Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Подшипники

подшипник вал смазка центробежный

Подшипники служат опорами для вращающихся валов. Они разделяются на две основные группы:

а) подшипники скольжения,

б) подшипники качения.

Подшипники качения следует применять везде, где это возможно, так как они обладают следующими крупными достоинствами.

а) низким относительным коэффициентом трения;

б) малой чувствительностью к недостатку смазки;

в) комплектной взаимозаменяемостью в мировом масштабе;

г) относительной дешевизной, благодаря массовому характеру производства.

К недостаткам подшипников качения можно отнести:

а) слабую сопротивляемость ударной нагрузке;

б) невозможность работы на сверхвысоких скоростях (свыше 50000 об/мин), вследствие прогрессивного возрастания центробежных сил инерции;

в) плохую работу в загрязненной среде.

Подшипники скольжения следует применять там, где нельзя применить подшипники качения, а именно:

а) когда подшипник должен быть разъемным по оси (например, подшипники средних шеек коленчатого вала);

б) для очень больших нагрузок, когда подходящих стандартных подшипников качения подобрать нельзя;

в) для сверхбыстроходных валов, где центробежные силы инерции не допускают применения подшипников качения;

г) для работы в сильно загрязненной среде или воде.

Распространенное мнение, что подшипники скольжения дешевле подшипников качения, глубоко ошибочно.

2. Основы гидродинамической теории смазки

Виды трения:

1. Сухое трение - без смазки.

2. Полужидкостное трение, когда имеет место лишь частичное касание вала и подшипника.

3. Жидкостное трение - только между молекулярными слоями жидкости, когда металлические поверхности вала и подшипника не касаются одна другой.

Все виды трения существуют реально и используются практически.

Сухое трение применяется там, где трущиеся поверхности нельзя защитить от попадания грязи, пыли и абразива, (например, шарниры гусениц, оси подвесок гусеничных машин и проч.). В этих случаях подшипники без смазки имеют меньший износ.

Жидкостное трение - это идеальный расчетный вид трения, на который должны быть ориентированы все подшипники при установившемся режиме работы.

Полужидкостное трение имеет место при неустановившемся режиме (трогании с места, торможении, резких толчках и ударах). Основы теории смазки при жидкостном трении впервые разработаны русским ученым проф. Петровым. Он установил, что поток движущейся жидкости, взаимодействуя о наклонной пластиной, образует масляный клин и создает подъемную силу, величина которой пропорциональна скорости и вязкости жидкости и обратно пропорциональна квадрату минимального зазора. В подшипнике, при смещении вала под действием нагрузки на величину эксцентриситета, также образуется изогнутые масляный клин и возникает подъемная сила, которая при жидкостном трении уравновешивает реакцию опоры, и вал вращается, не касаясь подшипников.



3. Расчет подшипников на основе гидродинамической теории трения

Уравнение жидкостного трения имеет вид:

Обозначим:

- абсолютный диаметральный зазор;

- абсолютный радиальный зазор;

- абсолютный эксцентриситет;

- относительный диаметральный зазор.

Можно принимать в среднем = 0,001;

-относительный эксцентриситет;

hmin - минимальный зазор

На и Нп - высота гребешков - следов механической обработки для вала и подшипника (по ГОСТ).

Величина подъемной силы выражается уравнением:

Здесь: К - коэффициент, равный 1, 07 * 10-9;

d и l - диаметр и длина шейки вала;

n - число оборотов в минуту вала;

- абсолютная вязкость смазывающей жидкости;

СR - табличный коэффициент;

в среднем = 0, 8 + 1, 2.

Рис. 1

Пользуясь этим уравнением, можно определить размеры опорной поверхности подшипника, либо по данным размерам и скорости подобрать вязкость, а, следовательно, и сорт смазки. Следует заметить, что подъемная сила, обеспечивающая состояние жидкостного трения, возрастает обратно пропорционально квадрату относительного зазора, который, в свою очередь, определяется чистотой обработки шейки вала и подшипника. Поэтому для обеспечения надежной работы подшипников при жидкостном трения необходима приработка, то есть сглаживание гребешков на опорной поверхности вала и подшипника. Приработка новых и отремонтированных машин производится на режиме пониженной нагрузки. Во всех руководствах и инструкциях обязательно должен быть указан режим и время обкатки к приработки.

