Проектирование подшипников скольжения

Назначение. Классификация

Подшипники служат опорами для валов и вращающихся осей. Они воспринимают радиальные и осевые нагрузки, приложенные к валу, и сохраняют заданное положение оси вращения вала. Во избежание снижения КПД механизма потери в подшипниках должны быть минимальными.

Подшипники классифицируют по виду трения и воспринимаемой нагрузке.

По виду трения различают:

- подшипники скольжения

- подшипники качения.

По воспринимаемой нагрузке различают подшипники:

радиальные — воспринимают радиальные нагрузки;

упорные — воспринимают осевые нагрузки;

радиально-упорные — воспринимают радиальные и осевые нагрузки.

Трение и смазка подшипников скольжения. Расчет

Трение определяет износ и нагрев подшипника, а также его КПД. Для уменьшения трения подшипники скольжения смазывают.

В зависимости от режима работы подшипника в нем может быть полужидкостное или жидкостное трение.

При жидкостном трении рабочие поверхности вала и вкладыша разделены слоем масла, толщина h которого больше суммы высот R_z шерховатостей поверхностей:

При этом условии масло воспринимает внешнюю нагрузку, предотвращая непосредственное соприкасание рабочих поверхностей, т. е. их износ. Сопротивление движению в этом случае определяется только внутренним трением в слое масла. Коэффициент жидкостного трения находится в пределах 0,001...0,005 (что может быть меньше коэффициента трения качения).

При полужидкостном трении условие не соблюдается, в подшипнике будет смешанное трение ‑ одновременно жидкостное и граничное. Граничным называют трение, при котором трущиеся поверхности покрыты тончайшей пленкой масла, образовавшейся в результате действия молекулярных сил и химических реакций активных молекул масла и материала вкладыша. Способность масла к образованию граничных пленок (адсорбции) называют маслянистостью (липкостью, смачиваемостью). Граничные пленки устойчивы и выдерживают большие давления. Однако в местах сосредоточенного давления они разрушаются, происходит соприкасание чистых поверхностей металлов, их схватывание и отрыв частиц материала при относительном движении. Полужидкостное трение сопровождается износом трущихся поверхностей даже без попадания внешних 'абразивных частиц. Коэффициент полужидкостного трения зависит не только от качества масла, но также и от материала трущихся поверхностей. Для распространенных антифрикционных материалов коэффициент полужидкостного трения равен 0,008...0,1.

Для работы подшипника самым благоприятным режимом является режим жидкостного трения. Образование режима жидкостного трения является основным критерием расчета большинства подшипников скольжения. При этом одновременно обеспечивается работоспособность по критериям износа и заедания.

Для образования режима жидкостного трения необходимо соблюдать следующие основные условия:

1. Между скользящими поверхностями должен быть зазор клиновой формы;

2. Масло соответствующей вязкости должно непрерывно заполнять зазор;

3. Скорость относительного движения поверхностей должна быть достаточной для того, чтобы в масляном слое создалось давление, способное уравновесить внешнюю нагрузку.

Материал втулки должен быть износостойким, хорошо прираба­тываться и иметь в паре с материалом цапфы минимальный коэффи­циент трения. Для стальных цапф этим условиям удовлетворяют: при высоких давлениях и малых окружных скоростях — бронза БрАЖ9-4 и латунь ЛС59-1; при высоких давлениях и скоростях — бронза БрОФЮ-1 и БрОЦС5-5-5; при небольших давлениях и скоростях — металлокерамические материалы, имеющие пористую структуру и хоро­шо удерживающие смазку, а также различные пластмассы (текстолит, фторопласт и др.). К достоинствам пластмасс помимо самосмазываемости необхо­димо отнести большие демпфирующие способности при действии вибраций и ударов, диэлектричность, антикоррозионность, техноло­гичность изготовления, небольшие массу и стоимость. Недостатки пластмассовых опор скольжения — это прежде всего невысокая изно­состойкость, низкая теплопроводность, гигроскопичность и неста­бильность размеров.

Цилиндрические опоры в отличие от конических мало чувстви­тельны к изменению температуры из-за наличия зазоров между цап­фой и подшипником, наиболее просты по конструкции. Конические опоры могут воспринимать как радиальную, так и осевую нагрузку, более сложны и дороже, имеют большие потери на трение. Сферические (шаровые) опоры применяют, если при эксплуатации и сборке может иметь место перекос оси вала по отношению к оси подшипника.

Опоры скольжения обладают следующими достоинствами: име­ют малые радиальные размеры, допускают высокие частоты враще­ния, возможность работы в воде и агрессивных средах, устойчивы к вибрациям и ударам. К недостаткам их следует отнести большие по­тери на трение и небольшой КПД, сравнительно большие осевые раз­меры, неравномерный износ подшипника и цапфы, необходимость использования дорогостоящих антифрикционных и смазочных мате­риалов.

Иногда используют подшипники скольжения с сухим трением. Сухое трение имеет место при отсутствии смазки между контактирующими поверхностями. Для уменьшения трения применяются различные виды покрытий металлических вкладышей подшипника (нанесение пленок свинца, галлия, палладия, фторо­пласта, порошка графита, двусернистого молибдена, нитрата бора).

В подшипниках жидкостного трения трущиеся поверхности пол­ностью разделены слоем жидкой смазки или газа. Различают гидро­статические и гидродинамические подшипники. В гидро- и аэростати­ческих подшипниках разделения трущихся поверхностей добиваются путем подачи в зону контакта жидкости или газа под давлением, уравно­вешивающим вал. Цапфа вала в гидро- и аэродинамических подшипни­ках располагается во втулке подшипника с зазором. При движении жид­кая или газообразная (воздух) смазка увлекается в клиновидный зазор за счет прилипания к поверхности цапфы, разделяет поверхности трения и при определенной скорости вращения создает давление, уравновешивающее внешнюю нагрузку (цапфа всплывает).

Наиболее часто применяются подшипники скольжения с гра­ничным трением, когда слой жидкости не полностью разделяет тру­щиеся поверхности и имеет место частичный контакт между цапфой и втулкой. Для обеспечения жидкостного и граничного трения при­меняют жидкие минеральные и консистентные (густые) смазки.

Часто конструкции опор предусматривают подвод смазки и на­личие специальных канавок для ее подачи на трущиеся поверхности. Широко используют подшипники, вкладыши которых изготовлены методами порошковой металлургии из порошков соответствующих сплавов. Смазочная жидкость, заполнившая при пропитке поры та­кого вкладыша, обеспечивает смазку подшипника на все время его работы. Основными видами разрушения подшипников скольжения яв­ляются износ, задиры и контактные усталостные повреждения по­верхности втулки (выкрашивание в виде раковин или отслаивание, шелушение материалов).

Расчет цилиндрических подшипников, не работающих в услови­ях жидкостного трения, сводится к определению диаметра d цапфы и ее длины l из условий ограничения удельного давления (контактно­го напряжения) _соп на втулку:

=Fr / (dl).

Для сопряжения цилиндрических цапф с втулкой при граничном трении назначаются посадки с зазором в системе отверстия. Величи­на зазора тем больше, чем выше окружная скорость. При высоких скоростях рекомендуют посадки H8/е7, при средних и малых скоро­стях — H7/е7, H7/f7, H7/g7, при малых скоростях и высокой точности сопряжения — H7/g6, H6/g5. Для уменьшения трения и износа шеро­ховатость трущихся поверхностей рекомендуют принимать в преде­лах R_а =(1,25...0,32)мкм.

25 Подбор подшипников качения

Дата добавления: 2015-07-15