Основы расчета и проектирования деталей и узлов машин Курс «Детали машин» Надежность машин Соединения с натягом Резьбовые соединения Расчет шпоночных соединений Механические передачи Расчет на изгиб Редукторы

Подшипники скольжения

Подшипники являются опорами валов и вращающихся осей. Они вос­принимают силы, приложенные к валу или оси, и передают их на корпус машины. Качество подшипников в значительной степени определяет надежность машин.

В зависимости от вида трения подшипники делят на подшипники скольжения и подшипники качения.

В зависимости от направления воспринимаемой нагрузки подшипни­ки бывают:

радиальные — воспринимают радиальные силы, перпендикулярные оси цапфы;

упорные — воспринимают осевые силы;

радиально-упорные — воспринимают радиальные и осевые силы.

Упорные подшипники часто называют подпятниками.

Конструкции подшипников. В большинстве случаев подшипники сколь­жения состоят из корпуса, вкладышей и смазывающих устройств. Кон­струкции подшипников разнообразны и зависят от конструкции ма­шины. В простейшем виде подшипник скольжения представляет собой втулку (вкладыш), встроенную в станину машины (рис. 28.1). На рис. 28.2 и 28.3 подшипники имеют отдельный корпус, который крепят в ста­нине машины.

Рис. 28.1. Неразъемный подшипник, встроенный в станину машины:

/ — втулка; 2— смазочная канавка; 3—стопорный вит-; 4—станина машины

Рис. 28.2. Фланцевый (неразъемный) подшипник

Рис. 28.3. Подшипник с разъемным корпусом и вкладышем

Основным элементом подшипника скольжения является вкладыш 1, который устанавливают в корпусе подшипника (рис. 28.3) или непос­редственно в станине или раме машины (рис. 28.1).

Подшипники скольжения делят на неразъемные (см. рис. 28.2) и разъ­емные (см. рис. 28.3).

Неразъемные (глухие) подшипники применяют при малой скоро­сти скольжения и работе с перерывами (механизмы управления).

Разъемные подшипники имеют основное применение в общем и особенно в тяжелом машиностроении. Они облегчают монтаж валов.

При большой длине цапф применяют самоустанавливающиеся под­шипники (рис. 28.4). Сферические выступы вкладышей позволяют им самоустанавливаться, компенсируя тем самым перекосы цапф от де­формации вала и неточностей монтажа, обеспечивая равномерное рас­пределение нагрузки по длине вкладыша.

Пример конструкции подпятника показан на рис. 28.5.

Рис. 28.4. Самоустанавливающийся Рис. 28.5. Подпятник

подшипник:1 — баббитовая заливка

Достоинства подшипников скольжения. 1. Надежно работают в вы­сокоскоростных приводах (подшипники качения в этих условиях име­ют малую долговечность). 2. Способны воспринимать значительные ударные и вибрационные нагрузки вследствие больших размеров рабо­чей поверхности и высокой демпфирующей способности масляного слоя. 3. Работают бесшумно. 4. Имеют сравнительно малые радиальные размеры (см. рис. 28.1). 5. Разъемные подшипники допускают установку их на шейки коленчатых валов; при ремонте не требуют демонтажа муфт, шкивов и т. д. 6. Для тихоходных машин могут иметь весьма простую конструкцию (см. рис. 28.2).

Недостатки. 1. В процессе работы требуют постоянного контроля из-за высоких требований к наличию смазочного материала и опасно­сти перегрева; перерыв в подаче смазочного материала ведет к разру­шению подшипника. 2. Имеют сравнительно большие осевые размеры.

 

3. Значительные потери на трение в период пуска и при несовершен­
ной смазке. 4. Большой расход смазочного материала, необходимое»
его очистки и охлаждения. 

Применение. Подшипники скольжения применяют в машино-и приборостроении, когда применение подшипников качения невоз* можно или нецелесообразно:

Для валов машин с ударными и вибрационными нагрузками (двигатели внутреннего сгорания, молоты и др.).

Для коленчатых валов, когда по условиям сборки необходимы разъемные подшипники.

Для валов больших диаметров, для которых подшипники каче* ния не изготовляют.

Для высокоскоростных валов, когда подшипники качения не* пригодны вследствие малого ресурса (центрифуги и др.).

При очень высоких требованиях к точности и равномерности вращения (шпиндели станков и др.).

В тихоходных машинах, бытовой технике.

При работе в воде и агрессивных средах, в которых подшипники качения непригодны.

28.2. Материалы вкладышей

Материалы вкладышей должны иметь:

Достаточную износостойкость и высокую сопротивляемость зае­данию при несовершенной смазке (периоды пуска, разгона, тормо­жения).

Высокую сопротивляемость хрупкому разрушению при действии ударных нагрузок и достаточное сопротивление усталости.

Низкий коэффициент трения и высокую теплопроводность, низкий коэффициент линейного расширения.  ч

Изнашиваться должны вкладыши, а не цапфы вала, так как замена или восстановление вала значительно дороже замены вкладыша. Под­шипник скольжения работает тем надежнее, чем выше твердость цап­фы вала. Цапфы, как правило, закаливают.

Вкладыши бывают металлические, металлокерамические и неметал­лические.

Металлические вкладыши выполняют из бронзы, баббитов, алюми­ниевых и цинковых сплавов, антифрикционных чугунов.

Бронзовые вкладыши широко используют при средних скоростях и больших нагрузках. Наилучшими антифрикционными свойствами об­ладают оловянные бронзы марок БрО10Ф1, Бр04Ц4С17 и др. Алюми­ниевые (марки БрА9ЖЗЛ и др.) и свинцовые (марки БрСЗО) бронзы вызывают повышенное изнашивание цапф валов, поэтому их приме* няют в паре с закаленными цапфами. Свинцовые бронзы используют при знакопеременных ударных нагрузках.

Вкладыш с баббитовой заливкой применяют для подшипников в ответственных конструкциях при тяжелых и средних режимах рабо-

ты (дизели, компрессоры и др.). Баббит — сплав на основе олова или свинца — является одним из лучших антифрикционных материалов для подшипников скольжения. Хорошо прирабатывается, стоек против за­едания, но имеет невысокую прочность. Поэтому баббит заливают лишь тонким слоем на рабочую поверхность стального, чугунного или брон­зового вкладыша (см. рис. 28.4). Лучшими являются высокооловянные баббиты марок Б88, Б83.

Чугунные вкладыши из антифрикционных чугунов (марки АЧС-1 и др.) применяют в малоответственных тихоходных механизмах.

В массовом производстве вкладыши штампуют из стальной ленты, на которую нанесен тонкий антифрикционный слой (оловянные и свинцовые бронзы, баббиты, фторопласт и др.).

Металлокерамические вкладыши изготовляют прессованием и пос­ледующим спеканием порошков меди или железа с добавлением гра­фита, олова или свинца. Особенностью этих материалов является их пористость, которую используют для предварительного насыщения горячим маслом. Вкладыши, пропитанные маслом, могут долго рабо­тать без подвода смазочного материала. Их применяют в тихоходных механизмах и в местах, труднодоступных для подвода масла.

Для вкладышей из неметаллических материалов применяют анти­фрикционные пластмассы (марки АСП), древеснослоистые пластики, резину и др. Эти материалы устойчивы против заедания, хорошо прира­батываются, могут работать при смазывании водой, что имеет суще­ственное значение для подшипников гребных винтов, насосов, пище­вых машин и т. п.

Режимы смазки

Подшипник скольжения работает при наличии смазочного матери­ала в зазоре между цапфой вала и вкладышем.

Смазыванием называют подведение смазочного материала в зону трения, смазкой — действие смазочного материала.

При неподвижном вале жидкий смазочный материал в подшипни­ке из зоны контакта выдавлен (рис. 28.6, а), но на поверхностях цапфы и вкладыша сохраняется его тонкая пленка толщиной поряд­ка 0,1 мкм. Толщины этой пленки не хватает для полного разделения поверхностей трения в момент пуска и при малой угловой скорости. Работу подшипника в этот момент характеризует режим граничной смазки.

Вращающийся вал вовлекает смазочный материал в клиновой зазор между цапфой и вкладышем (рис. 28.6, б), в результате чего возникает несущий масляный слой, характеризуемый большой гидродинамической подъемной силой, под действием которой вал всплывает. По мере уве­личения скорости вращения толщина смазывающего слоя увеличива­ется, но отдельные микровыступы трущихся поверхностей задевают при вращении друг за друга. Работу подшипника в этот момент характери­зует режим полужидкостной смазки.

Рис. 28.6. Положение цапфы в подшипнике в состоянии  .

покоя (а) и при вращении (б): 

— эпюра давлений в масляном слое  .

Рис. 28.7. Расположение поверхностей трения вч

режиме жидкостной смазки:

1 —цапфа; 2— вкладыш; 3—слой масла

Граничную и полужидкостную смазку объединяют одним понятием несовершенная смазка. 

При дальнейшем возрастании угловой скорости возникает сплошной устойчивый слой масла, полностью разделяющий поверхности трения (рис. 28.7). Возникает режим жидкостной смазки, при котором изнашивание и заедание отсутствуют. 

Подшипники скольжения, в которых несущий масляный слой создается при вращении цапфы вала, называют гидродинамическими. 

В гидростатических подшипниках режим жидкостной смазки создают за счет подвода масла под цапфу неровности (микровыступы) от насоса. Создаваемое давление должно быть таким, чтобы вал всплывал в масле. В гидростатических подшипниках создание несущего масляного слоя не зависит от угловой скорости вала. 

Методическое пособие содержит как общетеоретические положения, так и кон­кретные инженерные решения, результаты теоретического анализа и практики проектирования машин. В качестве основной дидактической задачи выступает развитие умений выполнять инженерно-технические проекты. Реализация поставленной задачи и развивающая функция дидактического процесса предусматриваются на конкретных объектах — технологических машинах сельскохозяйственных производств. Это способ­ствует мотивации изучения общетехнических дисциплин и закрепляет в сознании студентов прикладную направленность знаний при изучении ими профессиональных предметов. Издание излагает основы проектно-конструкторской подготовки в трех аспектах: расчет деталей и узлов машин; конструирование; оформление конструкторской документации. В комплексной цепочке: наука — техника — производство ключевым звеном является инженерно-конструкторская служба.
Расчет на прочность сварных соединений