double arrow

Подпятники (упорные подшипники)

2

Подпятники предназначены для восприятия осевых нагрузок, действующих на валы и оси, и предотвращения их осевых переме­щений. Подпятники работают во взаимодействии с пятами валов.

Области, в которых сохраняется применение подпятников скольжения, близки к таковым для подшипников скольжения. Однако в связи с тем, что в подпятниках труднее, чем в подшип­никах, обеспечить жидкостное трение, их раньше, чем подшип­ники скольжения, стали заменять опорами качения. Подпятники скольжения еще применяют при очень больших нагрузках, напри­мер в вертикальных гидрогенераторах.

Подпятники скольжения обычно имеют опорную поверхность кольцевой формы. Простейшей конструкцией подпятника является концевой односторонний подпятник (рис. 12.18, а). Вал своим тор­цом или через вставную пяту опирается на подушку подпятника, которую обычно выполняют самоустанавливающейся и предо­храняют от проворачивания штифтами. Такие подпятники ранее были типовыми для тихоходных, главным образом вертикальных валов. В настоящее время они выходят из употребления. Двусто­ронние подпятники (рис. 12.18, б) обычно выполняют с насадным упорным фланцем (диском).

Рис. 12.18. Схемы подпятников

При больших осевых нагрузках для увеличения опорной по­верхности раньше применяли гребенчатые разъемные по осевой плоскости подпятники (рис. 12.18, в), которые представляли собой последовательно соединенные двусторонние кольцевые подпят­ники. Однако жидкостное трение в подпятниках позволяет избе­гать применения сложных гребенчатых подпятников.

Осевой фиксации валов, а также восприятия малых осевых сил можно достигнуть взаимодействием буртов на валу или упорных колец с торцами вкладышей подшипников скольжения.

Важнейшим условием хорошей работы подпятников является перпендикулярность плоскости подушки и пяты к оси вращения. Если ее нельзя обеспечить технологически, то необходимо приме­нять самоустанавливающиеся конструкции подпятников.

В подпятниках, работающих с износом (в условиях несовер­шенного трения), давление возрастает к центру, где меньше ско­рость скольжения и износ. Поэтому опорную поверхность делают кольцевой.

Распределение давления в плоских подпятниках крайне неравномерное

(рис. 12.19, а), отсюда повышенный из­нос в середине опорной части. Более

благоприятна эпюра давлений в опо­ре с кольцевой поверхностью сколь­жения (рис. 12.19, б).

Рис. 12.19. Расчётная схема

В гребенчатых подпятниках с чис­лом гребней z > 3 трудно получить равномерное распределение давлений по гребням, поэтому такие опоры применяют редко.

Диаметр пяты определяют в соот­ветствии с диаметром вала, и расчет подпятника выполняют как прове­рочный — по удельному давлению и по произведению pv; , где F — осевая нагрузка; S — опор­ная поверхность; к — коэффициент, учитывающий наличие смазочных канавок; при расчете опо­ры проверяют, выполнены ли условия и .

Материал вкладышей и нормы [р] и [р v] — такие же, как и для радиаль­ных подшипников.

Для сплошной пяты S = , для кольцевой S = , где

d0 = (0,6 - 0,8) d.

Момент трения на кольцевой пяте при допущении р = const

MT = , (12.11)

где приведенный радиус (12.12)

При проверке по pv скорость сколь­жения v следует определять на при­веденном радиусе: м/с.

В частном случае при dQ = 0 (сплошная пята) Rnp = 1/3* d и v = 1/3* .

Для гребенчатой пяты (рис. 12.19, в) S= , м2

и из условия р [р] определяют необходимое число гребней

(12.13)

значения [р] и [pv] принимают на 20—40% меньше, чем в предыдущем случае, учитывая неравномерное рас­пределение давления по гребням.

Рис. 12.21. Сегментный подпятник:

Рис. 12.20 а – внутренний ряд; б – внешний ряд; 1 –

опорная шайба; 2 – опорный болт; 3 - балансир

Размеры h1 и h2 гребней нередко рассчитывают условно на изгиб как балку, защемленную по периметру, что является весьма грубым допу­щением; правильнее рассматривать гребень как кольцевую пластину, защемленную по внутреннему кон­туру.

В подпятниках нет естественного сужающегося зазора, необ­ходимого для создания масляного клина, как в подшипниках скольжения. Поэтому сужающийся зазор должен быть создан искусственно. Для этого на кольцах делают радиальные канавки и скосы в окружном направлении под оптимальным для данного режима углом (рис. 12.20).

