Лабораторна робота № 7. Визначення опору у підшипниках ковзання.

Мета роботи: Дослідити коефіцієнт тертя в підшипнику ковзання в режимі рідинного тертя. Встановити залежність коефіцієнта тертя від середнього тиску в підшипнику.

Обладнання, матеріали та інструменти: установка типу ДМ-29М: підшипник ковзання, вал, динамометр, індикатори годинникового типу.

1. Короткі теоретичні відомості.

Підшипниками ковзання називаються опори валів та осей, в яких поверхня цапфи ковзає при обертанні вала чи осі по поверхні опори, яка охоплює цапфу. Завдяки шару масла на опорних поверхнях ці підшипники дещо пом’якшують удари на вантаження. Більшість підшипників ковзання рознімні, що полегшує складання вузлів та взаємне припасування тертьових поверхонь.

Недоліками цих підшипників є велика витрата масла та підвищене тертя в період пуску внаслідок часткового видавлювання його із зазору між тертьовими опорними поверхнями.

Ці підшипники виходять з ладу внаслідок спрацювання вкладишів, надмірного нагрівання та заїдання тертьових поверхонь. Більшість з них працює в умовах напіврідинного тертя, при цьому спостерігається безпосередній контакт твердих опорних поверхонь у місцях розриву масляної плівки. Оскільки вкладиш підшипника простіше замінити та до того ж економічно вигідніше, ніж вал, то матеріал для вкладиша вибирають з таким розрахунком, щоб він спрацьовувався інтенсивніше, ніж цапфа. Як матеріали для вкладишів застосовують бронзу, бабіт, чавуну, металокераміку, пластмаси, гуму.

У підшипниках ковзання розрізняють три види тертя: напівсухе, напіврідинне і рідинне.

В період пуску, коли швидкість ковзання мала, велика частина поверхні валу і підшипника не розділена мастилом і тертя буде напівсухе. При збільшенні швидкості цапфа як би “вспливає” і товщина мастильного шару збільшується, але окремі виступи тертьових поверхонь, залишаються не розділеними мастилом. Тертя в цьому випадку буде напіврідинне. При подальшому зростанні кутової швидкості і дотриманні певних умов з'являється суцільний стійкий шар мастила, що повністю розділяє поверхні, виникає рідинне тертя.

Мастило повинне бути маслянистим і в'язким. Маслянистість — це здатність мастила утворювати на поверхні тертя стійкі адсорбовані плівки. В'язкість — властивість шарів мастила чинити опір відносному зрушенню.

Спрацьовування вкладиша буде більшим, чим більша величина сил тертя і швидкість обертання вала. Сила тертя залежить від величини нормального тиску та коефіцієнта тертя. Якщо припустити, що коефіцієнт тертя залишається в процесі роботи підшипника незмінним, то можна вважати, що величина сили тертя буде пропорціональна величині питомого тиску на тертьових поверхнях. Через те розрахунок підшипників ковзання на спрацювання проводять, перевіряючи величину питомого тиску на опорних поверхнях і порівнюючи її з величиною допустимих питомих тисків, добутих дослідним шляхом в певних умовах роботи підшипникових вузлів для певних матеріалів вкладиша і цапфи.

Шипи і шийки на питомий тиск розраховують за рівнянням:

де Р - навантаження на підшипник, Н;

р - допустимий питомий тиск, Н/мм

l - довжина опорної поверхні, мм;

d - діаметр шипа або шийки, мм.

При конструюванні підшипників звичайно задаються відношенням

Приймають

φ=0,6-1,5, залежно від типу підшипника.

Крім цього, шипи, шийки і вкладиші підшипників розраховують на нагрівання і припускають, що вся робота тертя йде на нагрівання.

Робота сил тертя за секунду:

де Р - навантаження на підшипник;

f - коефіцієнт тертя ковзання тертьової пари цапфа – вкладиш.

Швидкість ковзання:

м/с.

Кількість тепла, виділеного підшипником за секунду:

ккал/с

При тепловій рівновазі така сама кількість тепла буде виділятися в навколишнє середовище.

Тепловий розрахунок підшипників за балансом тепла має певні труднощі, бо важко визначити ефективну площу, через яку віддається тепло в навколишнє середовище. Через те звичайно обмежиться умовним розрахунком на нагрівання, виходячи з величини питомої роботи тертя, віднесеної до одиниці опорної поверхні цапфи і вкладиша. Якщо припустити, що коефіцієнт тертя f має стале значення, то питома робота тертя буде пропорціональна величині питомого тиску Р та швидкості ковзання . На практиці підшипники ковзання перевіряють на нагрівання, порівнюючи добутокз допустимими величинами.

Розрахункова формула для перевірки підшипників на нагрівання має вигляд:

,

Підставивши значення р і , дістанемо