Подшипники качения

Рис.5.6

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. Однако большинство

подшипников скольжения работает в условиях полужидкостной или граничной 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 [ p ] на трущихся поверхно­стях (этот расчет гарантирует невыдавливаемость

смазочного материала) и по допускае­мому произведению

Рис.5.7 [ pv ] 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. 5.7) и равным

(5.1)

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

; (5.2)

(5.3)

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

для стали по чугуну [ p ] 3; [ pν ] 3;

то же по бронзе [ p ] 5; [ pν ] 8;

то же по баббиту [ p ] 8; [ pν ] 20.

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

При проектном расчете задаются относительной длиной подшипника ; при несамоустанавливающемся вкладыше = 0.4 – 1.2; при самоустанавливающемся вкладыше = 1,5...2,5 (меньшиезначения 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 [ р ] и [ pv ] уменьшаются на 20...30%.

Понятие о гидростатической и гидроди­намической смазке. 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. 5.8, 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. Рис. 5.8

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. 5.8, 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).

Подшипники, работающие по принципу трения качения, называются подшипниками качения. В настоящее время такие подшипники имеют наибольшее распространение. Подшипники качения стандартизованы и в массовых количествах выпускаются специализированными заводами. Подшипники качения изготовляют в большом диапазоне типоразмеров с наружным диаметром от 2 мм до 2,8 м и массой от долей грамма до несколь­ких тонн.

В большинстве случаев подшипник каче­ния (рис. 5.9) состоит из наружного и внут­реннего кольца с дорожками качения, тел ка­чения (шарики или ролики) и сепаратора, удерживающего тела качения на определен­ном расстоянии друг от друга. В некоторых случаях для уменьшения радиальных размеров одно или оба кольца подшипника могут отсутствовать; в этих случаях тела качения перемещаются непосредственно по канавкам вала или корпуса. Достоинства подшипников качения: малые потери на трение и незначительный нагрев, малый расход смазки, небольшие габариты восевом направлении, невысокая стоимость (массовое производство)

и высокая степень взаимозаменяемости. К недостаткам подшипников качения относятся: чувствитель­ность к ударным и вибрационным нагрузкам, большие габариты

в ради­альном направлении, малая надежность в высокоскоростных приводах