Что такое подшипник скольжения
Детали машин
Подшипники скольжения
Общие сведения
Как упоминалось в предыдущей статье, подшипники являются опорами валов и осей, воспринимая нагрузки, приложенные к валу или оси, и передавая их на корпус машины. Иногда подшипники используются в качестве опор для деталей (шкивов, зубчатых колес и т. п.), размещенных на валу или оси.
В зависимости от вида трения, возникающего в подшипнике, они делятся на подшипники скольжения и качения.
В зависимости от направления воспринимаемой нагрузки подшипники бывают:
Особенности конструкции подшипников скольжения
В большинстве случаев подшипники скольжения состоят из корпуса, вкладышей и смазывающих устройств. Конструкции подшипников скольжения разнообразны и зависят от конструкции машины. В простейшем виде подшипник скольжения представляет собой втулку (вкладыш), встроенную в станину машины (рис. 1).
На рис. 2 и рис. 3 подшипники имеют отдельный корпус, который крепится к станине машины.
Основным элементом подшипника скольжения является вкладыш 1, который устанавливают в корпус подшипника (рис. 3) или непосредственно в станине или раме машины (рис. 1). Рабочая поверхность вкладыша в сочетании со смазочным материалом (или без него) обеспечивает минимальное трение между деталями, имеющими взаимное перемещение в механизме.
Подшипники скольжения делят на разъемные (рис. 2) и неразъемные (рис. 3).
Неразъемные (глухие) подшипники применяют при малой скорости скольжения и работе с перерывами (механизмы управления) в цапфах, где их монтаж не вызывает затруднений.
Разъемные подшипники имеют основное применение в общем машиностроении и особенно в тяжелом машиностроении. Их основное достоинство – удобство монтажа на цапфу и возможность установки в труднодоступных для сборки участках валов и осей.
При большой длине цапф, когда возможен существенный перекос осей при монтаже или во время работы машины, применяют самоустанавливающиеся подшипники (рис. 4). Сферические выступы вкладышей позволяют им самоустанавливаться, компенсируя тем самым перекосы цапф от деформации вала или неточности монтажа, обеспечивая равномерное распределение нагрузки по длине вкладыша.
Подпятники (упорные подшипники) устанавливаются на цапфах с целью восприятия осевой нагрузки, действующей на вал. Пример конструкции подпятника (упорного подшипника скольжения) показан на рис. 5.
Достоинства и недостатки подшипников скольжения
К достоинствам подшипников скольжения можно отнести следующие свойства:
1. Простота конструкции (для тихоходных и малонагруженных машин подшипники скольжения выполняются в виде обычной втулки), относительно малая стоимость изготовления.
2. Надежная работа в высокоскоростных приводах (подшипники качения в этих устройствах имеют малую долговечность).
3. Способность воспринимать значительные динамические нагрузки (удары, вибрацию) вследствие больших размеров площади рабочей поверхности, воспринимающей нагрузку, и высокой демпфирующей способности масляного слоя между валом и вкладышем.
4. Низкий уровень шума во время работы (работают практически бесшумно на любой скорости).
5. Сравнительно малые радиальные размеры (рис. 1).
6. Разъемные подшипники скольжения допускают установку на шейки валов сложной конфигурации (например, коленчатых валов), при этом не требуется демонтаж деталей (шкивов, зубчатых колес и т. п.), размещенных на других цапфах вала.
Недостатки подшипников скольжения:
1. В процессе работы требуют постоянного контроля из-за высоких требований к наличию смазочного материала и опасности перегрева; перерыв в подаче смазки может привести к отказу подшипника.
2. Имеют сравнительно большие осевые размеры для увеличения рабочей площади поверхности, воспринимающей нагрузку.
3. Значительные потери на трение в период пуска и при некачественной смазке.
4. Относительно высокие эксплуатационные расходы из-за большого расхода смазочного материала, необходимости его очистки и охлаждения.