При нереверсивном вращении вала скосы выполняют односто­ронними (рис. 12.20, а), при реверсивном — двусторонними (рис. 12.20, б). Примерно половину рабочей поверхности кольца выполняют плоской для восприятия сил в условиях нарушения жидкостного трения. Подпятники без скосов работают очень плохо и их не следует применять.

Исследование направляющих карусельного станка — стенда с диаметром планшайбы 3 м — показало, что устройство несколь­ких клинообразующих скосов с углом 1/1750 позволило воспри­нять всю массу планшайбы и изделия и избавиться от заеданий.

Наибольшую несущую способность и надежность работы можно получить, применив подпятники с самоустанавливающи­мися подушками (рис. 12.21;12.22).

Подушки обычно выполняют на сферических опорах (рис. 12.21), значительно реже — на упругих шарнирах (рис. 12.22, а). Опоры подушек нереверсируемых подпятников смещают от средней пло­скости на расстояние 0,05—0,1 длины подушки к задней кромке, а для реверсируемых — размещают в середине. Подушки авто­матически устанавливаются под оптимальным углом в соответствии с режимом работы. Число подушек выбирают обычно от 4 до 16 в зависимости от размера

подпятника.

Рис. 12.22. Различные конструкции подушек подпятников

В ответственных подпятниках рекомендуют выполнять подушки с закругленными по двум противоположным углам: внешнему переднему и внутреннему- заднему. Это благоприятствует цирку­ляции смазки и подводу к рабочим поверхностям охлажденного масла без пены.

Равномерное распределение нагрузки между подушками до­стигают опорой их на регулируемые винты (рис. 12.22, б), на спе­циальные балансиры или шары (рис. 12.22, г, д), на упругие камеры, наполненные маслом (рис. 12.22, е), на пружины (рис. 12.22, в). Упру­гие опоры снабжают упорами.

Подпятники с самоустанавливающимися подушками или с цель­ной подушкой, снабженной оптимальными скосами, имеют несу­щую способность, в 6—8 раз большую, а потери на трение в 10— 20 раз меньшие, чем простые подпятники с плоскими рабочими поверхностями.

Подпятники с автоматическим выравниванием давления на подушки допускают более высокую нагрузку (до 50%), чем без автоматического выравнивания.

В гидростатических подпятниках несущая сила создается при по­даче масла из насоса под упорный диск (рис. 12.23). Масло через дроссель 1 поступает в карман 2 с запорной кромкой 3. Давление в кармане зависит соотношения между сечением дросселя и переменным сечением h щели. С увеличением нагрузки щель уменьшается и давление в кармане возрастает до давления, создаваемого насосом. Это соответствует режиму максималь­ной несущей способности.

При ударной нагрузке давление в кармане в результате резкого повы­шения гидравлического сопротивления (гидравлической закупорки) дросселя может значительно превзойти давление, создаваемое насосом.

Для увеличения способности выдерживать динамические нагрузки на дросселях устанавливают обратные клапаны.

Рис. 12.23. Схема гидростатического подпятника

Гидростатические подшипники обладают следующими преимуществами но сравнению с гидродинамическими:

отсутствие полужидкостного трения на режимах пуска и выбега;

значительно большая толщина масляного слоя и, следовательно, мень­ший коэффициент трения; меньшая затрата мощности на тре­ние (с учетом мощности привода наcoca).

Недостатками их являются: чувст­вительность к колебаниям режима и перекосы при колебаниях, необходимость дополнительной на­сосной установки, тщательной фильт­рации масла и сепарирования воздуш­ных пузырьков.

Смазка подшипников.

Подшипники сухого трения применяются крайне редко при очень малых скоростях скольжения. Во всех остальных конструкциях наличие и правильный подвод смазки определяют работоспособность и долговечность подшипника.

Смазка должна быть маслянистой и вязкой.

Маслянистостью называется способность смазки образо­вывать на поверхности трения устойчивые адсорбированные пленки.

Вязкостью называется свойство слоев смазки сопротивляться относительному сдвигу. Во всех гидродинамических расчетах смазки учитывают динамическую вязкость. За единицу динамической вязкости принимают силу в ньютонах, необходимую для перемещения слоя жид­кости площадью в 1 м2 по слою той же величины, удаленному от пер­вого на 1 м, со скоростью 1 м/с; сокращенное обозначение этой единицы Па*с. В ГОСТах указаны значения кинематической вязкости, которая представляет отношение динамической вязкости к плотности смазки. Единица кинематической вязкости м2/с. Практически кинематическую вязкость оценивают косвенным методом по времени истечения данного объема масла из специального прибора — вискозиметра. Результат испытания выражают в условных единицах ВУ50 или ВУ100 (вязкость условная при температуре масла 50 или 100° С). Вязкость масел резко понижается с повышением температуры.

