ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ПОДШИПНИКОВ

Условия работы подшипников зависят от характера контакта цапфы с подшипником, определяемого преимущест­венно наличием и типом смазочного материала (фазой про­межуточного тела: твердой, жидкой, газообразной), дейст­вующей нагрузкой, частотой вращения цапфы и состоянием (физико-механическими характеристиками) контактирующих поверхностей.

Подшипники с непосредственным контактом поверхностей трения используют редко. Основное применение имеют под­шипники с контактом поверхностей через слой масла.

В зависимости от толщины слоя смазочного материала различают жидкостное и полужидкостное трение.

При жидкостном трении поверхности цапфы и подшипника разделены слоем смазочного материала толщиной

h > Rz_ц + Rz_п (26.)

где Rz_ц и Rz_n — высота микронеровностей поверхностей цап­фы и подшипника, мкм.

Так как непосредственный контакт отсутствует, то трение (сопротивление движению) в подшипнике определяется за­конами гидродинамики. Коэффициент жидкостного трения не превышает 0,005, и износ практически отсутствует.

При полужидкостном трении условие (26.1) не выполняет­ся. Вершины микронеровностей будут контактировать через пленку смазочного материала или непосредственно. Сопро­тивление движению в этом случае зависит как от качества смазочного материала, так и от материала трущихся по­верхностей. Коэффициент полужидкостного трения для под­шипников из распространенных антифрикционных материалов может достигать 0,1.

Полужидкостное трение сопровождается изнашиванием кон­тактирующих поверхностей.

Существенно, что в одном и том же подшипнике (при неизменном смазочном материале) с изменением частоты вра­щения (или нагрузки) полужидкостное трение сменяется жид­костным и наоборот. Исследования условий работы подшип­ников скольжения показали, что при неизменной радиальной нагрузке и малой частоте вращения вала смазочный мате­риал вытесняется из зоны контакта (рис. 26.2, а) и устанавли­вается режим полужидкостного трения. На этом режиме экс­центриситет е цапфы и подшипника максимальный:

где d_n и d — диаметры подшипника и цапфы; б - диа­метральный зазор в подшипнике.

По мере увеличения частоты вращения происходит сни­жение (до некоторого минимального значения) коэффициента

Гиг. 26.2. К гидродинамическому расчету подшипников

Рис.26.3. Зависимость коэффициента трения в подшипнике скольжения от угло-войскорости цапфы

(зона 1 — область полужидкостного трения; зона 2 — область жидкостного

трения)

трения в подшипнике f = M_T/(F_rr), где М_т — момент трения в подшипнике при действии радиальной силы F_r; r — радиус

вала (рис. 26.3).

Начиная с некоторой угловой скорости w = w_кр, при которой коэффициент трения f = f_min, вал отходит от подшипника («всплывает»), занимая новое положение (см. рис. 26.2, б) с меньшим эксцентриситетом цапфы и подшипника. После­дующее увеличение угловой скорости, уменьшая эксцент­риситет, приводит к увеличению коэффициента трения (см. рис. 26.3). Нарастающее гидродинамическое давление удер­живает вал на «масляном клине» (см. рис. 26.2, б, на кото­ром показан зазор клиновидной формы между цапфой и подшипником и распределение давлений в этом зазоре). Наи­меньший зазор между цапфой и подшипником

где = 2е/ Механика взаимодействия цапфы подшипника через слой масла рассматривается в гидродинамической теории трения. Установлено, что в подшипнике с заданной геометрией тол­щина масляного слоя в клиновом зазоре возрастает с уве­личением вязкости смазочного материала и угловой скорости цапфы. Толщина слоя уменьшается с увеличением нагрузки.

Механика взаимодействия цапфы подшипника через слой масла рассматривается в гидродинамической теории трения. Установлено, что в подшипнике с заданной геометрией тол­щина масляного слоя в клиновом зазоре возрастает с уве­личением вязкости смазочного материала и угловой скорости цапфы. Толщина слоя уменьшается с увеличением нагрузки.

§ 3. КОНСТРУКЦИИ И ВИДЫ ПОВРЕЖДЕНИЙ ПОДШИПНИКОВ

Конструкции подшипников разнообразны и зави­сят от конструкции механизма и машины (прибора) в целом, условий монтажа,

демонтажа и эксплуа­тации.

