Підшипники ковзання Загальні відомості

Підшипники ковзання – це елементи опор валів і осей, поверхня цапфи яких взаємодіє через шар мастила або безпосередньо з її нерухомою поверхнею підшипника, що її охоплює. Нормальна робота підшипників ковзання без систематичного спрацьовування поверхонь цапфи вала і підшипника можлива лише при розділенні цих поверхонь шаром мастила достатньої товщини. Наявність шару мастила між робочими поверхнями може бути забезпечена лише надлишковим тиском, який буває гідродинамічним, що створюється при обертанні цапфи, або гідростатичним, що виникає внаслідок подачі мастила відповідною помпою. Основне практичне застосування мають підшипники з гідродинамічним змащуванням.

Підшипники ковзання у сучасному машинобудуванні мають вужче застосування, ніж підшипники кочення. Однак за деякими своїми позитивними характеристиками вони у деяких випадках мають переважне або рівне використання з підшипниками кочення. Підшипники кочення застосовують у таких випадках:

а) для опор валів ( > 500 рад/с), у режимах роботи яких довговічність підшипників кочення досить низька;

б) для валів та осей, до яких ставляться високі вимоги щодо точності монтажу і забезпечення постійного положення осі обертання;

в) для валів великого діаметра через відсутність стандартних підшипників кочення;

г) у випадках, коли підшипники за умовами складання машини повинні бути роз’ємними (наприклад, для опор колінчастих валів);

д) при роботі підшипників у воді або агресивному середовищі, де підшипники кочення непрацездатні;

е) при потребі малих діаметральних розмірів, наприклад для близько розміщених паралельних валів;

є) для тихохідних валів та осей невідповідальних механізмів, де підшипники ковзання простіші за конструкцією і дешевші, ніж підшипники кочення.

Підшипники ковзання вимагають систематичного нагляду та неперервного змащування, мають більш високі втрати на тертя при малих швидкостях обертання валів і потребують підвищених пускових моментів під час пуску машини у дію.

Конструкції та матеріали підшипників ковзання

За конструкцією підшипники ковзання бувають дуже різноманітні. У найпростішому вигляді (рис. 1 а) підшипник ковзання складається з корпусу 1 та вкладиша 2, який розміщується і фіксується у корпусі. Взаємодія опорної цапфи вала з підшипником відбувається через вкладиш та шар мастила між їхніми поверхнями. Для подачі мастила у корпусі і у вкладиші підшипника передбачається спеціальний отвір. Підшипник ковзання на рисунку 1 а є жорстким нероз’ємним підшипником.

Приклад конструкції роз’ємного підшипника ковзання показано на рисунку 1 б. Такий підшипник складається з корпусу 1, кришки 2 та вкладиша З (двох половинок циліндричної втулки). Кришка до корпусу кріпиться за допомогою болтів або шпильок. Роз’ємні підшипники зручні при монтажі валів та осей і допускають регулювання зазорів у підшипнику зближенням кришки і корпусу. Тому переважне застосування мають роз’ємні підшипники ковзання. Підшипники ковзання, що сприймають осьове навантаження, називають підп’ятниками, а елементи валів, що працюють у таких підшипниках, називають п’ятами. Основними розмірами підшипників ковзання (рисунки) є посадочний діаметр підшипника d та його довжина . Здебільшого підшипники

Рисунок 1. Конструкції підшипників ковзання

ковзання виготовляють із співвідношенням =0,5...1.

Вузькі підшипники ( )мають низьку вантажність і слабо утримують мастило. Довгі підшипники ( ) вимагають підвищеної жорсткості валів та точності монтажу. Товщина стінки суцільного вкладиша .

Вкладиші виготовляють із різних матеріалів: чавуну, сплавів кольорових металів, спечених матеріалів, графіту та синтетичних матеріалів.

Чавун (сірий і антифрикційний) придатний для вкладишів при невисоких безударних навантаженнях та низьких колових швидкостях. Потрібне припрацювання чавунних вкладишів на холостих режимах роботи.

До кольорових антифрикційних сплавів належать бронзи, латуні, бабіти, алюмінієві сплави.

Бронзи зі вмістом олова Бр.ОФ10-1 та ін. мають високі антифрикційні властивості і їх використовують в умовах високих тисків та швидкостей. При змінних та ударних навантаженнях вигоку стійкість має свинцева бронза Бр.СЗО, яка використовується у підшипниках двигунів внутрішнього згоряння. Широко розповсюджені також більш дешеві безолов’яні бронзи, наприклад Бр.АЭЖЗА.

Латуні ЛКС80-3-3, ЛМцЖ52-4-1 та ін. ефективні при порівняно високих навантаженнях, але низьких колових швидкостях.

Бабіти використовують для нанесення на робочі поверхні чавунних або бронзових вкладишів. Високоолов’яні бабіти, наприклад Б83, використовують при дуже високих швидкостях та тисках. За антифрикційними властивостями бабіт перевершує всі інші сплави, але за механічною міцністю значно поступається чавуну та бронзі. Негативною властивістю бабіту є крихкість та його висока вартість.

З алюмінієвих сплавів найперспективнішими є алюмінієво-олов’яні антифрикційні сплави АО9-2, А09-1 та ін. Вони мають високу втомну міцність і здатні працювати протягом значного часу в умовах недостатнього змащування. Ці сплави застосовують у підшипниках потужних двигунів внутрішнього згоряння.

Спечені матеріали мають у своїй основі мідний або залізний порошок. Вкладиші, які виготовляють пресуванням та спіканням при високій температурі порошку із добавкою графіту, мають порувату структуру і можуть працювати довший час без подачі мастила за рахунок попереднього просочування рідким мастилом.

Неметалеві матеріали (гума, тверді породи дерева та пластмаси) значно розповсюджені як підшипникові матеріали, що пов’язано з їхніми високими антифрикційними властивостями у парі із сталевою цапфою вала, їх важливою перевагою є можливість роботи при змащуванні водою. Серед пластмас для вкладишів підшипників використовують текстоліти, ДШП, поліаміди (капрон, фторопласт-4) та ін. Поліаміди у більшості випадків наносять тонким шаром на металеві вкладиші і завдяки цьому у значній мірі поліпшують умови відведення теплоти. Оскільки пластмаси мають достатню пружність, виготовлені з них вкладиші підшипників можуть сприймати ударні навантаження та дещо компенсувати перекоси цапфи вала.