Основы конструирования Кинематические характеристики Проектный расчет на контактную выносливость Проверочный расчет на выносливость при изгибе Цепная передача Проектный расчет валов Подшипники качения Подшипник скольжения

Подшипник скольжения

Подшипник скольжения предназначены для поддержания валов, осей и других вращающихся или качающихся деталей и восприятия осевых и радиальных нагрузок передаваемых цапфами.

Цапфой называют опорный участок вала. Цапфа, передающая радиальную нагрузку, называется шипом, если она расположена на конце вала, и шейкой при расположении на промежуточном участке вала. Цапфа, воспринимающая осевые нагрузки, называется пятой, а опора (подшипник) – подпятником. Форма рабочей поверхности подшипника, как и форма цапфы вала, может быть цилиндрической (рисунок 14.1, а), плоской (рисунок 14.1, б), конической (рисунок 14.1, в) или шаровой (рисунок 14.1, г).

Подпятники работают обычно в паре с радиальными подшипниками. Большинство радиальных подшипников может воспринимать так же и небольшие осевые нагрузки (фиксируют вал в осевом направлении). Для этого вал изготавливают ступенчатым с галтелями, а кромки подшипника закругляют. Подшипники с конической рабочей поверхностью применяют редко. Их используют при небольших нагрузках в тех случаях, когда необходимо систематически устранять зазор от износа подшипника с целью сохранения точности механизма. Для этого на валу устанавливают коническую втулку, положение которой регулируют гайками (рисунок 14.1, г). Редко применяют и шаровые подшипники. Эти подшипники допускают перекос оси вала, т.е. обладают свойством самоустановки. Их применяют в основном как шарниры в рычажных механизмах с периодическим поворотом в пределах ограниченных углов.

Рис. 14.1. Формы рабочей поверхности подшипников скольжения

Основным элементом подшипника скольжения является вкладыш с тонким слоем антифрикционного материала на опорной поверхности. Вкладыш устанавливается в специальном корпусе подшипника или непосредственно в корпусе машины.

Область применения подшипников скольжения в современном машиностроении сократилась в связи с распространением подшипников качения. Однако значение их в современной технике не снизилось, в ряде конструкций они незаменимы. К таким подшипникам относятся:

– разъемные подшипники, необходимые по условиям сборки (для коленчатых валов);

– высокоскоростные подшипники ( м/с), в условиях работы которых долговечность подшипников качения резко сокращается (вибрация, шум, большие инерционные нагрузки на тела качения);

– подшипники прецизионных машин, от которых требуется особо точное направление валов и возможность регулирования зазоров;

– подшипники, работающие в особых условиях (воде, агрессивных средах и т.д.), в которых подшипники качения неработоспособны из-за коррозии;

– подшипники дешевых тихоходных машин и т.д.

Критерии работоспособности

Вращению цапфы в подшипнике противодействует момент сил трения. Работа сил трения нагревает подшипник и цапфу. От поверхности трения теплота отводится через корпус подшипника и вал, а также через смазывающую жидкость. Для любого установившегося режима работы подшипника существует тепловое равновесие: теплоотдача равна тепловыделению. Чем больше тепловыделение и хуже условия теплоотдачи, тем выше температура теплового равновесия, которая не должна превышать предельного значения для данного материала подшипника и сорта смазки. С повышением температуры теплового равновесия понижается вязкость масла и увеличивается вероятность заедания цапфы в подшипнике, что может привести к выплавлению вкладыша. Перегрев является основной причиной нарушения работоспособности подшипников скольжения.

Работа подшипника сопровождается износом вкладыша и цапфы, что нарушает правильность функционирования машины. Интенсивность износа определяет долговечность подшипника.

При действии переменных нагрузок поверхность вкладыша может выкрашиваться вследствие усталости материала. Усталостное выкрашивание свойственно подшипникам с малым износом и наблюдается сравнительно редко.

