Антифрикционные материалы

Это материалы и сплавы, обладающие низким коэффициентном трения в паре со стальным валом. К ним предъявляются, кроме того, следующие требования:

а) хорошая прирабатываемость;

б) способность удерживать масляную пленку, которая должна как бы прилипать к поверхности;

в) хороший отвод тепла;

г) достаточная механическая прочность.

Всеми этими качествами не обладает ни один из антифрикционных материалов, например:

Баббиты - оловянистые сплавы - не обладают свойством (г), однако их наплавляют на стальной, бронзовый или чугунный вкладыш, что и решает вопрос прочности.

Бронзы оловянистые и свинцовистые слабо обладают свойством (а).

Сплавы на алюминиевой основе слабо обладают свойством (г).

Антифрикционные чугуны вообще обладают недостаточными антифрикционными свойствами и могут применяться лишь при малых удельных давлениях и скоростях.

Неметаллические материалы (пластмассы) имеют довольно высокое значение коэффициента трения и не обладают свойством (в).

Конструктивные типы подшипников скольжения

Рис. 3.10.1

Простейшие подшипники скольжения имеют неразъемный корпус обычно с бронзовой втулкой; более сложные подшипники имеют разъем вдоль оси как корпуса, так и вкладышей. Вкладыши делаются стальными или чугунными с наплавкой антифрикционного сплава или бронзовые. В зоне разъема вкладышей имеются так называемые холодильники - емкости для масла, а на поверхности контакта с шайкой вала нарезаются неглубокие масляные канавки. Конструкции подшипников разнообразны, с ними необходимо ознакомиться по учебнику.

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:

_(3.10.1)

б) на удельную мощность трения:

_(3.10.2)

Тема 2.11 Подшипники качения

Достоинства и недостатки подшипников качения; классификация и маркировка подшипников качения; основные типы подшипников качения и их материалы; расчет подшипников качения на долговечность; особенности конструирования подшипниковых узлов; смазывание подшипников качения; КПД; уплотнительные устройства.

Классификация и область применения подшипников качения

1. Шариковый радиальный - самый массовый, распространенный и дешевый тип. Воспринимает радиальные и небольшие осевые нагрузки (до 70% от неиспользованной радиальной). Применять следует везде, где это возможно.

Рис. 2.11.1

2. Шариковый сферический - самоустанавливающийся тип. Воспринимает радиальные и незначительные осевые нагрузки (до 20% от неиспользованной радиальной). Применяется там, где оси опор смежны или при гибких длинных валах, имеющих большой прогиб.

3. Шариковый радиально-упорный. Воспринимает радиальные и значительные осевые нагрузки. Имеет глубокие канавки; разъемный - устанавливается попарно. Применяется там, где осевые нагрузки сравнительно велики.

4. Роликовый цилиндрический - воспринимает только радиальные, но, благодаря линейному контакту, большие по величине нагрузки. Применяется там, где нет осевых нагрузок.

5. Роликовый сферический - воспринимает очень большие радиальные и довольно большие осевые нагрузки. Самоустанавливающийся тип. Применяется там же, где тип (2), но при больших нагрузках.

6. Роликовый конический - воспринимает большие ради­альные и большие осевые нагрузки, универсальный, разъемный тип подшипника. Рекомендуется, в частности, для конических зубчатых передач. Устанавливается попарно, при износе регулируется осевой зазор, для чего под фланцами крышек предусматривается набор регулировочных прокладок или устанавливаются регулировочные гайки.

7. Роликовый с витыми роликами (тип ХАЯТ) - воспринимает только радиальные нагрузки, хорошо сопротивляется удару благодаря упругим роликам, изготовленным из плотно навитой проволоки прямоугольного сечения. Не обладает вы­сокой точностью, поэтому применяется для тихоходных валов грубой центровки.

8. Игольчатой - воспринимает только радиальные нагрузки. Отличается очень малыми радиальными габаритами, может работать без одной обоймы или вообще без обойм, не имеет сепаратора, иголки укладываются вплотную одна к другой. Предельное число оборотов меньше, чем у других подшипников.

9. Шариковый упорный - воспринимает только осевые на­грузки. Устанавливается в паре с другим подшипником, вос­принимающим радиальную нагрузку.

