Расчёт и проектирование подшипников скольжения

Вкладыши малонагруженных и низкооборотных механизмов изготовляют из металлокерамики, пластмасс. Втулки и вкладыши подшипников скольжения, изготовленные из неметаллических материалов (текстолит, резина, капрон и др.), стоят дешевле металлических. Они обладают хорошими антикоррозионными свойствами, могут работать без смазки или с водяной смазкой, имеют повышенную нагрузочную способность и сопротивляемость удару, износостойки и не склонны к заеданию.

Практика эксплуатации подшипников скольжения показала, что их работа в условиях сухого и граничного трения сопровождается изнашиванием. Отказы таких подшипников происходят из-за заедания (диффузионной сварки), пластического деформирования, абразивного изнашивания, особенно опасного при засорении смазочного материала, а также усталостного разрушения и отслаивания фрикционного слоя при вибрационных и ударных нагрузках. Эти повреждения зависят от удельной нагрузки, скорости, вязкости материала и других параметров режима работы, используемых в качестве критериев работоспособности.

Подшипники жидкостного трения работают без изнашивания, если не нарушается режим смазки. В связи с этим для них основным критерием работоспособности является номинальная толщина слоя смазочного материала, исключающая контакт микронеровностей цапфы и подшипника (вкладыша).

3.4.3. Расчёт и проектирование подшипников скольжения

Проектирование подшипников скольжения предусматривает выбор материала для изготовления их деталей, определение основных размеров вкладышей и выбор сорта смазочного материала. Наиболее благоприятным режимом трения, как уже отмечалось, является жидкостное трение. Однако, оно возможно лишь при условии соблюдения необходимого соответствия между нагрузкой подшипника, скоростью движения, свойствами смазочного материала и размерами поверхностей трения. Расчёт подшипников на жидкостное трение основывается на гидродинамической теории смазки и имеет своей целью установления оптимальных соотношений между перечисленными параметрами.

При неустановившихся режимах, например при частых пусках и остановках, не исключено нарушение слоя смазочного материала, и тогда режим трения в подшипнике будет граничным.

Нагрузочная способность подшипников сухого и граничного (полужидкостного) трения зависит от интегрального параметра режима работы – мощности PТ, расходуемой на трение.

Для радиального подшипника (рис. 29)

PТ = ωМТ (32)

где ω – угловая скорость вала,

, (33)

здесь V— окружная скорость цапфы;

МТ – момент трения в подшипнике,

, (34)

здесь FТ – сила трения в подшипнике,

, (35)

здесь Fr – радиальная сила, действующая на опору, равная реакции в опоре;

f – коэффициент трения в опоре.

Подставляя (33)…(35) в (32) и учитывая что

, (36)

находим

, (37)

где p — удельная нагрузка на подшипник при действии радиальной силы Fr;

l и d – длина и диаметр цапфы (рис. 29).

Эта мощность косвенно характеризует выделяемую в подшипнике теплоту. Обычно для упрощённой оценки износостойкости подшипников используют лишь первых два сомножители – произведение pV, и условие триботехнической надёжности принимает вид

pV ≤ [pV], (38)

где [pV] — допускаемое произведение удельной нагрузки на скорость (табл. 2). В случае удовлетворения условия (38) полагают, что тепловой режим подшипника обеспечит достаточную стойкость против заедания.

При небольших скоростях скольжения условие триботехнической надёжности упрощают, принимая удельную нагрузку на подшипник из (36),

p = ≤ [p ] (39)

где [p] – допускаемая удельная нагрузка.

Расчёт плоского подпятника (рис. 30 г) выполняется аналогично.

Таблица 2

Допускаемы значения[p] и [pV] для подшипников скольжения

Условие надёжности в этом случае имеет вид

(40)

где А – площадь опорной поверхности;

Vm – средняя расчётная скорость,

Vm = ωRm. (41)

Для сплошной пяты Rm = d/3.

3.5. Подшипники качения 3.5.1. Устройство подшипников качения и их классификация  

Подшипники качения обычно состоят (рис. 35): из двух колец наружного 1 и внутреннего 2, тел качения 3 (шарики или ролики) и сепаратора 4 (от лат. separator – отделитель), разделяющего тела качения друг от друга.

Внутреннее кольцо насаживается на вал или ось, наружное устанавливается в корпусе опорного узла машины. В наиболее часто встречающихся конструкциях внутреннее кольцо является подвижным, а наружное – неподвижным.

Стандартные подшипники по основным признакам разделяются на следующие типы. По форме тел качения – на шариковые (рис. 36 а, б, в, е) и роликовые (рис. 36 г, д, ж, з); по воспринимаемы нагрузкам – на радиальные (рис. 36 а, б, г, ж, з,), радиально-упорные (рис. 36 в, д), упорные (рис. 36 е) и упорно-радиальные; по важнейшему конструктивному признаку – на самоустанавливающиеся (сферические) (рис. 36 б) и несамоустанавливающиеся (остальные); по числу рядов тел качения – на однорядные (рис. 36 а. в, г, д. е, ж, з), двухрядные (рис. 36 б) и четырёхрядные.

Подшипники одного и того же диаметра отверстия подразделяются по габаритным размерам (наружного диаметра и ширины) на серии: сверхлёгкую, особолёгкую, лёгкую, лёгкую широкую, среднюю, среднюю широкую и тяжёлую (рис. 37)

Радиальные шариковые подшипники предназначены для восприятия главным образом радиальных нагрузок. Однако, они, кроме радиальной нагрузки, могут передавать осевую нагрузку в пределах 70% от неиспользованной радиальной нагрузкой. При использовании этих подшипников предъявляются менее высокие требования к соосности опор и жёсткости валов. Они дешевле подшипников других типов, допускают более простой монтаж и демонтаж. Поэтому их наиболее часто используют в различных машинах и механизмах.

Роликовые подшипники обладают большей грузоподъёмностью, чем шариковые. Однако роликовые подшипники с цилиндрическими роликами наиболее распространённых конструкций не могут воспринимать осевые нагрузки, а конические роликоподшипники менее быстроходны.

Радиально-упорные подшипники различают по углу контакта α (рис. 36 б). С увеличением угла контакта радиально-упорные подшипники могут воспринимать более тяжёлые осевые нагрузки, однако быстроходность подшипников при этом снижается.