ФГБОУ ВПО «ГМУ им. адм. Ф.Ф. Ушакова»		MCD 7.3-(16-25-2)-180405-С3.В12-2013
	УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ «Метрология, стандартизация и сертификация»	Индекс: (Файл)
		Версия:	1

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ № 7

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТРИБОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

РАДИАЛЬНЫХ ОПОР СКОЛЬЖЕНИЯ

Направление подготовки

(специальность):

180405 Эксплуатация судовых энергетических установок

Новороссийск 2013

Методические указания к лабораторной работе № 7 «Определение трибофизических свойств радиальных опор скольжения» по курсу « Основы трибологии» разработаны согласно рабочей программы дисциплины кафедры «Ремонт судовых машин и механизмов» старшим преподавателем

Круговой И.М.

В работе кратко изложены основные положения гидродинамической теории смазки, приведен материал для расчета опор скольжения в условиях жидкостной смазки, а также данные по антифрикционным материалам. Даны методы расчета и таблица безразмерных параметров, позволяющих сложный расчет свести к простому. Приведен алгоритм расчета радиальных опор скольжения. Представлены исходные данные для выполнения работы по 30 вариантам.

Работа рассчитана на 4 часа.

Рецензент: доцент Худяков С.А.

Утверждено на заседании кафедры РСММ,

Протокол № 4 от 12.12.2013 г.

Начальник кафедры РСММ,

к.т.н, доцент К.Б.Пальчик

Лабораторная работа № 7 Тема : определение трибофизических свойств радиальных опор скольжения

Цель работы : Рассмотреть основные положения гидродинамической теории смазки, ознакомиться с приведенным материалом для расчета опор скольжения в условиях жидкостной смазки, а также данными по антифрикционным материалам. Изучить алгоритм расчета радиальных опор скольжения.

1 Общие сведения о подшипниках скольжения

1.1 Трение в опорах скольжения.

В подшипниках скольжения в зависимости от вида смазки коэффициенты трения зависят от вида трения: жидкостного, полужидкостного и граничного.

При жидкостном трении поверхности вала и подшипника разделены сплошной масляной пленкой; непосредственное трение между металлическими поверхностями вала и подшипника отсутствует. Коэффициент трения при жидкостной смазке незначителен (f = 0,005-0,0005), потери на трение и тепловыделение в подшипнике невелики. Износа металлических поверхностей при этом не происходит. Поэтому жидкостная смазка является наиболее благоприятной для работы подшипника.

Обязательным условием жидкостного трения является непрерывная обильная подача масла в подшипник. Давления в масляной пленке, необходимые для восприятия действующих на подшипник нагрузок и предупреждения контакта между металлическими поверхностями, создаются при эксцентричном положении вала в подшипнике в результате непрерывного нагнетания вращающимся валом масла в суживающуюся часть зазора. Этот самоподдерживающийся процесс создания давления в масляной пленке носит название гидродинамической смазки.

При полужидкостном трении сплошность масляной пленки нарушена, и поверхности вала и подшипника соприкасаются своими микронеровностями на участках большей или меньшей протяженности. Этот вид смазки встречается при недостаточной подаче масла или при отсутствии механизма гидродинамической смазки, например в подпятниках, с плоскими несущими поверхностями. Полужидкостное трение может возникнуть в подшипниках с гидродинамической смазкой, если толщина масляной пленки недостаточно для предотвращения соприкосновения микронеровностей вала и подшипника.

Коэффициент трения при полужидкостном трении значительно выше, чем при жидкостном и тепловыделение в подшипнике больше. Поэтому возникновение полужидкостного трения, особенно в подшипниках, работающих при больших частотах вращения, сопряжено с опасностью перегрева и выхода подшипника из строя.

При граничном трении поверхности вала и подшипника соприкасаются полностью или на участках большой протяженности. Масляный слой, разделяющий поверхности трения, отсутствует. Масло находится на металлических поверхностях только в виде адсорбированной пленки. Благодаря наличию адсорбированного масла коэффициент трения при граничном трении меньше, чем без смазки, но значительно больше, чем при полужидкостном и тем более жидкостном трении.

