Глава 12

Конструирование опор с подшипниками скольжения

Подшипники служат опорами для валов и вращающихся осей. Они воспринимают радиальные и осевые нагрузки, приложенные к валу, и сохраняют заданное положение оси вращения вала. Во избежание снижения к. п. д. механизма по­тери в подшипниках должны быть минимальными. От качества под­шипников в значительной степени зависят работоспособность и долго­вечность машин.

Подшипники классифицируют по виду трения и воспринимаемой нагрузке. По виду трения различают: подшипники скольжения, у ко­торых опорный участок вала скользит по поверхности подшипника; подшипники качения, у которых трение скольжения заменяют трением качения посредством установки шариков или роликов между опор­ными поверхностями подшипника и вала. По воспринимаемой на­грузке различают подшипники: радиальные — воспринимают радиаль­ные нагрузки; упорные — воспринимают осевые нагрузки; радиально-упорные — воспринимают радиальные и осевые нагрузки.

Все типы подшипников широко распространены.

Общие сведения о подшипниках скольжения

• Опорный участок вала называют цапфой. Форма рабочей поверх­ности подшипника скольжения так же, как и форма цапфы вала, гложет быть цилиндрической (рис. 12.1, а), плоской (рис. 12.1,6),к онической (рис. 12.1, в) или шаровой (рис. 12.1, г).

Рис. 12.1

Подшипники скольжения

Цапфу, пере­дающую радиальную нагрузку, называют шипом, если она располо­жена на конце вала, и шейкой при расположении в середине вала. Цапфу, передающую осевую нагрузку, называют пятой, а опору (подшипник) — подпятником.

Подпятники работают обычно в паре с радиальными подшипни­ками (рис. 12.1, б). Большинство радиальных подшипников (рис. 12.1, а) может воспринимать также и небольшие осевые нагрузки (фиксируют вал в осевом направлении). Для этого вал изготовляют ступенчатым с галтелями, а кромки подшипника закругляют. Подшип­ники с конической поверхностью (рис. 12.1, в) применяют редко. Их используют при небольших нагрузках в тех случаях, когда не­обходимо систематически устранять зазор от износа подшипника с целью сохранения точности механизма. Для этого на валу устанавливают коническую втулку, положение которой регулируют гай­ками. Также редко применяют и шаровые подшипники. Эти подшип­ники допускают перекос оси вала, т. е. обладают свойством самоуста­новки. Их применяют преимущественно как шарниры в рычажных механизмах с периодическим поворотом в пределах ограниченных углов.

При правильной конструкции и смазке подшипники скольжения могут нести большие нагрузки при высокой частоте вращения. Они имеют малые радиальные размеры и массу; изготовление их не требует специального оборудования.

Подшипники скольжения легко могут быть выполнены разъемными, что облегчает монтаж и делает их почти единственно возможной формой опор для коренных и шатунных шеек многоколенных валов и в других случаях, когда применение неразъемных подшипников качения невозможно или затруднительно.

Большим преимуществом подшипников скольжения являются бесшумность и высокая демпфирующая способность при воздействии циклических и ударных нагрузок.

Долговечность подшипников скольжения не зависит от частоты вращения (в отличие от подшипников качения, долговечность которых снижается пропорционально повышению частоты вращения).

Коэффициент трения правильно рассчитанных и работающих в условиях жидкостной смазки подшипников скольжения равен 0,001—0,005. Однако, при неблагоприятных условиях (высокая вязкость масла, большие окружные скорости, малые зазоры) коэффициент трения возрастает до 0,01—0,03. У подшипников, работающих при полусухом трении, коэффициент f , достигает значений 0,1-0,2.

Вследствие загустевания масла при низких температурах пусковой момент у подшипников скольжения имеет повышенное значение. Недостаток этот особенно ощутим в машинах со скользящими главными oпopaми и работающих на открытом воздухе, которые приходится запускать при минусовых температурах.

Тяжелонагруженные и работающие при высокой частоте вращения подшипники нуждаются в непрерывном подводе масла под давлением для поддержания режима жидкостной смазки и отвода тепла, выделяющегося при трении.

Для подшипников малооборотных валов, работающих при небольших нагрузках, достаточна периодическая подача жидкой или консистентной смазки. В таких случаях нередко применяют самосмазывающиеся подшипники, которые могут работать продолжительное время без подвода смазки.

Вращению цапфы в подшипнике противодействует момент сил трения. Работа трения нагревает подшипник и цапфу. От поверхности трения теплота отводится через корпус подшипника и вал, а также уносится смазывающей жидкостью. Для любого установившегося режима работы подшипника существует тепловое равновесие: тепло­отдача равна тепловыделению. При этом устанавливается определен­ная температура. Чем больше тепловыделение и хуже условия тепло­отдачи, тем выше температура теплового равновесия. Эта температура не должна превышать некоторого предельного значения, допускаемого для данного материала подшипника и сорта смазки. С повышением температуры понижается вязкость масла и увеличивается вероятность заедания цапфы в подшипнике. В конечном результате заедание при­водит к выплавлению вкладыша. Перегрев подшипника является ос­новной причиной его разрушения.

Работа подшипника сопровождается износом вкладыша и цапфы, что нарушает правильную работу механизма и самого подшипника. Абразивный износ возникает вследствие попадания со смазкой абразивных частиц и неизбежного полусухого трения при пуске и останове.

В обычных конструкциях подшипников скольжения в результате износа вкладыш принимает овальную форму. Для устранения этого недостатка в отдельных случаях применяют обращенную подшипни­ковую пару, в которой цапфу выполняют из антифрикционного мате­риала, а вкладыш — из малоуглеродистой стали с последующей це­ментацией и закалкой. В этом случае цапфа изнашивается равномерно, сохраняя длительное время цилиндрическую форму, а вкладыш — незначительно. В обращенных подшипниковых парах антифрикцион­ный материал на цапфы наносят наплавкой, металлизацией, напрессовкой гильз и т. п.

Если износ превышает норму, то подшипник бракуют. Интенсивность износа, связанная также с работой трения, определяет долговечность подшипника.

При действии переменных нагрузок (например, в поршневых дви­гателях) поверхность вкладыша может выкрашиваться вследствие усталости. Усталостное выкрашивание свойственно подшипникам с малым износом и наблюдается сравнительно редко. В случае дейст­вия больших кратковременных перегрузок ударного характера вкла­дыши подшипников могут хрупко разрушаться. Хрупкому разруше­нию подвержены малопрочные антифрикционные материалы, такие, как баббиты и некоторые пластмассы.

Усталостное выкрашивание поверхности вкладышей происходит редко и встречается при пульсирующих нагрузках (в поршневых двигателях и т. п.).