Опоры приборов работают при неболь­шой нагрузке, для них не существует пробле­мы заедания или быст­рого изнашивания. По­этому отверстия в кор­пусах и платах часто

Рис. 26.4. Конструкции опор­ных узлов приборов

Рис. 26.S. Опоры на центрах (а) и на кернах (6)

используют в качестве подшипников. Оси устанавливают обычно в двух подшипниках (рис. 26.4, а), а в жестких плитах оси нередко размещают и в одном подшипнике (рис. 26.4, б). В последнем случае длина подшипника l = (5 - 6) d и в средней части выполняют выточку (рис. 26.4, в).

Наиболее распространены опоры с неподвижной осью (см. рис. 26.4, б) и с подвижной осью (рис. 26.4, в).

В механизмах используют опоры на центрах и опоры на кернах (рис. 26.5, а и б). Для уменьшения трения в опо­рах на центрах угол 2а = 60°. Цапфы таких опор изготовляют из сталей У8А, У12А и др. с закалкой до твердости HRC 50 — 60, а также из латуни ЛАЖ60-1-1 и оловянистых бронз; втулки (подшипники) — из тех же сталей и сплавов, а также камня и агата.

Керны изготовляют в форме цилиндрических осей диамет­ром 0,25 — 2 мм, их конические концы закругляют по сфери­ческой поверхности радиусом r_к = 0,01- 0,2 мм. Подшипники (подпятники) выполняют с втулками из камня, радиус сферы здесь делают большим: г_n = 0,1- 1 мм.

Для удобства сборки и разборки, а также возможности регулировки зазоров используют винты, фиксируемые гайкой. Для компенсации износа и температурных деформаций один из подшипников поджимают пружиной (см. рис. 26.5, а).

Подшипники скольжения нагруженных механизмов кроме корпуса и цапфы содержат, как правило, вкладыш из ан­тифрикционного материала (для экономии дорогостоящих цветных металлов и улучшения ремонтоспособности). Часто вкладыши размещают непосредственно в корпусе (станине, раме) механизма. Применяют также подшипники с автоном­ными разъемными и неразъемными корпусами (рис. 26.6, а и б). Подшипники выполняют с лапами или фланцами для закрепления с помощью болтов на корпусах (рамах). Разъ­емный подшипник (см. рис. 26.6, б) состоит из корпуса 1, крышки 2, вкладыша 3, крепежных болтов с гайками 4 и масленки 5. Разъем вкладыша делают по его диаметру,

Рис. 26.6. Автономные подшипники скольжения:

а — неразъемный; б — разъемный

б)

а разъем корпуса — ступенчатым. Уступ в ступенчатом разъеме препятствует поперечному сдвигу крышки относительно кор­пуса подшипника. Разъем вкладыша рекомендуется выполнять плоскостью, перпендикулярной к радиальной нагрузке. Корпуса подшипников выполняют из чугуна СЧ 15, стали и др. Вкла­дыши изготовляют из материалов с высокими антифрикци­онными свойствами, твердостью, хорошей теплопроводностью, прирабатываемостью и смачиваемостью смазочными материа­лами. Наиболее распространенными материалами вкладышей являются высокооловянистые баббиты Б16 и Б83, бронзы БрОФ10-1, БрОбЦбСЗ, БрАЖ9-4, антифрикционные чугуны АСЧ-2 и др.

Вкладыши малонагруженных и низкооборотных механизмов изготовляют из металлокерамики, пластмасс.

От осевого перемещения вкладыши фиксируют с помощью винтов (рис. 26.7, а, б) и штифтов.

В ряде случаев антифрикционный материал заливают в пазы (рис. 26.7, в) или напыляют на поверхность основы вкла­дыша из дешевого материала.

Виды повреждений подшипников.Заедание является рас­пространенным видом повреждения подшипников скольжения.

Рис. 26.7. Фиксация вкладышей в подшипнике

Оно происходит в результате нарушения теплового равно­весия и, как следствие, перегрева подшипника.

Теплота, образуемая в подшипнике при вращении цапфы, отводится смазочным материалом через вал, корпус и пере­дается окружающей среде. На установившемся режиме тем­пература работы подшипника определяется равенством вы­деляющейся и отведенной теплоты. Эта температура не должна превышать значений, допускаемых для материала подшипника и сорта масла.

С повышением температуры понижается вязкость масла, разрушается масляная пленка на поверхности деталей и мо­жет произойти их сваривание (заедание) или расплавление подшипника.

Износ цапфы и подшипника в процессе работы явля­ется другой распространенной причиной нарушения работы подшипника и механизма в целом.

Иногда под действием переменных и ударных нагрузок антифрикционные покрытия и вкладыши подшипников раз­рушаются.