Детали машин

Конструкции и материалы подшипников скольжения

Конструкции подшипников скольжения весьма разнообразны. Во многом они зависят от конструкции машины, в которой устанав­ливается подшипник. Рассмотрим принципиальные конструктивные различия подшипников скольжения.

Очень часто подшипники не имеют специального корпуса. При этом вкладыши размещают непосредственно в станине (рис. 16.8, а) Или раме (рис. 16.8, б) машины. Таково, например, большинство подшипников двигателей, турбин, станков, редукторов и т. д. Под­шипники с отдельными корпусами (см. рис. 16.2 и 16.9) устанавли­вают главным образом в таких устройствах, как конвейеры, грузо­подъемные машины, трансмиссии и т. д. В этих случаях подшип­ники крепят на фермах, стенах, колоннах.

Корпус и вкладыш могут быть неразъемными (рис. 16.9) или разъемными (см. рис. 16.2). Разъемный подшипник позволяет легко укладывать вал и ремонтировать подшипник путем повторных расточек вкладыша при его износе. Неразъемные подшипники деше­вле. Вкладыши в этих подшипниках обычно запрессовывают в кор­пус.

Разъем вкладыша рекомендуют выполнять перпендикулярно на­грузке Fr или близко к этому положению (рис. 16.10, а). При этом

Рис. 16.8

Не нарушается непрерывность несущего масляного слоя (см. рис.

16.12).

В тех случаях, когда возможны большие деформации вала или монтаж выполняется неточно, рекомендуется применять самоуста­навливающиеся подшипники (рис. 16.10, б). Сферическая поверх­ность этих подшипников позволяет им поворачиваться в направле­нии оси вала.

Как отмечалось выше, в подпятниках (рис. 16.11, а) жидкостного трения необходимо создавать условия для образования клинового зазора. Практически это достигается, например, выполнением кли­новых смазочных канавок в форме сегмента (рис. 16.11, б). Вторым примером подпятника с клиновым зазором является подпятник с качающимися сегментами (рис. 16.11, в). Подпятник имеет неско­лько сегментов, расположенных по окружности. Опорой сегмента служит сфера, смещенная с оси симметрии сегмента так, чтобы он находился в равновесии при неравномерном давлении масла в зазо­ре. При вращении пяты под сегмент затягивается масло и он отклоняется на некоторый угол /?, который увеличивается по мере увеличения частоты вращения. Этим достигается автоматическая регулировка клинового зазора, способствующая сохранению режи­ма жидкостного трения.

Масло подводится в подшипник по ходу вращения цапфы в том месте, где отсутствует гидродинамическое давление р, чаще всего сверху (см. рис. 16.9) или сбоку (см. рис. 16.8). Подвод масла в зо­ну давления значительно уменьшает несущую способность под­
шипника (рис. 16.12). На этом рисунке эпюра давления, характер­ная для подвода масла сверху и изображенная штриховой ли­нией, разорвана в месте подвода масла, так как давление в подво­дящем канале всегда мало по сравнению с давлением в зазоре подшипника.

По длине цапфы масло распределяется с помощью смазочных канавок, сообщающихся с подводным каналом (см. рис. 16.8 и 16.9). Масло подают в подшипник самотеком с помощью специальных устройств (фитильные и капельные масленки, смазочные кольца и т. д.) или под давлением с помощью насосов (плунжерных, шестеренчатых и т. д.).

На практике наблюдаются случаи, когда работа подшипника в режиме жидкостного трения становится неустойчивой и сопро­вождается вибрацией цапфы. Вибрация свойственна главным об­разом быстроходным и легконагруженным подшипникам. Одним из признаков возможности образования вибраций является малая величина х (порядка <0,5). Разработано несколько способов устра­нения вибраций: эллиптическая расточка вкладышей, применение сегментных подшипников, изменение места подвода масла и т. д. [39].

