6. Пример расчета подшипника скольжения [2, с. 257]

Задача определить минимальную толщину масляного слоя h_min и температуру нагрева масла в эллиптическом подшипнике при заданных условиях:

• нагрузка на подшипник P, H;

• Длина L, мм;

• Диаметр d, мм;

• Горизонтальный зазор ∆_г, мм;

• Коэффициент формы m;

• Угловая скорость ротора ω, рад/с;

• Динамическая вязкость масла при заданной температуре Т, μ, Па·с;

• Плотность масла ρ, кг/м³;

• Удельная теплоемкость масла с, Дж/(кг·К).

Решение.

1. Определяем необходимые величины:

u=ωd/2; ψ=∆_г/r; L/d;

2. Находим параметр нагруженности [2, с. 251, ф. 4.31]:

3. По кривым [2, с. 254, рис. 4.34] находим:

χ, Ф₂, Ф₃, φ

4. Вычисляем статическое смещение цапфы

е=χ∆_Г

и минимальную толщину масляного слоя [2, с. 253, ф. 4.32]

h_min=∆_г(1-(m²+χ²+2mχcosφ)^1/2)

5. Определяем расход масла на подшипник [2, с. 253, ф. 4.33]

6. Находим мощность трения [2, с. 253, ф. 4.34]

7. Определяем нагрев масла [2, с. 254, ф. 4.35]

Смотрим полученные значения. Если они являются допустимыми, значит задача решена правильно и подшипник выбран верно.

Условный расчет подшипников скольжения

Этот расчет непосредственно не отражает наличие жидкостного трения, но,  благодаря своей простоте и большому накопленному опыту по допускаемым величинам, достаточно широко применяется в машиностроении.

а) расчет на удельное давление [1, с 48, ф. 22]:

б) на удельную мощность трения [1, с 48, ф. 23]:

Значения [p] и [pv] смотрим в таблице 2

Таблица 2

Значения [p] и [pv] для подшипников с чугунными или бронзовыми вкладышами [1, с. 48, таблица 21]

Механизмы	[p] в кГ/см2	[pv] в кГ/см2сек
Редукторы зубчатые и червячные	20-60	40-80
Открытые тихоходные передачи	10-40	30-60
Транспортеры, шнеки, рольганги	20-100	40-100
Приводы вращающихся печей, сушильных барабанов	40-150	60-150

Данным методом мы можем воспользоваться в качестве проверочного расчета и сделать вывод о пригодности подшипника для работы при данных параметрах.

7. Анализ инноваций за последние годы.

Наука и техника не стоят на месте. Постоянно разрабатываются новые механизмы, которые требуют более современных материалов, исполнения конструкций и т.д. Рассмотрим некоторые из наиболее, на мой взгляд, значимых и интересных разработок в сфере подшипников скольжения за последние годы

1. Отечественные разработки

Конструкции магнитных подшипников с высокотемпературными сверхпроводниками. [5]

Цель: Снижение трения в подшипниках путем выполнения условия полной левитации. Магнитные подшипники позволяют без физического контакта осуществлять подвес вращающегося вала и его относительное вращение без трения и износа.

В ыполнение: Разработаны математические модели и оптимизированы конструкции магнитных подшипников с высокотемпературными сверхпроводниками, позволяющими выполнять условия полной левитации. Конструкция одной ячейки первого варианта подшипника состоит из ротора, выполненного в виде двух дисков из магнитомягкого материала, на которых располагаются по два разнополярных кольцевых магнитам осевой намагниченностью, и статора представленного в модели кольцом из сверхпроводящего материала, расположенного между постоянными магнитами. Вторая конструкция ячейки является развитием первого варианта. В этом случае ячейка подшипника представлена четырьмя кольцевыми магнитам намагниченными по оси, при этом два разнополярных магнита располагаются на магнитомягком диске, а другие два на магнитомягком кольце. В следующих ячейках постоянные магниты устанавливаются на кольцо из магнитомягкого материала предыдущих ячеек. Магнитный поток, создаваемый постоянными магнитами, вмораживается в объем сверхпроводника, что обеспечивает устойчивое равновесие в месте перехода в сверхпроводящее состояние. В модели свойства сверхпроводящего материала представлены в виде зависимостей намагниченности от напряженности магнитного поля для ZFC (без внешнего поля) и FC (при наличии внешнего поля) перехода в сверхпроводящее состояние. По составленным моделям выполнены расчеты силовых взаимодействий при радиальном и осевом перемещении ротора их начального положения, которые показали высокую эффективность магнитных подшипников.

Подшипник скольжения из слоистого композиционного материала. [6]

Ц ель: повышение надежности подшипника за счет снижения остаточных температурно-технологических напряжений в материале подшипника, исключение расслоения материала подшипника и повышение технологичности подшипника.

Актуальность: Изобретение относится к машиностроению, а именно к подшипникам скольжения из полимерных слоистых композиционных материалов, и может быть использовано в различных узлах трения, работающих как в нормальных условиях, так и в условиях агрессивной среды.

Выполнение: Подшипник скольжения содержит стеклопластиковый силовой корпус (3), углепластиковый антифрикционный слой (1) и демпфирующий слой (2), выполненный из материала, образованного чередующимися монослоями стеклопластика и углепластика.

