ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ 1 ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ

ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ 1

ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ o Общие сведения. Конструкции. Материалы. Области применения o Подшипники скольжения - это опоры осей и валов, работающие в условиях трения скольжения. Подшипники могут также поддерживать вращающиеся на валах детали: шестерни, шкивы, части муфт и т. п. 2

ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ 3

ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ o . Форма рабочих поверхностей подшипников скольжения может быть цилиндрической (рис. 16. 1, а), конической (рис. 16. 1, б), шаровой (рис. 16. 1, в), плоской (рис. 16. 1, г). Наиболее распространены радиальные цилиндрические подшипники скольжения, служащие для восприятия радиальных нагрузок. Конические и шаровые подшипники могут служить в качестве радиально-упорных, т. е. помимо радиальных могут воспринимать некоторые осевые нагрузки. 4

ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ o Плоские подшипники, называемые упорными или подпятниками, воспринимают осевые нагрузки Fa. В комбинации с радиальными они могут быть превращены в радиально-упорные. В качестве радиально-упорных конические и шаровые подшипники применяются реже. Обычно конические подшипники используются в опорах, где требуется регулировка зазора (часто для компенсации износа). Шаровые подшипники применяются для компенсации перекосов осей валов. 5

ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ o Радиальный подшипник скольжения состоит из корпуса, вкладыша (сплошного или составленного из отдельных частей) и смазывающих устройств (рис. 16. 2). Вкладыш может быть установлен непосредственно в корпусе машины или в движущейся детали (например, шатуне). Вкладыши выполняют из специальных антифрикционных материалов (баббиты, бронзы, металлокерамика, пластмассы). Часто они имеют вид биметаллических втулок, у которых небольшой толщины рабочий слой из антифрикционного материала нанесен на поверхность с более толстыми стенками 6

ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ o Это позволяет экономить дорогостоящий подшипниковый материал. Часто у вкладышей имеются специальные канавки для подвода смазочного материала в зону трения. Смазочный материал может подаваться либо из масленок, либо из специального картера с помощью насоса. Возможно смазывание непосредственным погружением цапфы в масло. 7

ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ Рис. 16. 2 Конструкция подшипника скольжения: 1 - масленка, 2 — канавки для смазочного материала, 3 — вкладыш, 4 - корпус Рис. 16 3. Упорные подшипники скольжения (подпятники) 8

ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ o Для ответственных узлов трения вкладыши могут выполняться в виде самоустанавливающихся отдельных сегментов, благодаря чему обеспечивается режим жидкостного трения. Такие же сегменты могут устанавливаться в подпятниках (рис. 16. 3, а). Жидкостное трение между сегментами и плоским вращающимся торцом вала достигается при определенном сочетании нагрузки, скорости вращения и вязкости смазочного масла благодаря клиновой форме зазора, получающейся в результате самоустановки сегментов. Такой же эффект достигается в подпятнике со скосами на рабочих поверхностях (рис. 16. 3, б). 9

ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ o Материалом для вкладышей могут служить бронзы оловянные (Бр. ОФ 10 -1), свинцовые (Бр. С-30), алюминиево-оловянные сплавы (АО 9 -1, АО 9 -2), цинковые сплавы (ЦАМ 10 -5), баббиты (сплав на основе олова, свинца и сурьмы типов Б- 83, Б-89, Б 16, БН, БК), антифрикционный чугун, металлокерамические материалы (спрессованные при высоких температурах порошки бронзы или железа с добавлением графита, меди, олова или свинца), пластмассы (нейлон, тефлон , фторопласты, политетрафторэтилен и др. ). 10

ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ o Перспективны металлокерамические материалы, так как при этом реализуется идея создания материалов с заданными свойствами, необходимыми для подшипниковых узлов. Пористость металлокерамики позволяет использовать изделия из нее как резервуары для смазочной жидкости. Наличие графита, олова и других компонентов обеспечивает противоизносные и антифрикционные свойства, а железа или бронзы - хороший теплоотвод. 11

ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ o Пластмассы допускают работу подшипника без смазки при относительно небольших нагрузках и скоростях, хорошо прирабатываются, благодаря упругости мало чувствительны к перекосам валов и динамическим нагрузкам, допускают смазку водой и другими жидкостями. Однако низкая теплопроводность, разбухание от поглощаемой 'влаги и постепенное разрушение структуры из-за старения ограничивают их применение. 12

ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ o При поисках новых материалов для подшипников скольжения исходят из следующих требований к ним: повышенные антифрикционность (т. е. малые коэффициенты трения), износостойкость, усталостная прочность, теплопроводность, малый коэффициент линейного расширения, малый модуль упругости, хорошая смачиваемость маслами, коррозионная стойкость. 13

ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ o Достоинства подшипников скольжения: o высокая точность вращения, что связано с малым количеством поверхностей, влияющих на точность (у подшипника качения их значительно больше); o способность работать при очень больших скоростях в условиях жидкостного трения или газодинамической смазки (долговечность подшипников качения при больших скоростях мала из-за усталости рабочих поверхностей), o возможность выполнения подшипника с разъемом (например, для коленчатых валов); o малые радиальные габариты; 14

ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ o способность работать в воде, в агрессивных и загрязненных средах, где подшипники качения неработоспособны; o способность работать при ударных и вибрационных нагрузках благодаря демпфирующему действию масляного слоя; o возможность изготовления подшипника особо больших размеров, при которых индивидуальное изготовление подшипника качения оказывается значительно дороже; o простота конструкции и низкая стоимость изготовления при неответственных узлах. 15

ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ o Недостатки подшипников скольжения: необходимость использования дефицитных материалов; большие моменты трения в режимах граничного и смешанного трения, а также в периоды пусков и остановок; сложность конструкции для обеспечения режима жидкостного трения, в некоторых случаях большие осевые габариты; низкий уровень стандартизации и унификации. o Дальнейшее расширение областей применения подшипников скольжения связано с совершенствованием их конструкций, материалов вкладышей, качества и режимов смазки, обеспечивающих жидкостное трение. Особое значение имеет унификация и стандартизация их типоразмеров, а также методов расчета. 16

ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ o . Виды трения и критерии расчетов подшипников скольжения o Критерии расчетов подшипников скольжения зависят прежде всего от характера трения в них. Можно выделить три основных вида трения скольжения при движении: трение без смазки; граничное, при котором тонкий слой масла на поверхности имеет свойства, отличающиеся от объемных; жидкостное. 17

ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ Рис 16. 4 Диаграмма Герси-Штрибека 18

ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ o На рис. 16. 4 показано изменение коэффициента трения в зависимости от режима работы подшипника скольжения, определяемого как ε = μω / ρ , где μ -вязкость смазочного материала; ω - угловая скорость вращения шипа; ρ - среднее давление в подшипнике. При малых ε имеет место трение без смазки и граничное трение с толщиной слоя масла порядка 0, 1 мкм. 19

ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ o Упрощенный (условный) расчет подшипников скольжения o Упрощенный расчет подшипников скольжения основан на опыте конструирования и эксплуатации узлов трения машин, работающих в сходных условиях. o Расчет представляет собой проверку условий: 1) ρ < [р]; 2) ρν < [ р v ], где ρ = F r /( ld ) - среднее давление подшипнике; l и d - длина и диаметр цапфы; ν - скорость скольжения. Данные о [р] и [ρv] приводятся в таблицах. Они представляют собой среднестатистические величины, характеризующие определенные конструкции. 20

ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ o Тепловыделение в подшипнике (Вт) W = FTρω = f Frv. o Значения коэффициентов трения, подставляемые в формулы для F тр и W , должны назначаться исходя из режима трения подшипника: граничного или смешанного. Соответствующие данные приводятся в справочниках 21

ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ o Расчет подшипников скольжения жидкостного трения o Гидродинамическое давление может возникнуть только в cy жающемся зазоре клиновой формы. Если движущиеся относительно друга поверхности параллельны (например, в плоском подпятнике), то гидродинамического давления в слое масла, противодействующего внешней нагрузке, не наблюдается. В этом слое можно создать только гидростатическое давление (соответствующий подшипник называется гидростатическим). 22

ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ Рис 16. 5. Образование несущего масляного слоя 23

ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ o Условия образования несущего масляного слоя в подшипнике аналогичны гидродинамическим процессам, возникающим между плоскостью и перемещающейся под некоторым углом к ней пластиной (рис. 16. 5). Поэтому в основу расчета радиального подшипника скольжения при жидкостном трении может быть положено уравнение Рейнольдса для плоского потока жидкости, определяющее изменение давления в нем при бесконечно большой ширине потока в направлении, перпендикулярном к скорости и движения пластины: o где μ - вязкость масла; υ — скорость; h — зазор в произвольном сечении с координатой х , h m — зазор в сечении с максимумом давления. 24

ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ o Для того чтобы определить равнодействующую F r давлений по всей поверхности несущего слоя, нужно знать распределение давления по ширине подшипника Обычно считают, что оно распределено либо по закону параболы, либо по закону косинуса После интегрирования и соответствующих преобразований получаем выражение 25

ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ o В этой формуле Ф р - коэффициент нагруженности , являющийся безразмерной функцией положения цапфы в подшипнике и границ зоны несущего масляного слоя, зависящей также от отношения l / d Полученное решение для F r связано с интегрированием трансцендентного подынтегрального выражения для ρφ , которое можно выполнить с помощью ЭВМ Значения Ф р для подшипников с различными углами охвата шипа вкладышем приводятся в таблицах 26

ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ o По формуле Ньютона удельное сопротивление вращению шипа для вязкой несжимаемой жидкости o Из этого выражения путем использования тех же допущений, которые были приняты при определении гидродинамической грузоподъемности подшипника, получают формулу для расчета силы сопротивления в подшипнике o где Фтр - характеристика трения, представляющая собой безразмерную функцию положения шипа в подшипнике, границ несущего слоя и отношения I/d 27