Критерии работоспособности подшипников скольжения
Критериями
работоспособности подшипников сухого
и граничного трения является износостойкость
и теплостойкость. Расчет подшипника
проводится как проверочный, так как
размеры подшипника назначаются
конструктивно в зависимости от диаметра
цапфы вала. Надежность подшипника при
небольших скоростях скольжения
определяется условным средним давлением
на поверхности трения:
,(22.5)
где R
– радиальная нагрузка; l
– длина подшипника; d
– диаметр цапфы вала; [р]
– допускаемое давление.
Расчет по произведению давления в подшипнике на окружную скорость скольжения косвенно характеризует теплообразование в подшипнике и износ:
,(22.6)
где [p]
– допускаемое значение произведения
среднего давления на скорость.
Величины допускаемых значений [р] и [p] зависят от материала вкладыша.
Потери мощности
на трение в подшипниках скольжения при
угловой скорости со определяются по
формуле:
,(22.7)
где Т
= R
f
d
/ 2 – момент
трения на цапфе; f
– коэффициент трения при сухом или
граничном трении (f
= 0,150,20
для стали по серому чугуну и пластмассам;
f
= 0,100,15
для стали по антифрикционному чугуну
и бронзам; f
= 0,050,10
для стали ).
Особенности обеспечения режимов трения подшипников
скольжения
Д
Рисунок
22.20
Индивидуальные масленки для жидкого
смазочного материала: а – с поворотной крышкой;
б – шариковая; в – фитильная; г – капельная с иглой
ля уменьшения трения в подшипниках, повышения к.п.д., снижения износа и нагрева до минимума трущиеся поверхности смазывают маслом или другим смазочным материалом. В зависимости от толщины масляного слоя подшипник работает в режиме жидкостного, полужидкостного или полусухого трения.При жидкостном трении рабочие поверхности вала и подшипника полностью разделяет слой смазки, толщина которого больше сумм неровностей обработки поверхностей вала и подшипника. При полусухом трении между валом и подшипником преобладает сухое трение, а при полужидкостном – жидкостное трение. Различают также граничное трение, при котором сплошной слой масла настолько тонок, что он теряет свойства вязкой жидкости.
Самый благоприятный режим работы подшипника скольжения – при жидкостном трении, которое обеспечивает износостойкость, сопротивление заеданию вала и высокий к.п.д. подшипника. Для создания этого трения в масляном слое должно быть гидродинамическое (создаваемое вращением вала) (гидродинамические подшипники) или гидростатическое (от насоса) избыточное давление (гидростатические подшипники).
В гидростатическом подшипнике избыточное давление в поддерживающем слое смазочного материала создается принудительно насосом. Масло подается через дросселирующие отверстия в специальные продольные карманы, равномерно расположенные по окружности вкладыша. Под действием радиальной силы вал смещается на эксцентриситет е. В области уменьшающегося зазора растет гидравлическое сопротивление, расход смазочного материала уменьшается и увеличивается давление в нагруженном кармане. С противоположной стороны зазор между цапфой вала и вкладышем увеличивается, а давление падает. Разность давлений в нагруженном и разгруженном карманах создает силу, стремящуюся восстановить центральное положение вала.
Давление в карманах меньше, чем в дросселирующих отверстиях, вследствие разных гидравлических сопротивлений. Для надежности работы подшипника давление смазочного материала в системе подачи рп должно быть в 1,52 раза выше, чем давление в карманах рк.
Достоинства: высокая несущая способность (до 107 Н); низкий коэффициент трения (f < 4106); практически отсутствие износа материала; высокая демпфирующая способность опоры; уменьшение влияния погрешностей изготовления опорных поверхностей валов и подшипников на точность вращения (до 510 раз).
Недостатки: сложная и дорогостоящая система уплотнений и подачи смазочного материала.
Применение: в опорах тяжелых тихоходных барабанов и валов шаровых мельниц и вращающихся печей; шпинделей прецизионных станков; в механизмах, требующих точных перемещений (поворотные устройства телескопов, делительных столов) и точного вращения.
В гидродинамическом подшипнике жидкостное трение осуществляется в результате давления, возникающего в слое смазочного материала при относительном движении поверхностей вала и подшипника. Работает этот подшипник в условиях жидкостного трения при определенных окружных скоростях. В статическом положении вал опирается на подшипник. При малых угловых скоростях он работает при сухом или граничном трении. С увеличением частоты вращения под действием внешней нагрузки вал занимает в подшипнике эксцентричное положение и между цапфой и подшипником образуется клиновой зазор. Смазочный материал подается в зону низкого давления и затягивается в клиновой зазор. При некоторой угловой скорости = кр создается гидродинамическая подъемная сила, удерживающая вал на масляном клине и вал отходит от подшипника («всплывает»). Распределение давлений р в клиновом зазоре показано на рис. 22.19, где е – эксцентриситет. Жидкостное трение в подшипнике обеспечивается при величине зазора hmin > RZ1 + RZ2, где RZ1 и RZ2 – высоты микронеровностей поверхностей вала и подшипника. Гидродинамический расчет подшипника проводится как проверочный по размерам подшипника d, D, l и температурно-вязкостным характеристикам смазочного материала. Наличие жидкостного трения поверяют в форме условия, что несущая способность подшипника больше действующей нагрузки Fr или что смазочный слой имеет достаточную толщину.
Рисунок 22.19