Смазывание и расчет подшипников скольжения

В процессе работы подшипников скольжения может происходить абразивный износ вкладышей и цапф, заедание вследствие нагрева подшипника и усталостное изнашивание при пульси­рующих нагрузках.

Основным критерием работоспособности подшипников скольжения является износостойкость трущейся пары.

Смазывание подшипников скольжения. Для уменьшения потерь энергии на преодоление трения, обеспечения износостойкости, отвода теплоты из зоны контакта, удаления продуктов изнашивания и предохра­нения от коррозии применяют смазывание трущихся поверхностей.

Смазочные материалы бывают твердые (графит, слюда), пла­стичные (литол, солидол, консталин), жидкие (органические и минеральные масла) и газообразные (воздух, газы). Наиболее рас­пространены жидкие и пластичные смазочные материалы. Нередко к сма­зочному материалу для придания ему новых свойств добавляют другие вещества, называемые присадками, например, противозадирные, противоизносные, антикоррозионные и другие присадки.

Различают смазочные масла индустриальные, моторные, компрес­сорные, трансмиссионные, турбинные, приборные, часовые и др.

Для смазывания подшипников скольжения быстроходных валов применяют менее вязкие сорта масел, для подшипников тихоходных ва­лов и при ударных нагрузках применяют более вязкие сорта масел или пластичные смазочные материалы.

Для распределения смазочного материала по длине вкладыша и сбо­ра продуктов износа предусматриваются смазочные карманы и канавки (см. рис. 13.2 и 13.3).

Подача смазочного материала в зону смазывания осуществляется са­мотеком или под давлением с помощью разнообразных смазочных уст­ройств. На рис. 13.3 показано непрерывное смазывание подшипника с помощью кольца, частично погруженного в масло и увлекаемого во вращение валом.

На рис. 13.6 представлены: а — наливная масленка с пово­ротной крышкой; б — пресс-масленка, через которую жидкий или пластичный смазочный материал периодически подается с помощью сма­зочного шприца; в — колпачковая масленка для периодической подачи пластичной смазки за счет подвинчивания колпачка; г — мас­ленка непрерывной подачи пластичной смазки с помощью поршня, находящегося под действием пружины. В герметически закрытых механизмах может применяться смазы­вание разбрызгиванием движущимися деталями или смазы­вание погружением, при котором поверхность трения полностью или частично помещена в ванну с жидким смазочным материалом.

Кроме указанных выше для подшипников применяются следующие методы смазывания: капельное, масляным туманом, набивкой, фитиль­ное, контактное и циркуляционное. При последнем жидкий смазочный материал многократно циркулирует от смазочного насоса к поверхностям трения, по пути фильтруясь и охлаждаясь.

Расчет подшипников скольжения. При работе машины трение ме­жду цапфой вала и вкладышем подшипника при жидком смазочном мате­риале может происходить в условиях жидкостной, полужидкостной и граничной смазки.

Жидкостной называется смазка, при которой поверхность тре­ния деталей, находящихся в относительном движении, полностью разде­лены жидким смазочным материалом. При жидкостной смазке толщина слоя масла больше суммарной высоты неровностей профиля рабочих по­верхностей цапфы и вкладыша, поэтому всю нагрузку несет масляный слой и значительно снижается трение и изнашивание рабочих поверхно­стей. Так как жидкость несжимаема, то при жидкостной смазке это объ­емное свойство масла проявляется в полной мере и нагрузочная способ­ность слоя смазочного материала оказывается очень высокой. Сопротив­ление движению при жидкостной смазке определяется только внутрен­ним трением в смазочном материале, зависящем от его вязкости.

Если жидкостная смазка осуществляется частично, то она называется полужидкостной.

Благодаря маслянистости, смазочный материал способен образовы­вать на сопряженных поверхностях тонкие пленки, называемые гра­ничными слоями. Свойства масла в граничном слое резко отлича­ются от его объемных свойств. Граничный слой обладает высокой проч­ностью и может выдерживать давление до 3000 МПа и более.

Граничной называется смазка, при которой трение и износ меж­ду поверхностями, находящимися в относительном движении, определя­ются свойствами этих поверхностей и свойствами смазочного материала, отличными от объемных.

