ВИДИ РУЙНУВАНЬ І РОЗРАХУНОК ПІДШИПНИКІВ КОЧЕННЯ НА ДОВГОВІЧНІСТЬ

Під­шипники кочення втрачають свою роботоздатність внаслідок руйну­вання їхніх деталей, яке проявляється в різних формах.

Втомне викришування робочих повер­хонь відбувається в результаті дії циклічно змінних контактних напружень на бігових доріжках кілець і спостерігається у довгочасно працюючих у нормальних умовах підшипників. Здебільшого викришу­вання починається на доріжках кочення найбільш напружених кілець: у більшості підшипників – на внутрішніх, а у сферичних – на зов­нішніх кільцях

Спрацьовування кілець та тіл кочення спостерігається при недостатньому захисті підшипників від впливу зовнішнього абразивного середовища. Спрацьовування підшипників можна зменшити, забезпечивши достатнє змащування та використо­вуючи надійні конструкції ущільнень.

Руйнування кілець підшипника та тіл кочення пов'язане з ударними перевантаженнями, неправильним монтажем опори, який може спричинити перекоси кілець і заклиню­вання підшипника.

Руйнування сепараторів – результат дії відцент­рових сил та навантаження сепаратора з боку тіл кочення.

Залишкові деформації на бігових доріж­ках кілець виникають внаслідок динамічних та ударних наван­тажень у формі місцевих ямок та вм'ятин Спостерігаються у важко навантажених тихохідних підшипниках.

Розрахунок підшипників кочення базують на двох критеріях – за умовою запобігання появі залишкових деформацій (розрахунок на статичну вантажність) і за умовою запо­бігання появі ознак втомного руйнування робочих поверхонь протягом розрахункового строку служби (розрахунок на динамічну вантаж­ність).

Конструювання та матеріали підшипників ковзання. Змащування підшипників

У найпростішому вигляді (рис. 33.1, а) підшипник ковзання склада­ється з корпусу 1 та вкладиша 2, який розміщується і фіксується у корпусі. Взаємодія опорної цапфи вала з підшипником відбувається через вкладиш та шар мастила між їхніми поверхнями. Для подачі мастила у корпусі і у вкладиші підшипника передбачається спеціальний отвір. Підшипник ковзан­ня рис.33.1,а є жорст­ким нероз'ємним підшипником.

Конструкції роз'ємного підшипника ков­зання рис.33.1,б складається з корпусу 1, кришки 2 та вкладиша З. Кришка до корпусу кріпиться за допо­могою болтів. Роз'ємні підшипники зруч­ні при монтажі валів та осей і допускають регулю­вання зазорів у підшипни­ку зближенням кришки і корпусу. Тому переважне застосування мають роз'єм­ні підшипники ковзання. Для правильної роботи підшипника площина його роз'єму повинна бути виконаною перпендикулярно до напряму навантаження, яке сприймає підшипник. Щоб усунути бокові зміщення кришки щодо корпусу, площину роз'єму підшипника здебільшого слід виконувати ступінчастою.

Якщо виникають значні прогини валів або неможливо виконати точний монтаж, то використовують самоустановні підшипники ковзан­ня (рис. 33.1, в). Корпус такого підшипника має сферичну опорну поверхню, яка дозволяє самовстановлюватись підшипнику у межах кута γ = 7...8°.

Застосування самоустановних підшипників дозволяє забезпечити рівномірне навантаження вкладиша по його довжині. Конструкції підшипників ковзання здатні сприймати тільки радіальне навантаження. Існують також підшипники ковзан­ня, які призначені для сприймання осьового або осьового та радіаль­ного навантаження одночасно (рис. 33.1, г). Підшипники ковзання, що сприймають осьове навантаження, називають підп'ятниками, а елементи валів, що працюють у таких підшипниках, називають п'ята­ми. На рис 33.1, г підп'ятник 1 сприймає осьове навантаження з боку вала і повинен бути зафіксованим від обертання у корпусі 2 підшип­ника. Вкладиш 3 сприймає тільки радіальне навантаження.

Основними розмірами підшипників ковзання (рис. 33.1) є поса­дочний діаметр підшипника d та його довжина l. Здебільшого підшип­ники ковзання виготовляють із співвідношенням l/d = 0,5...1. Вузькі підшипники (l/d < 0,5) мають низьку вантажність і слабо утримують мастило. Довгі підшипники (l/d > 1) вимагають підвищеної жорст­кості валів та точності їхнього монтажу. Товщина стінки суцільного вкладиша Δ = (0,1···0,2) d.

Згідно з гідродинамічною теорією змащування рідинне тертя у підшипнику ковзання може розвиватись тільки в зазорі, що звужу­ється в напрямі відносної швидкості цапфи вала. Такий зазор нази­вають клиновим.

У радіальних підшипниках ковзання клинова форма зазора вла­стива самій конструкції підшипника. Вона утворюється за рахунок зміщення центрів цапфи вала і вкладиша (рис. 33.2, а). Однак тут центрування вала може бути недостатнім, а при високих швидкостях обертання можливе виникнення вібрацій вала.

У підшипниках ковзання швидкохідних навантажених валів, а також у підшипниках з великою несучою здатністю для запобігання вібрацій валів використовують самоустановні сегментні вкладиші (рис. 33 2, б), які завдяки утворенню у підшипнику кількох зазорів клинової форми забезпечують стійку роботу підшипників. Поряд із безвібраційною роботою перевагою підшипників із сегментними вкла­дишами є можливість самоустановлюватись, що запобігає появі кром­кового контакту цапфи та підшипника.

Для зображених на рис. 33.2, в, г підшипників зазор клинової форми може бути отриманий використанням однобічних скосів у ра­діальних рівцях при нереверсивному і двобічних скосів – при ревер­сивному обертанні вала.

Найвідповідальнішою деталлю у підшипнику ковзання є вкладиш, який безпосередньо сприймає навантаження. Матеріал вкладишів повинен бути стійким проти спрацьовування та заїдання, мати достат­ню пластичність, щоб, не руйнуючись, сприймати ударні навантаження, а коефіцієнт тертя пари цапфа – вкладиш повинен бути мінімаль­ним. Бажана також висока теплопровідність для кращого відведення теплоти від поверхонь тертя у підшипнику.

За техніко–економічними міркуваннями більш доцільно, щоб у парі цапфа – вкладиш більш стійкою проти спрацювання була по­верхня цапфи. З цією метою цапфи валів піддають поверхневому гар­туванню, яке забезпечує високу твердість робочої поверхні.

Вкладиші виготовляють із різних матеріалів: чавуну, сплавів ко­льорових металів, спечених матеріалів, графіту та синтетичних мате­ріалів.

Чавун (сірий і антифрикційний) придатний для вкладишів при невисоких безударних навантаженнях та низьких колових швидкостях. Потрібне припрацьовування чавунних вкладишів на холостих режи­мах роботи.

До кольорових антифрикційних сплавів належать бронзи, латуні, бабіти, алюмінієві сплави.

Бронзи з вмістом олова БрОІОФІ та ін. мають високі антифрик­ційні властивості і їх використовують в умовах високих тисків та швидкостей. При змінних та ударних навантаженнях високу стій­кість має свинцева бронза БрСЗО, яка використовується у підшипни­ках двигунів внутрішнього згоряння. Широко розповсюджені також більш дешеві безолов'яні бронзи, наприклад БрА9ЖЗА.

Латуні ЛКС80–3–3, ЛМцЖ52–4–1 та ін. ефективні при порівня­но високих навантаженнях, але низьких колових швидкостях.

Бабіти використовують для нанесення на робочі поверхні чавунних або бронзових вкладишів. Високоолов'яні бабіти, (Б83), використовують при дуже висо–ких швидкостях та тисках. За антифрикційними властивостями бабіт перевершує всі інші сплави, але за механічною міцністю значно поступається чавуну та бронзі. Негативною властивістю бабіту є крихкість та його висока вартість.

З алюмінієвих сплавів найперспективнішими є алю­мінієво–олов'яні антифрикційні сплави АО9–2, АО9–1 та ін. Вони ма­ють високу втомну міцність і здатні працювати протягом значного часу в умовах недостатнього змащування. Ці сплави застосовують у підшипниках потужних двигунів внутрішнього згоряння.