Граничное трение наступает при недостаточной подаче масла и встречается, например, в подшипниках с периодической или недостаточной подачей смазки, но может возникнуть также в подшипниках скольжения при нарушении механизма гидродинамической смазки. В тяжело-нагруженных многооборотных подшипниках возникновение гра­ничного трение вызывает перегрев, расплавление заливки, схватывание и заедание подшипника. Для иллюстрации изменения процесса трения в подшипниках скольжения на рисунке 1 приведена диаграмма Герси-Штрибека, показывающая зависимость коэффициента трения f от характеристики режима работы подшипника λ₁:

(1)

При малой скорости скольжения (порядка 0,1 мм/с) и тонком слое смазки (порядка 10 ^-4 мм) имеет место граничное трение; коэффициент трения f почти не изменяется при возрастании скорости до некоторого предела. Этот режим работы изображен на кривой участком f - 1. При дальнейшем возрастании скорости скольжения коэффициент трения быстро уменьшается; поверхности скольжения отдаляются друг от друга, но не на столько, чтобы исключить возможность соприкосновения отдельных выступов шероховатых поверхностей. Следовательно, возникает режим полужидкостной смазки (рисунок 1, участок 1-2 кривой), причем зависимость f от λ₁ линейная.

Область трения при полужидкостном трении является неустойчивой. Если подшипник переходит в эту область, то всякий фактор, способствующий снижению λ₁ (уменьшение вязкости смазки, увеличение нагрузки, снижение частоты вращения шипа), вызывает повышение коэффициента трения и, следовательно, увеличение температуры рабочей поверхности вкладыша подшипника. Процесс завершается возникновением граничной смазки.

В области полужидкостном трении с увеличением частоты вращения и λ₁ коэффициент трения резко падает, и режим работы подшипника переходит в область жидкостной смазки. Этим объясняется сравнительно безопасный переход режима работы подшипников через область полужидкостной смазки в пусковые периоды при достаточном количестве подаваемой смазки.

Рисунок 1 - Диаграмма Герси-Штрибека

Коэффициент трения f достигает минимума в тот момент, когда смазочный слой лишь покрывает шероховатости поверхностей скольжения. С дальнейшим возрастанием λ₁ толщина смазочного слоя увеличивается и все неровности и шероховатости поверхностей скольжения покрываются с избытком и непосредственный контакт их полностью исключается; наступает режим трения при жидкостной смазке (рисунок 1, участок 2-3 кривой).

Рисунок 2 - Зависимость коэффициента трения от числа оборо­тов (при постоянной нагрузке) - кривая по Штрибеку.

При жидкостной смазке подшипники скольжения устойчиво работают в широком диапазоне эксплуатационных режимов. Это объясняется их способностью приспосабливаться к различным условиям работы благодаря свойству смазочных масел увеличивать вязкость при понижении температуры.

Большие зазоры ухудшают несущую способность подшипника, но способ­ствуют уменьшению трения и увеличению прокачки масла через него.

Поэтому температура масла подшипников с большим зазором понижается. Повышенная благодаря этому вязкость масла компенсирует их малую несущую способность. Этим объясняется способность подшипников скольжения работать даже при значительных износах.

Подшипники с малым зазором вследствие повышенного тепловыделения работают при высокой температуре; однако уменьшение вязкости масла при этом компенсируется свойственной им повышенной несущей способностью. Аналогичную способность саморегулирования подшипник проявляет и при колебаниях рабочего режима. Если, например, возрастает удельная нагрузка, то при этом уменьшается минимальная толщина масляного слоя; подшипник приближается к режиму трения при полужидкостной смазке. Однако с понижением λ₁ одновременно падает коэффициент трения и снижается тепловыделение. В результате повышается вязкость масла, режим работы подшипника полностью или частично восстанавливается и переходит в состояние устойчивого равновесия. Если температура в рабочей зоне подшипника повышается (например, из­-за временного уменьшения подачи масла), то вязкость масла падает, толщина масляного слоя уменьшается и может произойти заедание. Однако с понижением вязкости падает коэффициент трения и уменьшается тепловыделение. В результате устанавливается новое состояние равновесия, хотя значение λ₁ может быть ниже первоначального. Таким образом, вязкость смазки в выражении λ₁ = μω/ρ_m играет роль регулятора, который стремится при изменении режима работы подшипника восстановить ее первоначальное значение.

Главное условие заключается в том, чтобы механизм восстановления равновесия мог действовать во всем диапазоне возможных колебаний режима без перехода опасных значений h_min. Для этого необходимо, чтобы подшипник был рассчитан с достаточным коэффициентом надежности и работал в области небольших эксцентриситетов.

Однако безразмерная характеристика режима работы λ₁ может служить только для ориентировочной оценки работы подшипника, работающего в режиме жидкостного трения. Для достаточно точного расчета подшипника должна быть установлена взаимосвязь целого ряда различных параметров; конструктивных размеров опоры, зазора между трущимися поверхностями, свойств смазывающей жидкости, нагрузки, скорости скольжения, способов теплоотвода и т. д.