53 Твердые смазочные материалы.

Наиболее известным из короткого перечня твердых смазочных материалов является графит – темный минерал с жирным блеском, маслянистый на ощупь. Он встречается в природе, а также производится в электропечах. Синтезированный продукт не менее чем на 99% состоит из чистого углерода. В коллоидной форме, диспергированный в воде или масле, он применяется в особых случаях при очень высоких температурах. Основное достоинство графита, пожалуй, в том, что он образует прочные пленки на трущихся поверхностях, благодаря чему применяется в смеси с маслом при «обкатке» многих машин и механизмов, а также при обработке металлов.

К твердым смазочным материалам относится также сульфид молибдена, который применяется как сухое поверхностное покрытие и как добавка к маслам и консистентным смазкам. Его смазывающее действие обусловлено, по-видимому, слабыми связями между атомами серы и молибдена и взаимным скольжением слоев атомов серы и молибдена.

Из пластиковых твердых смазочных материалов наиболее известен политетрафторэтилен, называемый также тефлоном. Это весьма инертный материал с коэффициентом трения ок. 0,05. Если очень мелкие частицы тефлона диспергировать в фенольном полимере, а затем пульверизацией нанести на металлическую поверхность и подвергнуть отверждению, то получается прочное тефлоновое покрытие с малым коэффициентом трения, необычайно стойкое к износу и истиранию. Тефлон широко применяется в промышленности, а также как покрытие для кухонной посуды, не допускающее пригорания.

54 Шпиндельные узлы с опорами скольжения. Гидростатические подшипники.

Гидростатический подшипник явл-ся опорой жидкостного трения, в которой давление слоя смазочного материал создаётся за счёт внешних источников и не зависит от скорости вращения вала.

Радиальная нагрузка воспринимается в радиальных, а осевая в упорных гидростатических подшипниках.

Во втулке радиального подшипника изготавливают карман 2, в который масло от насоса подводится через радиальное отверстие, далее вытекает через перемычки 1 и по шейке вала. В карманах и в области перемычек возникают симметричные поля давления, удерживающие ненагруженный шпиндель в среднем положении с зазором между ними и втулкой.

Гидростатический упорный подшипник служит для восприятия осевых нагрузок, в нём масло через дроссель подводится к кольцевым канавкам на опорных поверхностях. На них могут быть выполнены также несколько независимых карманов. Конструкцию и эксплуатационные св-ва подшипников в значительной мере определяет дроссель. Благодаря ему обеспечивается стабильное положение оси шпинделя, хорошее демпфирование, независимость нагрузочной способности опоры и жёсткости.

На гидростатические подшипники устанавливают шпиндели шлифовальных, расточных и высокоточных токарно-винторезных станков. Применение таких опор наиболее целесообразно а тяжёлых станках

Гидростатические опоры обладают высокой жёсткостью. Благодаря слою смазочного материала погрешности изготовления вала и отверстия незначительно влияют на точность вращения шпинделя.

Однако при всех преимуществах гидростатич. подшипников для их работы приходится использовать сложные системы питания их маслом, требуются особые условия их эксплуатации. Масло для гидростатических подшипников выбирают по вязкости, от которой зависят потери на трение в подшипнике и в трубах. С целью предотвращения порчи поверхностей при поворачивании шпинделя без включенной гидросистемы втулки гидростатических подшипников выполняют биметаллическими.

Конструкции гидростатических опор.

Гидростатические опоры обеспечивают высокую точность вра­щения, обладают высокой демпфирующей способностью, что значи­тельно повышает виброустойчивость шпиндельного узла, имеют прак­тически неограниченную долговечность, высокую нагрузочную спо­собность при любой частоте вращения шпинделя. Гидростатические опоры могут быть использованы в качестве датчиков силы в системах адаптивного управления, в качестве приводов микроперемещений. Принцип действия гидростатического подшипника основан натом, что при прокачивании масла под давлением от внешнего источ­ника через зазоры (щели) между сопряженными поверхностями в за­зоре, образуется несущий масляный слой, исключающий непосред­ственный контакт поверхностей даже при невращающемся шпинделе (рис. 13.10).

Рис. 1.23. Гидростатические осевые а) и радиальные б) споры.