В случае действия больших кратковременных перегрузок вкладыши подшипников могут хрупко разрушаться. Хрупкому разрушению подвержены малопрочные антифрикционные материалы (баббиты, некоторые пластмассы).

Конструкции подшипников скольжения

Конструкция подшипников скольжения во многом зависит от конструкции машины. Часто подшипники не имеют специального корпуса: вкладыши размещают непосредственно в станине или раме машины (подшипники двигателей, турбин, станков, редукторов и т.д.). Подшипники с отдельными корпусами устанавливают в основном в таких устройствах как конвейеры, грузоподъемные машины, трансмиссии и т.д. В этих случаях опоры подшипников крепят на фермах, стенах, колоннах.

Корпус и вкладыш подшипников изготавливают разъемными и неразъемными. Разъемная конструкция позволяет легко устанавливать вал и ремонтировать подшипник повторными расточками вкладышей при их износе. Разъем вкладыша рекомендуется выполнять перпендикулярно радиальной нагрузке . Неразъемные подшипники дешевле. Вкладыши в данных подшипниках обычно запрессовывают в корпус. При больших деформациях валов или неточном монтаже рекомендуется применять самоустанавливающиеся подшипники (рисунок 14.2, а).

Рис. 14.2. Конструкции подшипников скольжения

В подпятниках жидкостного трения условие образования клинового зазора достигается выполнением клиновых смазочных канавок форме сегмента (рисунок 14.2, б), либо подпятник выполняется с качающимися сегментами (рисунок 14.2, в). В последнем случае 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 неподвижной пяте сегменты с ней полностью соприкасаются. При вращении пяты вследствие затягивания масла он поворачивается на угол , который увеличивается с увеличение частоты вращения пяты. Этим достигается автоматическое регулирование клинового зазора, что, в свою очередь, обеспечивает режим жидкостного трения.

В радиальных подшипниках скольжения смазка в подшипник подводится по ходу вращения цапфы в месте, где отсутствует гидродинамическое давление , т.е. сверху или сбоку. Поскольку подвод смазки в зону давления уменьшает несущую способность подшипника, так как давление в подводящем канале меньше давления в зазоре подшипника (рисунок 14.3, а). По длине цапфы масло распределяется с помощью смазочных канавок, сообщающихся с подводным каналом (рисунок 14.3, б). Смазку подают в подшипник самотеком (фитильные или капельные масленки, смазочные кольца и другие устройства) или под давлением с помощью плунжерных, шестеренчатых и других насосов.

Для тихоходных тяжелонагруженных валов, от которых требуется малое сопротивление вращению, а режим гидродинамического трения обеспечить не удается, применяют гидростатические подшипники, в которых несущий масляный слой образуется подводом масла под давлением под цапфу вала с помощью насоса. Давление насоса подбирается таким образом, чтобы цапфа всплывала в масле. Гидростатические подшипники используют также для повышения точности центровки валов в прецизионных машинах, уменьшения износа тяжелонагруженных подшипников в период разгона (неустановившегося движения) до момента, пока не возникнет гидродинамический режим смазки.

Рис. 14.3. Подвод смазки в радиальные подшипники скольжения

Подшипники с воздушной смазкой применяют для быстроходных валов (п > 10000 об/мин) при относительно малых нагрузках, а также при работе в условиях высоких температур. Различают аэростатические подшипники, в которых цапфа поддерживается воздушной подушкой в результате подвода сжатого воздуха, и аэродинамические подшипники, в которых воздушная подушка образуется вследствие самозатягивания воздуха в клиновой зазор по аналогии с гидродинамическими подшипниками.

Теоретически заказчик должен составить и выдать разработчику Техническое Задание — документ, в котором грамотно и чётко обозначены все технические, эксплуатационные и экономические параметры будущего изделия. Но, к счастью, этого не происходит, поскольку заказчик поглощён своими ведомственными задачами, а, главное, не имеет достаточных навыков проектирования. Таким образом, инженер не остаётся без работы.
Конструирование и проектирование механизмов