Лекции профессора Ташевского А.Г.

ОПОРЫ ОСЕЙ И ВАЛОВ

Раздел №1 : Классификация опор

Подшипники являются опорами валов и вращающихся осей.

Они воспринимают силы, приложенные к валу или оси, и передают их на корпус машины. Подшипники обеспечивают валам заданное положение и возможность вращения при минимальных потерях на трение.

В зависимости от вида трения различают: подшипники скольжения подшипники качения

Основы триботехники

Триботехника изучает вопросы трения, износа и смазки.

1. Трение

В машинах часто встречаются подвижные сопряжения дета­лей (узлы трения), например опоры валов, пары винт—гайка и т. п. Узлы трения во многом определяют надежность и ре­сурс машин. Известно, что большинство узлов трения выходят из строя из-за изнашивания трущихся поверхностей. В связи с изнашиванием затраты на техническое обслуживание и ре­монт в 3...10 раз превышают первоначальную стоимость ма­шины. В некоторых машинах имеют место существенные по­тери энергии на преодоление трения (в автомобилях -50%, в текстильных машинах -80%).

Знание основ триботехники помогает оптимально констру­ировать машины. Одним из радикальных средств обеспечения надежности узлов трения является научно обоснованный вы­бор смазочного материала, зависящий от условий эксплуата­ции, вида ожидаемого режима смазки и состояния трущихся поверхностей.

Известно, что реальный контакт плоских по­верхностей деталей носит дискретный (в виде пятен) характер, обусловленный неровностями поверхностей, состоящими из отклонения формы 1, волнистости 2 и шероховатости 3 (рис. 1). Поэтому реальная площадь плоского контакта в 10... 10 000 раз меньше номинальной (ограниченной контуром площади контакта).

2 1 Реальная поверхность

Идеальная поверхность

Рис. 1. Схема неровностей поверхности: 1 — отклонение формы; 2 — волнистость; 3 — шероховатость

Внешнее трение скольжения наиболее часто имеет место в подвижном контакте деталей. Полная сила трения скла­дывается из силы молекулярного притяжения на пятнах каса­ния (F_мол) и силы сопротивления перемещению от внедрения микронеровностей одной трущейся поверхности в другую (F_мех). Для металлических поверхностей F_мол/F_мех  100. F_мол сильно снижается после введения смазочного материала меж­ду трущимися поверхностями.

В зависимости от режима смазывания различают виды трения:

трение без смазочного материала (рис. 2, а, б) редко встречается в машинах, лишь при работе в условиях вакуума, весьма низких или высоких температурах;

трение со смазочным материалом: граничное (рис. 2, в), полужидкостное (рис. 2, г), жидкостное (рис. 2, д).

Рис. 2. Виды трения в зоне контакта: без смазочного материала (а — ювенильное трение, б — сухое трение); трение со смазочным мате­риалом (в — граничное, г — полужидкостное, д — жидкостное)

Трение со смазочным материалом характеризуется относи­тельной толщиной  смазывающего слоя между контактирующими поверхностями, находящимися в относительном движе­нии:

(1)

где h — толщина смазывающего слоя (см. рис. 2, д); Ra₁ и Ra₂ — средние арифметические отклонения профилей микро­неровностей от базовой линии.

Классификация видов трения проводится по величине : граничное при   1, полужидкостное при  = 1...5, жидкост­ное при  = 5...100.

Граничное трение происходит по тончайшим масляным пленкам, образовавшимся в результате адсорбции. Удлинен­ные молекулы смазывающего вещества прикрепляются к по­верхности твердого тела и образуют ориентированный слой толщиной не более 0,1 мкм. Эти пленки повторяют микро­рельеф поверхности трения и обладают высокой прочностью на сжатие и малым сопротивлением скольжению при относи­тельном перемещении поверхностей.

Полужидкостное трение — смешанное трение, при кото­ром трущиеся поверхности не полностью разделены слоем жидкого смазочного материала и происходит касание отдель­ных микронеровностей. Отношение силы трения F_тр к нор­мальной силе F_n называют коэффициентом трения f, величина которого в основном зависит от вида смазки.

Трение поверхностей деталей сопровождается изнашивани­ем — разрушением контактирующих поверхностей с измене­нием их размеров. Износостойкость — способность трущихся поверхностей сопротивляться изнашиванию. Оценкой изно­состойкости служит интенсивность изнашивания

где h — износ, мкм; S — путь трения, м.

Жидкостное трение возникает между слоями смазочного материала, находящегося между трущимися поверхностями. При этом отсутствует износ, потери энергии на трение малы.

Полное разделение трущихся поверхностей обеспечивает слой жидкости (масла), минимальная толщина (h_min) которого с оп­ределенный запасом К > 1 превышает сумму высот микроне­ровностей:

(2)

г де Rz₁ и Rz₂ — высота профилей микроне­ровностей трущихся поверхностей.

Рис. 3. Изменение интенсивности механического изнашивания

Типичное развитие изнашивания узла трения представлено на рис. 3: 1— при­работка (интенсивное изнашивание в мес­тах концентрации нагрузки), II — устано­вившееся изнашивание малой интенсивнос­ти, III — ускоренное (катастрофическое) изнашивание. Период II характерен для штатной эксплуатации при полных нагруз­ках.

По мере увеличения износа обычно снижаются качественные показатели: уменьшается точность и КПД; растут динамические силы, вибрации, шум.