Подшипники скольжения

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЛЕКЦИЯ

ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ

План

1. Назначение, конструкция, материалы

1.1 Назначение подшипников скольжения

1.2 Смазка подшипников скольжения

2. Расчет подшипников скольжения

2.1 Расчет подшипников скольжения с полусухим или полужидкостным трением

2.2 Расчет подшипников скольжения с жидкостным трением

1. Назначение, конструкция, материалы

1.1 Назначение подшипников скольжения

В зависимости от рода трения в подшипниках различают:

подшипники скольжения, в которых опорная поверхность оси или вала скользит по рабочей поверхности подшипника;

подшипники качения, в которых развивается трение качения благодаря установке шариков или роликов между опорными поверхностями оси или вала или подшипника. Подшипники качения по сравнению с подшипниками скольжения обладают рядом достоинств.

В современном машиностроении подшипники скольжения ограничены лишь несколькими областями;

для быстроходных валов, в режиме работы, которых долговечность подшипников скольжения очень мала;

для быстроходных осей и валов, требующих точной установки;

для валов очень большого диаметра, для которых не изготавливают стандартных подшипников качения;

когда подшипники по условиям сборки должны быть разъемными (дня коленчатого вала);

при работе подшипников в воде и агрессивной среде;

для тихоходных осей и валов неответственных механизмов, когда подшипники скольжения проще по конструкции и дешевле подшипников качения.

В зависимости от направления воспринимаемой нагрузки подшипники скольжения различают:

радиальное, для восприятия радиальных, т.е. перпендикулярные осям и валам нагрузок;

упорные или подпятники для восприятия нагрузок, расположенных вдоль осевых осей и валов;

радиально - упорные для восприятия одновременно радиальных и осевых нагрузок;

Основные требования к подшипникам скольжения:

конструкция и материалы подшипников должен обеспечивать минимальные потери на трение и износ валов;

имеет достаточную прочность и жесткость, чтобы противостоять действующим на них силам и вызываемым им деформациям;

сборка подшипников, установка осей и валов и обслуживание должны быть по возможности простыми;

4) размеры трущихся поверхностей должны быть достаточными для восприятия действующего на них давления без выдавливания смазки и для отводов развивающейся от трения теплоты.

Для уменьшения трения в подшипниках, повышения КПД, снижения износов и нагрева до минимума трущиеся поверхности смывают маслом или другим смазочным материалом. В зависимости от толщины масляного слоя подшипник работает в режиме: жидкостного, полужидкостного или полусухого и граничного трения.

При жидкостном трении рабочие поверхности вала и подшипника полностью разделяют слой смазки, толщина которого больше суммы неровностей обработки поверхностей вала и подшипника.

При полусухом трении между валом и подшипником преобладает сухое трение, а при полужидкостном - жидкостное трение; граничное трение, при котором сплошной слой смазки масла настолько тонок, что он теряет свойство вязкой жидкости.

Самый благоприятный режим работы подшипника скольжения ? жидкостный. При жидкостном трении обеспечивается износостойкость, сопротивление усталостному износу.

При длительных перерывах в работе и малой окружной скорости вала применяют вкладыши из антифрикционных чугунов.

В некоторых подшипниках применяют металлокерамические вкладыши (порошок железа и бронзы с добавлением графита), которые обладают высокой пористостью (15...40%) и могут длительное время работать без добавления смазки (смазка удерживается в порах).

Вкладыши подшипников скольжения изготовляют также из древесноволокнистых пластиков (ДСП), текстолита, текстоволокнита, полиамидов. Достоинство пластмассовых подшипников - отсутствие заедания вала, хорошая прирабатываемость, возможность смазки водой или другой жидкостью.

Вкладыши имеют очень низкий коэффициент трения и могут работать без смазки. В некоторых подшипниках применяются деревянные вкладыши.

1.2 Смазка подшипников скольжения

Смазочные материалы делятся на жидкостные, консистентные (густые мази), твердые и газообразные. Наиболее широко в качестве смазки применяют жидкие минеральные масла.

Жидкие масла (минеральные) равномерно распределяются по трущимся поверхностям, обладают малым внутренним трением, хорошо работают в значительных диапазонах температур. Важнейшими свойствами жидких масел являются в условиях жидкостного трения - вязкость, при отсутствии жидкостного трения маслянистость.

К консистентным смазкам относятся солидолы, применяются для смазки сельскохозяйственных машин, тракторов и автомобилей.

3. Твердые смазочные материалы это графит, тальк, слюда и другие материалы, Применяют их для смазки подшипников скольжения, работающих при высоких температурах рабочей среды. Подача смазки к подшипникам скольжения может быть индивидуальной или централизованной, периодической и непрерывной без принудительного давления и с принудительным давлением. Смазочные устройства: масленки с поворотной крышкой и пресс - масленки (для периодической индивидуальной смазки), фитильная и капельная масленки (для непрерывной индивидуальной смазки), колпачковые масленки (для периодической индивидуальной).

