Kupferbuchsen

Um die Größe, das Material und die Spezifikation von Kupferbuchsen richtig auszuwählen, ist es notwendig, die passenden Bedingungen (wie Tragfähigkeit, Betriebsgeschwindigkeit, Schmierungsanforderungen) und Einbauszenarien (wie Wellendurchmesser, Gehäusematerial, Arbeitsumgebung) zu kombinieren und sich auf die Kompatibilität der Kernparameter zu konzentrieren. Im Folgenden wird dies aus drei Dimensionen detailliert erläutert: Größenbestimmung, Toleranzauswahl und Schlüsselparameter:

Die Größe der Kupferbuchsen muss genau auf den Wellendurchmesser und das Montagegehäuse abgestimmt sein. Der Kern ist die Bestimmung von drei Schlüsselparametern: Innendurchmesser (passend zur Welle), Außendurchmesser (passend zum Gehäuse) und Länge:

Kernprinzip: Der Innendurchmesser der Kupferbuchse muss etwas größer sein als der Wellendurchmesser (Bildung eines Passungsspiels). Die Spielgröße wird entsprechend den Betriebseigenschaften angepasst, um betriebliche Flexibilität und Stabilität auszugleichen:

• Geringe Geschwindigkeit und hohe Belastung (z. B. Stanzpressen, Zerkleinererwellen): Ein kleineres Spiel (0,01-0,03 mm) ist erforderlich, um erhöhten lokalen Verschleiß durch Schwingungen zwischen Welle und Buchse zu vermeiden;
• Hohe Geschwindigkeit und geringe Belastung (z. B. Motorwellen, Lüfterwellen): Ein größeres Spiel (0,03-0,08 mm) ist erforderlich, um Platz für die Wärmeausdehnung der Kupferbuchse zu reservieren (Wärmeausdehnungskoeffizient von Kupfer ≈16*10⁻⁶/°C, höher als der von Stahl), um ein Festfressen bei hohen Temperaturen zu verhindern;
• Gute Schmierung (z. B. Ölbad, Zwangsschmierung): Das Spiel kann moderat erhöht werden (0,05-0,12 mm), um die Fließfähigkeit des Schmiermediums zu verbessern;
• Raue Umgebung (z. B. Staub, Trockenreibung/Grenzschmierung): Das Spiel muss streng kontrolliert werden (≤0,03 mm), um das Eindringen von Verunreinigungen und Trockenverschleiß zu reduzieren;
• Materialanpassungsanpassung: Reines Kupfer (Rotkupfer) ist relativ weich, daher sollte das Spiel am unteren Grenzwert (≤0,02 mm) gewählt werden, um Verformungen zu vermeiden; Messing und Bronze können entsprechend den herkömmlichen Spielräumen ausgewählt werden;
• Berechnungsformel: Empfohlener Innendurchmesser d = Wellendurchmesser + Passungsspiel. Die Wellendurchmessergenauigkeit ist üblicherweise h6/h7 (Wellentoleranzzone), und die Innendurchmessertoleranz der Kupferbuchse wird entsprechend als H7/H8 (Bohrungstoleranzzone) ausgewählt, um eine "Spielpassung" zu bilden.

Der Außendurchmesser der Kupferbuchse muss eine stabile Passung mit dem Montagegehäuse (normalerweise Gusseisen, Stahlplatte oder Aluminiumlegierung) bilden, um zu verhindern, dass die Buchse während des Betriebs im Gehäuse verrutscht:

• Geringe Belastung, Szenarien mit erforderlicher Demontage (z. B. allgemeine Maschinenwartungsteile): Übergangspassung (Buchsentoleranz g6, Gehäusetoleranz H7), wobei ein geringes Spiel oder eine geringe Übermaßpassung (±0,01 mm) zulässig ist, um die Fixierung und die Demontage zu erleichtern;
• Hohe Belastung, Vibrationsszenarien (z. B. Landmaschinen, Baumaschinen): Übermaßpassung (Buchsentoleranz r6, Gehäusetoleranz H7), Übermaßbetrag 0,01-0,04 mm (je größer der Durchmesser, desto größer der Übermaßbetrag), um sicherzustellen, dass die Kupferbuchse fest fixiert ist und Vibrationen vermieden werden;
• Anpassung des Gehäusematerials: Wenn das Gehäuse aus weichen Materialien wie Aluminiumlegierung besteht, wird der Übermaßbetrag halbiert (0,005-0,02 mm), um Verformungen und Risse des Gehäuses zu vermeiden.

Die Längenauswahl sollte eine unzureichende Abstützung aufgrund von zu kurzer Länge und Wärmeableitungs- oder Verarbeitungsproblemen, die durch zu lange Länge verursacht werden, vermeiden:

• Risiko, zu kurz zu sein: Unzureichende Stützfläche, übermäßige Belastung pro Flächeneinheit, was zu lokalem Zerdrücken und Verformung der Kupferbuchse neigt;
• Risiko, zu lang zu sein: Schlechte Wärmeableitung in der Mitte der Kupferbuchse (obwohl Kupfer eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit aufweist, neigt ein übermäßiges Längen-Durchmesser-Verhältnis zu Wärmestau), erhöhte Verarbeitungsschwierigkeiten und höhere Kosten;
• Empfohlenes Verhältnis: L=(1,2-3)*d (Innendurchmesser) für konventionelle Szenarien;
• Spezielle Anpassung: Für schlanke Wellen und Vibrationsbedingungen kann es auf L=(3-4)*d erhöht werden, aber axiale Ölnuten (Breite 2-3 mm, Tiefe 0,5-1 mm) müssen konstruiert werden, um die Wärmeableitung und Schmierung zu unterstützen;
• Materialbegrenzung: Reines Kupfer hat eine geringe Festigkeit, daher sollte die Länge 3d nicht überschreiten, um Biegeverformungen zu vermeiden.

