Подшипниковые узлы, их надежность и долговечность

и воспринимать действующие на эти детали усилия.

Опоры воспринимают:
радиальную

нагрузку Fr (подшипники),
осевую Fa (подпятники)
и передают их на корпус или раму машины.


"подшипники" – это универсальный термин!

ПОДШИПНИКИ – ОПОРЫ ВАЛОВ И ОСЕЙ

и валов. Они воспринимают радиальные и осевые нагрузки, приложенные к

валу или оси, и передают их на раму, корпус или иные части конструкции. При этом они должны также удерживать вал в пространстве, обеспечивать вращение, качание или линейное перемещение с минимальными энергопотерями. От качества подшипников в значительной мере зависит коэффициент полезного действия, работоспособность и долговечность машины.


В настоящее время широко находят применение подшипники:
контактные (имеющие трущиеся поверхности) - подшипники качения и скольжения;
бесконтактные (не имеющие трущихся поверхностей) -  магнитные подшипники и воздушные (с газовой смазкой).

«Подшипник – опора или направляющая, которая определяет положение движущихся частей по отношению к другим частям механизма» ГОСТ 24955-81

«Подшипник – опора или направляющая, которая определяет положение движущейся части относительно других частей механизма» ГОСТ ИСО 4378-1-2001

ОПРЕДЕЛЕНИЯ

скользит по поверхности подшипника; поверхности трения разделены слоем смазки различной

толщины.
1.2. Подшипники качения, у которых между опорными поверхностями устанавливают шарики или ролики, снижающие потери на трение.

2. По воспринимаемой нагрузке:
2.1. Радиальные – воспринимают радиальную нагрузку – Fr;
2.2. Упорные – воспринимают осевую нагрузку – Fa;
2.3. Радиально–упорные и
2.4. Упорно–радиальные – воспринимают радиальную и осевую нагрузки.


Все типы подшипников широко распространены!

КЛАССИФИКАЦИЯ ПОДШИПНИКОВ

сопряжённых поверхностей.
По направлению восприятия нагрузки различают радиальные и осевые

(упорные).

В зависимости от режима смазки делятся на гидродинамические и гидростатические, газодинамические и газостатические (роль смазки выполняет воздух или нейтральный газ), с твёрдой смазкой.

Определение по ГОСТ ИСО 4378-1-2001:
«Подшипник в котором видом относительного движения является движение скольжения»

принцип их устройства состоит в том, что между корпусом и

валом устанавливается тонкостенная втулка из антифрикционного материала, как правило, бронзы или бронзовых сплавов, а для малонагруженных механизмов из пластмасс.

КОНСТРУКЦИЯ ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ

смазочным материалом; 
5 – цапфа вала
Радиальный подшипник скольжения представляет собой корпус,

имеющий цилиндрическое отверстие, в которое вставляется рабочий элемент - вкладыш или втулка антифрикционного материала и смазывающее устройство. Между валом и отверстием втулки подшипника имеется зазор, заполненный смазочным материалом, который позволяет свободно вращаться валу.

КОНСТРУКЦИЯ ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ

группы: неразъемные — в виде цельных втулок или в виде

отверстий в корпусах, станинах или основаниях, залитых антифрикционными сплавами, и разъемные — с вкладышами и без вкладышей, корпуса которых заливают антифрикционным сплавом.

КОНСТРУКЦИЯ ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ

(оловянистые бронзы, алюминиевые бронзы, металлографитовые сплавы и др.).

Втулка неразъемного

подшипника может быть запрессована непосредственно в стенку корпуса. При возможных перекосах вала подшипник делают самоустанавливающимся (рис. б).

КОНСТРУКЦИЯ ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ

Неразъёмные регулируемые с наружным конусом
Разъёмные
Самоустанавливающиеся цельные
Сегментные самоустанавливающиеся

Многоклиновые цельные регулируемые
Газостатические
Гидростатические
Гидро- и газодинамические

втулки должны быть разделены слоем смазки достаточной толщины.
В природе и

технике встречаются следующие виды трения:
1. Полусухое, то есть не требующее или не имеющее смазочного материала, кроме влаги, адсорбированной поверхностью (капрон, фторопласт) либо при наличии твёрдой смазки: графит, углепластик и др. Сухого трения в природе не существует.
2. Граничное, характерное для работы со смазкой при малых скоростях скольжения при толщине граничных пленок 0,1…0,3 мкм.

