Глава 8. Вальниці

8.1. Вальниці ковзання. Загальні відомості

Опори осей та валів, що обертаються, називаються вальницями. Вони сприймають радіальні, осьові та радіально-осьові навантаги, що прикладені до валів та осей, і передають їх на раму, корпус або станину машини.

При цьому вал повинен фіксуватися у осьовому напрямку і обертатися навколо заданої геометричної осі. Втрати на тертя у вальницях повинні бути мінімальними, щоб уникнути зниження ККД механізму. Від якості вальниць в значній мірі залежить робото-здатність і довговічність машини.

Залежно від виду тертя розрізняють вальниці ковзання, в яких опорна поверхня осі або вала ковзає по робочій поверхні вальниці, і вальниці котіння, в яких використовується тертя котіння завдяки встановленості котіння у вигляді кульок або роликів між опорними поверхнями осі чи вала і вальниці.

За напрямком дії навантаги, яку сприймають вальниці, останні поділяють на радіальні, що сприймають радіальні навантаги; упорні, які сприймають від вала тільки осьові навантаги; радіально-упорні, що одночасно сприймають радіальні та осьові навантаги. Упорні вальниці ковзання називають підп’ятниками.

Загальні відомості та умови роботи. Вальниця ковзання є парою обертання і складається із опорного відрізка вала (цапфи) та відповідної вальниці, в якій ковзає цапфа.

На рис. 8.1 приведена конструктивно найпростіша вальниця ковзання, основним елементом якої є вкладка 2.

Як опори валів і осей, які обертаються, вальниці ковзання використовуються в конструкціях, де застосування вальниць котіння затруднене або недопустиме через конструктивні міркування (змінні та ударні навантаги, або необхідність їх установки на шийках валів та ін.), експлуатаційні (швидкохідні чи тихохідні вали, аґресивне середовище і т. ін.), а також через відсутність стандартних вальниць (мініатюрні або надґабаритні вали діаметром понад 1 м і т. ін.).

Проте цим вальницям властиві певні недоліки. Так, важконавантажені вальниці, які працюють при високих частотах обертання, вимагають примусової подачі під тиском мастила (оливи, води та ін.) для підтримання режиму рідинного тертя і відводу теплоти, яка виділяється. Вальниці зі звичайними мастилами можуть працювати безпечно до температур не вище 150ºС. При роботі в умовах знижених температур виникає проблема високого пускового моменту через загустіння мастила.

Завдяки безшумності і вказаним вище перевагам, рівно ж і через конструктивні та економічні міркування опори ковзання широко застосовується у парових та ґазових турбінах.

Рис. 8.1. Конструкція вальниці ковзання:

1 – корпус; 2 – вкладка; 3 – мастильна канавка.

Умови роботи вальниці ковзання як пари тертя ковзання значною мірою залежать від параметрів режиму (питомої навантаги p та кутової швидкості цапфи), наявності та марки мастила (рідкого, твердого, ґазоподібного), фізико-механічних характеристик поверхонь контакту, що дає можливість досить повно охарактеризувати втрати на тертя. Ці параметри визначають тепловиділення і стійкість проти спрацювання вальниці, а в кінцевому підсумку – її надійність.

Нормальна робота цих вальниць без систематичного спрацювання поверхонь цапфи вала (вісі) і вальниці забезпечується лише при розділенні контактових поверхонь шаром мастила достатньої грубини. Наявність шару мастила між робочими поверхнями може бути забезпечена лише надлишковим тиском, який може бути створений двома способами: при обертанні цапфи з певною швидкістю у нерухомій опорі – гідродинамічним, або внаслідок подачі мастила під тиском (помпою) в проміжок між робочі поверхні – гідростатичним.