтируют прессовкой (в холодном или нагретом состоянии), с последующей разверткой внутреннего отверстия для обеспечения точного размера и чистоты поверхности. При ремонте изношенную втулку выпрессовывают и заменяют новой, что значительно дешевле замены корпусной детали.

Источники:

• ГОСТ 23689-79. Втулки цилиндрические. Технические условия.
• Чичинадзе А. Д., Андреева А. И. «Детали машин» — М.: Машиностроение.
• Артоболевский И. И. «Теория механизмов и машин».
• Справочник конструктора-машиностроителя под ред. П. И. Егорова.