ТРЕНИЕ В ПОДШИПНИКАХ СКОЛЬЖЕНИЯ

3. Полужидкостное, при котором подшипники работают в условиях периодического или недостаточного смазывания, то есть занимают промежуточное положение между граничным и жидкостным трением. Коэффициент трения f = 0,008…0,1.
4. Жидкостное, при котором трущиеся поверхности разделены слоем смазки, толщина которой больше суммарной высоты неровностей обработки.
h > Rz1+Rz2.
Сопротивление движению в этом случае определяется только внутренним трением в смазочной жидкости. Коэффициент трения f = 0,001…0,005

установившийся режим, жидкостное трение.
В - подшипник, О - смазка, J

- шип

ФОРМИРОВАНИЕ СМАЗОЧНОЙ ПЛЕНКИ
в подшипнике скольжения

масла, толщина которого больше суммы высот шероховатости поверхностей; при этом

масло воспринимает внешнюю нагрузку, изолируя вал от вкладыша, предотвращая их износ. Сопротивление движению очень мало;

ОСОБЕННОСТИ РЕЖИМОВ ТРЕНИЯ

полужидкостное трение, когда неровности вала и вкладыша могут касаться друг друга и в этих местах происходит их схватывание и отрыв частиц вкладыша. Такое трение приводит к абразивному износу даже без попадания пыли извне.

по диаграмме Герси-Штребека
ОСОБЕННОСТИ РЕЖИМОВ ТРЕНИЯ

гидростатических подшипниках давление в поддерживающем слое смазочного материала (масле, воде,

воздухе) создают насосом, подающим его в зазор между цапфой и подшипником.

Гидродинамическая теория смазки разработана Петровым Н.П., Жуковским Н.Е. Эта теория доказывает, что гидродинамическое давление может развиваться только в суживающимся зазоре, который принято называть клиновым.

ОСОБЕННОСТИ РЕЖИМОВ ТРЕНИЯ

– динамическая вязкость
– угловая скорость
р

– давление

Из формулы следует, что толщина масляного слоя возрастает с увеличением вязкости масла и угловой скорости вала. С увеличением нагрузки толщина масляного слоя уменьшается.

Режим жидкостного трения нарушается, если значения  и р выходят за допускаемые пределы. Например, в периоды пусков и остановов, при переменных режимах нагрузки, что является существенным недостатком по сравнению с подшипниками качения.

ОСОБЕННОСТИ РЕЖИМОВ ТРЕНИЯ

скользящими поверхностями должен быть зазор клиновой формы.
2. Масло требуемой вязкости

должно непрерывно заполнять зазор.
3. Скорость относительного движения поверхностей должна быть достаточной для того, чтобы в масляном слое создалось давление, способное уравновесить внешнюю нагрузку.


Невыполнение любого из трёх условий способствует образованию граничного или полужидкостного трения!

ОСОБЕННОСТИ РЕЖИМОВ ТРЕНИЯ

СКОЛЬЖЕНИЯ

напряжения в зоне трения или, что, в принципе, то же

самое – контактное давление.

Расчётное контактное давление сравнивают с допускаемым
p = N /(l d)  [p].
где N – сила нормального давления вала на втулку (реакция опоры), l - рабочая длина втулки подшипника, d – диаметр цапфы вала

Иногда удобнее сравнивать расчётное и допускаемое произведение давления на скорость скольжения. Скорость скольжения легко рассчитать, зная диаметр и частоту вращения вала.

Произведение давления на скорость скольжения характеризует тепловыделение и износ подшипника.

РАСЧЕТ ПОДШИПНИКА СКОЛЬЖЕНИЯ

характеризуется параметрами давления - р, скорости - и произведения давления

и скорости - р, являющимися по существу критериями подобия, обобщающими опыт эксплуатации подшипников. Так как режим жидкостного трения возможен в ограниченном числе случаев, методика его расчёта не рассматривается.

РАСЧЕТ ПОДШИПНИКА СКОЛЬЖЕНИЯ

напряжением смятия:

где l – длина подшипника; обычно принимают l =

(0,8…1,2)d

2. Для косвенной оценки износостойкости определяется произведение p, которое является одновременно условным расчётом на нагрев:

3. При высоких скоростях скольжения и небольших давлениях работоспособность подшипника ограничена из-за повышения температуры. Условие надёжности записывается в форме:

РАСЧЕТ ПОДШИПНИКА СКОЛЬЖЕНИЯ

Высокая демпфирующая способность.
3. Малые радиальные габариты.