Гидростатические подшипники. Для тихоход­ных тяжелых валов, от которых требуется малое сопротивление вращению, а режим гидродинами­ческого трения обеспечить не удается, применяют гидростатические подшипники. В этих подшип­никах несущий масляный слой образуют путем подвода масла под цапфу от насоса. Давление насоса подбирают таким, чтобы цапфа всплывала в масле.

Гидростатические подшипники используют также для повышения точности центровки валов в прецизионных машинах, уменьшения износа тя - желонагруженных подшипников в периоды раз- Рис. 16.12
Гона до гидродинамического режима трения и в некоторых других случаях.

Подшипники с воздушной или газовой смазкой применяют для быстроходных валов (и>10000 мин"1) при относительно малых нагрузках, а также при работе в условиях высоких температур.

Эти подшипники могут быть аэростатическими и аэродинами­ческими. В аэростатических подшипниках, так же как и в гидроста­тических, цапфа поддерживается воздушной подушкой в результате непрерывного поддува сжатого воздуха; в аэродинамических воз­душная подушка образуется вследствие самозатягивания воздуха в клиновой зазор, так же как и в гидродинамических.

Материал вкладыша (основной детали подшипника) должен иметь:

1) Малый коэффициент трения и высокую сопротивляемость заеданию в периоды отсутствия режима жидкостного трения (пуски, торможение и т. п.);

2) Достаточную износостойкость наряду со способностью к при­работке. Износостойкость вкладыша должна быть ниже износо­стойкости цапфы, так как замена вала обходится значительно до­роже, чем замена вкладыша;

3) Достаточно высокие механические характеристики и особенно высокую сопротивляемость хрупкому разрушению при действии ударных нагрузок.

Вкладыши изготовляют из самых разнообразных материалов (см. табл. 16.1).

Бронзы оловянные, свинцовые, кремниевые, алюминиевые и прочие обладают достаточно высокими механическими харак­теристиками, но сравнительно плохо прирабатываются и способ­ствуют окислению масла. Бронзы широко применяют в крупносе­рийном и массовом производстве.

Чугун обладает хорошими антифрикционными свойствами бла­годаря включениям свободного графита, но прирабатывается хуже, чем бронзы. Его применяют в тихоходных и умеренно нагруженных подшипниках.

Баббит на оловянной, свинцовой и других основах является одним из лучших материалов для подшипников скольжения. Он хорошо прирабатывается, не окисляет масло, мало изнашивает вал, стоек против заедания. Отрицательными свойствами баббита явля­ются сравнительно низкая температура плавления (применяют до 110 °С), хрупкость и высокая стоимость. Баббитом заливают толь­ко рабочую поверхность вкладышей на толщину 1...10 мм. При этом сам вкладыш изготовляют из бронзы, стали, алюминия и т. д.

В целях повышения прочности подшипников, в особенности при переменных и ударных нагрузках, применяют так называемые би­металлические вкладыши, у которых на стальную основу наплав­ляют тонкий слой антифрикционного материала — бронзы, сереб - Pa, сплава алюминия и т. д. Биметаллические подшипники облада­ют высокой нагрузочной способностью.

Пластмассы на древесной или хлопчатобумажной основе, а также дерево, резина и другие материалы могут работать при водяной смазке. Поэтому их применяют в гидротурбинах и насосах в химическом машиностроении и т. п. Благодаря высокой упругости пластмасс подшипники выдерживают ударные нагрузки и могут компенсировать перекос цапфы. Хорошо зарекомендовали себя пластмассы типа капрона и др. Тонкий слой этих пластмасс наносят на рабочую поверхность металлического вкладыша. Как показыва­ют исследования, такие вкладыши менее чувствительны к наруше­нию смазки и выдерживают значительные нагрузки.

