Определение коэффициента трения в подшипнике скольжения
Цель работы: определить экспериментально коэффициенты трения скольжения при различных внешних нагрузках и частотах вращения вала.
Краткие теоретические сведения
1.1. Назначение и классификация подшипников
Подшипники служат опорами для валов и вращающихся осей. Они воспринимают радиальные и осевые нагрузки, приложенные к валу, и сохраняют заданное положение оси вращения вала. Во избежание снижения КПД механизма потери в подшипниках должны быть минимальными. От качества подшипников в значительной степени зависят работоспособность и долговечность машин.
Подшипники классифицируют по виду трения и воспринимаемой нагрузке.
По виду трения различают: подшипники скольжения, у которых опорный участок вала скользит по поверхности подшипника; подшипники качения, у которых трение скольжения заменяют трением качения посредством установки шариков или роликов между опорными поверхностями подшипника и вала.
По воспринимаемой нагрузке: радиальные – воспринимают радиальные нагрузки; упорные – воспринимают осевые нагрузки; радиально-упорные – воспринимают радиальные и осевые нагрузки.
В зависимости от толщины масляного слоя подшипник работает в режиме жидкостного, полужидкостного или полусухого трения. При жидкостном трении рабочие поверхности вала и подшипника полностью разделяет слой смазки, толщина которого больше сумм неровностей обработки поверхностей вала и подшипника. При полусухом трении между валом и подшипником преобладает сухое трение, а при полужидкостном-жидкостное трение. Самый благоприятный режим работы подшипника скольжения-при жидкостном трении, которое обеспечивает износостойкость, сопротивление заеданию вала и высокий к.п.д. подшипника.
При надежном жидкостном режиме выполняется условие h > 1,75·(Rz1+Rz2), то есть толщина масляного слоя больше суммарной высоты микронеровностей поверхностей вала и вкладыша подшипника. 1,75 – коэффициент запаса надежности подшипника по толщине масляного слоя. Шероховатости поверхностей принимают по ГОСТ 2789-73 в пределах 6,3 – 0,2 мкм. Рекомендуют цапфу обрабатывать не ниже Rz=3,2, а вкладыши - не ниже Rz=6,3 мкм.
Одним из условий обеспечения жидкостного трения является образование клинового зазора между поверхностями вала и вкладыша, который получается за счет разности диаметров сопряженных поверхностей
δ = D – d. Толщину масляного слоя при жидкостном трении можно определить по формуле, известной из гидродинамической теории смазки,
, (1)
где hmin – минимальная расчетная толщина масляного слоя, м; µ - динамическая вязкость масла, Па·с;
ω – угловая скорость вращения вала, рад/с; p – удельное давление в подшипнике, Па; ,
l – длина вкладыша, м; с – поправочный коэффициент на конечную длину подшипника, с = 1 + .
Минимально допустимая толщина масляного слоя в подшипниках должна назначаться с учетом высоты микронеровностей контактирующих поверхностей вала Rz1 и вкладыша подшипника Rz2:
= 1,75·(Rz1+Rz2),
где 1,75 – коэффициент запаса надежности подшипника по толщине масляного слоя.
Расчетный коэффициент жидкостного трения
(2)
Экспериментально коэффициент трения f можно определить из соотношения
.
Из этого уравнения получаем , (3)
где Q – сила, действующая на конец рычага,
величину которого определяют, используя
показания индикатора и тарировочный график;
b – рабочая длина рычага.