5. Влияние на износ поверхности цапфы, особенно в период пуска или при некачественной смазке.
Область применения подшипников скольжения
Подшипники скольжения широко применяются в машиностроении и приборостроении, когда применение подшипников качения невозможно или нецелесообразно:
Материал вкладышей подшипников скольжения
Материалы, используемые для изготовления вкладышей подшипников скольжения должны обладать следующими свойствами:
В процессе работы машины изнашиваться должны вкладыши, а не цапфы вала, поскольку замена или восстановление вала значительно дороже замены вкладышей. Подшипники скольжения работают тем надежнее, чем выше твердость поверхности цапфы, поэтому цапфы валов, как правило, закаливают и упрочняют.
Вкладыши подшипников скольжения 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, БрО4Ц4С17 и др.
Алюминиевые и свинцовые бронзы вызывают повышенный износ поверхностей цапф, поэтому их устанавливают только на закаленные цапфы. Свинцовые бронзы используют при знакопеременных ударных нагрузках.
Вкладыши с баббитовой заливкой используют для подшипников в ответственных конструкциях при тяжелых и средних режимах работы (дизели, компрессоры и т. п.).
Баббит – сплав на основе олова или свинца – является одним из лучших антифрикционных материалов для подшипников скольжения. Он хорошо прирабатывается в узле, стоек против заедания, но имеет невысокую прочность. Поэтому баббит заливают лишь тонким слоем на рабочую поверхность вкладыша, выполненного из стали, чугуна или бронзы. Лучшими считаются высокооловянные баббиты марок Б88, Б83.
Чугунные вкладыши из антифрикционных чугунов (например, марки АЧС-1 и др.) применяют в малоответственных тихоходных машинах и механизмах.
В массовом производстве вкладыши штампуют из стальной ленты, на которую наносится тонкий антифрикционный слой из баббитов, оловянных сплавов или неметаллов (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.
Металлокерамические вкладыши применяют в тихоходных механизмах и в местах, труднодоступных для подвода смазки.
Для вкладышей из неметаллических материалов применяют антифрикционные пластмассы (марки АСП), древеснослоистые пластики, резину и др. Эти материалы устойчивы против заедания, хорошо прирабатываются, неприхотливы к смазочному материалу (могут работать при смазывании водой), что имеет существенное значение для подшипников насосов, гребных винтов, пищевых машин и т. п.
Характер и причины отказов подшипников скольжения
Работа подшипников скольжения сопровождается абразивным изнашиванием вкладышей и цапф, заеданием и усталостным выкрашиванием.
Абразивное изнашивание возникает вследствие попадания со смазочным материалом абразивных частиц и неизбежности граничной смазки при пуске и останове машины.
Заедание возникает при перегреве подшипника. При установившемся режиме работы температура подшипника не должна превышать допустимую для материала вкладыша и сорта используемого масла. С повышением температуры материал вкладыша расширяется, а вязкость масла снижается. Разжижение масла приводит к тому, что масляная пленка местами разрывается, возникает зона металлического контакта между вкладышем и цапфой, где под действием молекулярных сил образуются мостики микросварки, приводящие к глубинному вырыванию материала.
В результате происходит заедание цапфы в подшипнике и, как следствие, вкладыши расплавляются или полностью захватываются разогретой цапфой и проворачиваются в корпусе.
Усталостное выкрашивание поверхности вкладышей происходит редко и встречается при пульсирующих нагрузках и работе подшипника в режимах несовершенной смазки.
Подшипники
Подшипники — одно из ключевых изобретений, которое определило путь развития промышленности. Самый простой подшипник состоит из двух колец, вставленных одно в другое и предназначенное для поддержания и направления вращающегося вала.
Основные типы
Все подшипники могут быть разделены на две основные группы – подшипники качения и скольжения. Конструкция первых состоит из
Задача, которую призваны решать подшипники любого типа – это снижение трения между вращающимся и стационарными узлами агрегата. Это необходимо для снижения потерь энергии, нагрева и износа деталей, вызываемыми силой трения.
