'Понятие о работе подшипников скольжения в режиме жидкостного трения

В зависимости от конструкции подшипника и его режима работы в нем может быть жидкостное, полужидкостное, полусухое или гра­ничное трение.

При жидкостном или гидродинамическом трении между рабочими поверхностями цапфы и вкладыша подшипника имеется слой смазки, толщина h которого больше суммарной высоты неровностей R_Zi и

R_Zt профиля рабочих поверхностей скольжения (рис. 164: а—вра­щательная пара, б —поступательная пара):

h>R_Zt + R,_%. (207)

При соблюдении условия (207) трущиеся поверхности полностью разделены слоем смазки, а поэтому значительно уменьшаются потери энергии на преодоление трения в подшипнике и, следовательно, износ рабочих поверхностей вкладыша и цапфы почти отсутствует.

При жидкостном трении коэффициент трения / = 0,001.. .0,005, т. е. существенно ниже, чем при сухом трении (см. табл. П1).

Расчет подшипников жидкостного трения выполняют на основе дифференциальных уравнений гидродинамики вязкой жидкости, свя­зывающих давление,

с

корость и сопротивле­ние смазки вязкому сдвигу.

Для обеспечения гидродина мического (жидкостного) трения необходимы: наличие зазора (6) между тру­щимися поверхностями; достаточная вязкость смазки, находящейся в зазоре; высокая отно­сительная скорость

движения трущихся по- Рис. J 64

верхностей, чтобы масло

затягивалось в зазор между цапфой и вкладышем для создания избыточного давления; уравновешивание давлением смазки нагрузки, действующей на подшипник и стремящейся прижать поверхности трения друг к другу; разделение смазочной жидкостью скользящих поверхностей, т. е. ее слой должен иметь толщину Л, не меньшую суммы высот микронеровностей этих поверхностей [см. (207)].

В гидростатических подшипниках масляный слой между трущи­мися поверхностями обеспечивается подводом к ним масла под дав­лением. Коэффициент трения у этих подшипников в момент пуска близок к нулю, а при небольших скоростях скольжения 10"?. Износ в гидростатических подшипниках практически отсутствует.

Если вместо жидкостной смазки применить газовую (воздушную), то ввиду очень малого значения вязкости газов (вязкость воздуха примерно в 100 раз меньше вязкости керосина, имеющего самую низкую вязкость из всех жидких смазочных материалов) подшипники скольжения с газовой смазкой способны работать с практически неограниченной частотой вращения валов при КПД, близком к 100% (потери на трение и на нагрев у этих подшипников ничтожны).

Подшипники с газовой смазкой (газовые подшипники) могут быть аэростати­ческими (цапфа вала у такого подшипника поддерживается воздушной подушкой благодаря непрерывному поддуву сжатого воздуха) или аэродинамическими (при работе этих подшипников воздух самозасасывается из атмосферы в торцовые за­зоры подшипника, обеспечивая вращение цапфы вала на воздушной подушке).

Газовые подшипники перспективны и экономически выгодны при частоте вращения цапфы вала п > 10⁴ мин^-1 и небольших нагрузках. Газовые подшипники приме­няют, например, в установках для сжижения гелия, где они работают при частоте вращения вала п=10^б мин^-1; в шлифовальных станках, электрошпиндель кото­рых вращается с угловой скоростью л = (4,5.. Л4,5)Х10⁴ мин^-1, а пневмошпиндель с п «ЗЛО⁶- мин"¹; в роторах центрифуг, предназначенных для получения био­логических эмульсий и вращающихся с частотой до 5«10^б мин"¹; в отдельных деталях текстильных машин, частота вращения которых достигает 10⁶ мин-¹.

Задача 39. Рассчитать на износостойкость и нагрев цапфу (шип) трансмис­сионного вала, если: a) F_r — 20 кН, я = 200 мин-¹; б) F_r = 35 кН, я = 320 мин-¹. Вал стальной, вкладыш подшипника бронзовый.

Решение, а) 1. Определяем диаметр шипа из расчета на износостойкость по (204). Принимая ф=1 и [p_m] = 17»10⁶ Па для закаленной стальной цапфы по бронзе Бр. АЖ9-4 (см. табл. П39), получаем

VFrl(4\P\) = >^/20.10³/(Ы7.10б) = 34,2.10-³ м = 34,2 мм.

По R_a 40 (см. занятие 20) принимаем d = 36 мм.

2. Проверяем пару цапфа — вкладыш на нагрев по (206>. По табл. П39 [p_mv_s]= = 10-Ю⁶ Н/(м-с). Окружная скорость шипа

v_s = я dn/60 = я• 36 • 10-³ • 200/60 = 0,337 м/с.

Расчетное давление между шипом и вкладышем

Рт = ?г1 (dl) = 20.10³/ (36 • 36 • 10 -⁶) = 15,45 • 10⁶ Па,

где l = (pd—\ «36 = 36 мм.

Находим произведение p_mv_s, характеризующее интенсивность нагрева под­шипника, и сравниваем с допускаемым значением:

Рт"* = 15,45-Ю⁶-0,337 = 5,77- 10^е Н/(м-с) <\p_mv_s].

Задача 40. Рассчитать на износостойкость и нагрев кольцевую пяту из ста­ли Ст5, работающую на чугунном подпятнике, если: a) F_a = 30 кН, п = 100 мин-¹; б) 7^ = 20 кН, п = 150 мин-¹.

Решение, а) Внутренний d± и наружный d диаметры кольцевой пяты (см, рис. 152, б) определим из ее расчета на износостойкость и нагрев. Принимаем по табл. П39[р_от]=2.10⁶ Па. По формуле (205),

Рт = *а№оп) = 4/У[(Зя. (d² - df)] < [_Рт],

откуда при р — 0,9

d² — dl^ 4F_a/(n$ [р_т]) =4-30.10³/(л.0,9-2.10^е) =21,2.10~³ м² = 21,2• 10³ мм².

По формуле (206) при [р_й^] = 10⁶ Н/(м-с) (см. табл. П39) и d_cv = (d+dt)/2 имеем

_ F_a _ 4F_a njd+djn F_an

^PmVs~WTn^Vs~ ^-dl) ' 2-60 - 30P(^^i)

Отсюда

rfi>/^r_a«/(30p[p^])=30.10³.100/(30.0,9- 10^е) =0,111 м = 111 мм. Решая совместно два уравнения с двумя неизвестными

{ d²— dj>21,2.10», \ d—dt^lll,

получаем

didJ^lH }^rf>^{152 мм}> ^di ~ 193—rf= 193 —152 = 41 мм.

Принимаем d=152 мм, с?_х = 40 мм. 206

Занятие 22. ПОДШИПНИКИ КАЧЕНИЯ