М осковский Автомобильно-Дорожный

Государственный Технический Университет

(МАДИ)

Факультет «Конструкторско-Механический»

Кафедра «Транспортных установок»

Курсовая работа на тему:

«Подшипники скольжения»

Студент _________________________________ (Комаров И.А.) Группа 4ТК

Руководитель ________________________________(Буренин В.В.)

Москва 2010 г.

Содержание

Введение и актуальность исследования 3

1. Трение в опорах скольжения 4

2. Классификация подшипников 6

3. Подшипниковые материалы 13

   1. Чугун 13

   2. Цветные алюминиевые сплавы 15

   3. Порошковые материалы на основе графитов 16

   4. Синтетические пластически материалы 17

   5. Прочие неметаллические материалы 18

4. Смазка подшипников скольжения 19

   1. Нефтяные смазочные масла 19

   2. Синтетические смазочные масла 19

   3. Прочие смазочные материалы 21

5. Схема нагружения опорного подшипника скольжения 22

6. Пример расчета подшипников скольжения 23

7. Анализ инноваций за последние годы 25

7.1. Отечественные разработки 25

7.2. Зарубежные разработки 28

8. Фирмы-производители 29

8.1. Отечественные производители 29

8.2. Зарубежные производители 30

9. Заключение 32

10. Список литературы 33

Введение и актуальность исследования.

В зависимости от рода трения в подшипнике различают подшипники скольжения, в которых опорная поверхность оси или вала скользит по поверхности подшипника, и подшипники качения, в которых развивается трение качения благодаря установке шариков или роликов между опорными поверхностями оси или вала подшипника. Подшипники качения по сравнению с подшипниками скольжения обладают рядом достоинств. В современном машиностроении подшипники скольжения ограничены лишь некоторыми областями, например, для быстроходных валов, в режиме работы которых долговечность подшипников качения очень мала; для осей и валов, требующих точной установки; для валов большого диаметра, для которых не изготовляют стандартных подшипников качения; когда подшипники по условиям сборки должны быть разъемными (например, для коленчатого вала); когда в связи с восприятием подшипником ударных и вибрационных нагрузок используется демпфирующее действие масляного слоя подшипника скольжения; при работе подшипников в воде, агрессивной среде и т.п., когда подшипники качения скольжения оказываются проще по конструкции и дешевле подшипников качения.

Используя подшипники качения, не всегда удается удовлетворить требования бесшумности, химической и тепловой стойкости опорных узлов. В подобных условиях рациональное решение может быть найдено при проектировании опорных узлов с подшипниками скольжения.

Таким образом, подшипники скольжения смогут конкуриро­вать с подшипниками качения во многих отраслях машинострое­ния, а в ряде случаев предпочтение должно быть отдано именно подшипникам скольжения. Некоторый консерватизм в отношении опор скольжения обусловлен еще и тем довольно распространенным мнением, что потери на трение скольжения при одинаковых условиях эксплуа­тации всегда выше потерь на трение качения. Это ошибочное суждение нельзя распространять на подшипники скольжения, работающие в условиях жидкостного трения, когда слой смазки отделяет рабочие поверхности цапфы и вкладыша друг от друга и исключает возможность непосредственного их кон­такта; потери на трение в этом случае весьма малы и не превос­ходят потерь на трение в подшипниках качения.

Поэтому определение основных тенденций развития конструкций подшипников скольжения является актуальным.

1. Трение в опорах скольжения [1, с. 7-11]

Приближенная зависимость для определения силы трения покоя выражается формулой Амонтона

T=fN (1.1)

где N — сила нормального давления между трущимися поверхностями;

f — коэффициент трения скольжения, зависящий от материала и состояния поверхностей. Более точную зависимость дает закон Кулона

Т=fМ + А; (1.2)

где А — постоянная величина, зависящая от сил молекулярного притяжения.

Несколько иная формула для определения коэффициента трения предложена И. В. Крагельским.