Подшипники скольжения
Сферические подшипники скольжения
Этот узел обычно выполняют в виде массивной опоры, изготовленной из металла. В ней проделывают отверстие, куда вставляют втулку или вкладыш, выполненный из материала с низким коэффициентом трения.
Для повышения эффективности работы этого узла и снижения трения в него вводят жидкую или плотную смазку. Это приводит к тому, что вал отделяется от втулки пленкой маслянистой жидкости. Эксплуатационные параметры подшипника скольжения зависят от следующих параметров:
Для обеспечения смазывания подшипника можно использовать любую вязкую жидкость – масло, керосин, эмульсии. В некоторых моделях подшипников скольжения для смазки применяют газы. Кроме, перечисленных материалов применяют и твердые, иногда их называют консистентные, смазки.
В некоторых конструкциях подшипников предусмотрена принудительная система смазки.
Подшипники качения
Внешний вид подшипника качения
В подшипниках этого типа трение скольжение подменяется трением качения. Благодаря такому решению происходит существенное снижение трения и износа.
Подшипники качения имеют разнообразные конструкции и размеры. В качестве тел вращения могут быть использованы шарики, ролики, иголки.
Шарикоподшипники
Шарикоподшипники являются самым распространенным типом подшипников. Он состоит из двух колец, между которыми устанавливают сепаратор с предустановленными шариками определенного размера. Шарики перемещаются по канавкам, которые, при изготовлении тщательно шлифуют. Ведь для полноценной работы подшипника необходимо, чтобы шарики не проскальзывали, и при этом у них была существенная площадь опоры.
Сепаратор, в который устанавливают шарики, обеспечивает их точное положение и исключает какой-либо контакт между ними. Производители выпускают изделия, которые укомплектованы двухрядными сепараторами.
Подшипники этого класса применяют при довольно небольших радиальных нагрузках и большом количестве оборотов рабочего вала.
Роликоподшипники
В подшипниках этого класса в качестве тел вращения применяют ролики различной формы. Они могут иметь форму цилиндров, усеченных конусов и пр. Производители освоили выпуск широкой номенклатуры роликовых подшипников с разными размерами колец и тел вращения.
Конический роликоподшипник используют для работы при наличии разнонаправленных нагрузках (осевой и радиальной) и больших оборотах на валу. Конструктивно роликовый подшипник похож на шариковый. Он также состоит из двух колец, сепаратора и роликов. Размеры роликовых подшипников определены в ряде стандартов, которые имеют силу в нашей стране. Например, ГОСТ 8328-75 определяет конструкцию, маркировку и размеры подшипников с короткими роликами. А ГОСТ 4657-82 регламентирует размеры и конструкцию игольчатых подшипников. То есть на каждый вид подшипников существует свой ГОСТ.
В этих нормативных документах приведены таблицы размеров подшипников, которыми должны руководствоваться конструкторы, при проектировании таких узлов.
Кстати, для облегчения жизни проектировщиков разработаны и успешно применяются справочники подшипников, в которых изложены принципы расчетов подшипниковых узлов, указаны размеры самих изделий и сопровождающих деталей, например, размеры заглушек.
Смазка
Эксплуатационный срок работы подшипников определяется износом тел качения и дорожек, расположенных в кольцах. Для продления срока службы подшипников применяют смазку, она может быть жидкой, например, в коробках передач станочного оборудования, или консистентной (твердой).
Кроме износа деталей подшипника, не последнюю роль играет и рабочая температура в узле. Вследствие нее может происходить неравномерная тепловая деформация. Это может привести к повышению частоты проскальзывания, и снижается твердость материала, из которого они изготовлены.
Производители выпускают подшипники с закрытыми сепараторами. В такие изделия еще на стадии производства закладывают твердую смазку, которая гарантировано проработает весь ресурс.
