Глава IV Специальный вопрос

В качестве специального вопроса была выбрана тема по подшипникам скольжения. Подшипники скольжения служат опорами для валов и вращающихся осей. Они воспринимают радиальные и осевые нагрузки, приложенные к валу, и сохраняют заданное положение оси вала. Во избежание снижения коэффициента полезного действия (КПД) механизма, потери в подшипниках должны быть минимальными. От качества подшипников в значительной степени зависит работоспособность и долговечность магистральных насосов. SKF является международной промышленной группой по производству самых различных подшипников (качения, скольжения, радиальных, игольчатых). Сибкомплектсервис является производственно – коммерческой структурой фирмы SKF.

Каждое изделие имеет сертификат соответствия Госстандарта России, ряд изделий защищены Евразийскими и Российскими патентами. Использование наукоемких технологий позволяет предприятию производить и поставлять надежную и высокоэффективную продукцию, оцененную многими предприятиями нефтяной и газовой промышленности России и СНГ.

Новейшей эксклюзивной разработкой фирмы SKF является изготовление подшипников из керамики. Керамические материалы прочны и износостойки, обладают электроизоляционными свойствами и химически нейтральны в агрессивной среде. Компания SKF в настоящее время поставляет три типа подшипников, содержащих керамические материалы. В цельнокерамических подшипниках вкладыш и тела качения сделаны из нитрида кремния. Подшипники легко вращаются и имеют преимущества высокой скорости вращения и очень малого веса. Помимо химической устойчивости цельнокерамические подшипники не намагничиваются, устойчивы к температурам до 1000 С⁰ и отлично работают в условиях влажной среды. Эти подшипники весьма неприхотливы в отношении смазки и допускают принудительную

смазку любым рабочим веществом – будь то бензин, масло, кислота или даже йогурт. Цельнокерамические подшипники обеспечивают прочную, износостойкую конструкцию, обладающую электроизоляционными свойствами. Эти подшипники работают на очень высоких скоростях; частота вращения может быть увеличена вдвое, а пластичная смазка способна служить втрое дольше. По сравнению с традиционными стальными подшипниками, срок службы гибридных подшипников может быть увеличен в 10 раз. подшипники также имеют высокую сопротивляемость к износу с меньшими скоростными качествами. Цельнокерамические подшипники способны работать в условиях крайней загрязненности. Прежде всего эти подшипники предназначены для нагрузок с постоянным направлением и практически не требуют технического обслуживания. Металлокерамические вкладыши изготавливают прессованием при высоких температурах порошков бронзы или железа с добавлением графита, меди, олова или свинца. Большим преимуществом таких вкладышей является высокая пористость. Поры занимают до 20 – 30 % объема вкладыша и используются как маслопроводящие каналы[6]. Цельнокерамический подшипник, пропитанный маслом, может в течении длительного времени работать без подвода масла. Иногда расход масла при этом уменьшается до 10 раз.[5]

Произведем расчет подшипника скольжения с жидкостным трением.

Радиальная нагрузка на подшипник Fr = 10000 Н; диаметр d = 100 мм; l = 80 мм; количество оборотов n = 300 мин^-1 (3000 об/мин) [2].

Расчет

Определим безразмерный коэффициент нагруженности подшипника по формуле 4.1

С_F = l/d 4.1

С_F = 80/100 = 0,80

Найдем окружную скорость подшипника по формуле 4.2

v = πdn/60 4.2

v = 3,14 × 0,1 × 3000/ 60 = 15,24 м/с

Определим условно среднее давление подшипника скольжения по формуле 4.3

Р = Fr/dl 4.3

P = 10000/ 100 × 80 = 1,25 МПа

Определим по произведению давления на скорость

Р× v = 1,25 × 15,24 = 19,05 МПа · м/с

Найдем относительный зазор по формуле 4.4

Ψ = 0,8 × 10^-3 × υ^0,25 4.4

Ψ = 0,8 × 10^-3 × 15,24^0,25 = 0,00158

при этом зазор S = ψ × d = 0,00158 × 100 = 0,158 мм.

Величина относительного зазора ψ существенно влияет на нагрузочную способность подшипника.

Назначаем масло индустриальное турбинное 30 и средней температурой = 60С⁰ с кинематической вязкостью μ = 0,014 Па × с = 0,014×10^-6 МПа ×с

Подсчитываем безразмерный коэффициент нагруженности подшипника по формуле 4.5

С_F = р Ψ² / μώ 4.5

Где ώ угловая скорость с^-1 = πn/30 = 3,14 ×3000/30 = 314 с^-1

С_F = 1,25 × 0,00158² /0,014 ×10^-6 × 314 = 0,81

Подсчитаем толщину масляного слоя по формуле 4.6

h_min = 0,5S (1 – x) 4.6

где х относительный эксцентрик = 0,6 [6]

h_min = 0,5 ×0,158 (1 – 0,6) = 0,03 мм

Подсчитаем критическое значение толщины масляного слоя, при которой нарушается режим жидкостного трения по формуле 4.7

h_кр = Rz1 + Rz2 4.7

где Rz1 и Rz2 шероховатости поверхностей по ГОСТ 2789-73 в пределах 6,3 – 0,2 мкм.

По формуле 4.7 принимаем для вала Rz1= 0,003 мм и для вкладыша Rz2 = 0,006 мм, находим h_кр

h_кр = 0,003 + 0,006 = 0,009 мм

Определим коэффициент запаса надежности подшипника по толщине масляного слоя по формуле 4.8

S_h = h_min/ h_кр≥ [S_h] 4.8

S_h = 0,03/0,009 = 3,33 ≥ S_h условие выполняется, тем самым можно сделать вывод о том, что коэффициент запаса надежности учитывает возможные отклонения расчетных условий от эксплуатационных (по точности изготовления, нагрузке, температурному режиму). Неточности приближенного расчета компенсируют увеличением коэффициента запаса, принятого по формуле 4.8, и выбором способа смазки на основе следующих опытных рекомендаций.

при ≤ 16 × 10³ достаточна кольцевая смазка без охлаждения подшипника;

при ≤ 16 – 32 × 10³ допустима кольцевая смазка, но при условии охлаждения корпуса или масла в корпусе;

при ≥ 32 × 10³ необходима циркуляционная смазка;

произведя расчет получим = = 66,5 × 10³, следовательно можно сделать вывод о том, что нам необходима циркуляционная смазка.[6]