Корпус и вкладыши неразъемного подшипника цельные. Вкладыши изготовляют в виде втулки, которую запрессовывают в корпус подшипника Корпус разъемного подшипника состоит из двух частей: основания, воспринимающего нагрузку со стороны оси, вала и крышки, прикрепляемой к основанию корпуса болтами или шпильками. Вкладышей в разъемном подшипнике два обычно - верхний и нижний. Конструкция неразъемных подшипников проще и дешевле разъемных, но они неудобны при монтаже валов. Поэтому эти подшипники применяют для концевых цапф осей и валов небольших диаметров. Разъемные подшипники удобны при монтаже валов и допускают регулировку зазоров путем сближения крышки и основания, поэтому их применяют широко.

В случае большой деформации вала, невозможности осуществления точного монтажа применяют самоустанавливающиеся подшипники скольжения, вкладыши которых выполняют обычно со сферическими опорными поверхностями. Корпуса подшипников обычно выполняют из чугуна С 412-28 и С 418-36.

Вкладыш подшипников выполняют из бронз, чугунов, пластмасс и других материалов. Широко применяются чугунные и бронзовые вкладыши с баббитовой заливкой.

Вкладыши из легких антифрикционных материалов - баббитов и свинцовых бронз - изготовляют на стальную, чугунную или бронзовую основу.

Биметаллические вкладыши из свинцовых бронз штампуют из стальной ленты, на которую наносят бронзу. Бронзовые вкладыши обладают прочностью, хорошо работают при ударах, но сравнительно медленно прирабатываются, стойки против заедания, износ цапф при них минимальный. Эти вкладыши особенно хорошо работают при больших скоростях.

Заедание вала и высокий КПД подшипника. Для создания этого трения в масляном слое должно быть гидродинамическое (создаваемое вращением вала) или избыточное гидростатическое (от насоса) давление. Для получения жидкостного трения обычно применяют подшипники с гидродинамической смазкой, сущность которой заключается в следующем. Вал при вращении под действием внешних сил занимает в подшипнике эксцентрическое положение и увлекает масло в зазор между ним и подшипником (рис. 1).

В образовавшемся масляном клине создается гидродинамическое давление, обеспечивающее в подшипнике жидкостное трение. Эпюра распределения гидродинамического давления в подшипнике по окружности показана на рис. 2.

2. Расчет подшипников скольжения

2.1 Расчет подшипников скольжения с полусухим или полужидкостным трением

Нормальную работу подшипника скольжения определяют:

несущая способность;

износостойкость;

температуру нагрева;

отсутствие заедания цапфы.

Чрезмерный нагрев подшипников может вызвать изменение свойств и разложение смазочного материала, расплавление баббитовой заливки вкладышей, не допустимую деформацию подшипника и цапфы, приводящее к захватыванию цапфы подшипником.

Подшипники скольжения, работающие в режиме полужидкостного трения, рассчитывают по среднему давлению между цапфой и вкладышем и произведению этого давления на окружную скорость скольжения цапфы, т.е. по величине (qV). Давление характеризует несущую способность подшипника, а произведение износ подшипника, тепловыделение в нем и степень опасности заедания. Подшипники скольжения тихоходных валов рассчитывают по среднему давлению.

Для нормальной работы подшипника скольжения необходимо, чтобы действительные рабочие значения q и qV не превышали допустимые: [q] и [qV].

Диаметр цапфы подшипников определяют конструктивно в зависимости от диаметра вала. Длину цапфы вкладыша подшипника определяют в зависимости от ее диаметра:

l=ц·d

где l - длина подшипника, мм;

ц - коэффициент

d диаметр подшипника, мм;

ц = 0,5…1,2 - для большинства машин;

ц?2 - в самоустанавливающихся подшипниках;

ц = 0,3…0,5 - в коротких подшипниках.

Расчет подшипников скольжения по среднему давлению между цапфой и вкладышем, охватывающим цапфу в пределах 180° производится по формуле:

- для радиальных подшипников или

,

гдеопорная поверхность, мм²;

q - давление, МПа = 1 Н/м2;

[q] - допускаемое давление МПа.

Условие работы подшипников скольжения без чрезмерного нагрева и опасности заедания выражается неравенством:

где V - скорость окружная, м/с;

при и , получим ,

где q - давление, МПа;

Fr - радиальная нагрузка, Н;

щ - угловая скорость, рад/с;

l - длина, м; [qV] - МПа·м/с

Значения [q] и [qV] в зависимости от материала вкладышей приведены в справочной литературе по деталям машин. Средние значения [q] и [qV] подшипника с чугунными или бронзовыми вкладышами для редуктора общего значения [q]=4…8 МПа/с

Для редуктора тяжелого типа:

Если при расчете подшипника скольжения получится или то надо изменить материал вкладышей, либо увеличить длину подшипника l с условием, чтобы коэффициент ц не превышал допускаемого значения. Для кольцевой пяты (упорный подшипник)

Для сплошной пяты (упорный подшипник)

где d - наружный диаметр, м;

d₀ - внутренний диаметр, м;

2.2 Расчет подшипников скольжения с жидкостным трением

подшипник скольжение смазочный жидкостный

Расчет подшипников скольжения, работающих в режиме жидкостного трения, сводится к обеспечению условий, при которых цапфа будет отделена от вкладыша слоем смазки.