Разновидности подшипников скольжения
Всего размеры и основные характеристики подшипников скольжения, изложены в соответствующих ГОСТ. Всего их насчитывается порядка шести десятков. Например, ГОСТ 11607-82 нормирует требования к разъемным корпусам подшипников скольжения, а ГОСТ 25105-82, предъявляет требования к вкладышам, которые устанавливают в корпуса подшипников скольжения.
Классификация подшипников скольжения
Изделия этого типа можно разделить на следующие основные типы:
Кроме того, подшипники можно различать по конструкции:
Нельзя забывать и о количестве точек подачи масла. Существуют подшипники с одним и несколькими клапанами. Кроме, приведенных классов можно назвать еще один – по возможности регулирований подшипника.
Конструкция подшипников скольжения не отличается сложностью. В состав конструкции могут входить два кольца. Одно из них (внутреннее) вращается в процессе работы. Вместо, тел вращения в устройствах этого типа применяют втулки, изготовленные из антифрикционных материалов. Для повышения эффективной работы в подшипники закачивают смазочные материалы.
Существуют два типа подшипников скольжения — гидростатические и гидродинамические. В изделиях первого типа смазка подается от масляного насоса. Вторые в этом плане удобнее, они сами могут выступать в роли насоса. Смазка будет поступать в них за счет разности давления между его компонентами.
Подшипники скольжения могут иметь, сферическое, упорное и линейное исполнения. Первые подшипники применяют в тех узлах, где преобладают низкие скорости вращения вала. Главное достоинство такого исполнения подшипников – это возможность передавать вращение даже при значительных перекосах валов.
Подшипники упорного исполнения применяют для работы там, где преобладают поперечные усилия. Довольно часто их монтируют в турбинах и паровых машинах.
Подшипники линейного исполнения исполняют роль направляющих. Кстати, их особенностью можно назвать их бесперебойную работу даже при постояннодействующих радиальных усилиях.
Подшипник линейного исполнения
Многолетняя, если не многовековая практика использования подшипников скольжения позволяет сделать выводы о достоинствах и недостатках этих конструкций.
Между тем, подшипникам скольжения присущи и определенные недостатки.
Стандарты подшипников скольжения
Одно из отличий подшипников от других типов деталей, применяемых в промышленности – это то, что они все стандартизированы. Выше было отмечено что на продукцию этого класса действует 60 ГОСТ, и это не считая ТУ и другой нормативной документации.
ГОСТ не только нормирует конструкцию и размеры подшипников, но и порядок их обозначения на чертежах, в спецификациях и другой рабочей документации.
Кроме того, ГОСТ на технические условия подшипников регламентирует параметры допусков и посадок, которые обязаны соблюдать производители.
Маркировка
Маркировка подшипников – это параметры, которые показывают рабочие диаметры изделия (внутренний и внешний), конструктивные особенности. Все эти данные закодированы в наборе цифр и буквенных символов. Порядок кодировки, детальная расшифровка регламентирована в ГОСТах на подшипниковую продукцию. Так, кодировка шариковых и роликовых подшипников однорядных приведена в ГОСТ 3189-89.
В закодированном наименовании подшипника содержатся следующие данные:
Кстати, важно понимать, что на территории нашей страны применяют две системы обозначения подшипников – ГОСТ и ISO.
Пример расшифровки маркировки на подшипниках
Маркировка может быть нанесена на одно из колец. Если подшипник закрытого типа то маркировку наносят на уплотнение или защитном кольце.
Классы точности подшипников
Класс точности подшипника – это показатель, который характеризует максимальные отклонения значения размеров подшипника от номинала.
В некоторых устройствах при выборе подшипника потребитель руководствуется ценой на него, а остальные параметры для него не так критичны. В некоторых других случаях потребитель выбирает подшипник исходя из предельной скорости вращения, при которой не будут, проявляются такие явления, как вибрация и пр. Такие довольно жесткие условия предъявляются к изделиям, работающим на транспорте, станочным узлам, робототехнических комплексов.