Недостатки ( – ):
1. Высокое

трение и износ при всех режимах, кроме жидкостного трения.
2. Необходимость сложной системы смазки.
3. Необходимость применения дефицитных материалов.



Область применения подшипников скольжения в современном машиностроении значительно сократилась в связи с широким распространением подшипников качения, однако в определенных областях они сохранили преимущество.

резко сокращается (n > 10000 об/мин).

2. Подшипники тяжелонагруженных тихоходных валов,

для которых не изготавливаются стандартные подшипники качения.

3. Подшипники, работающие в особых условиях (вода, агрессивная среда), в которых подшипники качения неработоспособны.

4. Подшипники прецизионных машин, от которых требуется особое точное направление валов и возможность регулирования, например шпиндель шлифовального станка.

5. Разъёмные подшипники коленчатых и других валов.

6. Подшипники тесно расположенных валов.

ОЦЕНКА И ПРИМЕНЕНИЕ ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ

режиме граничного и полужидкостного трения, выходят из строя по следующим

причинам:

1. Заедание, проявляющееся в виде намазывания и задира, способствующее выплавлению подшипника – основная причина разрушения.

2. Абразивное изнашивание, особенно опасное при засорении смазочного материала.

3. Усталостное выкрашивание и отслаивание фрикционного слоя при вибрационных и ударных нагрузках.

4. Хрупкое разрушение фрикционного слоя – характерно для баббитов и некоторых пластмасс.

отслоение,
выкрашивание или частичное выплавление баббита;
увеличенные зазоры, сколы, трещины,

раковины на поверхностях скольжения;
искажение профиля смазочных канавок;
отсутствие запаса на регулирование в подшипниках с регулируемым зазором;
износ торцов вкладышей;
нарушение крепления втулок и вкладышей;
поломка деталей корпуса и крышки, срыв резьбы, засорение и повреждение маслоподводящих отверстий и трубопроводов.

Следствием износа рабочих поверхностей подшипника является увеличение зазора, появление овальности, конусо- и бочкообразности.
Величину зазора определяют щупом, а для разъемных подшипников также с помощью двух-трех свинцовых проволочек или пластинок, закладываемых между валом и вкладышем в разобранный подшипник

ВИДЫ РАЗРУШЕНИЯ ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ

лучших материалов. Отличается высокой хрупкостью.

2. Бронзы оловянные, свинцовые, кремниевые

и прочие обладают достаточно высокими механическими характеристиками, но сравнительно плохо прирабатываются и способствуют окислению масла. Их широко применяют в крупносерийном и массовом производстве.

3. Чугун обладает хорошими антифрикционными свойствами благодаря включениям свободного графита, но прирабатывается хуже, чем бронза.

4. Пластмассы (капрон, текстолит и др.), дерево, резина и другие материалы могут работать при водяной смазке.

5. Металлокерамика получается прессованием при высоких температурах порошков бронзы или железа с добавлением графита, меди, олова или свинца. Поры занимают 20…30% объема вкладыша и используются как маслопроводящие каналы.

МАТЕРИАЛЫ ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ

или при ремонте машины обнаруживают отслаивание баббита от стенки стакана

вкладыша, то баббит перезаливают.

Заливать вкладыши можно статическим, центробежным способами или под давлением. Для заливки применяют баббит марки Б-16, состоящий из сплава олова (16 %), свинца, сурьмы и меди, или марки Б-83 (олова 83 %), применяемый для быстроходных двигателей и двигателей с тяжелыми для подшипников условиями работы (турбогенераторы, насосы, компрессоры магистральных трубопроводов и крановые двигатели).

Температура плавления и заливки баббита различных марок:

Превышение температуры может привести к ухудшению качества сплава. 

ХАРАКТЕРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ БАББИТОВ

вала. Рекомендуемая шероховатость поверхности вала Ra=0.2-1.6µm, Rz=1.25-3µm
Требования к валам

подшипников скольжения

Не рекомендуется использовать валы с значением Rz>4.

В подшипниках где окружающая среда в совокупности с трением вызывает повышение температуры необходимо использовать вал с хорошей теплопроводностью.

Твердость вала рекомендуется не менее 50HRC

песок, вода, земля и т.п. Заррязнители вызывают износ и повышение

температуры. Подшипник как более мягкий материал в первую очередь подвергается износу!

Для дополнительной защиты от проникновения грязи используются уплотнения: