Конструкция подшипников скольжения

Подшипники. Подшипники скольжения. Классификация. Конструкция подшипников скольжения. Материалы деталей подшипников. Расчет подшипников скольжения. Смазывание подшипников скольжения. КПД подшипников скольжения. Условия работы и виды разрушения подшипников скольжения

Подшипники – это опоры вращающихся осей и валов, которые воспринимают радиальные и осевые нагрузки, приложенные к валу или оси, и передают их на раму, корпус или станину машины.

По принципу работы различают подшипники скольжения, в которых цапфа вала скользит по опорной поверхности, и подшипники качения, в которых между поверхностью вращающейся детали и опорной поверхностью расположены тела качения.

Подшипники вращающихся осей некоторых транспортных средств (например, железнодорожных вагонов) с преобладающей вертикальной нагрузкой называют буксами.

Подшипники, работающие по принципу трения скольжения, называются подшипниками скольжения.

Простейшим подшипником скольжения является отверстие, расточенное непосредственно в корпусе машины, в которое обычно вставляют втулку (вкладыш) из антифрикционного материала.

б) хорошая восприимчивость ударных и вибрационных нагрузок;

в) возможность применения при очень высоких частотах вращения вала и в прецизионных машинах;

г) большая долговечность в условиях жидкостного трения;

д) возможность использования при работе в воде или агрессивной среде.

б) значительный расход смазочного материала и необходимость систематического наблюдения за процессом смазывания;

в) необходимость применения дорогостоящих и дефицитных антифрикционных материалов для вкладышей.

Вышеперечисленные достоинства и недостатки определяют применение подшипников скольжения, например в молотах, поршневых машинах, турбинах, центрифугах, координатно-расточных станках, для валов очень больших диаметров, а также для валов тихоходных машин. КПД подшипников скольжения h = 0,95...0,99.

По воспринимаемой нагрузке различают подшипники:

а) радиальные – воспринимают радиальные нагрузки;

б) радиально-упорные – воспринимают радиальные и осевые нагрузки;

в) упорные – воспринимают упорные нагрузки.

От качества подшипников в значительной степени зависит работоспособность, долговечность и КПД машин.

Рисунок 1 – Рабочая поверхность подшипника: а) цилиндрическая; б) плоская; в) коническая; г) сферическая

Корпус и крышку подшипника отливают из серого чугуна, обладающего хорошими литейными свойствами. Шейки валов подвергают термической и химико-термической обработке для получения высокой твердости (HRC 55...60), что уменьшает их изнашивание. Последнее очень важно, так как стоимость валов выше стоимости вкладышей.

Вкладыш является наиболее ответственной деталью подшипника, непосредственно воспринимающей передаваемую цапфой нагрузку. Поэтому к его материалу предъявляют целый комплекс требований:

б) низкий коэффициент трения в паре с материалом шейки вала;

г) достаточная пластичность и высокая теплопроводность;

д) хорошая прирабатываемость и смачиваемость смазочным материалом;

е) способность образовывать на трущихся поверхностях цапфа — вкладыш стойкие и быстро восстанавливаемые пленки;

ж) стойкость против коррозионно-механического изнашивания.

Вкладыши устанавливают в корпус с натягом, предупреждая их проворачивание и осевое смещение установкой штифтов, винтов.

Вкладыши (втулки подшипников) изготовляют металлическими (ГОСТ 1978—81), биметаллическими (ГОСТ 24832—81) и из порошковых материалов (ГОСТ 24833—81). Для металлических вкладышей применяют бронзы и антифрикционные чугуны; для биметаллических вкладышей сталь или чугун покрывают баббитом; для вкладышей из порошковых материалов используют порошки железа или бронзы. Вкладыши также изготовляют из пластмасс, древесно-слоистых пластиков и т. д. Выбор материала вкладыша зависит от:

в) скорости вращения вала и метода смазывания.

Стандартизованы корпуса неразъемных подшипников скольжения и корпуса и вкладыши разъемных подшипников скольжения с двумя крепежными отверстиями.

В герметически закрытых механизмах может применяться смазывание разбрызгиванием движущимися деталями или смазывание погружением, при котором поверхность трения полностью или частично помещена в ванну с жидким смазочным материалом.

