Умови роботи і види руйнування підшипників ковзання

Обертанню цапфи в підшипнику протидіє момент сил тертя. Робота тертя нагріває підшипник і цапфу. Від поверхні тертя теплота виділяється через корпус підшипника і вал, а також несеться рідиною, що змазує. З підвищенням температури знижується в'язкість мастила і збільшується імовірність заїдання цапфи в підшипнику. У кінцевому результаті заїдання призводить до виплавлення вкладиша. Перегрів підшипника є основною причиною його руйнування.

Робота підшипника супроводжується зносом вкладиша і цапфи, що порушує правильну роботу механізму і самого підшипника. Інтенсивність зносу, зв'язана також з роботою тертя, визначає довговічність підшипника.

При дії змінних навантажень (наприклад, у поршневих двигунах) поверхня вкладиша може викришуватись внаслідок втоми. Викришування від втоми властиве підшипникам з малим зносом і спостерігається порівняно рідко.

У випадку дії великих короткочасних перевантажень ударного характеру вкладиші підшипників можуть крихко руйнуватися. Крихкому руйнуванню піддаються маломіцні антифрикційні матеріали, такі як бабіти і деякі пластмаси.

Тертя і змащення підшипників ковзання

Робота тертя є основним показником працездатності підшипника. Тертя визначає знос і нагрів підшипника, а також його ККД. Для зменшення тертя підшипники ковзання змазують. У залежності від режиму роботи підшипника в ньому може бути напіврідиннеаборідиннетертя.

При рідинному терті робочі поверхні вала і вкладиша розділені шаром мастила, товщинаh якого більше суми висотR_z жорсткостей поверхонь (рисунок 5.3):

h >R_z1+ R_z2.

При цій умові мастило сприймає зовнішнє навантаження, запобігаючи безпосередньому стиканню робочих поверхонь, тобто зносу. Опір руху в цьому випадку визначається тільки внутрішнім тертям у масляній рідині. Значення коефіцієнта рідинного тертя знаходиться в межах 0,001. ..0,005 (що може бути менше коефіцієнта тертя кочення).

При напіврідинному терті умова не дотримується, у підшипнику буде змішане тертя — одночасно рідинне і граничне.Граничним називають тертя, при якому поверхні покриті найтоншою плівкою змащення, що утворилася в результаті дії молекулярних сил і хімічних реакцій активних молекул змащення і матеріалу вкладиша. Спроможність змащення до утворення граничних плівок (адсорбції) називаютьмаслянистістю. Граничні плівки стійкі і витримують великі тиски. Однак у місцях зосередженого тиску вони руйнуються, відбувається стикання чистих поверхонь металів, їхнє схоплювання і відрив часток матеріалу при відносному русі. Напіврідинне тертя супроводжується зносом тертьових поверхонь навіть без влучення зовнішніх абразивних часток. Значення коефіцієнта напіврідинного тертя залежить не тільки від якості мастила, але також і від матеріалу тертьових поверхонь. Для розповсюджених антифрикційних матеріалів коефіцієнт напіврідинного тертя дорівнює 0,008. ..0,1.

Для роботи підшипника найсприятливішим режимом є режим рідинного тертя. Утворення режиму рідинного тертя є основним критерієм розрахунку більшості підшипників ковзання. При цьому одночасно забезпечується працездатність за критеріями зносу і заїдання.

Для утворення режиму рідинного тертя необхідно дотримуватись таких основних умов:

1. між поверхнями, що ковзають, повинен бути зазор клинової форми;

2. мастило відповідної в’язкості повинно безперервно заповнювати зазор;

3. швидкість відносного руху поверхонь повинна бути достатньою для того, щоб у мастильному шарі утворився тиск, який може врівноважити зовнішнє навантаження.

До матеріалу вкладиша пред’являються такі умови:

1) малий коефіцієнт тертя і високий опір заїданню в періоди відсутності режиму рідинного тертя (пуски, гальмування і т.п.);

2) достатня зносостійкість поряд зі спроможністю до приробляння; зносостійкість вкладиша повинна бути нижче зносостійкості цапфи, тому що заміна вала обходиться значно дорожче, ніж заміна вкладиша;

3) досить високі механічні характеристики й особливо високий опір крихкому руйнуванню при дії ударних навантажень.

Вкладиші виготовляють з найрізноманітніших матеріалів: бронзи, чавуну,бабіту, пластмаси, металокераміки тощо. З метою підвищення міцності підшипників, особливо при змінних і ударних навантаженнях, застосовують так називані біметалічні вкладиші, у яких на сталеву основу наплавляють тонкий шар антифрикційного матеріалу — бронзи, срібла, сплаву алюмінію тощо. Біметалічні підшипники мають високу навантажувальну спроможність.