4. Смазочные материалы

В настоящее время для смазки машин применяются в основном лишь минеральные масла - продукты перегонки нефти. Из растительных может применяться только касторовое масло, обладающее очень высокими смазывающими свойствами; другие растительные масла окисляются и для смазки не годятся. Смазочные материалы разделяются на жидкие, консистентные и твердые. Желательно применять, по возможности, жидкие масла со смазкой окунанием в масляную ванну. При весьма высоких угловых скоростях вращения деталей (свыше 5000 об/мин) применяют подачу жидкой смазки форсунками под давлением, так как при таких скоростях начинают сильно возрастать гидравлические потери на взбалтывание масла. Консистентную смазку применяют в отдельных точках, где нельзя организовать масляную ванну. Количество точек смазки в машинах должно бить минимальным, иначе усложняется их техническое обслуживание. Твердые смазки содержат графит и применяются при очень больших давлениях и малых скоростях относительного перемещения смазываемых деталей, например, для смазки листовых рессор.

Основной характеристикой жидких смазок, которая определяет их применение, является вязкость. Различают абсолютную или динамическую вязкость, которая выражает сопротивление сдвигу молекулярных слоев жидкости и относительную или кинематическую вязкость, которая характеризуется временем истечения жидкости через калиброванное отверстие при определенной температуре (50 или 100°С).

=

где - удельный вес масла, который можно принимать равным 0,9;

- абсолютная вязкость в сантипаузах (спз);

- относительная вязкость в сантистоксах (сст).

Вязкость масел очень сильно изменяется с изменением температуры: с повышением температуры масло становится жидким и теряет смазывающие свойства, а с понижением оно сильно густеет, создавая дополнительные сопротивления вращению и затрудняя пуск машин. Оптимальной можно считать температуру масла 50 - 70°С. При более высоких температурах масла должны содержать специальные присадки.

Все сорта масел нормализованы по ГОСТ, различаются по назначению.

К маслам универсального назначения относятся так называемые индустриальные масла разных марок, например, индустриальное масло - 50 (вязкость 50 сст при 50°С).

Широкое распространение получили автотракторные масла: автолы, дизельные, нигролы, гипоидные. Первые два сорта масла - для смазки двигателей, вторые - для трансмиссий.

Авиамасла подобны автотракторным, но отличаются лучшим качеством очистки.

Кроме того, широко применяются другие типы масел: турбинные, веретенные, сепараторные. Общее соображение по применению масел вытекает из гидродинамической теории смазки: чем выше скорости, тем меньше должна быть вязкость масла; при сверхвысоких скоростях даже воздух является смазкой и создает жидкостное трение.

5. Антифрикционные материалы

Это материалы и сплавы, обладающие низким коэффициентном трения в паре со стальным валом. К ним предъявляются, кроме того, следующие требования:

а) хорошая прирабатываемость;

б) способность удерживать масляную пленку, которая должна как бы прилипать к поверхности;

в) хороший отвод тепла;

г) достаточная механическая прочность.

Всеми этими качествами не обладает ни один из антифрикционных материалов, например:

Баббиты - оловянистые сплавы - не обладают свойством (г), однако их наплавляют на стальной, бронзовый или чугунный вкладыш, что и решает вопрос прочности.

Бронзы оловянистые и свинцовистые слабо обладают свойством (а).

Сплавы на алюминиевой основе слабо обладают свойством (г).

Антифрикционные чугуны вообще обладают недостаточными антифрикционными свойствами и могут применяться лишь при малых удельных давлениях и скоростях.

Неметаллические материалы (пластмассы) имеют довольно высокое значение коэффициента трения и не обладают свойством (в).

6. Конструктивные типы подшипников скольжения

Рис. 2

Простейшие подшипники скольжения имеют неразъемный корпус обычно с бронзовой втулкой; более сложные подшипники имеют разъем вдоль оси как корпуса, так и вкладышей. Вкладыши делаются стальными или чугунными с наплавкой антифрикционного сплава или бронзовые. В зоне разъема вкладышей имеются так называемые холодильники - емкости для масла, а на поверхности контакта с шайкой вала нарезаются неглубокие масляные канавки. Конструкции подшипников разнообразны, с ними необходимо ознакомиться по учебнику.

Условный расчет подшипников скольжения

Этот расчет непосредственно не отражает наличие жидкостного трения, но, благодаря своей простоте и большому накопленному опыту по допускаемым величинам, достаточно широко применяется в машиностроении.

