Boccole di rame

Per selezionare correttamente le dimensioni, il materiale e le specifiche delle boccole in rame, è necessario combinare le condizioni di abbinamento (come capacità di carico, velocità di funzionamento, requisiti di lubrificazione) e gli scenari di installazione (come diametro dell'albero, materiale dell'alloggiamento, ambiente di lavoro) e concentrarsi sulla compatibilità dei parametri chiave. Di seguito è riportata una spiegazione dettagliata da tre dimensioni: determinazione delle dimensioni, selezione delle tolleranze e parametri chiave:

Le dimensioni delle boccole in rame devono essere abbinate con precisione al diametro dell'albero e all'alloggiamento di montaggio. Il fulcro è determinare tre parametri chiave: diametro interno (accoppiamento con l'albero), diametro esterno (accoppiamento con l'alloggiamento) e lunghezza:

Principio fondamentale: il diametro interno della boccola in rame deve essere leggermente più grande del diametro dell'albero (formando un gioco di accoppiamento). La dimensione del gioco viene regolata in base alle caratteristiche operative per bilanciare flessibilità e stabilità operative:

• Bassa velocità e carico pesante (ad esempio, presse, alberi di frantumatori): è necessario un gioco minore (0,01-0,03 mm) per evitare un aumento dell'usura locale causata da vibrazioni tra l'albero e la boccola;
• Alta velocità e carico leggero (ad esempio, alberi motore, alberi di ventole): è necessario un gioco maggiore (0,03-0,08 mm) per riservare spazio per l'espansione termica della boccola in rame (coefficiente di espansione termica del rame ≈16*10⁻⁶/°C, superiore a quello dell'acciaio) per prevenire l'inceppamento ad alta temperatura;
• Buona lubrificazione (ad esempio, bagno d'olio, lubrificazione forzata): il gioco può essere moderatamente aumentato (0,05-0,12 mm) per migliorare la fluidità del mezzo lubrificante;
• Ambiente difficile (ad esempio, polvere, attrito a secco/lubrificazione limite): il gioco deve essere rigorosamente controllato (≤0,03 mm) per ridurre l'intrusione di impurità e l'usura a secco;
• Adattamento del materiale: il rame puro (rame rosso) è relativamente morbido, quindi il gioco deve essere preso al limite inferiore (≤0,02 mm) per evitare deformazioni; l'ottone e il bronzo possono essere selezionati in base ai giochi convenzionali;
• Formula di calcolo: diametro interno consigliato d = diametro dell'albero + gioco di accoppiamento. La precisione del diametro dell'albero è solitamente h6/h7 (zona di tolleranza dell'albero) e la tolleranza del diametro interno della boccola in rame viene corrispondentemente selezionata come H7/H8 (zona di tolleranza del foro) per formare un "accoppiamento con gioco".

Il diametro esterno della boccola in rame deve formare un accoppiamento stabile con l'alloggiamento di montaggio (solitamente ghisa, piastra d'acciaio o lega di alluminio) per impedire che la boccola scivoli nell'alloggiamento durante il funzionamento:

• Carico leggero, scenari che richiedono lo smontaggio (ad esempio, parti di manutenzione meccanica generale): accoppiamento di transizione (tolleranza della boccola g6, tolleranza dell'alloggiamento H7), consentendo un leggero gioco o interferenza (±0,01 mm) per bilanciare la fissità e la praticità di smontaggio;
• Carico pesante, scenari di vibrazione (ad esempio, macchinari agricoli, macchinari edili): accoppiamento con interferenza (tolleranza della boccola r6, tolleranza dell'alloggiamento H7), quantità di interferenza 0,01-0,04 mm (maggiore è il diametro, maggiore è la quantità di interferenza) per garantire che la boccola in rame sia saldamente fissata ed evitare l'allentamento dovuto alle vibrazioni;
• Adattamento del materiale dell'alloggiamento: quando l'alloggiamento è realizzato con materiali morbidi come la lega di alluminio, la quantità di interferenza viene dimezzata (0,005-0,02 mm) per evitare deformazioni e rotture dell'alloggiamento.

La selezione della lunghezza dovrebbe evitare un supporto insufficiente a causa dell'eccessiva brevità e problemi di dissipazione del calore o di lavorazione causati dall'eccessiva lunghezza:

• Rischio di essere troppo corto: area di supporto insufficiente, carico eccessivo per unità di superficie, che è incline allo schiacciamento e alla deformazione locale della boccola in rame;
• Rischio di essere troppo lungo: scarsa dissipazione del calore al centro della boccola in rame (sebbene il rame abbia un'eccellente conducibilità termica, un rapporto lunghezza-diametro eccessivo è incline all'accumulo di calore), maggiore difficoltà di lavorazione e costi più elevati;
• Rapporto consigliato: L=(1,2-3)*d (diametro interno) per scenari convenzionali;
• Adattamento speciale: per alberi sottili e condizioni di lavoro con vibrazioni, può essere aumentato a L=(3-4)*d, ma devono essere progettate scanalature dell'olio assiali (larghezza 2-3 mm, profondità 0,5-1 mm) per favorire la dissipazione del calore e la lubrificazione;
• Limitazione del materiale: il rame puro ha una bassa resistenza, quindi la lunghezza non deve superare 3d per evitare deformazioni da flessione.

