E. черногоров подшипники скольжения челябинск 2013 1 подшипники скольжения введение
 Скачать 0.85 Mb.
|
|
E. ЧЕРНОГОРОВ Подшипники скольжения ЧЕЛЯБИНСК 2013 1 ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ 1. Введение Подшипники скольжения – это опоры вращающихся деталей, работаю- щие в условиях скольжения цапфы по поверхности подшипника. По направле- нию воспринимаемой нагрузки подшипники скольжения разделяют на две ос- новные группы: радиальные (см. рис. 1, в), предназначенные для восприятия нагрузки, перпендикулярной оси вала, и упорные (см. рис. 1, г, д) – для воспри- ятия осевой нагрузки. При совместном действии радиальной и сравнительно небольшой осевой нагрузок применяют конические опоры (см. рис. 1, б) или совмещенные опоры, в которых осевую нагрузку воспринимают торцы вкла- дышей. Опорный участок вала называют цапфой. Форма рабочей поверхности подшипника скольжения, так же как и форма цапфы вала, может быть цилин- дрической (а), плоской (б), конической (в) или шаровой (е). Цапфу, передающую радиальную нагрузку, называют шипом, если она расположена на конце вала (а), и шейкой при расположении в середине вала (рис. 1, г). Цапфу, передающую осевую нагрузку, называют пятой, а опору (под- шипника) – подпятником (рис. 1, д). Рис. 1. Подшипники скольжения 2 2. Конструкция подшипника скольжения Подшипник скольжения (рис. 2) содержит корпус, вкладыш, смазываю- щие и защитные устройства. Корпус подшипника цельный или разъемный из- готавливают либо как отдельный узел, присоединяемый к машине, либо выпол- няют за одно целое с неподвижной корпусной деталью (например, с рамой ма- шины), либо с подвижной деталью (например, с шатуном). Рис. 2. Конструкция подшипника скольжения Область применения подшипников скольжения в современном машино- строении сократилась в связи с распространением подшипников качения. Од- нако значение подшипников скольжения в современной технике не снизилось. Их применяют очень широко, и в целом ряде конструкций они незаменимы. К таким подшипникам относятся: разъемные подшипники, необходимые по условиям сборки, например для коленчатых валов; высокоскоростные подшипники (v > 30 м/с), в условиях работы которых долговечность подшипников качения резко сокращается (вибрации, шум, большие инерционные нагрузки на тела качения); подшипники прецизионных машин, от которых требуется особо точное направление валов и возможность регулировки зазоров; подшипники, работающие в особых условиях (воде, агрессивных средах и т. п.), в которых подшипники качения неработоспособны из-за коррозии; подшипники дешевых тихоходных механизмов и некоторые другие. 3 Конструкции подшипников скольжения весьма разнообразны. Во многом они зависят от конструкции машины, в которой устанавливается подшипник. Очень часто подшипники не имеют специального корпуса. При этом вкладыши размещают непосредственно в станине или раме 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 могут быть неразъемными или разъемными. Разъем- ный подшипник позволяет легко укладывать вал и ремонтировать подшипник путем повторных расточек вкладыша при его износе. Неразъемные подшипни- ки дешевле. Вкладыши в этих подшипниках обычно запрессовывают в корпус. Рис. 3. Вкладыш подшипника скольжения 3. Трение и смазка подшипников скольжения Для уменьшения трения подшипники скольжения смазывают. В зависи- мости от режима работы подшипника в нем может быть полужидкостное или жидкостное трение. При жидкостном трении рабочие поверхности вала и вкладыша разделе- ны слоем масла, толщина h которого больше суммы высот R z шерховатостей поверхностей. При этом условии масло воспринимает внешнюю нагрузку, предотвращая непосредственное соприкасание рабочих поверхностей, т. е. их износ. Сопро- 4 тивление движению в этом случае определяется только внутренним трением в слое масла. Коэффициент жидкостного трения находится в пределах 0,001...0,005 (что может быть меньше коэффициента трения качения). Рис. 4. Микрогеометрия вала и вкладыша. При жидкостном трении толщина масляного слоя к между валом и вкладышем h > R z1 + R z2 При полужидкостном трении в подшипнике будет смешанное трение — одновременно жидкостное и граничное. Граничным называют трение, при ко- тором трущиеся поверхности покрыты тончайшей пленкой масла, образовав- шейся в результате действия молекулярных сил и химических реакций актив- ных молекул масла и материала вкладыша. Способность масла к образованию граничных пленок (адсорбции) называют маслянистостью (липкостью, смачи- ваемостью). Граничные пленки устойчивы и выдерживают большие давления. Однако в местах сосредоточенного давления они разрушаются, происходит со- прикасание чистых поверхностей металлов, их схватывание и отрыв частиц ма- териала при относительном движении. Полужидкостное трение сопровождается износом трущихся поверхно- стей даже без попадания внешних абразивных частиц. Коэффициент полужид- костного трения зависит не только от качества масла, но также и от материала трущихся поверхностей. Для распространенных антифрикционных материалов коэффициент полужидкостного трения равен 0,008...0,1. Для работы подшипника самым благоприятным режимом является режим жидкостного трения. Образование режима жидкостного трения является основ- ным критерием расчета большинства подшипников скольжения. 5 Рис. 5 .Положение вала во вкладыше 4. Практический расчет подшипников скольжения Рассмотрим расчет подшипников, работающих при полужидкостном тре- нии. К таким подшипникам относятся подшипники грубых тихоходных меха- низмов, машин с частыми пусками и остановками, неустановившимся режимом нагрузки, плохими условиями подвода масла и т. п. Эти подшипники рассчитывают: а) По условному давлению – подшипники тихоходные, работающие крат- ковременно с перерывами: r m a F p p . l d Из этой формулы можем найти длину подшипника: r a F l . p d Здесь d – диаметр вала, F r – радиальная нагрузка; a p – допустимое давление. б) По произведению давления на скорость – подшипники средней быст- роходности: m p v pv . 