Глава 4.3. Подшипники скольжения

Цель – изучение конструкции и области применения подшипников скольжения, выбор конструктивных схем, типы подшипников в зависимости от воспринимаемой нагрузки и принципа действия (гидродинамический и гидростатический), уяснение методов расчета при полужидкостном и жидкостном трении.

Подшипники скольжения применяют для валов и осей, требующих точной установки, а также для валов большого диаметра, если отсутствуют подходящие по размеру подшипники качения. Подшипник скольжения состоит из корпуса, вкладышей, смазывающих и защитных устройств (рис. 4.5). В подшипниках скольжения опорный участок вала (цапфа) скользит по внутренней поверхности втулки. Для облегчения монтажа корпус подшипника иногда выполняют разъемным. К недостаткам подшипников скольжения относятся: повышенный пусковой момент вследствие увеличения коэффициента трения покоя, наличие устройства для подвода масла, что усложняет конструкцию опоры, ограниченная рабочая температура (не превышает 150°С) из-за падения вязкости масла.

Корпус подшипника обычно делают из чугуна цельным или разъемным. Цельный корпус проще в изготовлении и жестче, чем разъемный. В разъемных корпусах, облегчается монтаж вала и регулирование зазоров в подшипнике за счет взаимного сближения крышки и корпуса. Валы устанавливают в подшипниках по посадкам: , , , .

Вкладыш изготавливают из антифрикционных материалов - баббитов и свинцовистых бронз, которые наплавлены на стальную или чугунную основу. Вкладыши из оловянных или алюминиевых бронз выполняют целиковыми.

а

б

Рис. 4.5. Подшипники скольжения с неразъемным – а и разъемным – б корпусом

Вкладыши устанавливают в корпус с натягом, используя следующие виды посадок , , и предохраняют от проворачивания установочными штифтами.

Подшипник скольжения, предназначенный для восприятия осевых нагрузок, содержит пяту и подпятник . Для создания в подпятниках клинового зазора смазочные канавки выполняют к форме сегмента (рис. 4.6).

Рис. 4.6. Упорные подшипники скольжения

Смазку в подшипник подают самотеком с использованием, например, фитильных, капельных масленок и пресс-масленок, а также под давлением от плунжерных или шестереночных насосов.

Избыточное давление в зазоре между цапфой и вкладышем может создаваться при вращении цапфы (гидродинамическая смазка) или внешним насосом (гидростатическая смазка).

Наибольшее распространение получили подшипники с гидродинамической смазкой. Вращающийся вал под действием радиальной нагрузки занимает во вкладыше эксцентричное положение (рис. 4.7.).

Смазка увлекается в образовавшийся клиновой зазор и создает гидродинамическое давление, которое поднимает вал и обеспечивает жидкостное трение. По длине подшипника давление изменяется по параболе, снижаясь до нуля у его концов. Гидродинамическую смазку можно обеспечить в широком диапазоне скоростей, кроме очень тихоходных и тяжелонагруженных валов. В этом случае в опорах используют гидростатические подшипники, в которых несущий масляный слой создают путем подвода масла под цапфу от насоса (рис. 4.8). Давление подбирают таким, чтобы цапфа всплыла в масле. Коэффициент трения при этом близок к нулю и износ практически отсутствует.

Рис. 4.7. Схема гидродинамического подшипника

Рассмотрим основные критерии работоспособности и последовательность расчета подшипников скольжения.

Критериями работоспособности подшипников скольжения являются износостойкость и сопротивление усталостному разрушению при пульсирующей нагрузке.

Рис. 4.8. Схема гидростатического подшипника

В зависимости от режима работы подшипника в нем возникает полужидкостное или жидкостное трение. При жидкостном трении рабочие поверхности вала и вкладыша разделены слоем смазки, толщина h которого больше суммы высот R_Z шероховатостей поверхностей: .

Сопротивление движению в этом случае определяется только внутренним трением в смазочной жидкости и коэффициент трения равен f = 0,001…0,005.

При полужидкостном трении возникает жидкостное и граничное трение на рабочих поверхностях. Граничным называют такое трение, при котором рабочие поверхности покрыты тончайшей пленкой смазки, образовавшейся в результате действия молекулярных сил и химических реакций молекул смазки и материала вкладыша. В местах повышенного давления со стороны цапфы эти пленки разрушаются и происходит соприкосновение поверхностей цапфы и вкладыша, их схватывание и отрыв частиц. Полужидкостное трение сопровождается износом трущихся поверхностей даже без попадания абразивных частиц между валом и втулкой.

Расчет подшипников производят по допускаемому давлению между цапфой и вкладышем и по произведению этого давления на окружную скорость скольжения –V. Давление P в подшипнике определяют как отношение действующего радиального усилия F_r к проекции цапфы на плоскость и сравнивают с допускаемым давлением [P], определяемым из соотношения:

,

где d, l – диаметр и длина цапфы.

Расчет по произведению давления на окружную скорость вала проводят для подшипников средней быстроходности по формуле PV  [PV].

Допускаемые значения [P] и [PV] для некоторых материалов приведены в справочниках.

Контрольные вопросы

1. Какие конструктивные типы подшипников скольжения существуют?

2. Какие достоинства и недостатки имеют подшипники скольжения и в каких областях машиностроения они применяются?

3. Как различают подшипники скольжения по принципу действия?

4. Из каких конструктивных элементов состоит подшипник скольжения?

5. Какова особенность подшипника с самоустанавливающимися вкладышами?

6. Какие виды смазки применяют в подшипниках скольжения?

7. Какие материалы применяют при изготовлении вкладышей?

8. Какие смазочные материалы и в каких случаях применяют в подшипниках скольжения?

9. Какие виды разрушений встречаются в подшипниках скольжения?

10. Каким образом осуществляется подвод смазки в гидростатических подшипниках?