В машиностроении существует зависимость между точностью обработки и ее стоимостью. То есть, чем точнее деталь, тем больше ее конечная цена.
Разделение подшипников по точности позволяет подобрать такое изделие, которое будет отвечать требованиям, которые предъявляет проектировщик и в то же время с приемлемой для потребителя ценой.
Класс точности описывает точность производства изделий. Для регулировки этого параметры существуют нормативы, определенные в ГОСТ и ISO. В них определены допуски на все размеры – диаметры, ширину, фаски и пр.
Назначение подшипников качения
Подшипники качения предназначены для поддержки вращающихся валов. Они нашли свое применение в машинах, разного типа, например, в подъемно-транспортных устройствах, технике, применяемой в сельском хозяйстве, судовых двигателях.
Магнитные подшипники
Магнитные подшипники, которые все чаще применяют в различных машинах и механизмах работает на основании принципа магнитной левитации. В результате реализации этого принципа в подшипниковой опоре отсутствует контакт между валом и корпусом подшипника. Существуют активное исполнение и пассивное.
Активные изделия уже в массовом производстве. Пассивные, пока еще находятся на стадии разработки. В них, для получения постоянного магнитного поля применяют постоянные магниты типа NdFeB.
Использование магнитных подшипников предоставляет потребителю следующие преимущества:
Бесконтактный магнитный подшипник
В то же время использование таких узлов влечет за собой некоторые сложности, в частности:
В случае пропадания магнитного поля, механизм неизбежно понесет повреждения. Поэтому для бесперебойной и безаварийной работы проектировщики применяют так называемые страховые подшипники. Как правило, в качестве страховочных применяют подшипники качения. Но они в состоянии выдержать несколько отказов системы, после этого требуется их замена, так будут изменены их размеры.
Создание постояннодействующего, а главное, устойчивого, магнитного поля сопряжено с созданием больших и сложных систем управления. Такие комплексы вызывают сложности с ремонтом и обслуживанием подшипниковых узлов.
Излишнее тепловыделение. Оно обусловлено тем, что обмотка нагревается в результате прохождения через нее электрического тока, в некоторых случаях, такой нагрев недопустим и поэтому приходится устанавливать системы охлаждения, что, разумеется, приводит к усложнению и удорожанию конструкции.
Где используются устройства скольжения
На самом деле сложно найти механизм, в котором не установлены подшипники скольжения. Даже на атомных подводных лодках, на подшипниках этого типа устанавливают гребные валы. Подшипники скольжения нашли широкое применение в станкостроении. В частности, в них устанавливают валы, по которым перемещается суппорт, резцедержатель и другие составные части станка.
Классификация подшипников качения
К подшипникам качения относят:
Все они характеризуются высокими параметрами износостойкости и возможностью работы в условиях разнонаправленных нагрузок – осевых и радиальных.
Характеристики подшипников качения
К основным характеристикам подшипников качения можно отнести следующие:
Угловая скорость, подшипники качения могут показывать высокие значении этой скорости, особенно если сепараторы выполнены из цветного металла или полимеров.
Перекос вала. Допустимо то, что перекос может достигать от 15’ до 30’. Кроме того, подшипники качения способны воспринимать небольшие осевые усилия. Она не должна превышать 70% от неиспользуемой радиальной грузоподъемности.
Подшипники качения показывают минимальные потери на трение.
Каталог импортных подшипников FAG, INA, SKF, NSK, TIMKEN и др.
В мировой экономике подшипниковая отрасль занимает отдельное место, во много это обусловлено значимостью продукции ей выпускаемой.
В нашей стране такую продукцию выпускают на специализированных подшипниковых заводах. Но, в последнее время существенно увеличен импорт подшипников из рубежа. Их поставляют из разных стран мира – США, КНР, Германии и пр.
Для ознакомления с номенклатурой поставляемой продукции достаточно ознакомиться с каталогами подшипников, которые предлагают потребителям зарубежные производители — FAG, INA, SKF, NSK, TIMKEN и многие другие. Достаточно одного взгляда и можно понять всю величину номенклатуры предлагаемых подшипников.