Смазочные материалы могут быть жидкие, пластичные (густые), твердые и газообразные.

Жидкие смазки являются основным смазочным материалом. Они имеют низкий коэффициент внутреннего трения. Их легко подавать к местам смазки, они оказывают охлаждающее действие. Недостатком жидкой смазки является ее вытекание из мест смазки.

Жидкие масла бывают органические и минеральные. Органические масла — расти­тельные (касторовое и др.) и животные (кост­ный жир и др.) обладают высокими смазы­вающими свойствами, но дефицитны и при­меняются в специальных случаях. Минеральные масла — продукты перегонки нефти, находят преимущественное применение для подшипников. К ним относят индустриальные масла различных марок, моторные и др. Вода применяется для смазки подшипников с вкла­дышами из дерева, резины и некоторых пластмасс.

Пластичные смазки (мази) из­готовляют путем загущения жидких мине­ральных масел мылами жирных кислот или углеводородами. К ним относятся солидолы, консталины и др. Эти смазки хорошо запол­няют зазоры, герметизируя узлы трения. Вяз­кость их мало меняется с изменением темпе­ратуры. Применяются в подшипниках при малых скоростях скольжения и ударных нагрузках.

Твердые смазочные мате­риалы — графит, слюда и другие приме­няются в машинах, когда по условиям про­изводства нельзя применить жидкую или кон­систентную смазку (ткацкие станки, пищевые машины и др.).

Воздушная и газовая смазки применяются в малонагруженных под­шипниках при очень большой угловой ско­рости вала (центрифуги, шпиндели шлифо­вальные и др.).

Простейшие устройства подвода смазки к показаны на рис.12.24.

в) г)

б)

а)

Рис. 12.24: а) – запрессовка маслёнки в корпус подшипника; б) - колпачковая маслёнка; в) – фитильная маслёнка; г) – схема кольцевой смазки (1-вал)

Наилучшим из показанных устройств, конечно же, является схема по рис.12.24 г, при которой происходит постоянный подвод масла к трущимся поверхностям за счёт силы трения, возникающей между кольцом и цапфой. Кольцо вращается, захватывает масло из ванны и подаёт его на цапфу. Отработанное масло стекает в ванну и вновь захватывается кольцом.

На рис. 12.25 показан типовой подшипник с кольцевой смазкой, который широко применяется в виде опор тяжёлых электродвигателей, работающих с переменными скоростями в реверсивном режиме.

Рис. 12.25.

Типовой подшипник с кольцевой смазкой

Ввод и распределение смазки. Чаще всего масло вводят в подшипники через сверления в кор­пусе (рис. 12.26, а) или вале (вид б). Ввод через кольцевые канавки (виды в, г) применяют при необходимости увеличить прокачку масла через под­шипник, а также при нагрузке переменного направления. Следует иметь в виду, что кольцевые канавки резко снижают несущую способность подшипников жидкостного трения, пре­вращая подшипник в два коротких подшипника. Ввод масла с торца (вид д) не снижает несущей способности подшипника, но прокачка масла в этом случае примерно в 2 раза меньше, чем при центральных кольцевых канавках.

Рис. 12.26. Ввод масла

Как правило, масло следует вводить в ненагруженную область под­шипника.

При нагрузке постоянного направления маслоподводящие отвер­стия целесообразно располагать в зоне наибольшего расширения зазора (точка А, рис. 12.27, а). Так как положение вала в подшипнике не всегда точно известно, то на практике придерживаются правила: располагать отверстие в области, ограниченной углом ~ 450 по обе стороны действия нагрузки.

Грубую ошибку представляет ввод масла в нагруженную область (вид б); Вследствие повышенного давления в этой области, достигающего несколь­ких десятков и сотен МПа, масло, подаваемое обычно под давлением 0,2-0,6 МПа, не поступает в зазор, а выдавливается из подшипника в маслопровод.

Рис. 12.27. Места подвода смазки

При вводе масла через радиальное сверление в валу (вид е) маслоподводящее сверление за каждый оборот вала пересекает нагруженную зону, подача масла происходит периодически, а в маслопроводе возни­кают пульсации.

Если подвод масла через вал обусловлен конструктивной необходи­мостью, то нужно делать в валу не менее трех маслоподводящих отвер­стий (вид г), подводить масло через кольцевую канавку или с торца (см. рис. 12.26, в - д).