Материал и термообработка подшипников качения

Обоймы (кольца) подшипников и тела качения изготав­ливаются из высокохромистой и высокоуглеродистой стали типа ШХ-15 с закалкой до весьма высокой твердости HRC = 50-66. Сталь этого типа после закалки приобретает очень высокие механические свойства, не становясь при этом хрупкой.

Точность изготовления и посадки подшипников качения

Кольца и тела качения изготавливаются по 1-му классу точности и выше. Обычные подшипники имеют нормальную точность - 0 (знак не выбивается); для повышенных и высоких скоростей применяются более высокие точности изготовления: 6 - повышенная, 4 - высокая,

2 - сверхвысокая (знак выбивается на торцах колец). Стоимость высокоточных подшипников намного превосходит стоимость нормальных.

Для установки подшипников на шейках валов и в корпусе применяются посадки промежуточного типа:

если вращается вал, то на валу – m6 или k6 или j_s6, а в корпусе – H6 или H7 ;

если вращается корпус, а вал (ось) неподвижны, то на валу – h6 или h8 , а в корпусе – M7 или K7 или J_s 7.

Более тугие посадки затрудняют монтаж и демонтаж подшипников и могут служить причиной защемления тел качения, поэтому не могут быть рекомендованы; более свободные посадки не обеспечивают удержания от вращения подшипниковых колец.

Система обозначения подшипников качения

На один и тот же диаметр шейки вала предусматривается несколько серий подшипников, которые отличаются размерами колец и тел качения и соответственно величиной воспринимаемых нагрузок.

В пределах каждой серии подшипники равных типов взаимозаменяемы в мировом масштабе. В стандартах указываются: номер подшипника, размеры, вес, предельное число оборотов, статическая нагрузка и коэффициент работоспособности.

Серии:

1. Особо легкая.

2. Легкая.

3. Средняя.

4. Тяжелая.

5. Легкая широкая.

6. Средняя широкая.

Рис. 2.11.2

Две крайние цифры номера справа, умноженные на пять, выражают диаметр шейки вала d в мм; третья цифра справа выражает номер серии; четвертая цифра справа выражает тип подшипника, так: отсутствие цифры (нуль) - шариковый радиальный, единица - шариковый сферический, два - роликовый цилиндрический, ... семь - роликовый конический.

Пятая и другие цифры справа, если они есть, означают конструктивные особенности данного типа.

Расчет на долговечность (по динамической грузоподъёмности) - основной расчет.

С – паспортная динамическая грузоподъёмность подшипника (каталогам подшипников) – это такая постоянная нагрузка, которую подшипник может выдержать в течение одного миллиона оборотов без появления признаков усталости.

Динамическая грузоподъёмность и ресурс работы подшипника L (в миллионах оборотов) связаны эмпирической формулой

, (2.11.1)

где Р – эквивалентная динамическая нагрузка на подшипник (см. ниже),

p = 3 для шариковых и p =3,33 для роликовых подшипников.

Ресурс подшипника в часах работы

, (2.11.2)

где n – частота вращения подшипника (об/мин).

Эквивалентная динамическая нагрузка для радиальных и радиально-упорных подшипников:

, (2.11.3)

где - радиальная нагрузка на опору;

- осевая нагрузка на опору;

V - коэффициент, зависящий от того, какое кольцо вращается: если внутреннее – V = 1; если наружное V= 1,2.

X и Y - табличные коэффициенты, характеризующие способность данного типа подшипника воспринимать радиальную и осевую нагрузку (выбираются по каталогам подшипников).

К_б – коэффициент безопасности, зависящий от характера воспринимаемой нагрузки и степени ответственности механизма в машине(выбирается по справочникам в пределах 1,0-2,5);

K_Т - табличный температурный коэффициент, при t  100⁰C - К_т = 1.

При практических расчётах, когда задана расчётная долговечность работы подшипника в часах, требуемая динамическая грузоподъёмность определится из выражения

(2.11.4)

Центробежные силы инерции, действующие в подшипниках качения, определяются известным уравнением . При малых и средних угловых скоростях они не очень велики, но сильно возрастают при высоких и сверхвысоких углов их скоростях, становясь главными нагрузками, которые и определяют предельное число оборотов подшипников этого типа.

Для упорных шариковых подшипников центробежные силы составляют большую опасность, чем для других типов, способствуя износу сепараторов.