Подшипники скольжения. Область их применения

- сохранение работоспособности  в особых условиях (в химически  агрессивных средах, воде, при значительном загрязнении);

- бесшумность работы;

- виброустойчивость;

- простота изготовления  и ремонта. 

 

Недостатки  подшипников скольжения:

 

- большое изнашивание  вкладышей и цапф валов из-за  трения;

- необходимость постоянного  ухода и большой расход дорогих  смазочных материалов, необходимость его очистки и охлаждения;

- значительные потери  на трение в период пуска  и при несовершенной смазке.

- значительные габариты  в осевом направлении (длина  вкладышей может достигать 3d, где d — диаметр цапфы вала).

Кроме того, следует иметь  в виду, что массовое производство подшипников скольжения не организовано.

Подшипники скольжения следует  применять там, где нельзя применить  подшипники качения, а именно:

а) когда подшипник должен быть разъемным по оси (например, подшипники средних шеек коленчатого вала);

б) для очень больших  нагрузок, когда подходящих стандартных  подшипников качения подобрать  нельзя;

в) для сверхбыстроходных  валов, где центробежные силы инерции  не допускают применения подшипников  качения;

г) для работы в сильно загрязненной среде или воде.

Область применения:

- Для валов с ударными  и вибрационными нагрузками (двигатели  внутреннего сгорания, молоты и  др.).

- Для коленчатых валов,  когда по условиям сборки необходимы  разъемные подшипники.

- Для валов больших  диаметров, для которых отсутствуют  подшипники качения. 

- Для высокоскоростных  валов, когда подшипники качения  непригодны вследствие малого  ресурса (центрифуги и др.).

- При очень высоких  требованиях к точности и равномерности  вращения (шпиндели станков и  др.).

- В тихоходных машинах,  бытовой технике. 

- При работе в воде  и агрессивных средах, в которых  подшипники качения непригодны.

Распространенное мнение, что подшипники скольжения дешевле  подшипников качения,  глубоко  ошибочно.

Характерные дефекты и поломки подшипников скольжения вызваны трением:

- температурные дефекты  (заедание и выплавление вкладыша);

- абразивный износ;

- усталостные разрушения  вследствие пульсации нагрузок.

При всём многообразии и  сложности конструктивных вариантов  подшипниковых узлов скольжения принцип их устройства состоит в  том, что между корпусом и валом  устанавливается тонкостенная втулка из  антифрикционного материала, как  правило, бронзы или бронзовых сплавов, а для малонагруженных механизмов из пластмасс.

Большинство радиальных подшипников  имеет цилиндрический вкладыш, который, однако, может воспринимать и осевые нагрузки за счёт галтелей на валу и  закругления кромок вкладыша. Подшипники с коническим вкладышем применяются  редко, их используют при небольших  нагрузках, когда необходимо систематически устранять ("отслеживать") зазор  от износа подшипника для сохранения точности механизма.

Работа подшипников скольжения при жидкостном режиме смазки и понятие об их расчете.

При определении конструкции  подшипника и соответствующем режиме работы может быть осуществлено трение со смазочным материалом. Работа подшипника в этих условиях подчиняется гидродинамической теории смазки.    

Виды трения:

1. Сухое трение - без смазки.

2. Полужидкостное трение, когда имеет место лишь частичное  касание вала и подшипника.

3. Жидкостное трение - только  между молекулярными слоями жидкости, когда металлические поверхности  вала и подшипника не касаются одна другой.

Все виды трения существуют реально и используются практически.

Сухое трение применяется  там, где трущиеся поверхности нельзя защитить от попадания грязи, пыли и  абразива, (например, шарниры гусениц, оси подвесок гусеничных машин и  проч.). В этих случаях подшипники без смазки имеют меньший износ.

Жидкостное трение - это идеальный расчетный вид трения, на который должны быть ориентированы все подшипники при установившемся режиме работы.

Полужидкостное трение имеет  место при неустановившемся режиме (трогании с места, торможении, резких толчках и ударах). Основы теории смазки при жидкостном трении впервые разработаны русским ученым проф. Петровым. Он установил, что поток движущейся жидкости, взаимодействуя о наклонной пластиной, образует масляный клин и создает подъемную силу, величина которой пропорциональна скорости и вязкости жидкости и обратно пропорциональна квадрату минимального зазора. В подшипнике, при смещении вала под действием нагрузки на величину эксцентриситета, также образуется изогнутые масляный клин и возникает подъемная сила, которая при жидкостном трении уравновешивает реакцию опоры, и вал вращается, не касаясь подшипников.

Для правильной работы подшипников без  износа поверхности  цапфы и втулки должны быть разделены  слоем смазки достаточной толщины.

Обеспечение режима жидкостного  трения является основным критерием  расчёта большинства подшипников  скольжения. При этом одновременно обеспечивается работоспособность  по критериям износа и заедания, значительно уменьшаются потери энергии на преодоление вредных сопротивлений, цапфа и вкладыш практически не изнашиваются.