В основу этого метода положена гидродинамическая теория смазки, исходя из которой определяют максимально допустимый зазор, обеспечивающий жидкостное трение в подшипнике, может:

где- длина цапфы, м;

- номинальный диаметр цапфы, м;

- угловая скорость цапфы, рад/с;

- радиальная нагрузка, Н;

- диаметральный зазор, мкм;

- минимальная толщина масленой пленки, м

- динамическая вязкость, ПаС

- диаметральный зазор,

- радиальный зазор;

- относительный зазор

- эксцентритет;

- относительный эксцентритет цапфы

минимальная толщина масляного слоя, мкм. Расчет на жидкостное трение основывается на том, что масляный слой должен воспринимать всю нагрузку, при этом толщина его должна быть больше суммы неровностей поверхностей и цапфы и вкладыша

Порядок расчета следующий:

1. Задаются относительным зазором . Для цапф диаметром обычно принимают тем больше, чем выше угловая скорость вала, меньше давление в подшипнике, больше коэффициенти тверже материал вкладышей подшипника.

2. Назначают допускаемую температурунагрева масляного слоя в рабочей зоне подшипника, выбирают соответствующий сорт масла и определяют его динамическую вязкость.

Допускаемая температуранагрева масляного слоя подшипника в его рабочей зонеЗначения динамическая вязкость смазочного масла принимают из справочников.

3. Определяют коэффициент нагруженности подшипника:

4. Определяют относительный эксцентритет X цапфы, значения, которого принимают по графику в зависимости от коэффициента нагруженности Ф.

5. Вычисляют минимальную толщину масляного слоя:

6. Проверяют, обеспечен ли в рассчитываемом подшипнике скольжения режим жидкостного трения

где- действительный и допускаемый коэффициенты запаса надежности жидкостного трения в подшипнике:

- при рекомендуют

- при рекомендуют принимать несколько меньше, так как касание выступов микронеровностей цапф и вкладыша подшипника в этом случае не приводит к заметному нагреву и износу подшипника. Значенияпринимают по ГОСТ 2789-73.

Цапфы в зависимости от назначения обрабатывают тонким точением до шлифованием до

Рабочие поверхности вкладышей обрабатывают протягиванием или развертыванием до шабрением до тонким растачиванием до

Проверяют температурный режим подшипника по температуре нагрева масляного слоя в рабочей зоне. Тепловой расчет подшипника производят путем составления уравнения теплового баланса, т.е. приравнивается теплообразование в подшипнике к его теплоотдаче. Образовавшаяся в подшипнике теплота отводится маслом и через корпус подшипника. Условие теплового равновесия при стационарном режиме:

Количество теплоты, Дж, выделенное в результате потерь на трение:

- радиональная нагрузка на подшипник, Н;

- окружная скорость, м/с;

- коэффициент трения.

Количество теплоты, Дж, отводимое в сек, от подшипника маслом;

где - удельная теплоемкость масла, Дж/кг;

- объем масла, м³, протекающего через подшипник в сек;

- плотность масла, кг/м ;

- температуры масла при выходе, входе в подшипник,

Отвод теплоты через вал невелик, поэтому подпонимают теплоту, отводимую только через корпус подшипника:

где- коэффициент телопередачи, Вт/м2*С:

- площадь наружной поверхности корпуса подшипника, мм.

Средняя температура t_M нагрева масла в рабочей зоне подшипника связана с температурой на входе и выходе зависимостью:

Эта температура не должна превышать допустимой, т.е. С учетом вышеуказанных зависимостей вытекает расчетная формула для проверки температурного режима работы подшипника:

При расчете теплового режима подшипника для минеральных смазочных масел можно принимать

Коэффициент теплопередачи принимают:Если при расчете подшипников скольжения с жидкостным трением окажется, что то изменяют геометрические параметры подшипника, выбирают смазку с большой динамической вязкостью, назначают для рабочей поверхности подшипника меньшую шероховатость.

По уравнению теплового баланса определяют:

температуры вытекающего масла и, в случае необходимости предусматриваются меры искусственного охлаждения;

необходимую прокачку масла через подшипники для того, чтобы температура в подшипниках сохранялась в допускаемых пределах.

Температура сборочной единицы нормально должна быть не выше Толщина масляного слоя в самом узком месте зависит от режима работы подшипника. Чем больше вязкость смазочного материала и угловая скорость цапфы, тем больше h. С увеличением нагрузки h уменьшается. При установившемся режиме работы толщина должна быть больше суммы микронеровностей цапфыцапфы и вала(принимают по ГОСТ 2789-83)

где К - коэффициент запаса, учитывающий изгиб цапфы, а также неточности изготовления и сборки принесколько меньше.

Рис. 1. ? Образование несущего масляного слоя трения



рис. 2. ? Схема радиального подшипника скольжения

Размещено на Allbest.ru