Глава 26

ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ

§ 1. Общие сведения

Подшипник скольжения (рис. 26.1, а) является па­рой вращения, состоящей из опорного участка вала (цапфы) / и собственно подшипника 2, в котором скользит цапфа.

В качестве опор валов и вращающихся осей подшипники скольжения используются в конструкциях, в которых при­менение подшипников качения затруднено или недопустимо по конструктивным соображениям (вибрационные и ударные нагрузки, разъемные подшипники и т. д.) и эксплуатацион­ным (высоко- и низкооборотные валы, агрессивная среда и др.), а также из-за отсутствия стандартных подшипников (миниатюрные и крупные валы диаметром свыше 1 м и т. д.).

Надежность работы подшипников в значительной мере определяет работоспособность и долговечность машин.

По воспринимаемой нагрузке различают:

Рис. 26.1. Схемы подшипников сколь­жения

а)радиальные подшипники, воспринимающие радиальную нагрузку (рис. 26.1, а);

б)упорные подшипники, воспринимающие осевые силы (рис. 26.1,6);

а)

в)радиально-упорные под­ шипники, воспринимающие ра­ диальные и осевые нагрузки; обычно их функции выполняют

совмещенные с радиальными (см.упорные подшипники,рис.26.1, б).

Цапфу, передающую радиальную нагрузку, называют ши­пом при расположении ее в конце вала, и шейкой, если она находится в середине вала. Цапфу, передающую осевую нагрузку, называют пятой, а подшипник подпятником.

Форма рабочей поверхности подшипников и цапф может быть не только цилиндрической, но и конической, и ша­ровой. Конические и шаровые подшипники применяются редко.

§ 2. Особенности работы подшипников

Условия работы подшипников зависят от характера контакта цапфы с подшипником, определяемого преимущест­венно наличием и типом смазочного материала (фазой про­межуточного тела: твердой, жидкой, газообразной), дейст­вующей нагрузкой, частотой вращения цапфы и состоянием (физико-механическими характеристиками) контактирующих поверхностей.

Подшипники с непосредственным контактом поверхностей трения используют редко. Основное применение имеют под­шипники с контактом поверхностей через слой масла.

В зависимости от толщины слоя смазочного материала различают жидкостное и полужидкостное трение.

При жидкостном трении поверхности цапфы и подшипника разделены слоем смазочного материала толщиной

h > Rz_ц + Rz_п (26.)

где Rz_ц и Rz_n — высота микронеровностей поверхностей цап­фы и подшипника, мкм.

Так как непосредственный контакт отсутствует, то трение (сопротивление движению) в подшипнике определяется за­конами гидродинамики. Коэффициент жидкостного трения не превышает 0,005, и износ практически отсутствует.

При полужидкостном трении условие (26.1) не выполняет­ся. Вершины микронеровностей будут контактировать через пленку смазочного материала или непосредственно. Сопро­тивление движению в этом случае зависит как от качества смазочного материала, так и от материала трущихся по­верхностей. Коэффициент полужидкостного трения для под­шипников из распространенных антифрикционных материалов может достигать 0,1.

Полужидкостное трение сопровождается изнашиванием кон­тактирующих поверхностей.

Существенно, что в одном и том же подшипнике (при неизменном смазочном материале) с изменением частоты вра­щения (или нагрузки) полужидкостное трение сменяется жид­костным и наоборот. Исследования условий работы подшип­ников скольжения показали, что при неизменной радиальной нагрузке и малой частоте вращения вала смазочный мате­риал вытесняется из зоны контакта (рис. 26.2, а) и устанавли­вается режим полужидкостного трения. На этом режиме экс­центриситет е цапфы и подшипника максимальный:

где d_n и d — диаметры подшипника и цапфы; б - диа­метральный зазор в подшипнике.

По мере увеличения частоты вращения происходит сни­жение (до некоторого минимального значения) коэффициента

Гиг. 26.2. К гидродинамическому расчету подшипников

Рис. 26.3. Зависимость коэффициента трения в подшипнике скольжения от угло-вой скорости цапфы

(зона 1 — область полужидкостного трения; зона 2 — область жидкостного

трения)

трения в подшипнике f = M_T/(F_rr), где М_т — момент трения в подшипнике при действии радиальной силы F_r; r — радиус

вала (рис. 26.3).

Начиная с некоторой угловой скорости w = w_кр, при которой коэффициент трения f = f_min, вал отходит от подшипника («всплывает»), занимая новое положение (см. рис. 26.2, б) с меньшим эксцентриситетом цапфы и подшипника. После­дующее увеличение угловой скорости, уменьшая эксцент­риситет, приводит к увеличению коэффициента трения (см. рис. 26.3). Нарастающее гидродинамическое давление удер­живает вал на «масляном клине» (см. рис. 26.2, б, на кото­ром показан зазор клиновидной формы между цапфой и подшипником и распределение давлений в этом зазоре). Наи­меньший зазор между цапфой и подшипником

где =^2е/

Механика взаимодействия цапфы подшипника через слой масла рассматривается в гидродинамической теории трения. Установлено, что в подшипнике с заданной геометрией тол­щина масляного слоя в клиновом зазоре возрастает с уве­личением вязкости смазочного материала и угловой скорости цапфы. Толщина слоя уменьшается с увеличением нагрузки.

Механика взаимодействия цапфы подшипника через слой масла рассматривается в гидродинамической теории трения. Установлено, что в подшипнике с заданной геометрией тол­щина масляного слоя в клиновом зазоре возрастает с уве­личением вязкости смазочного материала и угловой скорости цапфы. Толщина слоя уменьшается с увеличением нагрузки.