Глава ОПОРЫ ВАЛОВ, ОСЕЙ И ВРАЩАЮЩИХСЯ ДЕТАЛЕЙ

ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ

Подшипники служат опорами валов, осей и других вращающихся элементов передач. Именно подшипниками воспринимаются радиальные и осевые нагрузки и фиксируются вращающиеся детали в осевом направлении. В зависимости от конструкции бывают подшипники скольжения и качения, а от восприятия нагрузок — радиальные, радиальноупорные и упорные или подпятники.

Подшипники скольжения (рис. 13.1) наиболее надежно работают на радиальные нагрузки F_n хотя могут воспринимать и небольшие осевые силы F_a. Конические и шаровые устройства могут использоваться при небольших нагрузках и в случаях малых частот вращения валов или даже при качательных движениях, например, в приборах, соединительных шарнирах тяг управления и т. п.

Основным элементом радиального подшипника скольжения (рис. 13.2) является вкладыш 2, выполняющийся с тонким слоем антифрикционного материала. Вкладыш часто делают разъемным и «зажимают» на корпусе подшипника посредством крышки /. Хотя.

Рис. 13.1. Подшипники скольжения:

а — цилиндрические; б — плоские; в — конические; г — шаровые

в настоящее время подшипники скольжения используются реже, чем качения, тем не менее во многих машинах, двигателях внутреннего сгорания и компрессорах, приборах они оказываются незаменимыми. Как правило, подшипникам скольжения требуется постоянное и довольно обильное принудительное смазывание (чаще жидкостное) со значительным расходом масла, обеспечивающим необходимый режим по охлаждению.

Подшипники скольжения применяются во многих случаях:

• ? если по условию сборки требуется разъемная конструкция опоры (шейки коленчатых валов);
• ? при высокой окружной скорости (у > 30…35 м/с), когда в подшипниках качения возможны вибрации;
• ? в прецизионных механизмах и точных станках;
• ? при работе машины в воде и агрессивных средах;
• ? при действии значительных ударных нагрузок и больших вибрациях.

Наконец, подшипники скольжения используются для дешевых тихоходных механизмов, при очень больших диаметрах валов (до 0,7−1,0 м), а также в мелких приборах и бытовых аппаратах.

Хотя теория работы подшипников скольжения и практические рекомендации по их расчету разработаны достаточно подробно, в нашем курсе мы ограничимся лишь простейшими соображениями, ввиду ограниченности использования таких опор в общем машиностроении. При работе подшипника скольжения необходимо поддержание строгого допустимого температурного режима для используемого вида масла, а цапфа вала и вкладыш для уменьшения трения не должны длительно соприкасаться друг с другом. При работе вала / в подшипнике при условии жидкостного или полужидкостного трения (рис. 13.3,а) микронеровности работающих поверхностей не должны.

а — условия жидкостного (полужидкостного) трения: б — использование клинового зазора

соприкасаться, а вал как бы «всплывает» в масляной пленочной ванне 2 внутри вкладыша 3. Конечно, это возможно только при обильной подаче масла, достаточном давлении и сравнительно постоянном скоростном режиме. Именно поэтому основной износ вкладышей и шеек вала происходит при пуске, резком изменении режима работы или ударных воздействиях.

Режим жидкостного трения является основным критерием работы подшипника. При этом коэффициент трения/~ 0,001…0,005 и потери энергии минимальные. Пол уж ид костное трение хуже, так как неровности поверхностей трения входят в частичное соприкосновение, начинается их изнашивание, коэффициент трения увеличивается и, что главное, нс остается стабильным: / * (0,008)0,015…0,1. Основы гидродинамической теории смазки подробно разработаны Н. П. Петровым, О. Рейнольдсом, Н. Е. Жуковским и другими исследователями, которые показали, что между трущимися поверхностями необходим клиновой зазор (рис. 13.3,6), зависящий от соответствующей вязкости масла 7. Кроме этого, давление масла и скорость относительного движения должны быть достаточными для «всплытия» цапфы, т. е. суммарным давлением в масляном слое должна уравновешиваться внешняя нагрузка.

Подшипники скольжения рассчитываются, во-первых, по удельному давлению, МПа:

и, во-вторых, необходимо выдерживать произведение, МПа м/с:

где / и d — соответственно длина и диаметр опоры, мм; и — окружная скорость, м/с;

По величине р можно судить о выборе необходимого материала для вкладышей и зазорах И в опоре (иначе говоря, о типе посадок — обычно скольжения или аналогичного вида), а величиной pv характеризуются износ, перегрев и заедание. Так, для чугунных вкладышей и стальной цапфы р ~ 4… 10 МПа, ри] = 2,5… 10 МПа м/с и скорость у"1…5 м/с; для бронзовых вкладышей |/?]~12…15 МПа, pv~ «10… 15 МПа м/с и 8… 10 м/с; баббиты могут допускать несколько ббльшие значения этих величин, а металлокерамики и пластмассы сильно различаются по своим константам в зависимости от их физических качеств.

Для более точных расчетов подшипников скольжения следует пользоваться соответствующими рекомендациями. Практически эти рекомендации часто оформляются в виде номограмм или графиков.

Обстоятельное и более строгое изложение работы и расчетов подшипников скольжения см. в учебнике О. А. Ряховского «Детали машин» (М., МГТУ им. Баумана, 2002).