(1.3)

Г

Рис.1.1. Диаграмма Герси-Штрибека

де α и β — параметры, зависящие от молекулярных и .механических свойств трущихся поверхностей. Формулы (1.1) — (1.3) относятся к случаю сухого трения. При скольжении же смазанных поверхностей, отделенных друг от друга тонким слоем смазки, сила трения и коэффициент трения не остаются постоянными — они зависят от скорости скольже­ния и свойств смазочной пленки. При достаточной толщине ее, когда поверхности скольжения полностью отделены друг от друга, сопротивление движению определяется силами вязкости жидкости; элементарная тангенциальная сила τ по закону Нью­тона зависит от динамической вязкости μ и градиента скорости dv/dn по нормали к элементу поверхности

(1.4)

Сила трения Т определится как интеграл по поверхности S

(1.5)

Для иллюстрации процесса изменения коэффициента трения в подобных подшипниках скольжения служит кривая Герси-Штрибека, показанная на фиг. 1: при весьма малой скорости скольжения порядка 0,1 мм/сек и очень тонком смазочном слое порядка 0,1 мк имеет место граничное трение; коэффициент f почти не изменяется при возрастании скорости до неко­торого значения; этот период изображается на кривой участком fо — 1. При дальнейшем возрастании скорости коэффициент тре­ния быстро уменьшается; поверхности скольжения отдаляются друг от друга, но не настолько, чтобы исключить возможность соприкосновения отдельных выступов шероховатых поверхно­стей, следовательно, граничное трение не полностью исключено, поэтому такое трение условно называемся полужидкостным (участок 1—2 кривой).

Коэффициент трения f достигает минимума в тот момент, когда смазочный слой лишь покрывает шероховатости поверх­ностей скольжения; дальнейшее те­чение кривой f определяется в зависимости от безразмерной характери­стики режима работы

где μ — динамическая вязкость; ω —угловая скорость шипа; p — средняя удельная нагрузка на подшипник:

где Р — радиальная нагрузка на под­шипник; d и l — его диаметр и длина. С возрастанием величины λ, тол­щина смазочного слоя увеличива­ется, перекрываются с избытком все неровности поверхностей скольжения и исключается непосредственный контакт их; сопро­тивление движению определяется всецело внутренними си­лами вязкой жидкости, поэтому такое трение называется жидкостным (участок 2—3 кривой). По мере увеличения λ, и толщины смазочного слоя коэффициент трения несколько воз­растает, соответственно увеличивается и тепловыделение в рабо­чей зоне подшипника. Теоретически наивыгоднейшие условия работы опоры были бы в точке 2 при минимальном значении l, однако здесь нет запаса толщины смазочного слоя, и малейшее уменьшение величины λ, например вследствие снижения вязко­сти жидкости или угловой скорости шипа, повлечет за собой уве­личение коэффициента трения и соответственно большее тепло­выделение, что обусловит повышение температуры смазочного слоя и снижение динамической вязкости смазки μ; таким обра­зом, переход от точки 2 влево влечет за собой прогрессирующее возрастание коэффициента трения и перегрев подшипника. На­оборот, при увеличении λ в зоне жидкостного трения на участке 2—3 кривой работа подшипника характеризуется стабильностью характеристики режима. Если расчетному режиму работы соот­ветствует точка m, лежащая между точками 2 и 3, то при отклонении от заданного режима вправо к точке n коэффициент тре­ния f увеличится, соответственно возрастет тепловыделение, температура смазочного слоя поднимется, что вызовет снижение динамической вязкости μ, и уменьшение λ, т. е. приближение этой величины к ее расчетному значению. Аналогичный эффект возникнет и при отклонении от расчетного режима влево к точке k, но при этом коэффициент трения снижается, тепловыделение уменьшается, температура падает и вязкость возрастает — в ре­зультате λ увеличивается, приближаясь к расчетному значению. Следовательно, практически оптимальному режиму работы со­ответствует не точка 2, а некоторое положение вправо от нее.

При жидкостном трении прекращается износ поверхностей шипа и вкладыша подшипника, так как исключено их непосред­ственное касание; казалось бы, что вопрос о целесообразном подборе материалов для опор скольжения может быть снят, од­нако, это не так: если в расчетном длительном режиме будет обеспечено достаточно большое значение λ, гарантирующее жид­костное трение, то в процессе пуска или остановки машины, когда скорость вращения вала мала, неизбежен будет переход к полу­жидкостному и граничному трению. Для уменьшения трения и износа опор в этих условиях надо подбирать для трущихся пар такие материалы, которые характеризуются наименьшими потерями на трение и возможно низким значением коэффициента сухого трения. Для многих узлов трения, работающих при низ­кой скорости скольжения, режим жидкостного трения вообще недостижим, и работоспособность подшипника определяется в основном антифрикционными свойствами материалов трущихся деталей. Практическим критерием для оценки таких опор слу­жат значения среднего удельного давления р и произведение рv, где v — скорость скольжения. Допускаемые значения [p] и [pv] устанавливаются опытным путем.