Методическое пособие 760

в) капельная смазка осуществляется индивидуальными дозирующими аппаратами с индивидуальной регулировкой расхода. Применяется для мелких подшипников, быстроходных валов (n > 10000 об/мин);

г) смазка масляным туманом рекомендуется при n > 45000 об/мин. Она обеспечивает хорошее охлаждение и защиту подшипника. Недостаток – загрязнение воздуха парами масла. Для смазки нужен сжатый воздух фильт-осушитель воздуха, регулятор давления и распылитель масла.

22.13.Посадки подшипников

Всистеме соединения колец подшипников с валом и корпусом кольца принимают за основные детали, предельные отклонения которых назначаются независимо от потребного характера посадок. Различные посадки обеспечивают соответствующих отклонений валов и отверстий корпусов. Посадку внутренних колец подшипников осуществляют по системе отверстия, а наружных – по системе вала. При этом следует иметь в виду, что поле допуска внутреннего кольца подшипника располагается не в тело, а из него, поэтому соединение вал

–внутреннее кольцо получается более плотным, чем в обычном соединении.

22.14.Зазоры в подшипниках

Одним из важных условий нормальной работы подшипников является выдерживание в них оптимальных зазоров.

Увеличенные против оптимальных зазоры понижают точность вращения, увеличивают неравномерность распределения сил между телами качения, усиливают вибрации. Уменьшение зазоров ухудшает способность воспринимать осевую нагрузку, приводит к повышению температуры. В общем случае величина оптимального зазора зависит от условий работы подшипников.

229

Различают начальный геометрический зазор в подшипнике, обеспечиваемый заводом-изготовителем. Посадочный зазор в подшипнике смонтированном в узле машины. Этот зазор меньше начального на величину

(0,55…0,75)δВ + (0,5…0,6)δК,

где δВ и δК – натяги посадки подшипника на вал и в корпус. Уменьшение при этом геометрического зазора связано с

контактными деформациями в местах посадки, с радиальными деформациями колец, вала и корпуса.

Рабочий зазор (зазор в подшипнике, работающем под нагрузкой) равняется посадочному зазору минус температурное изменение зазора плюс контактные деформации тел качения и колец от радиальной нагрузки. Температурные изменения зазора связаны еще и тем, что внутреннее кольцо нагревается на 5…10 ºС больше наружного из-за худших условий теплоотдачи.

23.ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ

23.1.Общие сведения

Подшипники скольжения применяются ограниченно и лишь в тех областях, где они сохранили свои преимущества, а именно: для весьма быстроходных валов, в режиме работы которых долговечность подшипников качения очень мала; для осей и валов, требующих весьма точной установки; для валов очень большого диаметра (при отсутствии стандартных подшипников качения); когда по условиям сборки подшипник должен быть разъемным; при работе подшипника в воде, агрессивной среде для тихоходных валов неответственных механизмов и в особых условиях.

Подшипник скольжения должны удовлетворять следующим основным требованиям:

а) конструкции и материалы должны быть такими, чтобы потери на трение и износ их и вала были минимальными;

б) должны быть достаточно жесткими и прочными;

230

в) размеры их трущихся поверхностей должны быть достаточными для восприятия действующего на них давления;

г) сборка, установка и обслуживание должны быть простыми.

Для уменьшения трения и нагрева, повышения КПД подшипники смазывают.

В зависимости от толщины масляного слоя в подшипнике, он работает в режиме жидкостного, полужидкостного или полусухого трения.

Рис. 23.1 Изменение коэффициента трения в подшипнике скольжения

При жидкостном трении рабочие поверхности вала и подшипника полностью разделены слоем смазки, толщина которого должна быть больше суммы неровностей обработки поверхностей вала и подшипника.

При полусухом трении между валом и подшипником преобладает сухое трение, а при полужидкостном – преобладает жидкостное.

Наиболее благоприятным режимом является работа подшипника в условиях жидкостного трения. В этом случае обеспечивается износостойкость, сопротивление заеданию вала и высокий КПД. Для создания жидкостного трения необходимо, чтобы в масляном слое было избыточное давление, которое может быть гидродинамическим, создаваемым вращением вала или гидростатическим, осуществляемым от насоса.

