5.2. Подшипники
Подшипники обеспечивают валам заданное положение и возможность вращения в заданном направлении, с заданной скоростью и нагрузкой при минимальных потерях на трение.
В зависимости от вида трения подшипники делятся на подшипники скольжения и подшипники качения.
В зависимости от воспринимаемой нагрузки подшипники бывают:
радиальные – воспринимающие радиальные нагрузки (перпендикулярные оси цапфы);
упорные – воспринимающие осевые силы;
радиально-упорные – воспринимающие комбинированную нагрузку, включающую как радиальные, так и осевые силы.
Опора с упорным подшипником называется подпятником.
5.2.1. Подшипники скольжения
Классификация подшипников скольжения
По конструкции подшипники скольжения подразделяют на разъемные и неразъемные (рис. 5.5, а, б).
Рис. 5.5. Типы подшипников скольжения:
а – в – радиальные; г – упорный; 1 – корпус; 2 – вкладыш;
3 – смазывающее устройство; 4 – отверстие для подвода смазки
По направлению воспринимаемых нагрузок подшипники скольжения разделяют на радиальные, воспринимающие нагрузки, перпендикулярные оси вала (рис. 5.5, а – в) и упорные – для восприятия нагрузок вдоль оси вала (подпятник, рис. 5.5, г); иногда подшипники могут воспринимать сочетание радиальной и осевой нагрузок.
Подшипники скольжения состоят из корпуса 1 (см. рис. 5.5), вкладышей 2 и смазывающих устройств 3.
Основным элементом подшипника является вкладыш.
Области применения
Подшипники скольжения применяются в основном:
– для валов больших диаметров;
– для высокоскоростных валов;
– для валов, работающих в условиях ударов и вибраций, в агрессивных средах;
– для коленчатых валов;
– в бытовой технике.
Подшипники скольжения применяются в большинстве поршневых машин, турбинах, скоростных центрифугах, в прецизионных устройствах, а также в виде простейших втулок с пластичной смазкой для тихоходных валов.
Достоинства подшипников скольжения:
высокая надежность при переменных и динамических нагрузках;
нормальная работа при высоких скоростях вращения;
бесшумная работа;
сравнительно малые радиальные размеры;
разъемные подшипники облегчают монтаж, допускают установку на шейки коленчатых (непрямых) валов.
Основные недостатки подшипников скольжения:
высокие требования к наличию смазочного материала, большой расход смазочного материала;
сравнительно большие осевые размеры;
значительные потери на трение, низкий КПД.
Материалы
Материалы вкладышей должны иметь низкий коэффициент трения, высокую теплопроводность, достаточную износостойкость и сопротивляемость заеданию, высокую сопротивляемость хрупкому и усталостному разрушениям.
Металлические вкладыши изготовляют из бронз, баббитов, алюминиевых сплавов и антифрикционных чугунов. Применяют металлокерамические вкладыши, пористые, насыщаемые парами масла и способные долго работать без подвода смазочного материала.
Виды смазки. Смазывание подшипников
Для нормальной работы важно создать надежное смазывание подшипников.
При неподвижном вале на поверхности цапфы и вкладыша должна сохраняться пленка смазочного материала; работа подшипника в этот момент происходит в условиях граничной смазки.
Вращающийся вал втягивает смазочный материал между цапфой и вкладышем и создает гидродинамическую подъемную силу, вал всплывает с увеличением скорости. Толщина масляной пленки увеличивается, условия смазывания улучшаются. Работа подшипника в этом случае происходит в режиме полужидкой смазки.
Граничная и полужидкая смазка – несовершенная смазка.
При дальнейшем возрастании скорости слой масла увеличивается и полностью перекрывает неровности поверхностей трения – возникает жидкостная смазка. Трение в этом случае минимальное, а изнашивание и заедание отсутствуют. Такой вид смазывания называют гидродинамическим.
Смазочные материалы бывают жидкими, пластичными, твердыми.
Для подвода смазочного материала к поверхностям скольжения во втулках и вкладышах выполняют отверстия 4 (см. рис. 5.5), связанные с осевыми и кольцевыми канавками. Смазочный материал может подводиться в подшипник принудительно (под давлением), самотеком и с помощью специальных приспособлений.
КПД одной пары подшипников скольжения 0,96 ... 0,98.
Виды разрушений и критерии работоспособности подшипников скольжения
Критерием работоспособности подшипников скольжения является износостойкость – сопротивление изнашиванию и заеданию.
Заедание возникает при перегреве подшипника: снижается вязкость масла; масляная пленка местами разрывается; возникает металлический контакт; образуются мостики микросварки; вырываются частицы материала.
Расчет подшипников скольжения
Расчет подшипников скольжения проводят по двум показателям: среднему давлению между трущимися поверхностями р и произведению рυ.
Расчет по среднему давлению обеспечивает износостойкость:
,
(5.18)
где Fr – реакция в опоре;
d – диаметр цапфы;
l – длина цапфы (см. рис. 5.5, б);
[р] – допускаемое давление на поверхности трения.
Важно оптимальное соотношение l/d которое для большинства стационарных машин составляет 0,6 … 0,9, а вообще может быть от 0,3 до 1,5.
Расчет на нагрев и отсутствие заедания:
pυ ≤ [pυ], (5.19)
где υ – окружная скорость шейки вала или оси.