В радиальных подшипниках равномерно по окружности делают полости-карманы, куда через дроссели подается под давле­нием масло от источника питания (насоса). При приложении внешней нагрузки вал занимает эксцентричное положение, зазорыh в подшипнике перераспределяются, что приводит к увеличению давленияр масла в одних карманах и уменьшению в противоположных.Уравнивания давлений в карманах не происходит вследствие наличия дросселей на входе в каждый карман. Разность давлений создает результирующую силуF_c, воспринимающую внешнюю нагрузку. Отвод смазочного материала производится через торцы подшипника,иногда и через дренажные кана­вки, выполненные на перемы­чках между карманами.

Конструктивные параметры радиальных гидростатических подшипников выбирают в зави­симости от диаметра шейки шпинделя D, рассчитанного по формуле (1.14) для обеспечения требуемой жесткости шпиндель­ного узла или выбранного кон­структивно с учетом диаметров стандартного переднего конца шпинделя. При этом обычно длина подшипникаL = D, размеры перемычек, ограничи­вающих карманыl₀ = l_k = = 0,1D,диаметральный зазор= (0,0008…….0,001)D, мм. Число карманов, как пра­вило, принимают равным че­тырем. В качестве рабочихжидкостей применяют мине­ральные масла с вязкостью= {110)*10-³Па с; для вы­сокоскоростных шпинделей для уменьшения потерь на трение применяют масла с минимальной вязкостью, для повышения дем­пфирующей способности применяют солее вязкие масла. Параметры капиллярных или щелевыхдросселей, обеспечивающих ламинарное течение смазочного матери­ала, при малых эксцентриситетахе рассчитывают таким образом, чтобы выполнялось условиер_к = 0,5/?_н, гдер_к — давление в кар­мане; р_а — давление, создаваемое насосом. Параметры гидростати­ческих подшипников могут быть оптимизированы исходя из получе­ния максимальной жесткости или минимальных потерь на трение. Применение гидростатических опор требует сложной системы питания и сбора масла, что является их недостатком.

55 Шпиндельные Узлы с гидродинамическими опорами. Принцип работы подшипников.

Гидродинамическое смазывание. В гидродинамических подшипниках несущий масляный слой образуется при вращении вала. Масло затягивается в клиновой зазор между рабочими поверхностями вала и вкладыша , в результате появляется указанный слой. Избыточное давление р появляется в начале сужения зазора и заканчивается за точкой минимального зазора hmin в его расширяющейся части. Давление наибольшей величины возникает на некотором расстоянии перед точкой минимального зазора .По длине вала давление распределяется по закону, который близок к параболическому. Так как в подшипнике имеется один несущий слой, то его называют одноклиновым. Такие подшипники не обеспечивают достаточной жесткости и стабильного положения вала при больших скоростях скольжения и малых нагрузках. Поэтому в шпиндельных узлах их не применяют. Этих недостатков не имеют многоклиновые подшипники. Клиновой зазор в них создается за счет фасонного растачивания рабочих поверхностей вкладышей,упругого деформирования втулок или самоустановки вкладышей при вращении шпинделя. В многоклиновом подшипнике обеспечивается высокая жесткость несущих масляных слоев и, за счет этого, стабильность шпинделя при работе как под нагрузкой, так и без нее. В гидродинамических подшипниках используют минеральные масла вязкостью от 5 до 500 МПа·с. Работоспособность и надежность шпиндельных подшипников снижается из-за отклонений от параллельности поверхностей вала и вкладыша, обусловленных как погрешностью изготовления корпусных деталей или вкладышей, так и изгибными деформациями шпинделя под действием внешней нагрузки. Это вызывает неравномерное распределение давления по длине цапфы подшипника. У кромок вкладышей давления резко возрастают (кромочные давления), при этом толщина несущего масляного слоя уменьшается. Слой у кромок практически отсутствует, а трущиеся поверхности разделяет всего лишь тонкая пленка смазочного материала. При эксплуатации подшипника эта пленка быстро перегревается. В результате она теряет свои смазочные свойства. Это приводит к появлению контакта трущихся поверхностей и вызывает их износ и схватывание. Предотвращение кромочных давлений обеспечивается самоустановкой вклады­шей в плоскости оси вращения шпинделя.

Рис.4.24. Схемы гидродинамических подшипников: а - одноклинового; б-многоклинового; F— нагрузка на вал; V— скорость вращения; D - диаметр подшипника; е - смещение вала; h0,h1,L- параметры клинообразного зазора