231

Для получения условий жидкостного трения применяют обычно подшипники с гидродинамической смазкой. Сущность такой смазки следующая. Вал при своем вращении под действием внешних сил занимает в подшипнике эксцентричное положение и увлекает масло в зазор, образуется масляный клин, в котором создается гидродинамическое давление, обеспечивающее в подшипнике жидкостное трение. Эпюра распределения гидродинамического давления в подшипнике по окружности показана на рис.28.2 б. При перекосах вала эпюра по длине становится несимметричной.

23.2.Классификация

Взависимости от направления воспринимаемой нагрузки подшипники скольжения различают:

– радиальные (воспринимают радиальные нагрузки);

– упорные (подшипники) – воспринимают осевые нагрузки;

– радиально-упорные – одновременно воспринимают радиальные и осевые нагрузки.

232

23.3. Конструкции подшипников скольжения

Подшипники скольжения составляют из корпуса; вкладышей, поддерживающих вал; смазывающих и защитных устройств.

Корпус подшипника может быть отдельной, литой или сварной деталью, выполненной цельной или разъемной.

Вкладыши применяют для того, чтобы не выполнять весь корпус подшипника из дорогого антифрикционного материала и для облегчения ремонта.

Рис. 23.4. Конструкция вкладыша подшипника скольжения а) вкладыш-втулка; б) вкладыш из двух половин с заливкой

Износ вкладышей составляет десятые доли мм, но такой толщины вкладыши делать нельзя по условиям прочности и технологическим соображениям. Поэтому вкладыши делают биметаллическими: тонкий антифрикционный слой наплавляют на стальную, чугунную или бронзовую основу.

Толщина литого вкладыша

δВ = (0,035…0,05)d + 2,5 мм,

где d – диаметр вала

Толщина заливки δ1 = 0,01 d.

Вкладыши устанавливают в корпус с натягом и предохраняются от проворачивания установочными штифтами.

В случае большой деформации вала или невозможности точного монтажа применяют самоустанавливающиеся подшипники скольжения.

Вкладыши таких подшипников обычно выполняют сферическими.

233

Рис. 23.5. Конструкция самоустанавливающегося подшипника скольжения

Существенное значение в подшипниках скольжения имеет отношение длины (ℓ) подшипника к диаметру (d). С увеличением (ℓ) уменьшается среднее давление в подшипнике, резко возрастают кромочные давления и повышается температура.

Уменьшение длины подшипника ниже некоторого предела приводит к усиленному вытеканию масла и к снижению несущей способности.

Оптимальное отношение

В прецизионных подшипниках скольжения производят регулировку зазора. Оптимальный зазор устанавливают на за- воде-изготовителе, а компенсация выработки – при ремонтах.

Разъемные подшипники регулируют, сближая вкладыши, путем уменьшения толщины прокладок между ними или снятием слоя металла с поверхности контакта крышки и корпуса.

23.4. Подшипниковые материалы

Подшипниковые материалы выбирают исходя из условия работы со стальными цапфами валов. Стоимость валов значительно выше стоимости подшипников и поэтому они должны изнашиваться меньше, чем вкладыши.

234

Подшипники работают тем надежнее, чем выше твердость валов. Для быстроходных валов шейки имеют твердость HRC 55…60 и изготавливаются из цементуемых сталей.

Комплексные требования к подшипниковым материалам:

–антифрикционность (низкий коэффициент трения скольжения);

–износостойкость и усталостная прочность.

Эти требования обеспечиваются следующими основными свойствами подшипниковых материалов:

а) теплопроводность – создает интенсивный теплоотвод от поверхностей трения и малый коэффициент линейного расширения во избежание больших изменений зазоров.

б) прирабатываемость – обеспечивает уменьшение кромочных давлений, связанных с упругими деформациями и погрешностями изготовления.

в) хорошая смачиваемость маслом и способность образовывать на поверхности стойкие и быстровосстанавливаемые масляные пленки.

По химическому составу антифрикционные материалы делятся на три большие группы:

–металлические – бабиты, бронзы, сплавы на цинковой основе, на алюминиевой основе, антифрикционные чугуны;

–металлокерамические (железографитовые, получаемые методом порошковой металлургии);

–неметаллические – пластмассы, древесные пластики,

резина.