Le boccole in rame funzionano in un ambiente di attrito dinamico, quindi il controllo delle tolleranze deve evitare accoppiamenti allentati, inceppamenti o usura eccessiva:

• Tolleranza del diametro interno: grado H7 (ad esempio, d=50 mm, intervallo di tolleranza 0~+0,025 mm) o grado H8 (0~+0,039 mm) per garantire un gioco uniforme delle boccole in rame nello stesso lotto;
• Tolleranza del diametro esterno: grado g6 (ad esempio, D=60 mm, intervallo di tolleranza -0,012~-0,002 mm) o grado r6 (+0,028~+0,038 mm), corrispondente alla tolleranza dell'alloggiamento per formare un accoppiamento stabile;
• Requisito chiave: la tolleranza di coassialità tra i diametri interno ed esterno della stessa boccola in rame ≤0,01 mm per evitare un gioco irregolare e l'usura locale causata dall'eccentricità.

• Tolleranza di rotondità: ≤0,005 mm (diametro interno ≤50 mm) o ≤0,01 mm (diametro interno >50 mm) per evitare il "contatto puntuale" tra l'albero e la boccola causato dall'ovalizzazione, che intensifica l'usura;
• Tolleranza di cilindricità: ≤0,01 mm/m per garantire un accoppiamento uniforme tra la parete interna della boccola in rame e l'intera lunghezza dell'albero, ottenendo una forza bilanciata;
• Tolleranza di perpendicolarità della faccia terminale: ≤0,01 mm/m per evitare movimenti assiali causati da una forza irregolare sulla faccia terminale.

• Rugosità della parete interna: Ra≤0,8μm (trattamento lucidato) per ridurre il coefficiente di attrito con l'albero (il coefficiente di attrito tra rame e acciaio ≈0,15, che può essere ridotto a 0,08-0,1 dopo la lucidatura);
• Rugosità della parete esterna: Ra≤1,6μm per migliorare l'accoppiamento con l'alloggiamento e migliorare la stabilità di fissaggio;
• Smussatura dei bordi: entrambe le estremità sono smussate a 1*45° o 2*30° per evitare di graffiare l'albero o l'alloggiamento durante l'installazione e guidare l'afflusso di mezzo lubrificante.

Le boccole in rame sono principalmente divise in tre categorie: rame puro, ottone e bronzo. Le differenze di prestazioni determinano gli scenari applicabili:

• Adattamento al carico: per pressione ≤15MPa, l'ottone è opzionale; per 15-30MPa, viene selezionato il bronzo allo stagno; per >30MPa, si preferisce il bronzo all'alluminio (alta resistenza, resistenza agli urti);
• Adattamento alla velocità: per velocità lineare ≤3m/s, è possibile selezionare rame puro o ottone; per 3-10m/s, il bronzo allo stagno (resistenza all'usura) è adatto; per >10m/s, è necessario abbinare la lubrificazione forzata + materiale bronzo;
• Ambiente di corrosione: per mezzi umidi, acidi-base (ad esempio, apparecchiature chimiche), si preferisce il bronzo all'alluminio o il bronzo allo stagno (resistenza alla corrosione superiore all'ottone e al rame puro);
• Scenari senza olio/a basso contenuto di olio: viene selezionato il bronzo contenente piombo (ad esempio, ZCuSn10Pb1), poiché il piombo forma uno strato autolubrificante per ridurre l'usura a secco.

• Progettazione di scanalature/fori per l'olio: per scenari con carico pesante e alta velocità, è necessario aprire scanalature dell'olio assiali (larghezza 2-3 mm, profondità 0,5-1 mm) o scanalature dell'olio anulari sulla parete interna della boccola in rame e devono essere impostati fori per l'olio (apertura 2-4 mm) alle estremità per garantire una lubrificazione continua;
• Progettazione dello spessore della parete: spessore della parete convenzionale δ=(D-d)/2=3-8 mm; per scenari con carico pesante, può essere aumentato a 8-15 mm; per materiali in rame puro, lo spessore della parete deve essere aumentato del 20% rispetto all'ottone/bronzo per compensare l'insufficiente resistenza;
• Progettazione di arresto: per scenari di forti vibrazioni, è possibile aprire una scanalatura di arresto (larghezza 3-5 mm, profondità 1-2 mm) sulla parete esterna della boccola in rame e fissarla con un perno di arresto per impedire la rotazione circonferenziale.