Но при заказе импортной продукции необходимо понимать, что подшипники, поступающие из-за границы, должны соответствовать требованиям наших нормативов и иметь документы, подтверждающие их качество и безопасность в эксплуатации. Подшипники очень часто поделывают. Рекомендуем покупать подшипники только у авторизированных поставщиков.
Подшипники скольжения
Подшипники скольжения – ключевые достоинства, недостатки, основные типы
Исторически подшипники скольжения стали первой опорой, применяемой в создаваемых людьми механизмах. Они встречаются уже в неолитических раскопках и первоначально используются для сверлильных устройств, веретен прядильных. До середины девятнадцатого века они были основной опорой в технике, но начали уступать первенство шарикоподшипникам. Однако и в настоящее время опоры скольжения широко распространены в технике.
Подшипник скольжения это опора, использующая трение скольжения по контактным поверхностям.
Для них специально подбирают материалы с минимальным коэффициентом трения, образующие пару трения. Для уменьшения тепловыделения, снижения трения в зону контакта обычно подается смазка. Но некоторые пары трения, например, фторопласт-сталь в смазке не нуждаются.
Наиболее распространены подшипники скольжения конструкция, которых включает корпусную деталь 3 с установленным вкладышем антифрикционным 2. В отверстии вкладыша с зазором вращается шейка вала 5 либо линейно перемещается шток. Через систему отверстий 1 и распределяющих канавок в зазор подается смазка 4, разделяющая контактирующие поверхности.
Смазка может подаваться специальным шприцем через масленку. В сложных конструкциях с большим числом точек смазки используют централизованные системы с нагнетанием смазки масляным насосом из центрального бака по трубопроводам. Нередко вместо отдельного корпуса используют расточки деталей конструкции, в которые запрессовываются антифрикционные втулки.
Подшипник скольжения и качения: разница заключается в реализуемом типе трения (скольжение, качение) и определяет их преимущества и недостатки.
Преимущества опор скольжения:
К их недостаткам можно отнести:
ГОСТ 18282 на подшипники скольжения устанавливает ключевые определения и термины.
Виды подшипников скольжения
Одним из факторов дающих возможность опорам скольжения эффективно конкурировать с шарикоподшипниками является конструктивное разнообразие, позволяющее успешно решать множество задач.
Их классификация включает следующие виды подшипников скольжения:
Опоры радиальные обычно представляют собой антифрикционные втулки, зафиксированные в отдельных корпусах либо запрессованные в конструкционные элементы.
При выполнении корпуса из антифрикционного материала, например, серого чугуна он сам становится радиальной опорой. (Вариант б).
При использовании втулки с буртом мы получаем комбинированную опору, способную воспринимать кроме радиальных сил и небольшие осевые нагрузки. Бурт также упрощает монтаж втулки. На приведенном рисунке втулка 1 компенсирует нагрузку радиальную и осевое усилие, направленное вправо, со стороны вала 5. Фиксация втулки в корпусной детали 4 осуществляется винтом-гужоном 3. В зону канавки 2 подводится смазка.
Для компенсации больших осевых сил используются упорные подшипники.
Обычно подшипник скольжения упорный для вертикального вала называется подпятником. На иллюстрации показан упорно-сферический подпятник, воспринимающий вертикальную силу при перекосе вала.
Обычно используются неразъемные подшипники.
Нередко, например, для валов коленчатых возникает необходимость в разъемных подшипниках скольжения. Они позволяют значительно упростить сборку, а иногда являются единственным вариантом монтажа. Такая опора имеет разборный корпус. Основание и крышка корпуса стянуты гайками на шпильках. Вкладыш также состоит из двух половин. Подвод смазки производится через масленку, отверстие в крышке и каналы вкладыша.