а) расчет на удельное давление:

б) на удельную мощность трения:

Для ответственных и быстроходных подшипников желательно производить проверку по гидродинамической теории.

7. Подшипники качения

а) классификация и область применения подшипников качения

1. Шариковый радиальный - самый массовый, распространенный и дешевый тип. Воспринимает радиальные и небольшие осевые нагрузки (до 70% от неиспользованной радиальной). Применять следует везде, где это возможно.

Рис. 3

2. Шариковый сферический - самоустанавливающийся тип. Воспринимает радиальные и незначительные осевые нагрузки (до 20% от неиспользованной радиальной). Применяется там, где оси опор смежны или при гибких длинных валах, имеющих большой прогиб.

3. Шариковый радиально-упорный. Воспринимает радиальные и значительные осевые нагрузки. Имеет глубокие канавки; разъемный - устанавливается попарно. Применяется там, где осевые нагрузки сравнительно велики.

4. Роликовый цилиндрический - воспринимает только радиальные, но, благодаря линейному контакту, большие по величине нагрузки. Применяется там, где нет осевых нагрузок.

5. Роликовый сферический - воспринимает очень большие радиальные и довольно большие осевые нагрузки. Самоустанавливающийся тип. Применяется там же, где тип (2), но при больших нагрузках.

6. Роликовый конический - воспринимает большие радиальные и большие осевые нагрузки, универсальный, разъемный тип подшипника. Рекомендуется, в частности, для конических зубчатых передач. Устанавливается попарно, при износе регулируется осевой зазор, для чего под фланцами крышек предусматривается набор регулировочных прокладок или устанавливаются регулировочные гайки.

7. Роликовый с витыми роликами (тип ХАЯТ) - воспринимает только радиальные нагрузки, хорошо сопротивляется удару благодаря упругим роликам, изготовленным из плотно навитой проволоки прямоугольного сечения. Не обладает высокой точностью, поэтому применяется для тихоходных валов грубой центровки.

8. Игольчатой - воспринимает только радиальные нагрузки. Отличается очень малыми радиальными габаритами, может работать без одной обоймы или вообще без обойм, не имеет сепаратора, иголки укладываются вплотную одна к другой. Предельное число оборотов меньше, чем у других подшипников.

9. Шариковый упорный - воспринимает только осевые нагрузки. Устанавливается в паре с другим подшипником, воспринимающим радиальную нагрузку.

б) материал и термообработка подшипников качения

Обоймы (кольца) подшипников и тела качения изготавливаются из высокохромистой и высокоуглеродистой стали типа ШХ-15 с закалкой до весьма высокой твердости HRC = 50-66. Сталь этого типа после закалки приобретает очень высокие механические свойства, не становясь при этом хрупкой.

в) точность изготовления и посадки подшипников качения

Кольца и тела качения изготавливаются по 1-му классу точности и выше. Обычные подшипники имеют нормальную точность - 0 (знак не выбивается); для повышенных и высоких скоростей применяются более высокие точности изготовления: 6 - повышенная, 4 - высокая,

2 - сверхвысокая (знак выбивается на торцах колец). Стоимость высокоточных подшипников намного превосходит стоимость нормальных.

Для установки подшипников на шейках валов и в корпусе применяются посадки промежуточного типа:

если вращается вал, то на валу - m6 или k6 или js6, а в корпусе - H6 или H7;

если вращается корпус, а вал (ось) неподвижны, то на валу - h6 или h8, а в корпусе - M7 или K7 или Js 7.

Более тугие посадки затрудняют монтаж и демонтаж подшипников и могут служить причиной защемления тел качения, поэтому не могут быть рекомендованы; более свободные посадки не обеспечивают удержания от вращения подшипниковых колец.

г) система обозначения подшипников качения

На один и тот же диаметр шейки вала предусматривается несколько серий подшипников, которые отличаются размерами колец и тел качения и соответственно величиной воспринимаемых нагрузок.

В пределах каждой серии подшипники равных типов взаимозаменяемы в мировом масштабе. В стандартах указываются: номер подшипника, размеры, вес, предельное число оборотов, статическая нагрузка и коэффициент работоспособности.

Рис. 4 Серии: 1. Особо легкая. 2. Легкая. 3. Средняя.4. Тяжелая. 5. Легкая широкая. 6. Средняя широкая.



