Глава 13 опоры валов и осей

Валы и вращающиеся оси монтируют на опорах, которые опреде­ляют положение вала или оси, обеспечивают вращение, воспринимают нагрузки и передают их основанию машины. Основной частью опор яв­ляются подшипники, которые могут воспринимать радиальные, радиально-осевые и осевые нагрузки; в последнем случае опора называется подпятником, а подшипник носит название упорного.

Подшипники вращающихся осей некоторых транспортных средств (например, железнодорожных вагонов) с преобладающей вертикальной нагрузкой называют буксами.

§ 13.1. Подшипники скольжения

Подшипники, работающие по принципу трения скольжения, называ­ются подшипниками скольжения.

Простейшим подшипником скольжения является отверстие, расто­ченное непосредственно в корпусе машины, в которое обычно вставляют втулку (вкладыш) из антифрикционного материала.

Достоинства подшипников скольжения: малые габариты в ра­диальном направлении, хорошая восприимчивость ударных и вибрацион­ных нагрузок, возможность применения при очень высоких частотах вращения вала и в прецизионных машинах, большая долговечность в ус­ловиях жидкостного трения, возможность использования при работе в воде или агрессивной среде.

Недостатки подшипников скольжения: большие габариты в осевом направлении, значительный расход смазочного материала и необ­ходимость систематического наблюдения за процессом смазывания, не­обходимость применения дорогостоящих и дефицитных антифрикцион­ных материалов для вкладышей.

Вышеперечисленные достоинства и недостатки определяют приме­нение подшипников скольжения, например в молотах, поршневых маши­нах, турбинах, центрифугах, координатно-расточных станках, для валов очень больших диаметров, а также для валов тихоходных машин. КПД подшипников скольжения η = 0,95...0,99.

Существует очень много конструкций подшипников скольжения, ко­торые подразделяются на два вида: неразъемные и разъем­ные. Неразъемный под­шипник (рис. 13.1) состоит из корпуса и втулки, которая может быть неподвижно за­креплена в корпусе подшип­ника или свободно заложена в него («плавающая втулка»).

Неразъемные подшипники используют главным образом, в тихоходных машинах, приборах и т. д. Их основное преимущество — простота конструкции и низкая стоимость. Если корпус подшипника выполнен в виде фланца с опорной плоскостью, нормальной к оси вала, то такой подшипник называют фланцевым.

Разъемный подшипник (рис. 13.2) состоит из основания и крышки корпуса, разъемного вкладыша, смазочного устройства и болто­вого или шпилечного соединения основания с крышкой. Износ вклады­шей в процессе работы компенсируется поджатием крышки к основанию. Разъемные подшипники значительно облегчают сборку и являются неза­менимыми для конструкций с коленчатыми валами. Разъемные подшип­ники широко применяются в общем и особенно тяжелом машиностроении.

На рис. 13.3 изображен самоустанавливающийся подшип­ник скольжения, у которого сопряженные поверхности вкладыша и корпуса выполнены по сфере радиуса R.

Сферическая поверхность позволя­ет вкладышу самоустанавливаться, компенсируя неточности монтажа и деформации вала, обеспечивая тем самым равномерное распреде­ление нагрузки по длине вклады­ша.

Такие подшипники применя­ются при большой длине цапф.

На рис. 13.4 показан сег­ментный подшипник с качаю­щимися вкладышами. Такие под­шипники хорошо центрируют вал и обеспечивают стабильную работу подшипниковых узлов, поэтому их применяют для быстроходных валов, особенно при опасности возникновения вибраций.

На рис. 13.5 показан упорный подшипник скольжения (подпят­ник), предназначенный в основном для восприятия осевых нагрузок.

Корпуса подшипников обычно изготовляются из чугуна. Вкладыши изготовляют из подшипниковых материалов, которые должны иметь малый коэффициент трения скольжения по стальной поверхности вала, обеспечивать малый износ трущихся поверхностей и выдерживать достаточные удельные давления. Подшипниковые материалы бывают металлические (баббиты, бронзы, антифрикционные чугуны, по­ристые спекаемые материалы), неметаллические (текстолит, древесно-слоистые пластики и др.), комбинированные (пористые металлы, пропитанные пластмассой; пластмассы с наполнителем из ме­талла или графита; слоистые материалы типа металл—пластмасса).

Втулки подшипников скольжения (металлические, биметаллические и из спекаемых материалов) стандартизованы.

Стандартизованы также корпуса неразъемных подшипников сколь­жения и корпуса и вкладыши разъемных подшипников скольжения с дву­мя крепежными отверстиями.