Конструкторско-технологическое исполнение подшипника скольжения повышенной надежности. [7]

Цель: неразрывность пленки смазки, фактически полностью исключая возможность появления длительного и крайне нежелательного сухого контакта в паре трения в системе вал – подшипник скольжения.

Выполнение: Данное исследование было направлено на определение эффективности эксплуатации модернизированной конструкции подшипника скольжения путем варьирования размеров и форм специальных канавок с учетом изменения величины напора и вязкости рабочей жидкости (масла). С этой целью было сконструирована экспериментальная установка, включающая короткий вал (для уменьшения возможности появления вибрации), с одной стороны прикрепленный через муфту к выходному валу электрического двигателя, с другой – поджимаемый конусом. На вал опирался модернизированный вариант подшипника скольжения, горизонтальное расположение которого контролировалось с помощью нескольких стандартных индикаторов стандартного типа. Сам вкладыш грузом поджимался к вращающемуся валу, в зону трения с которым подводился жидкий смазочный материал. Исследовались вкладыши с различными формами смазочных канавок, что позволило в конечном итоге, использую некоторые формулы гидравлики, выбрать наиболее рациональный вариант такого конструктивного исполнения, который максимальным образом отвечал поставленной задаче уменьшения интенсивности изнашивания подшипника скольжения. Обеспечение приподнятия края подшипника над вращающимся валом в зона выхода из-под него смазочного материала обеспечивает реальную целостность (то есть неразрывность) пленки смазки, фактически полностью исключая возможность появления длительного и крайне нежелательного сухого контакта в паре трения в системе вал – подшипник скольжения.

Радиальный подшипниковый узел скольжения. [8]

Цель: повышение надежности, срока службы, технологичности конструкции радиального подшипникового узла скольжения.

А ктуальность: Изобретение относится к области машиностроения, а именно к радиальным подшипниковым узлам скольжения с керамическими парами трения машин и механизмов вращательного действия, предназначенных для работы в абразивосодержащих агрессивных средах в широком диапазоне температур и давлений, в частности в погружных центробежных электронасосных агрегатах для добычи нефти и т.п.

Выполнение: Радиальный подшипниковый узел содержит корпус (1) подшипника, опорный вкладыш (2), упруго установленный внутри корпуса (1) с зазором относительно него, в котором расположено по меньшей мере два эластичных уплотнительных кольца (11), отстоящих друг от друга в осевом направлении, и втулку (4), концентрично установленную внутри вкладыша (3) на несущем валу (5) с возможностью вращения вместе с ним. Узел дополнительно содержит вращающийся вкладыш (11), упруго установленный на втулке (4) между втулкой (4) и вкладышем (3) с зазором относительно втулки (4), в котором расположено по меньшей мере два кольцевых эластичных уплотнительных кольца (9). Вкладыш (3) расположен в непосредственном контакте с вкладышем (2) с образованием с ним пары трения скольжения. Вкладыши (2, 3) изготовлены из твердосплавных керамических материалов и имеют одинаковую осевую длину. Фиксация осевого положения вкладыша (2) осуществляется кольцевым радиальным выступом (8) на одном конце корпуса (1) и стопорным кольцом (7), установленным на другом конце корпуса (1), а фиксация осевого положения вкладыша (3) - радиальным выступом (6) на одном конце втулки (4) и стопорным кольцом (9), установленным на другом конце втулки (4).

Способ изготовления колодки упорного подшипника скольжения. [9]

Цель: Уменьшение потерь трения в подшипниках, увеличение износостойкости и радиационной стойкости. Проектировка на более высокие удельные нагрузки.

Актуальность: Изготовление колодки упорного подшипника (подпятника), стойкого к радиациооному воздействию, что позволяет использовать его на АЭС.

В ыполнение: Согласно предлагаемому способу к металлическому основанию (2) колодки прикрепляют антифрикционный элемент, выполненный в виде пластины (3) из фторопласта с односторонним или двухсторонним фольгированием. При этом на фольгированную поверхность пластины (3) и поверхность основания (2) колодки, либо на одну из них, наносят клей, указанные детали прижимают друг к другу, выдерживают под давлением до отверждения клея, затем антифрикционный элемент со стороны поверхности трения обрабатывают. Пластины (3), в частности, выполняют из фторопласта, модифицированного компонентами.

Дейдвудное устройство [10]

Ц ель: Повышение надежности подшипника в экстремальных условиях

Актуальность: Изобретение относится к области судостроения и машиностроения, в частности к втулочным подшипникам, и предназначено для использования в дейдвудных устройствах любых типов судов, содержащих подшипники скольжения, расположенные горизонтально.

Выполнение: Дейдвудное устройство имеет подшипник скольжения (2,3) с серповидными боковыми каналами и расположенный внутри вал(4). Серповидные боковые каналы выполнены наклонными к продольной оси подшипника под углом, обеспечивающим на кормовом торце подшипника рабочую нагружаемую площадь на угле не менее 90°. При этом боковые серповидные каналы могут иметь в верхней и нижней части отбойные полки.