Если неподвижен вал, а вращается корпус, нагруженный силой постоянного направления, то зона повышенного давления сохраняет свое положение относительно вала. В этом случае наиболее целесообразно подводить масло через сверление в валу на участке, противоположном направлению нагрузки (рис. 12.27, д). При других способах подвода (через корпус, кольцевые канавки, с торца) необходимо учитывать замечания, сделанные для случая неподвижного корпуса.

Кромки маслоподводящих отверстий, выходящие на поверхность трения, должны быть плавно скруглены.

Смазочные канавки. Нагруженная область подшипника жидкостного трения должна быть свободна от канавок и выборок, нарушающих гладкость несущей поверхности и ослабляющих несущую способность подшипника. Кольцевые канавки соединяют область высокого давления подшипника с областями пониженного давления, продольные — облегчают вытекание масла из нагруженной области. Полезную роль играют маслораздаточные канавки, расположенные в ненагруженной области непосредственно у маслоподводящего отверстия.

Рис. 12.28. Масораздаточные канавки

Полукольцевые канавки (рис. 12.28, а) служат для распределения масла по окружности подшипника. Продольные канавки (вид б) применяют при длинных подшипниках для обеспечения подачи масла вдоль оси подшипника; одновременно они несколько увеличивают истечение масла из торцов подшипника. По комбинированным (вид в) и спиральным (вид г) канавкам распределяется масло в окружном и осевом направлениях.

В подшипниках, несущих нагрузку постоянного направления при больших частотах вращения, канавкам придают значительную ширину (вид б)

Иногда их делают сквозными для увеличения прокачки масла и усиления теплоотвода от подшипника.

Кромки маслораспределительных и охлаждающих канавок должны быть плавно закруглены (рис. 12.29, а, б).

Обрабатывать смазочные канавки в открытых вкладышах нетрудно. Сложнее выполнять ка­навки, особенно спиральные, в целых втулках. Здесь следует применять наиболее простые полукольцевые и продольные канавки. Во втулках малого диаметра (менее 20 мм) кана­вок обычно не делают.

Рис. 12.29. Смазочные канавки:

а) во вкладышах, б) на валах

В подшипниках с нагрузкой переменного направления маслоподводящим отверстием в валу маслораспределительные канавки иногда выпол­няют на валу в виде продольных, винтовых и перекрестных выборок. Эго нужно делать крайне осторожно, так как подобные канавки снижают выносливость вала. Надо избегать острых входящих углов, придавать канавкам плавные очертания или заменять их неглубокими лысками (рис. 12.29, б, справа), несколько менее ослабляющими вал.

Для повышения несущей способности и увеличения надежности работы подшипников полужидкостного трения рекомендуется:

-уменьшать давление к путем увеличения диаметра (но не длины подшипника. Применять отношение l/d> 1,2 не следует;

- обеспечивать обильную подачу смазочного масла с повышенной вязкостью, маслянистостью и высокой адсорбцией к металлическим поверхностям; целесообразно вводить противозадирные присадки;

-при небольших нагрузках и относительно высоких окружных скоростях применять подшипники с баббитовой заливкой, при повышенных нагрузках — с заливкой свинцовистой бронзой, при больших нагрузках ималых частотах вращения — бронзовые подшипники.

Рис. 12.30. Смазочные канавки в подшипниках полужидкостного трения

Твердость валов должна быть не ниже HRC 50. Поверхность вала следует обрабатывать с малой экономически приемлемой шероховатостью Целесообразно подвергать поверхность вала сульфидированию или силицированию.

Зазоры в подшипниках полужидкостного трения делают меньше, чем в подшипниках жидкостного трения (ψ= 0,0005 - 0,001). Если обеспечена обильная подача масла, зазор увеличивают до обычных значений ψ = 0,001 - 0,002.

Во многих случаях целесообразно применять плавающие втулки.

Смазочные канавки можно располагать как в ненагруженной, так ивнагруженной областях.

Поскольку в этих подшипниках отсутствует принужденная масляная пленка с присущими ей зонами высокого и низкого давлений, канавки ослабляют несущую способность подшипника незначительно — в меру уменьшения площади несущей поверхности, выполняя в то же время полезную роль накопительных резервуаров, обеспечивающих питание подшипника смазкой, при перерывах подачи смазки.

