Тертя і змащення підшипників ковзання

Робота тертя є основним показником працездатності підшипника. Тертя визначає знос і нагрів підшипника, а також його ККД. Для зменшення тертя підшипники ковзання змазують. У залежності від режиму роботи підшипника в ньому може бути напіврідинне або рідинне тертя.

Рисунок 5.3

При рідинному терті робочі поверхні вала і вкладиша розділені шаром мастила, товщина h якого більше суми висот R_z жорсткостей поверхонь (рисунок 5.3):

 

h >R_{z 1}+ R_{z 2}.

При цій умові мастило сприймає зовнішнє навантаження, запобігаючи безпосередньому стиканню робочих поверхонь, тобто зносу. Опір руху в цьому випадку визначається тільки внутрішнім тертям у масляній рідині. Значення коефіцієнтарідинного тертя знаходиться в межах 0,001...0,005 (що може бути менше коефіцієнта тертя кочення).

При напіврідинному терті умова не дотримується, у підшипнику буде змішане тертя — одночасно рідинне і граничне. Граничним називають тертя, при якому поверхні покриті найтоншою плівкою змащення, що утвориласяв результаті дії молекулярних сил і хімічних реакцій активних молекул змащення і матеріалу вкладиша. Спроможність змащення до утворення граничних плівок (адсорбції) називають маслянистістю. Граничні плівки стійкі і витримують великі тиски. Однак у місцях зосередженого тиску вони руйнуються, відбувається стикання чистих поверхонь металів, їхнє схоплювання і відрив часток матеріалу при відносному русі. Напіврідинне тертя супроводжується зносом тертьових поверхоньнавіть без влучення зовнішніх абразивних часток. Значення коефіцієнта напіврідинного тертя залежить не тільки від якості мастила, але також і від матеріалу тертьових поверхонь. Для розповсюджених антифрикційних матеріалів коефіцієнт напіврідинного тертя дорівнює 0,008...0,1.

Для роботи підшипника найсприятливішим режимом є режим рідинного тертя. Утворення режиму рідинного тертя є основним критерієм розрахунку більшості підшипників ковзання.При цьому одночасно забезпечується працездатність за критеріями зносу і заїдання.

Для утворення режиму рідинного тертя необхідно дотримуватись таких основних умов:

1) між поверхнями, що ковзають, повинен бути зазор клинової форми;

2) мастило відповідної в’язкості повинно безперервно заповнювати зазор;

3) швидкість відносного руху поверхонь повинна бути достатньою для того, щоб у мастильному шарі утворився тиск, який може врівноважити зовнішнє навантаження.

До матеріалу вкладишапред’являються такі умови:

1) малий коефіцієнт тертя і високий опір заїданню в періоди відсутності режиму рідинного тертя (пуски, гальмування і т.п.);

2) достатня зносостійкість поряд зі спроможністю до приробляння; зносостійкість вкладиша повинна бути нижче зносостійкості цапфи, тому що заміна вала обходиться значно дорожче, ніж заміна вкладиша;

3) досить високі механічні характеристики й особливо високий опір крихкому руйнуванню при дії ударних навантажень.

Вкладиші виготовляють з найрізноманітніших матеріалів:бронзи, чавуну, бабіту, пластмаси, металокераміки тощо. З метою підвищення міцності підшипників, особливо при змінних і ударних навантаженнях, застосовують так називані біметалічні вкладиші, у яких на сталеву основу наплавляють тонкий шар антифрикційного матеріалу — бронзи, срібла, сплаву алюмінію тощо. Біметалічні підшипники мають високу навантажувальну спроможність.

 

Підшипники кочення

Загальні відомості

Рис. 5.4

4

а)

б)

в)

г)

е) )

ж)

з)

д)

Застосування підшипників кочення дозволяє замінити тертя ковзання на тертя кочення, яке менш суттєво залежить від змащування (умовний коефіцієнт тертя близький до коефіцієнту рідинного тертя f» 0,0015...0,006), При цьому спрощується система змащування та обслуговування підшипника.