6 Рис. 6. Расчет по [pv] в приближенной форме предупреждает интенсивный из- нос, перегрев и заедание. Допускаемые величины [р] и [pv] , определенные из опыта эксплуатации подобных конструкций, приведены в справочниках. 5. Материалы подшипников скольжения Требования к подшипниковым материалам Материалы подшипников скольжения должны иметь малый коэффициент трения, высокую износостойкость и сопротивление усталости. Дополнительными требованиями являются хорошая теплопроводность, прирабатываемость, смачиваемость маслом, коррозионная стойкость и обраба- тываемость, низкий коэффициент линейного расширения и низкая стоимость. Полностью удовлетворить перечисленным требованиям в реальных усло- виях не представляется возможным. Поэтому в технике применяют большое количество различных антифрикционных материалов, наилучшим образом от- вечающих конкретным условиям. Валы и оси выполняют, как правило, стальными. I [лифы валов пол под- шипники скольжения должны иметь высокую твердость, шлифованную и по- лированную поверхность (см. разд. 3.2). Материалы вкладышей можно разделить на три группы: металлические. металл о керамические и неметаллические. Металлические вкладыши Металлические вкладыши - это сплавы на основе олова или свинца с до- бавлением сурьмы, меди и других элементов, называемые баббитами, обладают 7 высокими антифрикционными качествами, хорошей прирабатываемостью, но дорогие и имеют относительно невысокое сопротивление усталости. Их приме- няют в качестве тонкослойных покрытий или в качестве заливки. Хорошими антифрикционными свойствами обладают бронзы и латуни (сплавы на основе меди), алюминиевые и цинковые сплавы. Бронзы использу- ют примерно тех же марок, что и для венцов червячных колес (см. табл. 2.11). Иногда в паре с закаленной цапфой применяют антифрикционные чугу- ны. Металлокерамические вкладыши Металлокерамичес кие вкладыши - это пористые бронзо графитовые и железографитовые материалы, получаемые методом порошковой металлургии и пропитанные горячим маслом. Применяют в условиях, когда невозможно обеспечить надежную жидкостную смазку. При небольших давлениях и скоро- стях эти материалы способны достаточно долго работать без внешнего полвола смазочного материала. Неметаллические вкладыши В качестве материала неметаллических вкладышей применяют пластмас- сы, резину, графитовые материалы и прессованную древесину. Текстолит, дре- весно-слоистый пластик и прессованную древесину используют в подшипниках для тяжелого машиностроения. Полимерные самосмазывающиеся материалы на основе полиамидов и различных смол используют для подшипников, работающих в температурном диапазоне –200...+ 280°С при значительных скоростях скольжения. Фторопласты обладают хорошими антифрикционными свойствами, хи- мической инертностью, но высоким коэффициентом линейного расширения и низким коэффициентом теплопроводности. Подшипники с резиновыми вкладышами хорошо работают с тмимой смазкой. В экстремальных условиях используют графитовые вкладыши, которые обладают низким коэффициентом трения в широком температурном диапазоне, хорошей теплопроводностью и коррозионной стойкостью. Эти материалы при- меняют в подшипниках с газовой смазкой, где они могут работать без смазоч- ного материала в периоды пусков и остановок. 8 Гидростатические подшипники Для тихоходных тяжелых валов, от которых требуется малое сопротивление вращению, а ре- жим гидродинамического трения обеспечить не удается, применяют гидростатические подшипни- ки. В этих подшипниках несущий масляный слой образуют путем подвода масла под цапфу от насо- са. Давление насоса подбирают таким, чтобы цап- фа всплывала в масле. Гидростатические подшипники используют также для повышения точности центровки валов в прецизионных машинах, уменьшения износа тяже- лонагруженных подшипников в периоды разгона до гидродинамического режима трения и в некото- рых других случаях. Подшипники с воздушной или газовой смаз- кой применяют для быстроходных валов (л> 10 000 мин -1 ) при относительно малых нагрузках, а также при работе в условиях высоких температур. Эти подшипники могут быть аэростатическими и аэродинамическими. В аэростатических подшипниках, так же как и в гидростатических, цапфа под- держивается воздушной подушкой в результате непрерывного поддува сжатого воздуха; в аэродинамических воздушная подушка образуется вследствие само- затягивания воздуха в клиновой зазор, так же как и в гидродинамических. Применение в подшипниках скольжения в качестве смазочного материа- ла газа позволяет резко снизить коэффициент трения и неограниченно повы- шать частоты вращения. Вязкость воздуха в 100 раз меньше вязкости керосина и практически не зависит от температуры и давления. Применяют газодинамические и газостатические опоры. Эти опоры тре- буют высокой точности изготовления, обладают меньшей нагрузочной способ- ностью, чувствительны к перегрузкам и склонны к автоколебаниям. Газодинамические опоры применяют в турбокомпрессорах, центрифугах, гироскопах и газовых турбинах. Газостатические опоры применяют, главным образом, в приборах и особо точных станках. В них обязательно принимают меры против возникновения автоколебаний. Рис.7 9 ОГЛАВЛЕНИЕ 1. Введение ............................................................................................................... 1 2. Конструкция подшипника скольжения ............................................................. 2 3. Трение и смазка подшипников скольжения ..................................................... 3 4. Практический расчет подшипников скольжения ........................................... 5 5. Материалы подшипников скольжения ............................................................. 6 |