В зависимости от периодичности и способа подведения смазочного материала к подшипникам различают следующие методы смазывания (ГОСТ 23.002—78):

При последнем жидкий смазочный материал многократно циркулирует от смазочного насоса к поверхностям трения, по пути фильтруясь и охлаждаясь.

При работе машины трение между цапфой вала и вкладышем подшипника при жидком смазочном материале может происходить в условиях жидкостной, полужидкостной и граничной смазки.

Жидкостная и граничная смазка. Жидкостной называется смазка, при которой поверхность трения деталей, находящихся в относительном движении, полностью разделены жидким смазочным материалом. При жидкостной смазке толщина слоя масла больше суммарной высоты неровностей профиля рабочих поверхностей цапфы и вкладыша, поэтому всю нагрузку несет масляный слой и значительно снижается трение и изнашивание рабочих поверхностей. Так как жидкость несжимаема, то при жидкостной смазке это объемное свойство масла проявляется в полной мере и нагрузочная способность слоя смазочного материала оказывается очень высокой. Сопротивление движению при жидкостной смазке определяется только внутренним трением в смазочном материале, зависящем от его вязкости.

Если жидкостная смазка осуществляется частично, то она называется полужидкостной.

Граничной называется смазка, при которой трение и износ между поверхностями, находящимися в относительном движении, определяются свойствами этих поверхностей и свойствами смазочного материала, отличными от объемных.

Следует помнить, что при повышении температуры вязкость масла уменьшается, увеличивается возможность разрушения граничных пленок и появления чистого контакта цапфы и вкладыша, что может привести к схватыванию материала и заеданию подшипника.

Очевидно, что для работы подшипников скольжения наиболее благоприятным является режим жидкостной смазки. Однако большинство подшипников скольжения работает в условиях полужидкостной или граничной смазки. В подшипниках скольжения, постоянно работающих при жидкостной смазке, в периоды пусков или остановок могут осуществляться другие виды смазки.

Понятие о гидростатической и гидродинамической смазке. Гидростатической называется жидкостная смазка, при которой полное разделение поверхностей трения осуществляется в результате поступления жидкости в зазор между ними под внешним давлением (например, от насоса).

Гидродинамической называется жидкостная смазка, при которой полное разделение поверхностей трения осуществляется в результате давления, самовозникающего в слое жидкости при относительном движении поверхностей.

Рисунок 11 – Смазка валов: а) невращающийся вал; б) вращающийся вал

На рисунке 11, а изображен невращающийся вал, опирающийся на подшипник скольжения, заполненный смазочным маслом. Обратим внимание на то, что зазор между валом и подшипником имеет клиновидную форму. После пуска машины благодаря маслянистости и вязкости масло будет увлекаться вращающимся валом и нагнетаться в клиновидный зазор, в результате чего в масляном слое возникнет избыточное давление, возрастающее с увеличением угловой скорости вала. Избыточное давление создает гидродинамическую подъемную силу. После достижения какого-то критического значения угловой скорости цапфа вала всплывает в масле и несколько смещается в сторону вращения, как показано на рисунке 11, б. С увеличением угловой скорости вала, а также вязкости масла, увеличивается толщина разделяющего масляного слоя; с увеличением радиальной нагрузки на цапфу толщина масляного слоя уменьшается.

Расчет подшипников скольжения в условиях жидкостной смазки выполняется на основе гидродинамической теории, основоположником которой является русский ученый Н. П. Петров, награжденный за эту работу в 1884 г. Ломоносовской премией.

Так как все жидкости и газы обладают вязкостью, то в качестве смазочного материала можно применять, например, воду или воздух (газодинамическая смазка).

Величина КПД зависит от потерь на трение. В условиях граничной смазки КПД одной пары подшипников принимают для вкладышей из чугуна h = 0,95...0,96; для вкладышей из бронзы h = 0,97...0,98; для вкладышей с баббитовой заливкой h = 0,98...0,99; для вкладышей из древеснослоистых пластиков при смазывании водой h = 0,98.

Подшипники, работающие по принципу трения скольжения, называются подшипниками скольжения.

б) хорошая восприимчивость ударных и вибрационных нагрузок;

в) возможность применения при очень высоких частотах вращения вала и в прецизионных машинах;

г) большая долговечность в условиях жидкостного трения;

д) возможность использования при работе в воде или агрессивной среде.

