Опоры валов и осей. Подшипники скольжения

Лекция №22

Тема 24: Опоры валов и осей

Назначение опор – направлять движение поддерживаемых ими валов и осей и воспринимать действующие на эти детали усилия. Опоры воспринимают радиальную нагрузку F_r (в этом случае они называются подшипниками), осевую F_a (подпятники) и передают их на корпус или раму машины. Их универсальный термин – подшипники.

Подшипники классифицируют:

1. По виду трения:

1.1. Подшипники скольжения, у которых шейка вала 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 различают подшипники:

2.1. Радиальные – воспринимают радиальную нагрузку – F_r;

2.2. Упорные – воспринимают осевую нагрузку – F_a;

2.3. Радиально–упорные и

2.4. Упорно–радиальные – воспринимают радиальную и осевую нагрузки.

Все типы подшипников широко распространены.

Тема 25: Подшипники скольжения

25.1. Виды трения

В природе и технике встречаются  следующие виды трения:

1. Полусухое, 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 и толщине граничных пленок 0,1…0,3 мкм.

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 (рис. 25.1).

h > R_z1+R_z2.                                                           (25.1)

Сопротивление движению в этом случае определяется только внутренним трением в смазочной жидкости. Коэффициент трения f = 0,001…0,005.

Рис. 25.1. Масляный зазор

25.2. Жидкостное трение

Известны два способа создания режима жидкостного трения: гидростатический и гидродинамический. В гидростатических подшипниках давление в поддерживающем слое смазочного материала (масле, воде, воздухе) создают насосом, подающим его в зазор между цапфой и подшипником (рис. 25.2).

Гидродинамическая теория смазки разработана Петровым Н.П., Жуковским Н.Е. и др. Эта теория доказывает, что гидродинамическое давление может развиваться только в суживающимся зазоре, который принято называть клиновым. На рис. 25.3 показаны две пластины А и Б, залитые маслом и нагруженные силой F. Пластина А движется относительно пластины Б со скоростью u_А. Если скорость u_А мала (u_А < u_кр), то пластина А соскабливает смазку с пластины Б (рис. 25.3, а). При этом образуется режим полужидкостного трения.

Рис. 25.2. Гидростатический подпятник

          При достаточно большой скорости (u_А > u_кр) пластина А поднимается в масляном слое и принимает наклонное положение подобно глиссирующему катеру на воде (рис. 25.3, б). Между пластинами образуется суживающийся зазор, заполненный маслом, а движение происходит в условиях жидкостного трения. Жидкость запрессовывается под пластину А и прогоняется через зазор, приобретая переменное по длине давление р, уравновешивающее внешнюю нагрузку F.

Рис. 25.3. Давление в масляном клине

В радиальных подшипниках (рис. 25.4) клиновая форма зазора свойственна самой конструкции подшипника. Она образуется за счет смещения центров цапфы вала и вкладыша. При угловой скорости w < w_кр (рис. 25.4, а) образуется режим граничного трения, характеризуемого пониженными потерями на трение вследствие маслянистости смазки.

При w > w_кр цапфа всплывает в масле и несколько смещается в сторону вращения (рис. 25.4, б). С увеличением угловой скорости увеличивается толщина разделяющего масляного слоя h, а центр цапфы сближается с центром вкладыша. Полного совпадения центров быть не может, так как при этом нарушается клиновая форма зазора как одно из условий жидкостного трения. Эпюра давлений смещается в сторону вращения. Смазочные отверстия в масляном клине разрывают эпюру давлений (показано штриховыми линиями