Обозначения

Две крайние цифры номера справа, умноженные на пять, выражают диаметр шейки вала d в мм; третья цифра справа выражает номер серии; четвертая цифра справа выражает тип подшипника, так: отсутствие цифры (нуль) - шариковый радиальный, единица - шариковый сферический, два - роликовый цилиндрический,... семь - роликовый конический.

Пятая и другие цифры справа, если они есть, означают конструктивные особенности данного типа.

д) распределение нагрузки на теле качения подшипника

Рис. 5

Задача распределения нагрузки на тела качения статически неопределимая и решается на основе совместности деформации системы:



Для шарикоподшипника:

Для роликоподшипника:

Из вышеприведенных соображений можно сделать выводы:

1. Нагрузку воспринимают только нижние тела качения, a верхние и боковые - не воспринимают.

2. Наибольшая нагрузка приходится на центральный шарик или ролик; решение задачи показывает, что он несет нагрузку в 4 - б раз большую средней, которая имела бы место, если бы все тела качения воспринимали нагрузку поровну.

е) особенности кинематики подшипников качения

Подшипники можно рассматривать как планетарный ряд с двумя вариантами привода:

1) вращается внутреннее кольцо,

2) вращается наружное кольцо.



Рис. 6

Мгновенный центр скоростей (МЦС) лежит в точке контакта тела качения с неподвижным кольцом, построение планов скоростей показывает, что при равных угловых скоростях - : , так как

; ; .

Это значит, что скорость центра тела качения (сепаратора), а, следовательно, и угловые скорости вращения тел качения во втором случае больше, чем в первом, а, следовательно, больше и износ всех элементов подшипника. Это обстоятельство в расчетной формуле для подшипников качения учитывается особым коэффициентом.

ж) расчет (подбор) подшипников качения

Статический расчет - только для подшипников, делающих меньше одного оборота, например, подшипников поворотных кранов, грузоподъемных крюков и пр.

R С0

где R - реакция опоры;

Со - допускаемая статическая грузоподъёмность подшипника (по каталогам подшипников).

Расчет на долговечность (по динамической грузоподъёмности) - основной расчет.

С - паспортная динамическая грузоподъёмность подшипника (каталогам подшипников) - это такая постоянная нагрузка, которую подшипник может выдержать в течение одного миллиона оборотов без появления признаков усталости.

Динамическая грузоподъёмность и ресурс работы подшипника L (в миллионах оборотов) связаны эмпирической формулой

, (7.1)

где Р - эквивалентная динамическая нагрузка на подшипник (см. ниже),

p = 3 для шариковых и p =3,33 для роликовых подшипников.

Ресурс подшипника в часах работы

, (7.2)

где n - частота вращения подшипника (об/мин).

Эквивалентная динамическая нагрузка для радиальных и радиально-упорных подшипников:

, (7.3)

где - радиальная нагрузка на опору;

- осевая нагрузка на опору;

V - коэффициент, зависящий от того, какое кольцо вращается: если внутреннее - V = 1; если наружное V= 1,2.

X и Y - табличные коэффициенты, характеризующие способность данного типа подшипника воспринимать радиальную и осевую нагрузку (выбираются по каталогам подшипников).

Кб - коэффициент безопасности, зависящий от характера воспринимаемой нагрузки и степени ответственности механизма в машине(выбирается по справочникам в пределах 1,0-2,5);

KТ - табличный температурный коэффициент, при t 1000C - Кт = 1.

При практических расчётах, когда задана расчётная долговечность работы подшипника в часах, требуемая динамическая грузоподъёмность определится из выражения

(7.4)

При переменной нагрузке, которая задается усредненным графиком (рис.5), определяется приведенная динамическая эквивалентная нагрузка:

Например, для графика, указанного на рисунке:



Рис. 7 Pi, ni, Lhi - нагрузка, число оборотов и долговечность на i-ой ступени графика

Центробежные силы инерции, действующие в подшипниках качения, определяются известным уравнением

При малых и средних угловых скоростях они не очень велики, но сильно возрастают при высоких и сверхвысоких углов их скоростях, становясь главными нагрузками, которые и определяют предельное число оборотов подшипников этого типа.

Для упорных шариковых подшипников центробежные силы составляют большую опасность, чем для других типов, способствуя износу сепараторов.

Размещено на Allbest.ru

...