Лабораторна робота №8

ДОСЛІДЖЕННЯ ТЕРТЯ В ПІДШИПНИКАХ КОВЗАННЯ

8.1 Мета роботи

Експериментально визначити залежність коефіцієнта тертя в підшип­нику ковзання від навантаження.

8.2 Елементи теорії та розрахункові залежності

В підшипниках ковзання опорна ділянка вала безпосередньо, або через шар мастила, ковзає по поверхні підшипника. Опорну ділянку вала назива­ють цапфою. За своєю формою цапфи для підшипників ковзання можуть бу­ти циліндричної, сферичної, конічної, або плоскої форми.

У найпоширенішому випадку радіальний підшипник ковзання склада­ється з корпуса 1, втулки з антифрикційного матеріалу 2, яка розміщена і за­фіксована в корпусі. На втулку опирається циліндрична цапфа вала 3 (рису­нок 8.1).

Рисунок 8.1 – Конструкція радіального підшипника ковзання

Для подачі мастила в опору і утримання його, в верхній частині корпу­са передбачений отвір з мастилоутримуючими канавками. Існують також пі­дшипники ковзання з корпусом, роз'ємним у радіальному напрямку. Такі пі­дшипники є більш універсальними при монтажі і дозволяють регулювати за­зор між вкладишем і валом по мірі зношування контактуючих поверхонь де­талей.

У сучасному машинобудуванні підшипники ковзання мають дещо ву­жче застосування у порівнянні з підшипниками кочення. їх використання обумовлено такими перевагами, як високі швидкості обертання валів (ω>500 с^-1), висока точність центрування вала в підшипнику, малі діаметральні роз­міри, роботоздатність при експлуатації у воді або в агресивному середовищі.

Нормальна робота підшипників ковзання, без системного зношування деталей, забезпечується за умови їх безпосереднього змащування, коли опор­ні поверхні цапфи і підшипника розділені шаром мастила. При такому режи­мі роботи значно зменшується опір обертанню вала і підвищується довговіч­ність підшипника.

Опір обертанню вала в підшипнику ковзання залежить від коефіцієнта тертя в опорі. Експериментально встановлено, що коефіцієнт тертя ƒ в під­шипниках ковзання може змінюватися в широких межах і залежить від таких основних факторів, як в'язкість мастила μ, кутова швидкість вала ω, зазор між валом і вкладишем Δ, питомий тиск Р_в в опорі. Питомий тиск розрахо­вують за формулою:

, (8.1)

де F_г- радіальне навантаження на підшипнику;

d і l - відповідно, діаметр і довжина підшипника (див. рисунок 8.1).

Несуча здатність підшипника ковзання характеризується безрозмірним коефіцієнтом навантаженості Ф, який розраховують за формулою:

, (8.2)

де - відносини зазор в підшипнику.

Типовий графік зміни коефіцієнта тертя в підшипнику ковзання від на­ведених вище факторів має вигляд, зображений на рисунку 8.2.

Ділянка кривої 1-2 відповідає сухому, напіврідкому (змішаному) та граничному тертю. Коефіцієнт тертя при такому режимі роботи в більшій мі­рі залежить не від в'язкості мастила, а від антифрикційних властивостей вала і втулки. Граничне тертя виникає з появою в окремих зонах поверхні контак­ту цапфи і втулки тонких плівок м астила, товщиною до 0,1 мкм. При обер­танні вала, в місцях зосередженого тиску плівки можуть руйнуватися і утво­рюються знову.

Рисунок 8.2 - Залежність коефіцієнта тертя від характеристики режиму роботи підшипника ковзання.

Ділянка 2-3 відповідає напіврідинному тертю. Коефіцієнт тертя при роботі підшипника у такому режимі залежить не тільки від матеріалу тертьо­вих поверхонь, а і від в'язкості мастила. Для найбільш поширених антифрик­ційних матеріалів при напіврідинному терті в опорі він знаходиться у межах ƒ=0,008...0,1. Точка 3 від повідає критичному значенню коефіцієнта наванта- женості Ф_кр.

На ділянці 3-4 в опорі виникає режим рідинного тертя, коли контакту­ючі поверхні повністю розділені шаром мастила, товщина h_min якого більша від сумарної висоти мікронерівностей цапфи і втулки. При такому режимі опір обертанню вала мінімальний і залежить тільки від в'язкості мастила. Коефіцієнт тертя має мінімальне значення ƒ = 0,010...0,001.

На ділянці 1-2-3 цапфа зміщується у напрямку обертання вала і займає ексцентричне положення відносно втулки. При цьому утворюється шар мас­тила клинової форми, в якому виникає гідродинамічний тиск p, який зрівно­важує зовнішню силу F_г (рисунок 8.3).

Основною умовою довговічності підшипників ковзання є забезпечення режиму рідинного тертя в опорі. Підшипники тихохідних валів, а також ма­шин і механізмів з частими пусками і зупинками, у більшості випадків пра­цюють в режимах змішаного, граничного та напіврідинного тертя, яке супро­воджується зношуванням контактних поверхонь. У таких випадках несучу здатність підшипника ковзання визначають за умовним тиском рр, або за параметром рV< \рV\ де V - колова швидкість цапфи. Ці критерії забезпе­чують, відповідно, стійкість проти зношування і обмежують нагрів робочих

Рисунок 8.3 - Схема утворення гідродинамічного тиску в радіальному

підшипнику ковзання

поверхонь підшипника. Якщо необхідно забезпечити рідинне тертя в опорі на всіх режимах роботи, то застосовують гідростатичні підшипники ковзання. В них, на відміну від звичайних (гідродинамічних) підшипників, шар мастила між поверхнями тертя створюється шляхом подачі в опору мастила під тис­ком від насоса.

Для швидкохідних валів (ω > 1000 с^-1) при відносно малих наванта­женнях, а також при роботі в умовах високих температур, застосовують пневмопідшипники, в яких замість мастила використовують газ або повітря. За принципом роботи вони також можуть бути аеростатичними і аеродинаміч­ними. Оскільки в'язкість повітря приблизно в сотні разів менша в'язкості найменш в'язкого мастила, то ці підшипники мають найменші витрати на те­ртя при невисокій несучій здатності.