в) необходимость применения дорогостоящих и дефицитных антифрикционных материалов для вкладышей.

По воспринимаемой нагрузке различают подшипники:

а) радиальные – воспринимают радиальные нагрузки;

б) радиально-упорные – воспринимают радиальные и осевые нагрузки;

в) упорные – воспринимают упорные нагрузки.

От качества подшипников в значительной степени зависит работоспособность, долговечность и КПД машин.

Рисунок 1 – Рабочая поверхность подшипника: а) цилиндрическая; б) плоская; в) коническая; г) сферическая

Условно подшипники скольжения можно разделить на следующие виды:

а) разъемные и неразъемные, в зависимости от конструкции их корпуса;

б) присоединенные и встроенные, в зависимости от особенностей их установки;

в) вкладышные и безвкладышные, в зависимости от наличия вкладышей;

г) несамоустанавливающиеся и самоустанавливающиеся, в зависимости от способности вкладышей подшипника к самоустанавливанию.

Принципиальные конструктивные различия подшипников скольжения:

а) вкладыш непосредственно в станине; б) вкладыш непосредственно раме

Очень часто подшипники не имеют специального корпуса. При этом вкладыши размещают непосредственно в станине (рис. 2, а) или раме (рис. 2, 6) машины. Таково, например, большинство подшипников двигателей, турбин, станков, редукторов и т.д. Подшипники с отдельными корпусами устанавливают главным образом в таких устройствах, как конвейеры, грузоподъемные машины, трансмиссии и т. д. В этих случаях подшипники крепят на фермах, стенах, колоннах.

Корпус и вкладыш, как отмечалось выше, могут быть неразъемными или разъемными. Разъемный подшипник позволяет легко укладывать вал и ремонтировать подшипник путем повторных расточек вкладыша при его износе. Неразъемные подшипники дешевле. Вкладыши в этих подшипниках обычно запрессовывают в корпус.

Рисунок 3 – Нагрузка во вкладыше разъемного подшипника

Разъем вкладыша рекомендуют выполнять перпендикулярно нагрузке F_r или близко к этому положению (рис. 3). При этом не нарушается непрерывность несущего масляного слоя.

В тех случаях, когда возможны большие деформации вала или монтаж выполняется неточно, рекомендуется применять самоустанавливающиеся подшипники. Сферическая поверхность этих подшипников позволяет им поворачиваться в направлении оси вала.

Конструктивные особенности подшипников скольжения. По приведенным признакам можно полностью охарактеризовать конструктивные особенности того или иного подшипника скольжения.

Неразъемный подшипник (рис..4) состоит из корпуса и втулки, которая может быть неподвижно закреплена в корпусе подшипника или свободно заложена в него(«плавающая втулка»). Неразъемные подшипники используют главным образом, в тихоходных машинах, приборах и т. д. Их основное преимущество — простота конструкции и низкая стоимость. Если корпус подшипника выполнен в виде фланца с опорной плоскостью, нормальной к оси вала, то такой подшипник называют фланцевым.

Разъемный подшипник (рис. 5) состоит из основания 1 и крышки корпуса 3, разъемного вкладыша 2, смазочного устройства 4 и болтового или шпилечного соединения основания с крышкой. Износ вкладышей в процессе работы компенсируется поджатием крышки к основанию. Разъемные подшипники значительно облегчают сборку и являются незаменимыми для конструкций с коленчатыми валами. Разъемные подшипники широко применяются в особенно тяжелом машиностроении.

Рисунок 6 – Самоустанавливающийся подшипник

На рисунке 6 изображен самоустанавливающийся подшипник скольжения, у которого сопряженные поверхности вкладыша и корпуса выполнены по сфере радиуса R. Сферическая поверхность позволяет вкладышу самоустанавливаться, компенсируя неточности монтажа и деформации вала, обеспечивая тем самым равномерное распределение нагрузки по длине вкладыша. Такие подшипники применяются при большой длине цапф.

На рисунке 7 показан сегментный подшипник с качающимися вкладышами. Такие подшипники хорошо центрируют вал и обеспечивают стабильную работу подшипниковых узлов, поэтому их применяют для быстроходных валов, особенно при опасности возникновения вибраций.

Втулки подшипников скольжения (металлические, биметаллические и из спекаемых материалов) стандартизованы.

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: