Замена в узлах машин трения скольжения трением качения

Такая замена во многих случаях целесообразна с точки зрения повышения надежности работы деталей и экономичности машин.

Каждому виду опор (скольжения и качения) свойственны как положительные, так и отрицательные качества. Подшипники каче­ния имеют следующие преимущества:

1. Уменьшаются потери на трение по сравнению с потерями у под­шипников скольжения, работающих при граничной смазке или при жидкостной смазке. Применение подшипников качения, как пра­вило, повышает КПД машины. Коэффициент трения подшипника качения сравнительно мало изменяется в большом диапазоне нагру­зок и окружных скоростей.

2. Экономится большое количество цветных металлов – меди, олова, свинца, расходуемых на изготовление вкладышей подшипни­ков скольжения.

3. Уменьшается расход смазочных материалов.

4. Отпадает надобность в принудительном охлаждении.

5. Упрощается уход.

6. У валов при правильно назначенных посадках отсут­ствует износ шеек, что исключает необходимость ремонта по­следних.

7. Шарико- и роликоподшипники стандартизованы, что упрощает конструирование подшипникового узла. Поступление подшипников качения в сборочный цех в виде собранного комплекта ускоряет изготовление и монтаж машины.

8. Применение подшипников качения уменьшает стоимость ма­шины.

Перечисленные преимущества подшипников качения обусловили их широкое распространение. Диапазон их размеров широк: от 0,25 мм (по диаметру) в приборах и свыше 1000 мм в четырехрядных конических подшипниках валков прокатных станов.

Недостатками подшипников качения являются:

1. Недостаточная надежность при высоких окружных скоростях и динамических нагрузках.

2. Иногда существенным недостатком являются большие диаме­тральные размеры при меньшей длине, чем у подшипников сколь­жения.

3. Неудовлетворительная работа в условиях вибрационной на­грузки, а также при качательном движении с малыми углами по­ворота.

4. Большой шум при работе.

5. Недостаточная коррозионная и тепловая стойкость.

6. Значительно меньшая грузоподъемность и долговечность упор­ных подшипников качения, чем подшипников скольжения.

7. Недостаточная пригодность в случаях, когда для удобства монтажа либо по особенностям конструкции вала требуются разъем­ные опоры.

15. Лекция

Технологические методы повышения износостойкости деталей.

7.1 Общие аспекты.

В задачу технологии входит изготовление детали требуемой формы и надлежа­щей точности, с упрочненной рабочей поверхностью из известных или новых материалов.

Изыскание новых материалов проте­кает непрерывно, из-за повышения к ним требований в связи с разработкой новых конструкций машин, так и необходимости замены дефицитных материалов. Материала должны иметь малое рассеяние показателей его свойств, что определяется соблюдением стабильного состава исходных материалов, например шихты.

Например, при получении отливок из одних доменных чугунов при плавке в вагранках или печах можно получать отливки желаемой структуры, из других чугунов того же химического состава это делать затруднительно или совсем невозможно. Связано это с наследственными свойствами чугунов. Поэтому технологический процесс получения заготовок должен быть тщательно продуман и изучен, чтобы придерживаться оптимальных параметров. Например, перегрев чугуна для получения отливок определенной структуры должен быть различным для малых и крупных отливок.

Структура пластмасс зависит от величины и содержания в них кристаллитов. Чем больше в полимере кристаллической структуры, тем выше износостойкость. Опыт показал, что шестерня из заготовки, отлитой в форму при температуре 20 °С, уже через несколько тысяч оборотов имела значительный износ зубьев, а шестерня, при изготов­лении которой литьевая форма была нагрета до 60 °С, выдержала несколько миллионов оборотов без заметных следов износа. Оказывается, замед­ленное охлаждение способствует увеличению содержания кристал­лической составляющей.

Ориентировка волокон металла влияет на прочность и долговечность изделия. Например, внутренние кольца подшипников качения из стали ШХ 15 можно изготовить из горячекатаной штанги на горизонтально-ковочных машинах. Волокна в этом случае выходят под разными углами к дорожке качения, имея местами ориентацию, близкую к торцовой (Рис.7.1 а). Если заготовку кольца выполнить из короткой трубы с выкаткой желоба в горячем состоянии, то волокна расположатся под небольшим углом к рабочей поверхности (Рис. 7.1 б). Испытания подтвердили большую долговечность подшипников с внутренними кольцами, изготовлен­ными последним способом.

а)

Рис. 7.1 – Различная ориентация волокон в образцах (а) и кольцах (б) подшипника

Заготовками ходовых колес мостовых кранов могут быть стальные отливки, поковки, штамповки без реборд и штам­повки с прокатанной беговой дорожкой. Наиболее вы­годно в условиях массового производства колес использовать штам­повки с прокаткой не только из-за минимальных потерь металла на окалину, отходы в стружку и наименьшей трудоемкости изготовле­ния колес, но и потому, что на их беговой дорожке и ребордах об­разуется круговое направление волокон, благоприятное в отношении износостой­кости.

Технологическое обеспечение заданной формы, точности, раз­меров и качества обработанных поверхностей деталей заключается в выборе способов и режимов обработки, а также геометрии режу­щего инструмента. Эти факторы при резании металлов стабильных структур влияют на долговечность в связи с глубиной и степенью наклепа материала и геометрией обработанной поверхности. На определенных режимах резания металлов нестабильных структур в поверхностном слое возможны структурные изменения и фазовые превращения, в результате которых в металле возникают концентраторы напряжений. Это может привести к образованию шлифовочных трещин. Особо опасны трещины, образующиеся под слоем хрома, вследствие трудности их обнаружения.

Одну и ту же поверхность можно обрабатывать различными ме­тодами. Так, методами чистовой обработки прямолинейных на­правляющих может быть шабрение, тонкое строгание, тонкое фрезе­рование, шлифование чашечным кругом, шлифование периферией круга; направляющие можно наклепать шариками. Опыты показы­вают, что наиболее износостойкими являются пары скольжения, у которых нижние образцы, имитирующие станину, наклепаны шариками, а верхние подвергнуты шабрению, тонкому фрезерованию и шлифованию торцом круга.

К уменьшению надежности работы деталей в эксплуатации мо­жет привести также нестабильность формы и размеров изделий, не связан­ные с износом поверхностей. Остаточное изменение формы и размера детали в эксплуатации в условиях нормальной температуры среды может быть следствием распада структурных составляющих, перехода одной модификации состав­ляющей материала в другую, релаксацией остаточных напряжений и взаимодействия материала со средой.

Часто опытных данных недостаточно для выбора оптималь­ной технологии получения, изготовления и обработки детали, при которой одно­временно обеспечивается наивысшая производительность и долго­вечность изделия.