Типичные формы смазочных канавок показаны на рис. 12.30. Сквозные канавки (виды е, з, к) применяют для увеличения теплоот­вода (если обеспечена обильная подача смазки). В подшипниках с ограниченной подачей масла канавки делают глухими (виды а — г, ж). В подшипниках, смазываемых пластичной смазкой, возле торцов проделывают кольцевые заграждающие, так называемые жировые канавки (виды д, и, л, м)

Подшипники с продольными, часто расположенными канавками, (виды з, и) применяют при колебательном движении малой амплитуды.

Вкладыши типовых разъёмных и неразъёмных подшипников стандартизированы. Стандартизированы также смазочные канавки. [4]. Карман 1 на рис 12.30.1 служит для сбора и охлаждения масла при работе, а также для накопления определённого объёма масла на период остановки и пуска.

Рис. 12.30.1. Типовой вкладыш разъёмного подшипника полужидкостного трения

Маслоподводящие штуцера устанавливают в корпусе на прессовой по­садке (рис. 12.31, а) и страхуют от выпадения, которое может привести к аварии подшипника. Способы страховки, показанные на видах б — г, предупреждают выпадение штуцеров только в собранном виде (при установленных вкладышах).

Рис. 12.31. Фиксация вкладышей маслоподводящими штуцерами

Для предупреждения выпадения при разборке штуцер фиксируют в корпусе завальцовкой в кольцевой канавке (вид д), а в корпусах из мягких металлов зачеканкой металла корпуса на ступеньку штуцера (вид г).

Ввод масла в валы.

На рис. 12.32, а — е показаны способы ввода масла с торца вала.

При подаче без давления масло вводят по трубке во внутреннюю полость вала, снабженную закраиной для распределения масла по смазочным отверстиям (вид а).

Наиболее простой способ подачи под давлением — ввод масла в торец вала через установленную на корпусе крышку (вид б).

На виде в показан способ ввода масла через торцовое уплотнение. Пружина, сжимающая диск 1 уплотнения, должна быть достаточно силь­ной для того, чтобы предупредить отжим уплотняющей поверхности дав­лением масла.

В конструкции г масло вводится в хвостовик вала через холостую втулку, застопоренную от вращения пластинкой 2, а в конструкции д - через плавающий штуцер 3, зафиксированный от вращения шлицами в корпусе.

В наиболее компактной конструкции е масло подается через втулку, установленную в расточке вала и зафиксированную от вращения шайбой со шлицами 4.

В промежуточных установках масло чаще всего вводят по кольцевой канавке в подшипнике (вид ж), откуда оно поступает через радиальные сверления в полость вала.

Применяют также подачу масла через холостые втулки, зафиксирован­ные на валу (вид з).

Рис. 12.32. Ввод масла в валы

В конструкции и втулка зафиксирована на корпусе фланцем с радиальными прорезями, в которые входят болты 5 с под­головниками. Конструкция обеспечивает осевую фиксацию втулки при не­которой свободе самоустановки втулки на валу.

При необходимости подачи под высоким давлением масло вводят через установленное на валу уплотнение с разрезными пружинными кольцами (вид к). Корпус колец затягивают па валу между буртиком и распорной втулкой.

Если невозможно затянуть корпус (случай гладкого вала), то корпус делают плавающим и фиксируют в продольном и окружном направле­ниях болтами 6 с подголовниками, входящими в радиальные прорези фланца корпуса (вид л). Для уплотнения внутреннюю поверхность корпуса заливают баббитом.

На виде м показано уплотнение разрезными пружинными кольцами для ввода масла отдельно в две концентричные полости вала (например, для привода установленных на валу 1 гидравлических сервомеханизмов).

Коэффициент трения у подшипников с периодическим подводом смаз­ки колеблется в зависимости от условий смазки и режима работы от значений, соответствующих жидкостному трению, до величин, соответствую­щих полусухому трению.

Примерные значения коэффициентов f полусухого трения для некоторых подшипниковых материалов (при смазке жидким маслом):

Баббиты оловянные................................ 0,01-0,02

Баббиты свинцовые................................ 0,015 — 0,025

Бронза свинцовая.................................... 0,02 — 0 03

Алюминиевые сплавы........................... 0,03-0,04

Бронзы БрАЖ.......................................... 0 04-0,05

Чугун антифрикционный....................... 0,05—0,08

При относительно грубых расчётах принимают КПД одной пары подшипников полужидкостного трения:

для вкладышей из чугуна = 0.95-0.96;

для вкладышей из бронзы = 0.97-0.98;

для вкладышей из бронзы с баббитовой заливкой = 0.98-0.99;

для вкладышей из древеснослоистых пластиков при смазке водой = 0.98.


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  


2

Сейчас читают про: