Всего на сайте:
210 тыс. 306 статей

Главная | Механика

НА ПОДШИПНИКАХ СКОЛЬЖЕНИЯ  Просмотрен 4406

1. Режимы работы подшипников скольжения.Подшипник скольжения является парой вращения. Он состоит (рис.1) из опорного участка вала 1 и собственно подшипника 2, в котором скользит вал. Если опорный участок вала расположен на его конце, то, в случае радиальной нагрузки, он называется цапфой, а при осевой нагрузке – подпятником.Если опорный участок вала расположен на пролете, то он называется шейкой.

Подшипники скольжения имеют следующие преимущества перед подшипниками качения:

  • надежность работы при ударных и вибрационных нагрузках;
  • работоспособность при высокой частоте вращения вала;
  • работоспособность в широком интервале температур;
  • способность работать без смазки (при применении определенных материалов);
  • возможность работы в воде и агрессивных средах;
  • бесшумность работы.

 

 

Режим работы подшипника скольжения зависит от величины и характера нагрузки, скорости скольжения, типа смазки, материалов поверхностей трения и др. При очень маленьких скоростях скольжения (до 0,01 м/с) трущиеся поверхности в подшипнике касаются друг друга и при отсутствии смазки возникает эффект сухого трения. Сопротивление вращению в этом случае определяется только коэффициентом трения

трущихся поверхностей.

Если нагрузка такова, что выдавливается не вся смазка и в зоне контакта рабочие поверхности подшипника покрыты тончайшим слоем (до 0,1 мкм) масла, трение называется граничным. При таком трении в зонах, где микронеровности вала касаются внутренней поверхности подшипника, происходит схватывание материалов и отрыв микрочастиц. Это приводит к износу трущихся поверхностей, но значительно меньшему, чем при сухом трении.

С увеличением скорости скольжения при наличии смазки вращающийся вал увлекает за собой смазочный материал в клиновой зазор между трущимися поверхностями. Создается гидродинамическая подъемная сила, уменьшающая контактные напряжения, но вал еще не полностью взвешен в смазке. Этот вид трения называется полужидкостным, поскольку одновременно существуют и жидкостное, и граничное трение. Сопротивление вращению вала в этом случае меньше, чем при граничном или сухом трении и зависит уже не только от материалов трущихся поверхностей, но и от качества смазки. Коэффициент полужидкостного трения для распространенных подшипниковых материалов равен 0,008…0,1.

Дальнейшее увеличение скорости скольжения приводит к росту гидродинамической подъемной силы и шейка вала всплывает.

Толщина масляного слоя возрастает, и рабочие поверхности вала уже не соприкасаются одна с другой. Такой вид трения называется жидкостным. Он обеспечивает высокую износостойкость, сопротивление заеданию и высокий КПД подшипника. В таких условиях работают, например, подшипники коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания.

Кроме названных видов трения используются также подшипники скольжения с газовой смазкой.

Подшипники скольжения большинства сельскохозяйственных машин работают при недостаточной смазке, малой скорости скольжения (» 0,05 м/с) и большой удельной нагрузке. Их режимы соответствуют су граничному или даже сухому трению.

По виду воспринимаемой нагрузки подшипники скольжения подразделяются на:

радиальные – воспринимают только радиальные нагрузки (рис. 1,а,б);

упорные - воспринимают осевые силы (рис. 1,в,г);

радиально-упорные – воспринимают радиальные и осевые нагрузки (рис. 1,в).

 

2. Материалы подшипников скольжения.Работоспособность подшипника скольжения определяется, как правило, твердостью шеек валов. Поэтому применяют в основном стальные валы с закаленными шейками.

Подшипниковые материалы должны удовлетворять комплексным требованиям:

· низкий коэффициент трения в паре со стальной шейкой;

· износостойкость;

· высокое сопротивление усталости.

Первому требованию удовлетворяют антифрикционные металлические, металлокерамические и некоторые неметаллические материалы. Рассмотрим их по порядку.

К металлическим материалам, применяемым в подшипниках сельхозмашин, относятся антифрикционный чугун, бронзы и цинковые сплавы.

Антифрикционный чугун применяют в тихоходных, умеренно нагруженных подшипниках с постоянной смазкой. Допустимые удельные давления [p] на рабочую поверхность подшипника зависят от окружной скорости шейки вала и марки чугуна. Для назначения [p] можно воспользоваться рекомендациями следующей таблицы.

Таблица 1.

  Марка чугуна Твердость НВ Допустимый режим работы   
[p], МПа v, м/с [p×v], МПа×м/с   
АСЧ-1*   АСЧ-2*   АСЧ-3   АЧК-2 180…240   190…229   160…191   167…197 0,05 9,0 0,1 6,0 0,1 6,0 0,5 12,0 2,0 0,2 3,0 0,75 3,0 0,75 5,0 1,0 0,1 1,8 0,3 4,5 0,3 4,5 2,5 12,0

Примечания: * - термообработка вала – закалка или нормализация;

Предельные значения [p] и v не относятся к режиму жидкостного трения.

 

Для обеспечения износостойкости шеек вала рекомендуется выбирать марку чугуна для подшипника так, чтобы его твердость была на 20…40 НВ меньше твердости цапфы.

Бронзы обладают наилучшими антифрикционными свойствами. Их широко применяют для изготовления вкладышей опор, несущих спокойную нагрузку при высоких скоростях скольжения. Но бронзы дороги и по механической прочности уступают чугунам. Наиболее прочны алюминиевые бронзы, содержащие железо. Свинцовистые бронзы характеризуются высокой ударной вязкостью, поэтому вкладыши из таких бронз применяют при значительных знакопеременных и ударных нагрузках.

При выборе бронз для подшипниковых вкладышей можно пользоваться следующими рекомендациями.

 

Таблица 2.

  Марка бронзы Допустимый режим работы   Область применения   
[p], МПа v, м/с [p×v], МПа×м/с   
Бр.О10Ф1 Бр.О4Ц4С17 Бр.АЖС-4л Бр.АЖС7-1,5-1,5   Бр.С-30         Подшипники машин при постоянной нагрузке Подшипники скольжения редукторов, транспортеров, центробежных насосов Подшипники машин при переменной и ударной нагрузке

 

В дизельных тракторных двигателях в последние годы широко применяют безоловянистые алюминиевые подшипниковые сплавы типа АСМ. Они имеют отличные антифрикционные свойства, но при высоких скоростях скольжения склонны к задирам, чувствительны к загрязнению смазки, а также имеют повышенный коэффициент теплового расширения.

 

Алюминиево-оловянистые и цинковые сплавы. Такие сплавы используют в последние годы в двигателях тяжелых тракторов. Это сплавы А09-2, А09-2Б (литье, биметалл) и А09-1, А020-1 (прокат, биметалл). Они замечательны тем, что обладают повышенным сопротивлением усталости и способны в условиях масляного голодания образовывать на поверхностях шеек защитную пленку из олова. Из цинковых подшипниковых сплавов наиболее распространены ЦАМ10-5 (10% алюминия, 5% меди, остальное – цинк) и ЦАМ9-1,5. Из применяют вместо более дорогостоящих баббитов и бронз.

Металлокерамические подшипники скольжения изготавливают из порошков путем прессования и спекания в защитном газе. Наиболее широко используют железографитовые вкладыши, содержащие 3% графита. Это самосмазывающиеся подшипники. Из устанавливают на тихоходных валах в труднодоступных местах для смазки. Они накапливают смазку в порах при установке и в течение длительного времени не требуют смазки.

 

Неметаллические материалы – это пластмассы, прессованная древесина, твердые породы дерева, резина. Из пластмасс в подшипниках используются металлофторопласт, текстолит, полиамид и капрон.

Подшипники из металлофторопласта применяют в узлах сухого трения. Они допускают большие удельные давления – до 350 МПа, могут работать в широком интервале температур – от -200 до +280 градусов С. Но с повышением температуры их нагрузочная способность постепенно снижается и при 280°С составляет примерно половину указанной. Минимальным трением обладают такие подшипники, у которых низки скорость скольжения и удельное давление.

Подшипники из текстолита работают при температуре не выше 80°С. При смазке водой допускаются удельные давления до 35 МПа, а при смазке маслом – до 15 МПа.

Полиамидные подшипники изготавливают литьем под давлением. Допускаемые удельные давления порядка 15 МПа, а рабочая температура – до 100°С при смазке минеральным маслом.

Капрон применяют при удельных давлениях до 10 МПа, скорости до 4 м/с и температуре до 120°С.

Подшипники из пластмасс применяют при работе в пыльной среде, в основном, при возвратно-поступательном движении. Их недостатки: разбухание в воде, малая теплопроводность, большая податливость. Для устранения этих недостатков применяют металлические вкладыши, покрытые слоем пластмассы.

Древесно-слоистые пластики и древесину применяют в некоторых узлах сельхозмашин, например, в полово- и соломонабивателях зерноуборочных комбайнов. Допустимое удельное давление – до 35 МПа.

 

3. Конструкции подшипников скольжения.Подшипник скольжения состоит из двух основных частей: корпуса и вкладыша (подшипниковой втулки), в котором скользит цапфа. Применение вкладышей позволяет изготавливать корпусные детали из дешевых материалов, а также облегчает ремонт подшипника. В малогабаритных и неответственных подшипниках вкладыши иногда отсутствуют. Их роль в этом случае выполняет корпус (рис. 2,а,б).

 

В приборах и не силовых передачах для подшипников скольжения применяют конструкции, показанные на рис. 2. Оси, поддерживающие вращающиеся детали, устанавливают обычно в двух подшипниках (рис. 2,а). Если в качестве корпусной детали используется жесткая плита, то обходятся одним подшипником (рис. 2,б,в). В случае подвижной оси длина цапфы должна быть равна 5…6 диаметров и в средней части вкладыша выполняют выточку (рис. 2,в).

Находят применение также опоры на центрах (г) и опоры на кернах (д). Для уменьшения трения в опорах на центрах принимают угол 2a = 60°. Цапфы таких опор изготавливают из сталей У8А, У12А и др. с закалкой до 50…60 HRC, а также из латуни ЛАЖ60-1-1 и оловянных бронз. Втулки подшипников изготавливают в таких устройствах из тех же сталей и сплавов, а также из агата. Керны изготавливают в форме цилиндрических осей диаметром 0,25…2 мм, их конические концы закругляют по сфере радиусом 0,01…0,02 мм. Подшипники или подпятники под керны выполняют с втулками из камня с радиусом сферы 0,01…1 мм.

Для удобства сборки или разборки, а также возможности регулировки зазоров используют винты, фиксируемые гайкой. Для компенсации износа и температурных деформаций один из подшипников поджимают пружиной (рис. 2,г).

 

При больших нагрузках, возникающих в узлах машин и механизмов, применяют конструкции опор скольжения, типа изображенной на рис. 3. Это так называемые автономные опоры. Они изготавливаются по стандартам в разъемном (как на рис. 3,а) или неразъемном корпусе. На позициях б…г на рис. 3 показаны конструкции

Разъемный стандартный подшипник состоит из корпуса 1, крышки 2, вкладыша 3, крепежных болтов с гайками 4 и масленки 5. Разъем вкладыша делают по его диаметру, а разъем корпуса – ступенчатым. Уступ в ступенчатом разъеме препятствует поперечному сдвигу крышки относительно корпуса подшипника. Разъем вкладыша должен лежать в плоскости, перпендикулярной радиальной нагрузке. Смазывание подшипников осуществляют в таких опорах с помощью колпачковых или капельных масленок.

Подшипники с неразъемным корпусом выглядят так же, как и разъемные, но разрез отсутствует. Понятно, что вкладыш в этом случае представляет собой цилиндрическую разрезанную по образующей или неразрезанную втулку. Такие подшипники просты и дешевы, но сложны в монтаже и не допускают регулировки зазора. Их чаще всего применяют в малоответственных тихоходных конструкциях.

 

4. Расчет подшипников скольжения. Подшипники скольжения опор валов в сельскохозяйственных машинах работают в условиях граничного и сухого трения. Для обеспечения их долговечности выполняют два вида расчета.

4.1. Расчет по допускаемому удельному давлению состоит в проверке условия

 

, (1)

 

где – радиальная нагрузка на подшипник, Н;

l – длина цапфы, мм;

d – диаметр шейки вала, мм.

 

4.2. Расчет по произведению удельного давления на скорость скольжения выполняют по формуле

 

, (2)

 

причем

м/с, (3)

 

а п – частота вращения вала, об/мин. Этот расчет выполняют обычно как проверочный, т.к. диаметр шейки вала находят из расчета на выносливость, а длину подшипника назначают конструктивно. Но можно также не задаваться длиной цапфы (или шейки), а при выбранном материале подшипника определить l из формулы (1):

. (4)

 

Величины и в формулах (1)–(4) выбирают из таблиц 1 и 2 (см. выше).

Полученную длину сравнивают с рекомендуемой, а именно: практикой проектирования установлено, что . С ростом d отношение уменьшается, т.е. чем длиннее шейка вала, тем больше неравномерность распределения нагрузки по ее длине и выше местный износ втулки или вкладыша на краях. Подшипники с можно применять для увеличения жесткости вала.

 

5. Смазочные материалы.Для смазки подшипников скольжения, работающих при удельном давлении более 10 МПа и скорости скольжения менее 3 м/с используют антифрикционные пластичные смазочные материалы, приводимые в табл. 3.

 

Таблица 3.

Марка, ГОСТ (ТУ) Интервал рабочих температур Характеристика
Солидол: синтетический, ГОСТ 4366-76*   жировой, ГОСТ 1033-79*   Литол-24, ТУ 21150-75   Униол-1, ТУ 201150-78   ЦИАТИМ-202, ГОСТ 6267-74*   -20…65   -25…65   -40…130     -40…150     -60…90     Общего назначения, постепенно замещаемые   Многоцелевая (основная) смазка   Термостойкая, комплексная, широкого применения   Морозостойкая, общего назначения

 

По составу различают смазочные материалы на кальциевой основе (солидолы, характеризующиеся водостойкостью, но низкой термостойкостью); на натриевой или натрий-кальциевой основе (консталины, термостойкие, но растворимые в воде) и комплексные кальциевые (униолы, литолы и др., термо- и водостойкие).

Для подшипников, работающих в любом режиме трения – от жидкостного до граничного , служат жидкие минеральные и синтетические индустриальные масла, имеющие в обозначении литеру И.

По назначению индустриальные масла делятся на четыре группы, обозначаемые второй литерой:

Л– для легконагруженных подшипников;

Г– для гидравлических машин;

Н– для направляющих подшипников скольжения;

Т – для тяжелонагруженных подшипников (зубчатые передачи).

 

По эксплуатационным свойствам и составу индустриальные масла делят на пять подгрупп, обозначаемых третьей литерой:

А– без присадок;

В- с антиокислительными и антикоррозионными присадками;

С, Д,Е– дополнительно с противоизносными, противозадирными и противоскачковыми присадками.

Классы кинематической вязкости масел (в сантистоксах ) при температуре 40°С следующие: 2, 3, 5, 7, 10, 15, 22, 32, 46, 68, 100, 150, 220, 320, 460, 680, 1000, 1500. Наиболее применимы следующие индустриальные масла (в скобках – классы вязкости): И-Л-А(7;10;22); И-Г-А(32;46;68); И-Л-С(3;5;10;22); И-Г-С(32;46;68;100;150;220); И-Г-В(46;68); И-Н-Е(68;100;220); И-Г-Н-Е(32;68); И-Т-С(320); И-Т-Д(68;100;220;460;680).

 

Предыдущая статья:ЛЕКЦИЯ 8. ПОДШИПНИКИ КАЧЕНИЯ Следующая статья:ЛЕКЦИЯ 10. СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ И УЗЛОВ МАШИН
page speed (0.0145 sec, direct)