Расчет  подшипников жидкостного трения выполняют на основе уравнений гидродинамики  вязкой жидкости, связывающих давление, скорость и сопротивление смазочного материала вязкому сдвигу. 

 

                                                                             

Рис.13 

 

Критерием прочности, а следовательно, и работоспособности подшипника скольжения являются контактные напряжения в зоне трения или, что, в принципе, то же самое – контактное давление. Расчётное контактное давление сравнивают с допускаемым  . Здесь N – сила нормального давления вала на втулку (реакция опоры), l - рабочая длина втулки подшипника, d – диаметр цапфы вала.

Иногда удобнее сравнивать расчётное и допускаемое произведение давления на скорость скольжения. Скорость скольжения легко рассчитать,  зная диаметр и частоту вращения вала.

Нм/мм²сек.

Произведение давления на скорость скольжения характеризует  тепловыделение и износ подшипника. Наиболее опасным является момент пуска  механизма, т.к. в покое вал опускается ("ложится") на вкладыш и при  начале движения неизбежно сухое  трение.

Следует заметить, что подъемная  сила, обеспечивающая состояние жидкостного  трения, возрастает обратно пропорционально  квадрату относительного зазора, который, в свою очередь, определяется чистотой обработки шейки вала и подшипника. Поэтому для обеспечения надежной работы подшипников при жидкостном трения необходима приработка, то есть сглаживание гребешков на опорной поверхности вала и подшипника. Приработка новых и отремонтированных машин производится на режиме пониженной нагрузки. Во всех руководствах и инструкциях обязательно должен быть указан режим и время обкатки и приработки.

Для создания трения со смазочным  материалом необходимо, чтобы в масляном слое возникало избыточное давление или от вращения вала (гидродинамическое), или от насоса (гидростатическое). Чаще применяют подшипники с гидродинамической смазкой (рис.14). При вращении цапфа 2 увлекает масло 1. В образовавшемся масляном клине создается избыточное давление, обеспечивающее разделение цапфы и подшипника слоем масла. 3 — эпюра распределения гидродинамического давления в масляном клине.

Рис. 14. Гидродинамическая  смазка подшипника: 1 — масляный клин; 2— цапфа вала;

3 — эпюра распределения гидродинамического давления в масляном клине;

F_r — радиальная нагрузка на подшипник; h — толщина масляного клина 

 

Теория показывает, что  гидродинамическое давление может  развиваться только в клиновом зазоре (см. эпюру на рис. 14). Толщина масляного слоя и зависит от угловой скорости и вязкости масла. Чем больше эти параметры, тем больше h. Но с увеличением радиальной нагрузки F_r на цапфу 2 толщина масляного слоя h уменьшается. При установившемся режиме работы толщина h масляного слоя должна быть больше суммы микронеровностей цапфы R_zl и вкладыша R_z2, (рис. 15). 

 

Рис. 15. Масляный слой при установившемся режиме работы 

 

Для подшипников  с трением со смазочным материалом предварительно производят условный расчет. При этом обычно диаметр цапфы d, радиальная нагрузка F_r и угловая скорость должны быть известны. Для проверки выполнения условий жидкостного трения после выбора марки масла расчетным путем определяют радиальный зазор , толщину масляного слоя h и исследуют температурный режим подшипников. Гидродинамический расчет выполняют как проверочный.

Рекомендации  по конструированию подшипников  скольжения.

1. Вкладыши выполняют  без бортов, с одним и двумя  бортами. Борта служат для восприятия  осевых сил и фиксации вкладышей  от осевого смещения.

2. Толщина стенки вкладыша  зависит от диаметра d цапфы и материала. Для чугунных и бронзовых вкладышей мм. Размеры борта: b=1,25; h= 0,68.

3. Толщина слоя заливки  баббита  = 0,1...0,5 мм. С увеличением толщины слоя его прочность уменьшается.

4. Как отмечено выше l = (0,6.. .0,9)d, где l — длина вкладыша, а d — диаметр его отверстия. Чем больше длина вкладыша, тем опаснее перекос осей вала и вкладыша (возникновение кромочных давлений).

5. Вкладыши жестко закрепляют  в корпусе для предохранения  проворачивания и осевого смещения.

6. Регулирование зазора  в разъемных подшипниках производят  радиальным смещением вкладышей:  подбором или подшлифовкой кладок, устанавливаемых в плоскости разъема корпуса; шабрением плоскостей стыка вкладыша или корпуса.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы:

 

1. http://www.prikladmeh.ru
2. Большая советская инциклопедия
3. Иванов М.Н. «Детали машин»,  г.Москва, «Высшая школа», 2000 г.
4. Анурьев В.И. «Справочник конструктора-машиностроителя», г.Москва «Машиностроение», 2006г.