Виды разрушения и критерии работоспособности

Работа подшипников качения сопровождается абразивным изнашиванием вкладышей и цапф, заеданием и усталостным выкрашиванием.

Абразивное изнашивание возникает вследствие попаданий со смазочным материалом абразивных частиц и неизбежной граничной смазки припуске и останове.

Заедание возникает при перегреве подшипника, так как вследствие трения вкладыш и цапфа нагреваются, понижается вязкость масла, масляная пленка местами разрывается и образуется металлический контакт между трущимися поверхностями.

Усталостное выкрашивание поверхности вкладышей происходит редко и встречается при пульсирующих нагрузках.

Материалы вкладышей должны иметь достаточную износостойкость и высокую сопротивляемость заеданию в периоды отсутствия жидкостной смазки (пуск, торможение и др.); высокую сопротивляемость хрупкому разрушению при действии ударных нагрузок и достаточное сопротивление усталости; низкий коэффициент трения и высокую теплопроводность с малым расширением.

В процессе работы подшипника скольжения изнашиванию должны подвергаться вкладыши, а не цапфа вала, так как замена вала значительно дороже вкладыша. Подшипник скольжения работает тем надежнее, чем выше твердость цапфы вала, поэтому цапфы, как правило, закаливают.

Основным критерием работоспособности подшипников скольжения является износостойкость – сопротивление изнашиванию и заеданию.

Для уменьшения трения и изнашивания вкладыши подшипников скольжения выполняют из антифрикционных материалов. Металлические вкладыши изготавливают из бронзы, баббитов, антифрикционных чугунов. Наилучшими антифрикционными свойствами обладают оловянные бронзы (Бр010Ф1и др.) и баббиты (Б86, Б88) – сплавы на основе олова и свинца. Поскольку баббит имеет невысокую прочность, его обычно заливают тонким слоем на поверхность стального, чугунного или бронзового вкладыша.

Расчет подшипников скольжения в условиях несовершенной смазки

Данный расчет является проверочным для подшипников, постоянно работающих в условиях граничной и полужидкостной смазки. В то же время этот расчет может быть использован для выбора материала вкладышей подшипников, работающих в условиях жидкостного трения.

Расчет проводят по среднему давлению на рабочих поверхностях и удельной работе сил трения , где – окружная скорость поверхности цапфы. При этом расчет по среднему давлению обеспечивает достаточную износостойкость, а по удельной работе сил трения – нормальный тепловой режим и отсутствие заедания:

где – радиальная сила; и – длина и диаметр подшипника (рис. 2). Значения определяются материалами поверхностей трения.

Расчет подшипников качения в условиях жидкостного трения

При работе подшипника скольжения в режиме жидкостного трения цапфа и вкладыш практически не изнашиваются. Расчет подшипника скольжения с жидкостным трением проводят одновременно с тепловым расчетом.

Исследования показывают, что толщина масляного слоя (рис. 3, б) является некоторой функцией характеристики рабочего режима подшипника :

где – условное давление в подшипнике, характеризующее нагрузку, – динамическая вязкость состава смазки, – угловая скорость цапфы.

Геометрические параметры расчета: – диаметр цапфы; – диаметр вкладыша подшипника; – диаметральный зазор; – длина цапфы и вкладыша подшипника, – относительный зазор; – эксцентриситет цапфы; – минимальная толщина масляного слоя, и – шероховатость поверхностей цапфы и вкладыша.

Радиальную силу , выдерживаемую масляным слоем, определяют на основе уравнений гидродинамики

где – безразмерный коэффициент нагруженности подшипника:

Значение зависит от относительного эксцентриситета и отношения приведены в учебной литературе в виде таблиц. Относительный эксцентриситет определяет положение цапфы в подшипнике и связан с толщиной масляного слоя соотношением:

Проверку наличия режима жидкостной смазки проводят в следующей последовательности. Задаются отношением , проверив выбранные значения по допускаемым Вычисляют среднее значение относительного зазора при рабочей температуре : , где – окружная скорость на цапфе, м/с. Назначают зазор, соответствующий стандартной посадке ( и расчетную вязкость масла. Затем вычисляют коэффициент нагруженности , а по нему с помощью таблиц определяют относительный эксцентриситет и далее по толщину масляного слоя , которая должна превышать критическое значение .

Проверку температурного режима подшипника по температуре нагрева масла в рабочей зоне производят на основе уравнения теплового баланса

где – количество теплоты, выделяющееся в подшипнике в единицу времени ( – радиальная нагрузка на подшипник, – окружная скорость цапфы, – коэффициент трения),

– количество теплоты, отводимое от подшипника маслом ( - удельная теплоемкость масла, – объем масла, – плотность масла, - температура масла при входе и выходе из подшипника),

– количество теплоты, отводимое корпусом в окружающую среду ( – коэффициент теплоотдачи, – площадь наружной поверхности корпуса).

Средняя температура нагрева масла в рабочей зоне , определённая из (18.5), не должна превышать допускаемой

Если уравнение (18.6) не выполняется, то изменяют геометрические параметры подшипника, выбирают масло с большей динамической вязкостью, назначают для рабочих поверхностей цапфы и вкладыша меньшие шероховатости.