Конструкція підшипників кочення дозволяє виготовляти їх у масових кількостях як стандартну продукцію, що значно зменшує вартість виробництва.

Підшипники кочення складаються з внутрішнього (рис. 5.4, 1) та зовнішнього (рис. 5.4, 2) кілець з доріжками кочення, тіл кочення (рис. 5.4, 3) (шариків чи роликів), сепараторів (рис. 5.4, 4), які розділяють та направляють тіла кочення.

До недоліків підшипників кочення відносяться: відсутність роз’ємних конструкцій, порівняно великі радіальні габарити, обмежена швидкохідність, низка працездатність при вібраційних та ударних вантаженнях та в агресивних середовищах.

По формі тіл кочення підшипники поділяються на шарикові та роликові.

По напрямку навантаження, яке сприймається – радіальні, упорні, радіально-упорні, упорно-радіальні.

Радіальні шарикові підшипники (рис. 5.4, а) – найбільш прості та дешеві. Допускають невеликі перекоси вала (до 1/4 °) і можуть сприймати осьові навантаження, але менші радіальних. Ці підшипники широко поширені в машинобудуванні. Радіальні роликові підшипники (рис. 5.4, г) завдяки збільшеній контактній поверхні допускають значно більші навантаження, ніж шарикові. Однак вони не сприймають осьові навантаження і погано працюють при перекосах вала. У роликових циліндричних і конічних підшипниках з комбінованими (бочкоподібними) роликами концентрація навантаження від неминучого перекосу вала істотно знижується. Аналогічне порівняння можна провести і між радіально-упорними шариковими (рис. 5.4, в) і роликовими (рис. 5.4, д) підшипниками.

Самоустановлювальні шарикові (рис. 5.4, б) і роликові (рис. 5.4. е) підшипники застосовують і тих випадках, коли допускають значний перекіс вала (до 2...3⁰). Вони мають сферичну поверхню зовнішнього кільця і ролики бочкоподібної форми. Ці підшипники допускають невеликі осьові навантаження,

Застосування голчастих підшипників (рис. 5.4, ж) дозволяє зменшити габарити (діаметр) при значних навантаженнях. Упорний підшипник(рис. 5.4, з) сприймає тільки осьові навантаження і погано працює при перекосі осі.

Понавантажувальній здатності(або по габаритах) підшипники розділяють на сім серій діаметрів і ширини: надлегку, особливо легку, легку, легку широку, середню, середню широку, важку.

По класах точності: 0 (нормальний клас), 6 (підвищений), 5 (високий), 4 (особливо високий), 2 (надвисокий). Від точності виготовлення в значній мірі залежить працездатність підшипника, але одночасно зростаємо його вартість

Усі підшипники кочення виготовляють з високоміцних підшипникових сталей з термічною обробкою, що забезпечує високу твердість.

Великий вплив на працездатність підшипника має якість сепаратора. Установка сепаратора значно зменшує втрати на тертя. Більшість сепараторів виконують штампованими зі сталевої стрічки. При підвищених окружних швидкостях (більш 10...15 м/с) застосовують масивні сепаратори з латуні, бронзи, дюралюмінію або пластмаси.

Основні причини втрати працездатності підшипників кочення:

- викришування від втоми, якеспостерігається в підшипників після тривалого часу їхньої роботи в нормальних умовах;

- знос, щоспостерігається при недостатньому захисті від абразивних часток (пилу і бруду);

- руйнування сепараторів, яке дає значний відсоток виходу з ладу підшипників кочення, особливо швидкохідних;

- розколювання кілець і тіл кочення, яке зв'язано з ударними і вібраційними перевантаженнями, неправильним монтажем, що викликає перекоси кілець, заклинювання тощо;

- залишкові деформації на бігових доріжках і виді лунок та вм'ятин, які спостерігаються в важконавантажених тихохідних підшипників.