Тема 7.2. Підшипники ковзання
Основним
елементом таких підшипників є вкладиш
з антифрикційного матеріалу або,
принаймні, з антифрикційним покриттям.
Вкладиш встановлюють (вкладають) між
валом і корпусом підшипника [43].
Тертя ковзання безумовно більше тертя кочення, проте, достоїнства підшипників ковзання полягають в багатообразних областях використання:
у роз'ємних конструкціях;
при великих швидкостях обертання (газодинамічні підшипники в турбореактивних двигунах при n = 10 000 об/мин);
при необхідності точного центрування осей;
у машинах дуже великих і дуже малих габаритів;
у воді і інших агресивних середовищах.
Недоліки таких підшипників - тертя і потреба в дорогих антифрикційних матеріалах.
Крім того, підшипники ковзання застосовують в допоміжних, тихохідних, маловідповідальних механізмах.
Характерні дефекти і поломки підшипників ковзання викликані тертям [41]:
температурні дефекти (заїдання і виплавлення вкладиша);
абразивний знос;
втомні руйнування унаслідок пульсації навантажень.
При всьому різноманітті і складності конструктивних варіантів підшипникових вузлів ковзання принцип їх пристрою полягає в тому, що між корпусом і валом встановлюється тонкостінна втулка з антифрикційного матеріалу, як правило, бронзи або бронзових сплавів, а для малонавантажених механізмів з пластмас. Є успішний досвід експлуатації в дизелях тепловозів, тонкостінних біметалічних вкладишів, завтовшки не більше 4 мм, виконаного із сталевої смуги і алюмінієво-олов'яного сплаву.
Більшість радіальних підшипників мають циліндровий вкладиш, який, проте, може сприймати і осьові навантаження за рахунок галтелів на валу і закруглення кромок вкладиша. Підшипники з конічним вкладишем застосовуються рідко, їх використовують при невеликих навантаженнях, коли необхідно систематично усувати ("відстежувати") зазор від зносу підшипника для збереження точності механізму.
Для правильної роботи підшипників без зносу поверхні цапфи і втулки повинні бути розділені шаром мастила достатньої товщини.
Залежно від режиму роботи підшипника в ньому може бути:
рідинне тертя, коли робочі поверхні валу і вкладиша розділені шаром масла, товщина якого більше суми висот шорсткості поверхонь; при цьому масло сприймає зовнішнє навантаження, ізолюючи вал від вкладиша, запобігаючи їх зносу. Опір руху дуже мало;
напіврідинне тертя, коли нерівності валу і вкладиша можуть торкатися один одного і в цих місцях відбувається їх схоплювання і відрив частинок вкладиша. Таке тертя приводить до абразивного зносу навіть без попадання пилу ззовні.
Забезпечення режиму рідинного тертя є основним критерієм розрахунку більшості підшипників ковзання. При цьому одночасно забезпечується працездатність по критеріях зносу і заїдання.
Критерієм міцності, а отже, і працездатності підшипника ковзання є контактні напруження в зоні тертя або, що, у принципі, те ж саме - контактний тиск.
Розрахунковий контактний тиск порівнюють з допустимим
p = R /(l d) [p].
Тут R - сила нормального тиску валу на втулку (реакція опори), l - робоча довжина втулки підшипника, d - діаметр цапфи валу.
Іноді зручніше порівнювати розрахунковий допустимий додаток тиску, на швидкість ковзання. Швидкість ковзання легко розрахувати, знаючи діаметр і частоту обертання валу.
Добуток тиску на швидкість ковзання характеризує тепловиділення і знос підшипника. Найбільш небезпечним є момент пуску механізму, оскільки у спокої вал опускається ("лягає") на вкладиш і при початку руху неминуче сухе тертя.