Следует помнить, что при повышении температуры вязкость масла уменьшается, увеличивается возможность разрушения граничных пленок и появления чистого контакта цапфы и вкладыша, что может привести к схватыванию материала и заеданию подшипника.

Очевидно, что для работы подшипников скольжения наиболее бла­гоприятным является режим жидкостной смазки. В подшипниках скольжения, постоянно рабо­тающих при жидкостной смазке, в периоды пусков или остановок могут осуществляться другие виды смазки.

Расчет подшипников скольжения, рабо­тающих в условиях полужидкостной и гранич­ной смазки условно ведут по допускаемому среднему давлению [р] на трущихся поверхно­стях (этот расчет гарантирует невыдавливаемость смазочного материала) и по допускаемому произведению [pυ] среднего давления на скорость скольжения v, т. е. окружную скорость цапфы (этот расчет га­рантирует нормальный тепловой режим и отсутствие заедания).

Среднее давление в подшипнике предполагается равномерно распределенным по диаметральному сечению цапфы (рис. 13.7) и равным

p = R / (dl),

где R — радиальная нагрузка на подшипник, d — диаметр цапфы, l — длина цапфы. Формулы для проверочного расчета имеют такой вид:

p = R / (dl) ≤ ;

pυ ≤ .

Для приближенных расчетов подшипников скольжения мож­но принимать следующие ориентировочные значения [р], МПа и [рυ], МН/(м·с):

для стали	по чугуну	[р] ≈ 3;	[pυ] ≈ 3;
то же	по бронзе	[р] ≈ 5;	[pυ] ≈ 8;
»	по баббиту	[р]≈ 8;	[pυ] ≈ 20.

При неудовлетворительных результатах проверочного расчета меня­ются размеры цапфы или материал вкладыша.

При проектном расчете задаются относительной длиной подшипника ψ = l / d; при несамоустанавливающемся вкладыше ψ = 0,4...1,2; при самоустанавливающемся вкладыше ψ= 1,5...2,5 (меньшие значения для быстроходных валов и при значительных нагрузках). Так как диаметр цапфы определяется из расчета вала на прочность или жест­кость, то расчет подшипника скольжения сводится к определению его длины.

Подпятники скольжения рассчитываются по аналогичной методике, но ввиду худших условий отвода теплоты допускаемые значения и [p ]уменьшаются на 20...30%.

Гидростатическая и гидродинамическая смазка. Гидростатической называется жидкостная смазка, при которой полное разделение поверхностей трения осуще­ствляется в результате поступления жидкости в зазор между ними под внешним давлением (на­пример, от насоса).

Гидродинамической называется жидкостная смазка, при которой полное разделе­ние поверхностей трения осуществляется в резуль­тате давления, самовозникающего в слое жидкости при относительном движении поверхностей.

На рис. 13.8, а изображен невращающийся вал, опирающийся на подшипник скольжения, заполненный смазочным маслом. Обратим вни­мание на то, что зазор между валом и подшип­ником имеет клиновидную форму. После пуска машины благодаря маслянистости и вязкости масло будет увлекаться вращающимся валом, и нагнетаться в клиновидный зазор, в результате чего в масляном слое воз­никнет избыточное давление, возрастающее с увеличением угловой ско­рости вала. Избыточное давление создает гидродинамическую подъем­ную силу. После достижения какого-то критического значения угловой скорости цапфа вала всплывает в масле и несколько смещается в сторону вращения, как показано на рис. 13.8, б. С увеличением угловой скорости вала, а также вязкости масла, увеличивается толщина разделяющего мас­ляного слоя; с увеличением радиальной нагрузки на цапфу толщина мас­ляного слоя уменьшается.

Расчет подшипников скольжения в условиях жидкостной смазки вы­полняется на основе гидродинамической теории, основоположником ко­торой является русский ученый Н. П. Петров, награжденный за эту работу в 1884 г. Ломоносовской премией.

Так как все жидкости и газы обладают вязкостью, то в качестве сма­зочного материала можно применять, например, воду или воздух (газоди­намическая смазка).