23.5. Критерии работоспособности и расчета подшипников скольжения

Основными критериями работоспособности подшипников являются:

а) износостойкость – сопротивление абразивному изнашиванию и схватыванию;

б) сопротивление усталости при пульсирующей нагрузке.

235

Абразивное изнашивание возникает при недостаточной несущей способности масляного слоя и особенно при попадании со смазкой абразивных частиц, соизмеримых с толщиной масляного слоя.

Схватывание возникает при потере масляной пленки своей защитной способности из-за повышенных местных давлений и температур. Этому способствует повышение кромочных давлений как следствие перекоса вала в подшипнике. Конечной стадией отказа подшипника является полное захватывание цапфы в подшипнике в результате разогрева цапфы и выборке зазора в подшипнике до нуля.

Усталостные разрушения фрикционного слоя наблюдаются при значительной пульсации нагрузки: в поршневых машинах, в машинах ударного и вибрационного действия. При некачественной заливке вкладышей наблюдается отслаивание заливки.

Основным расчетом подшипников скольжения является расчет на жидкостное трение, который основывается на том, что масляный слой должен воспринимать всю нагрузку, а его толщина должна быть больше сумм неровностей обработки цапфы и вкладыша. Составной частью расчета является тепловой расчет, т.к. недопустимое повышение температуры приводит к изменению свойств смазки и выплавлению заливки вкладышей.

Кроме того, применяются условные расчеты.

23.6. Условные расчеты подшипников

Для подшипников жидкостного трения условные расчет применяются как предварительные, а для подшипников полужидкостного – как основные (т.к. других нет).

Расчет по допускаемым давлениям в подшипниках проводится по нагрузке, отнесенной к проекции цапфы.

В подшипниках большинства стационарных машин [P] =

1…4 Н/мм2, для двигателя внутреннего сгорания [P] = 4…20

Н/мм2.

Расчет обычно используется, как проверочный, т.к. диаметр цапфы определяется при расчете вала.

Расчет по произведению давления в подшипнике на скорость скольжения

Произведение PV в некоторой степени характеризует теплообразование и износ.

В подшипниках большинства стационарных машин принимают [PV] = (2…10) МПа·с/м, в поршневых авиационных двигателях [PV] = (30…50) МПа·с/м.

Значения [P] и [PV] в зависимости от материала вкладышей приводится в справочной литературе.

23.7. Тепловой расчет подшипников

Для современных быстроходных машин тепловой расчет подшипников имеет решающее значение. Расчет ведут на основе теплового баланса, т.е. приравнивание теплообразования в подшипнике к теплопередаче.

Теплообразование в подшипнике

W Mw3600 , ккал/ч.

427

Т.е. количество тепла, выделяющегося в подшипнике в единицу времени.

W = (W1 + W2).

Теплоотдача происходит: а) через корпус и вал;

б) через смазку, вытекающую из подшипника. в) через корпус и вал.

237

W1 = KTF(tM – t0), ккал/ч,

где F – свободная площадь подшипника,

KT – коэффициент теплоотдачи.

KT 6 10V,

где Vβ – скорость омывания корпуса воздухом. Наименьшее

значение Vβ = 1 м/с.

(tM – t0) избыточная tº подшипника.

б) теплоотвод через смазку, вытекающую из подшипника

W2 60CQ ( tвых0 tвх0 ) , ккал/ч,

где Q – объем масла, прокачиваемого через подшипник,

л/мин;

ν – плотность масла, равная 0,87-0,89;

C – теплоемкость масла С = (0,4…0,5) ккал/кг

шипник.

Уравнение баланса

W = (W1 + W2).

Температура подшипника должна быть не выше 60…75 ºС

23.8. Проектировочный расчет подшипников жидкостной смазки

Заданными являются: нагрузка на опору R, а частота вращения вала n об/с, диаметр вала d. Отношением ℓ/ d обычно задаются (в пределах 0,8-1,0, нормальная длина).

Задача сводится к нахождению относительного зазора ψ, обеспечивающего наиболее надежную работу подшипника. С этой целью определяют характеристику режима:

Pn мм2

где η – динамическая вязкость масла, Па·с;

238