Kupferbuchsen arbeiten in einer dynamischen Reibungsumgebung, daher muss die Toleranzkontrolle eine lose Passung, ein Festfressen oder übermäßigen Verschleiß vermeiden:

• Innendurchmessertoleranz: Gütegrad H7 (z. B. d=50 mm, Toleranzbereich 0~+0,025 mm) oder Gütegrad H8 (0~+0,039 mm), um ein gleichmäßiges Spiel der Kupferbuchsen in derselben Charge zu gewährleisten;
• Außendurchmessertoleranz: Gütegrad g6 (z. B. D=60 mm, Toleranzbereich -0,012~-0,002 mm) oder Gütegrad r6 (+0,028~+0,038 mm), passend zur Gehäusetoleranz, um eine stabile Passung zu bilden;
• Schlüsselanforderung: Die Koaxialitätstoleranz zwischen dem Innen- und Außendurchmesser derselben Kupferbuchse ≤0,01 mm, um ungleichmäßiges Spiel und lokalen Verschleiß durch Exzentrizität zu vermeiden.

• Rundheitstoleranz: ≤0,005 mm (Innendurchmesser ≤50 mm) oder ≤0,01 mm (Innendurchmesser >50 mm), um einen "Punktkontakt" zwischen Welle und Buchse, der durch Ovalität verursacht wird, zu vermeiden, was den Verschleiß verstärkt;
• Zylindrizitätstoleranz: ≤0,01 mm/m, um eine gleichmäßige Passung zwischen der Innenwand der Kupferbuchse und der gesamten Länge der Welle zu gewährleisten und eine ausgewogene Kraft zu erzielen;
• Ebenheitstoleranz der Stirnfläche: ≤0,01 mm/m, um Axialbewegungen zu vermeiden, die durch ungleichmäßige Kraft auf der Stirnfläche verursacht werden.

• Rauheit der Innenwand: Ra≤0,8μm (polierte Behandlung), um den Reibungskoeffizienten mit der Welle zu reduzieren (der Reibungskoeffizient zwischen Kupfer und Stahl ≈0,15, der nach dem Polieren auf 0,08-0,1 reduziert werden kann);
• Rauheit der Außenwand: Ra≤1,6μm, um die Passung mit dem Gehäuse zu verbessern und die Fixierungsstabilität zu erhöhen;
• Kantenfasen: Beide Enden sind mit 1*45° oder 2*30° angefast, um ein Verkratzen der Welle oder des Gehäuses während der Installation zu vermeiden und den Zustrom des Schmiermediums zu lenken.

Kupferbuchsen werden hauptsächlich in drei Kategorien unterteilt: Reinkupfer, Messing und Bronze. Leistungsunterschiede bestimmen die anwendbaren Szenarien:

• Lastanpassung: Für Drücke ≤15 MPa ist Messing optional; für 15-30 MPa wird Zinnbronze ausgewählt; für >30 MPa wird Aluminiumbronze (hohe Festigkeit, Stoßfestigkeit) bevorzugt;
• Geschwindigkeitsanpassung: Für lineare Geschwindigkeiten ≤3 m/s kann Reinkupfer oder Messing ausgewählt werden; für 3-10 m/s ist Zinnbronze (Verschleißfestigkeit) geeignet; für >10 m/s müssen Zwangsschmierung + Bronzematerialien kombiniert werden;
• Korrosionsumgebung: Für feuchte, säurehaltige Medien (z. B. Chemieanlagen) werden Aluminiumbronze oder Zinnbronze (überlegene Korrosionsbeständigkeit gegenüber Messing und Reinkupfer) bevorzugt;
• Ölfreie/ölarme Szenarien: Bleihaltige Bronze (z. B. ZCuSn10Pb1) wird ausgewählt, da Blei eine selbstschmierende Schicht bildet, um Trockenverschleiß zu reduzieren.

• Ölnut/Ölloch-Design: Für hohe Belastungen und Hochgeschwindigkeitsszenarien sollten axiale Ölnuten (Breite 2-3 mm, Tiefe 0,5-1 mm) oder ringförmige Ölnuten an der Innenwand der Kupferbuchse geöffnet werden, und Öllöcher (Öffnung 2-4 mm) sollten an den Enden angeordnet werden, um eine kontinuierliche Schmierung zu gewährleisten;
• Wandstärkenauslegung: Konventionelle Wandstärke δ=(D-d)/2=3-8 mm; für Hochlastanwendungen kann sie auf 8-15 mm erhöht werden; für Reinkupfermaterialien sollte die Wandstärke im Vergleich zu Messing/Bronze um 20 % erhöht werden, um die unzureichende Festigkeit auszugleichen;
• Stopp-Design: Für starke Vibrationsszenarien kann eine Stoppnut (Breite 3-5 mm, Tiefe 1-2 mm) an der Außenwand der Kupferbuchse geöffnet und mit einem Stift befestigt werden, um eine Umfangsrotation zu verhindern.