Виды трения и смазка подшипников скольжения

Режимы трения и критерии расчета

Для уменьшения трения в подшипнике его необходимо смазывать. В зависимости от режима работы подшипника в нем может быть полужидкостное или жидкостное трение.

Рисунок 1 - Режимы трения

При полужидкостном трении рабочие поверхности вала и вкладыша разделены слоем масла, толщина которого h больше суммы высот R_z шероховатостей поверхностей:

h> R_z1+ R_z2

При этом условии масло воспринимает нагрузку, предотвращая непосредственное соприкасание рабочих поверхностей, т.е. их износ.

При полужидкостном трении это условие не соблюдается и имеет место как жидкостное, так и граничное трение. Полужидкостное трение сопровождается износом трущихся поверхностей даже без попадания внешних абразивных частиц.

Для работы подшипника самым благоприятным режимом является режим жидкостного трения. Образование режима жидкостного трения является основным критерием расчета большинства подшипников скольжения.

VA – скорость движения пластины А;

Vкр – скорость, при которой происходит

Переход к режиму жидкостного трения.

Рисунок 2 - Условие наличия жидкостного трения

Рисунок 3 - Условие наличия жидкостного трения в подшипнике

Основы теории жидкостного трения

Для возникновения жидкостного трения необходимо наличие клинового зазора между скользящими поверхностями: скорость относительного движения этих поверхностей должна быть достаточной, чтобы масло соответствующей вязкости непрерывно заполняло зазор.

Исследования установлено, что

h_min=f (μω/p),

где р - условное давление, р=Fr/(ld); μω/p – характеристика рабочего режима подшипника; l и d – длина и диаметр подшипника.

Толщина масленичного слоя возрастает с увеличением вязкости масла и угловой скорости цапфы, но уменьшается с увеличением нагрузки.

Практический расчет подшипников скольжения

Расчет подшипников, работающих при полужидкостном трении

К таким подшипникам относятся подшипники грубых тихоходных механизмов, машин с частыми пусками и остановками, неустановившимся режимом нагрузки, плохими условиями подвода смазки и т.п. Их рассчитывают:

а) по условному давлению

р=Fr/(ld) ≤ [р],

что обеспечивает достаточную износостойкость;

б) по произведению давления на скорость

pV≤ [pV],

что обеспечивает нормальный тепловой режим и отсутствие заедания.

Допускаемые значения [р] и [pV] берутся из рекомендаций.

Расчет радиальных подшипников жидкостного трения

Для нагрузки подшипника имеем зависимость

Fr= (μω/ψ²)ldC_F,

где ψ=S/d – относительный зазор в подшипнике; С_F – коэффициент нагруженности подшипника.

С_F= рψ²/ (μω);

относительный эксцентриситет

= e/0,5s

Определяет положение цапфы при режиме жидкостного трения.

h_min=0,5s-e=0,5s(1- ).

Порядок расчета:

1. Задаются отношением l/d, выбранное значение проверяют по [р] и [pV].

2. Выбирают относительный зазор ψ≈0,8·10^-3V^0,25. ψ согласовывают с одной из стандартных посадок.

3. Выбирают сорт масла и его среднюю рабочую температуру и определяют среднюю расчетную вязкость масла μ.

4. Подсчитывают коэффициент нагруженности подшипника С_F и определяют . Затем находят h_min.

5. Определяют критическое значение толщины масляного слоя, при которой нарушается режим жидкостного трения: h_кр=R_z1+R_z2.

6. Определяют коэффициент запаса надежности: s_h=h_min/h_кр≥ [s_h]≈2.

Неточности приближенного расчета компенсируют повышенными значениями коэффициента запаса и выбором способа смазки на основе рекомендаций.

Гидростатические подшипники применяют для тихоходных тяжелых валов. В них масляный слой образуют путем подвода масла под цапфу от насоса.

Подшипники с воздушной или газовой смазкой применяют для быстроходных валов при относительно малых нагрузках, а также при работе в условиях высоких температур. Эти подшипники могут быть аэростатическими и аэродинамическими.

Контрольные вопросы: 1. В каких областях машиностроения приме­няют подшипники скольжения? Каким основным требованиям они должны удов­летворять? 2. Какие различают виды трения в подшипниках скольжения и чем они отличаются между собой? 3. Почему при жидкостном трении режим работы подшипника скольжения является самым благоприятным? 4. В каких случаях применяют подшипники скольжения с полусухим или полужидкостным трением и в каких с жидкостным трением? 5. Какие различают подшипники скольжения в зависимости от направления воспринимаемой ими нагрузки? 6. Какие разли­чают типы подшипников скольжения по конструкции и какие из них нормализо­ваны ГОСТом? 7. Для чего предназначены вкладыши? 8. Какова особенность конструкции подшипников с самоустанавливающимися вкладышами? 9. Как устроены подпятники скольжения? 10. Когда применяют подшипники и подпят­ники скольжения с самоустанавливающимися сегментами? 11. Из каких материа­лов изготовляют корпуса и вкладыши подшипников скольжения? 12. Где приме­няют отдельные виды вкладышей в зависимости от их материала? 13. Как опре­деляют основные размеры подшипников скольжения? 14. Какие смазочные ма­териалы применяют в подшипниках скольжения? 15. Что такое вязкость и мас­лянистость масла? 16. Что представляют собой динамическая и кинематическая вязкость и каковы ее единицы? 17. В каких случаях в подшипниках скольжения применяют жидкую, консистентную и твердую смазки? 18. Как рассчитывают подшипники скольжения, работающие в условиях полусухого или полужидкост­ного трения? жидкостного трения? 19. Когда и как производится тепловой рас­чет подшипников скольжения?