Для компенсации перекоса вала используется сферический подшипник скольжения. Их выпускает, например, SKF. Шаровый подшипник скольжения допускает поворот втулки со сферической наружной поверхностью в соответствующем посадочном месте корпуса.
В сложных рычажных системах, шарнирных параллелограммах сложно добиться строгой параллельности расположения опор. В таких случаях часто используют шарнирный подшипник скольжения. Это разновидность сферического подшипника с соединением внешнего, внутреннего колец по сферической поверхности. Они выдерживают значительные радиальные и двухсторонние осевые усилия. В основном в них используется пара трения сталь – сталь со смазкой. Обычно применяется высокохромистая сталь типа ШХ с фосфатированием и нанесением дисульфида молибдена. Такое сочетание материалов отлично работает при больших нагрузках, выдерживает удары.
В пищевой индустрии, медицине и других условиях, где нежелательна смазка применяют пару трения с внутренним хромированным кольцом и покрытием контактной поверхности наружного кольца политетрафторэтиленом с усилением сеткой арматурной из сплава меди. Такие подшипники используют чаще в механизмах, реализующих повороты рычагов. Существуют стандартизованные серии шарнирных подшипников GE или ШС, ШЛ, ШП сталь-сталь, ШН сталь-металлофторопласт, ШЕ сталь-органоволокнит. Помимо материалов пар трения они различаются наличием и расположением точек подвода смазки, размещением канавок.
Технические условия на шарнирный подшипник скольжения приведены в ГОСТ 3635-78.
Опоры скольжения – материалы, виды смазки, типы трения
Первым элементом пары трения обычно является стальной вал. Цапфа вала под используемые подшипники скольжения должна быть обработана с чистотой Ra 0,8…1,6, иметь точные геометрические размеры, допуск выбранной посадки с зазором, повышенную твердость. Обычно цапфа подвергается закалке с последующим шлифованием, иногда, в менее ответственных случаях нормализации. Ряд сталей, например, нержавейка 12Х18Н10Т не калятся. В таких случаях достаточно высокой чистоты поверхности и размерной точности.
Подшипник скольжения втулка, которого выполняется из антифрикционного материала, может проектироваться самостоятельно или в соответствие с существующими стандартами. Недорогой, но эффективный материал втулок, вкладышей – серый или антифрикционный чугун. Его используют при окружных скоростях меньших пяти метров за секунду. Чугун хорошо обрабатывается, прочный, обеспечивает малое трение, но является хрупким, боится ударов, прирабатывается хуже бронзы. Вкладыши чугунные для корпусов разъемных выполняют по ГОСТ 11611-82. Антифрикционные чугуны АСЧ1, АСЧ2, АСЧ4, АСЧ5 должны работать с нормализованными либо закаленными валами. Чугуны АСЧ3, АСЧ6 рассчитаны на незакаленные валы.
Чаще всего используют бронзовые втулки скольжения. Они выдерживают удельную нагрузку до пятнадцати МПа и хорошо работают при окружной скорости валов до десяти м/с. Оптимальным сочетанием свойств для изготовления опор скольжения обладают свинцово-оловянистые бронзы ОЦС 5-5-5, ОЦС 6-3-3, О10Ц2, а для повышенных нагрузок ОС10-10.
Бронза ОС5-25 используется в качестве внутреннего слоя биметаллических втулок с наружным слоем из стали 20 по ГОСТ 24832-81. В пищевой промышленности для подшипников скольжении рекомендована алюминиево-железистая бронза АЖ 9-4, допущенная к контактам с продуктами.
Сочетание высокой прочности и отличных антифрикционных свойств демонстрируют би и триметаллические втулки с наружной стальной оболочкой и внутренними слоями из алюминиевых, медных сплавов, фторопласта.
Чрезвычайно малое трение обеспечивают баббиты Б83, Б88. Но из-за невысокой прочности их обычно заливают во вкладыши из бронзы, или чугуна.
Спекаемые втулки скольжения изготавливаются по ГОСТ 24833-81. Вкладыши металлокерамические длительное время не нуждаются в смазке.
