Лекция 5. Расчет подшипников скольжения

Различают трение скольжения как сухое, жидкостное, граничное и полужидкостное или полусухое. Так в паре выпускной клапан – направляющая втулка – полусухое трение; в паре поршневой палец – бобышки поршня – граничное трение или полужидкостное. В подшипниках коленчатого вала – только жидкостное трение. Здесь разделяющий масляный слой создается за счет вязкости масла, которое увлекается во вращение (рис. 19.1).

Масло, попадая в уменьшающий объем (клин), стремится вытекать из него, но увлекаемое силами вязкости, создает давление. Это гидравлическое давление отрывает шейку от вкладыша, обеспечивая масляный слой 4...5 мкм в подшипниках коленвала автотракторных двигателей.

Для расчета подшипника найдем условное давление на единицу площади диаметральной проекции, МПа, как отношение

, (19.1)

где Р – сила, действующая на подшипник; l – его длина, а d – диаметр.

Необходимо для расчета иметь три значения K: среднее , среднее в петле максимальных нагрузок и максимальное . По К_ср проводят тепловой расчет подшипника, по определяют минимальную толщину масляного слоя и по выбирают антифрикционный материал, усталостная прочность которого обеспечит необходимую долговечность.

Рассмотрим рис. 19.1. Здесь вал, нагруженный силой Р, при вращении занимает положение, характеризуемое следующими геометрическими параметрами: углы j₁ и j₂ определяют начало и конец масляного клина (несущего слоя); D – диаметральный зазор, D= D-d между диаметром вкладышей и диаметром шейки вала; d – радиальный зазор, d = R-r = D/2; y – относительный зазор – диаметральный зазор, отнесенный к диаметру вала y =D/d или y=d/r; l/d – относительная длина подшипника; е – эксцентриситет 00¢ смещения оси вала относительно оси вкладыша; c – относительный эксцентриситет; c=е/d – эксцентриситет, отнесенный к радиальному зазору; h_min – минимальная толщина масляного слоя h_min = d-е = =d(1-c); h_max – максимальная толщина масляного слоя h_max = d+е = =d(1+c).

В основе расчета лежит уравнение Рейнольдса

, (19.2)

где m – динамическая вязкость масла; j_m – угол сечения, в котором давление максимально. Тогда давление в произвольном сечении j¢ несущего слоя равно

, (19.3)

а сила во всем гидродинамическом (несущем) слое равна

. (19.4)

Обозначим

– Ф,

тогда

, где Ф – коэффициент нагруженности подшипника.

. (19.5)

Эта величина определяет положение вала в подшипнике, а следовательно, и минимальную толщину масляного слоя. На рис. 19.2 приведены значения Ф в зависимости от c и отношение l/d, которые построены на основании многочисленных экспериментов.

Для определения Ф необходимо знать m – вязкость масла, которая зависит от температуры в подшипнике. Поэтому необходимо определить тепловой баланс подшипника.