Металлокерамические вкладыши изготовляют прессовани­ем при высоких температурах порошков бронзы или железа с до­бавлением графита, меди, олова или свинца. Большим преимуще­ством таких вкладышей является высокая пористость. Поры зани­мают до 20...30% объема вкладыша и используются как масло - проводящие каналы. Металлокерамический подшипник, пропитан­ный маслом, может в течение длительного времени работать без подвода масла. Пополнение масла производится периодической пропиткой или погружением вкладыша в масляный резервуар, об­разованный в корпусе подшипника. Расход масла при этом умень­шается до 10 раз.

Пример расчета. Пример 16.1. Радиальный подшипник скольжения должен рабо­тать с жидкостным трением в период установившегося режима нагрузки: </=100 мм, Fr = 10000 Н, /1 = 1000 мин"1.

Решение. 1. По рекомендации к формуле (16.12) принимаем //</=0,8. Находим: /=80 мм; v=7cdn/60 = тс * 0,1 * 1000/60 = 5,24 м/с; p=Fr/dl= 10000/(100 • 80) = 1,25 МПа; Pv=1,25 • 5,24=6,5 МПа • м/с.

По табл. 6.1 назначаем материал вкладыша — сталь с заливкой баббитом Б16. При этом величины v, Р и pv находятся в допускаемых пределах, что позволяет работать без жидкостного трения в периоды пусков и кратковременных нарушений режима смазки. о ^

2. По рекомендации (16.14) находим ^=0,8' 10"3'5,24 ' =0,00121. При этом зазор £=^</=0,00121 • 100=0,121 мм.

Подбираем посадку, для которой S приближенно соответствует среднему зазору Z. Принимаем НЪ/еЪ: вал </= 100Zo?2б» отверстие Z> = LOO+G'G54, зазоры =0,072 м, Zmax=0,180, средний Z=0,126 мм.'

3. Определяя расчетные зазоры, целесообразно исключить их маловероятные величины с помощью уравнения теории вероятности (0.1):

Z^=Z+CV(Ra)2+(7W)2,

Где TD=0,054— 0 = 0,054 мм; Td--0,072-4-0,126=0,054 мм; С — коэффициент, за­висящий от вероятности P(T) попадания расчетных зазоров в фактически допуска­емое поле рассеивания [см. примечание к формуле (0.1)]; Zp"*> — минимальный и максимальный расчетные зазоры, соответствующие принятои"вероятности P(T). В формуле верхний и нижний знаки относятся соответственно к Zp^ и Zp^

Принимаем Р(/)=0,98, находим С=0,34, Zpmla=0,126-0,34%/0,0542-F0,0542 = =0,10 мм; аналогично, 0,152 мм.

Предельные вероятностные величины относительного зазора Ippnibl=Zp„Jd— =0,001; фРажх=0,00152.

4. Назначаем масло индустриальное 30 (И-30А) и среднюю температуру T = 60 °С. По графику рис. 16.7 находим вязкость /Z=0,014 Па с=0,014' 10"6 МПа с.

5. Подсчитываем CF=^Mta/Oia})=L,25 0,0012/(0,014-10~б-105)=0,85, где со = =тсл/30=тс 1000/30 = 105 с"1.

По графику рис. 16.6 находим х«0,6. По формуле (16.13) имеем Лтш = =0,5 0,1(1 — 0,6) =0,02 мм.

По формуле (16.15), принимая для вала Rz =0,003 мм и для вкладыша R = =0,006 мм, находим /^=0,003 + 0,006 = 0,009 мм.

По формуле (16.16), sh=0,02/0,009=2,22 > [S/J=2. Аналогично выполняем расчет при фр^ и находим S^=2,11 > [Sf].

Жидкостное трение обеспечено во всем расчетном диапазоне зазоров.

6. Выбираем способ смазки и охлаждения [см. рекомендации на с. 343]:

<>Jpv3=-у/1,25' 10б'5,243 = 13,4' 103 — достаточна кольцевая смазка без охлаждения подшипника.