Спечені матеріали мають у своїй основі мідний або за­лізний порошок. Вклади–ші, які виготовляють пресуванням та спікан­ням при високій температурі порошка із добавкою графіту, мають порувату структуру і можуть працювати довший час без подачі масти­ла за рахунок їхнього попереднього просочування рідким мастилом.

Неметалеві матеріали (гума, тверді породи дерева та пластмаси) значно розповсюджені як підшипникові матеріали, що пов'язано з їхніми високими антифрикційними властивостями в парі із сталевою цапфою вала, їх важливою перевагою є можливість роботи при змащуванні водою. Серед пластмас для вкладишів підшипників використовують текстоліти, ДШП, поліаміди (капрон, фторопласт–4) та ін. Поліаміди у більшості випадків наносять тонким шаром на ме­талеві вкладиші і завдяки цьому в значній мірі поліпшують умови відведення теплоти. Оскільки пластмаси мають достатню пружність, виготовлені з них вкладиші підшипників можуть сприймати ударні навантаження та дещо компенсувати перекоси цапфи вала.

Змащування підшипників ковзання

Для змащування підшипників ковзання застосовують рідкі, пла­стичні та тверді мастильні матеріали.

Основним мастильним матеріалом є рідкі мастила, бо вони рівномірно розподіляються на поверхнях тертя, мають мале внутріш­нє тертя і задовільно працюють у широкому діапазоні температур. Переважне застосування знаходять мінеральні мастила, які є продук­том переробки нафти. Рослинні (льняне, рицинове та ін.) і тваринні ма­стила мають високі мастильні властивості, але вони дорогі і тому використовуються лише у спеціальних випадках.

Важливими властивостями мастил, які визначають їхню мастиль­ну здатність, є в'язкість (при роботі в умовах рідинного тертя) та маслянистість (при роботі без рідинного тертя).

В'язкість – властивість чинити опір при зсуві одного шару ріди­ни щодо іншого.

Маслянистість – здатність мастильного матеріалу до утворення та утримування на поверхнях тертя деталей тонких плівок.

Із мінеральних мастил широко застосовують такі, як індустріаль­не, турбінне, авіаційне, циліндрове та ін.

Як рідке мастило інколи використовують і воду (наприклад, для підшипників гребних гвинтів, водяних помп і т. д.). В'язкість води низька, а теплоємність у 2,0–2,5 рази більша, ніж мінеральних мас­тил. Тому теплоутворення у підшипниках, змащуваних водою, незнач­не, а тепловіддача велика. Суттєвим недоліком водяного змащування є небезпека корозії, що вимагає використання спеціальних матеріалів для валів.

Пластичні мастила виготовляють згущуванням рідких мінеральних мастил кальцієвими або натрієвими милами. У першому випадку дістають солідоли, а у другому – консталіни. Пластичні мастила добре герметизують підшипники і допускають підвищені тиски. У порівнянні з рідкими мастилами внутрішнє тертя (в'язкість) у них більш високе. Солідоли використовують при температурах до 60–80 °С. Їхньою перевагою є вологостійкість. При температурах (до 110–120 °С) використовують натрієві масти­ла: мастило жирове 1–13, консталін жировий, консталін синтетичний. Існують універсальні пластичні мастила, які добре працюють у широ­кому діапазоні температур; мастило УНИОЛ, при 150–160 °С.

Із твердих мастильних матеріалів в основно­му застосовують колоїдний (високодисперсний) графіт та двосірчаний молібден (дисульфід молібдену). Тверді мастила використовують в умовах, коли рідкі та пластичні мастила нероботоздатні (низька або висока температура, вакуум, агресивне середовище), а також у тихо­хідних відкритих підшипниках, що працюють при високих тисках, де важко утримати рідке чи пластичне мастило.

Подача мастильного матеріалу до підшипників ковзання залежно від їхнього призначення та умов роботи може бути індивідуальною або централізованою, періодичною або неперервною, самоподачею або під тиском. Для змащування використовують спеціальну мастильну арматуру.

Звичайно подача мастила здійснюється у зону найменшого тиску у підшипнику ковзання. Розподіл мастильного матеріалу у підшипни­ках досягається за допомогою мастильних рівців на робочій поверхні їхніх вкладишів у ненавантаженій зоні.