При невысокой нагрузке, малой окружной скорости рациональным будет применение втулок из фторопласта, капролона, нейлона не нуждающихся в смазке. А текстолит, дерево, резину можно смазывать водой. При больших усилиях применяют втулки со стальной обоймой и внутренним слоем фторопласта.
Оптимальный вариант – жидкостное трение, при котором вращающийся вал создает масляный клин, полностью разделяющий его с подшипниковой втулкой. Оно гарантирует наименьший коэффициент трения в пределах 0,001…0,005. Условия создания масляного клина – необходимое соотношение оборотов вала, зазора в соединении, эксцентриситета вала, вязкости и количества поступающего масла.
Чаще всего реализуется полужидкостное трение, при котором большая, но не вся поверхность контакта покрыта масляной пленкой. В этих условиях коэффициент трения составит 0,008…0,08.
Сухое либо граничное трение создается при недостатке, отсутствии смазочного масла. Для пары металл-металл коэффициент трения в этом случае равен 0,1…0,5.
При недостаточности смазки для стального вала коэффициент трения:
Смазка значительно снижает коэффициент трения, способствует отводу тепла, предотвращает заклинивание, износ контактных поверхностей. Для подшипников скольжения используются жидкая, пластичная, твердая смазки.
Специальные смазки, имеющие разрешение на контакт с пищевыми средами используют в медицинском, пищевом оборудовании, например, Kluber-SummitHySyn FG-32. Для подачи смазки часто применяют централизованные системы с насосом. На выходе из подшипника температура смазки не должна быть более 65 градусов. Более высокие значения означают загрязнение, недостаток смазки, малый зазор, неудачную подгонку вкладыша.
Подшипники скольжения часто смазывают пластическими смазками. В основном их получают добавкой к жидким маслам особых загустителей. Пластические смазки не требуют сложных систем подач. Достаточно установить в точки смазки масленки. Они не нуждаются в частой замене, снижают эксплуатационные расходы, эффективны. Но их сложно удалять.
Среди наиболее распространенных пластических смазок:
Твердые смазки применяют при особо низких или высоких температурах, в вакуумной технике, в пищевых производствах. Наиболее распространенные смазки твердые – дисульфид молибдена, а также графит или дисульфид вольфрама, нитрид бора. Оптимальная толщина слоя такой смазки 5…25 мкм. На основе дисульфида молибдена изготавливают самосмазывающиеся металлокерамические вкладыши. Не требуют смазки также фторопластовые, металлофторопластовые втулки.
При сверхвысоких скоростях и небольших нагрузках в качестве смазки используется газ. Но реализация газовой смазки требует очень сложной конструкции узла.
Проектирование опор скольжения
Подшипники скольжения упрощенным способом рассчитываются по нагрузке (удельной):
F – сила действующая на опору;
Также определяется значение произведения нагрузки удельной и скорости (окружной):
где d – диаметр цапфы в мм;
n – обороты вала в 1/мин.
Полученные значения не должны превышать допустимые, приведенные в справочниках. Данный расчет соответствует полужидкому и граничному трению в подшипнике.
Металлические подшипники скольжения размеры таблица, которых приведена в ГОСТ1978-81 могут служить основным справочным материалом при проектировании.
При конструировании важно также выдержать необходимое соотношение длины и диаметра втулки.
Ключевые факторы – форма, размеры, расположение канавок подвода смазки. Их размещают в ненагруженной зоне вкладыша.
Рекомендованные посадки подшипников скольжения:
Подшипники скольжения в силу своих преимуществ широко используются в машиностроении. Их применяют для высоких и низких оборотов валов, при особо больших и малых нагрузках, для валов больших диаметров, при ударах, вибрациях. Причем с появлением новых материалов и смазок сфера применения подшипников скольжения, только расширяется. Их устанавливают в турбины, насосы, ДВС, центрифуги, редуктора, прокатные станы, упаковочное, дозирующее и другое оборудование.