6. Деякі спеціальні підшипники ковзання

Пневмопідшипники – це різновиди гідродинамічних опор і пра­цюють так само, як і розглянуті вище підшипники рідинного тертя. Різниця лише у тому, що внаслідок значно меншої в'язкості повітря порівняно з рідкими мастилами (у сотні разів) такі підшипники поряд із малими втратами на тертя мають малу несучу здатність. Пневмо­підшипники практично не обмежують частоту обертання валів, не нагріваються і зберігають точність положення осі вала. Такі опори застосовують у центрифугах, гіроскопах, газових турбінах. Створені конструкції шпінделів для внутрішнього шліфування на пневмопідшипниках, які здатні розвивати частоти обертання до 3 ·10⁵ хв^–1.

Гідростатичні підшипники. У гідростатичних підшипниках шар мастила між поверхнями тертя створюється підведенням до них мастила під тиском. Сили тертя в таких підшипниках при різних швид­кісних режимах обертання вала дуже малі.

Гідростатичний радіальний підшипник (рис. 33.6, а) здебільшого виконують із чотирма несучими камерами, у які за допомогою систе­ми дроселів подають підтиском мастило. При навантаженні підшипни­ка силою F тиск мастила буде максимальним у нижній камері, оскіль­ки тут мінімальні зазори і найбільший опір витіканню мастила.

У найпростішому упорному гідростатичному підшипнику (рис. 33.6, б) мастило, яке подається у камеру підп'ятника, розтікається у радіальному напрямі, утворюючи неперервний мастильний шар, що розділяє спряжені поверхні п'яти та підп'ятника.

Напрямні прямолінійного руху

1. Області застосування та конструкції напрямних

Напрямні утримують рухомі частини машини та надають на­прям їхньому поступальному руху. Найрозповсюдженішими в машино­будуванні є напрямні для забезпечення прямолінійного руху деталей. Як опори деталей із поступальним рухом напрямні використовують: у поршневих машинах; в ковальсько–пресовому обладнанні; в метало­різальних верстатах; у підйомно–транспортних, і т.п. Напрямні для прямолінійного руху застосо­вують у різних приладах та вимірювал. пристроях.

Як і в усіх інших опорних елементах деталей машин, на робочих поверхнях напрямних може виникати тертя ковзання або тертя кочен­ня. Напрямні ковзання більш прості за конструкцією. Найбільше поширення мають напрямні з такими видами поперечних перерізів (рис. 34.1): циліндричні; прямокутні; клинчасті; напрямні типу «ластівчин хвіст». Більш раціонально застосовувати напрямні, що показані на рис. 34.1 у нижньому ряді, оскільки вони краще зберіга­ють мастило на робочих поверхнях.

Робочі поверхні напрямних ковзання працюють в умовах спрацю­вання, тому для забезпечення точності переміщення деталей передба­чають відповідні регулювальні пристрої у вигляді притискних пла­нок, клинів, за допомогою яких можна зменшувати утворені зазори. Клинчасті напрямні забезпечують підвищену точність переміщень, оскільки вони мають властивість самоценгрування, але в таких на­прямних більші втрати на тертя.

Напрямні кочення конструктивно складніші і дорожчі, потребують термо– обробки робочих поверхонь до високої твердості, точного монтажу та надійного захисту від забруднення, але вони відрізняються малим опором на переміщення деталей. Конструкції напрямних кочення показані на рис. 34.2. Кулькова напрямна (рис. 34.2, а) із замкнутою траєкторією руху кульок викорис–товується при обмежених габаритних розмірах по довжині і великих ходах рухомих деталей. Повернення кульок у ро­бочу зону здійснюється по допоміжних неробочих каналах.

У напрям­них на рис. 34.2, б, в тіла кочення (кульки чи ролики) знаходяться у сепараторах, виконаних у формі пластин із відповідними гніздами. Такі напрямні здатні сприймати навантаження, що діють під кутом до площини переміщень.

Деталі напрямних ковзання у більшості випадків виготовляють із чавуну марок СЧ 25, СЧ ЗО або сталі 40, 50. Інколи одну із деталей напрямної виготовляють із бронзи або латуні. У напрямних кочення деталі, які контактують із тілами кочення, виготовляють стальними з термообробкою до високої твердості 50–55 HRC.

2. Основи розрахунку напрямних прямолінійного руху

Навантаження, що діють на деталі напрямних, завжди можуть бути зведені до сили F, при­кладеної у центрі робочої поверхні напрямної, і до моменту М, що діє у поздовжній площині напрямної. Розподіл тиску по ширині плос­кої напрямної беруть рівномірним, а по довжині – таким, що зміню­ється за лінійним законом. Такі допущення можливі через малу ши­рину напрямних порівняно з їхньою довжиною і достатню жорст­кість та точність виготовлення.

Стійкість проти спрацювання робочих поверхонь напрямної із тертям ковзання (рис. 34.3, а) перевіряють за умовою збереження ша­ру мастила у зоні максимального тиску р_max. Епюра розподілу тиску по довжині l напрямної, навантаженої силою F та моментом М, пока­зана на рис. 34.3, а. Для даного випадку навантаження напрямної умова стійкості проти спрацювання робочих поверхонь може бути за­писана у вигляді

p_mах = p_F + p_м = F/(bl) + 6M/(bl)² ≤ [ρ]. (1)

Нерозкриття стику робочих поверхонь напрямної забезпечується при виконанні умови

P_min = p_F – p_м = F/(bl) – 6M/(bl)²) > 0. (2)

Для клинчастих напрямних (рис. 34.3, б) навантаження на поверх­ню контакту визначається за умовою F = 2N sin (α/2), звідки N = 0,5F/sin (α/2).

Відповідно умови обмеження максимального та мінімального тис­ку на робочих поверхнях клинчастої напрямної можна подати у тако­му вигляді:

p_max = 0,5 [F/(bl) + 6M/(bl²)]/sin (α/2) ≤ [p], ( 3)

p_min = 0,5 [F/(bl) – 6M/(bl²)]/sin (α/2) > 0. (4)

Допустимий тиск на робочих поверхнях напрямних ковзання при досить повільних переміщеннях (v < 0,05м/с) беруть [р] = (2... 3)МПа, а при підви–щених швидкостях у зв'язку з поліпшенням умов змащування [р]=(5...6) МПа.

Якщо умови (1) – (4) не виконуються, то збільшують довжи­ну l повзуна, що рухається вздовж напрямної. Наближений розрахунок напрямних кочення виконується для випадку лінійного закону розподілу навантаження на тіла кочен­ня, (рис. 34.3, в), тобто нехтують різницею у діаметрах тіл кочення. Якщо вибрати довжину напрямної l = Pz, де z – число робочих тіл кочення, а Р –їх крок, то силу, що сприймається найнавантаженішим крайнім тілом кочення, можна визначити за виразом (1) F_1max = р_maxb·Р = F/z + 6Μ/(z²Ρ), (5)

а умову нерозкриття стику – на основі виразу (2)

F_1min = р_maxb·Р = F/z – 6Μ/(z²Ρ) > 0. (6)

За максимальною силою F_1max на тіло кочення перевіряють деталі напрямної на контактну втому. Для випадку контакту кульки діа­метром d_к із площиною маємо

σ_H = Z_M · ≤ [σ]_Η. (7)

Для сталевих деталей коефіцієнт Z_M = 1700 (МПа)^2/3. Допустимі контактні напруження для сталевих загартованих кулькових напрям­них [σ]_Η = (1800...2000) МПа, а для термічне необроблених – [σ]_Η = (500...600) МПа. Якщо умови (6) та (7) при розрахунках не виконуються, то слід збільшити число тіл кочення z, зберігши їхній крок Ρ та діа­метр.