Без смазки между цапфой вала 1 (рис. 13, а) и вкладышем 2 имеет место металлический контакт, что при вращении вызывает большое повышение температуры и абразивный износ. Перегрев подшипника является основной причиной его разрушения, что связано с заеданием цапфы и выплавлением вкладыша. Для уменьшения трения и износа подшипники смазывают.
Виды трения скольжения:
Чистое трение. Может иметь место при полном отсутствии на трущихся поверхностях каких-либо примесей даже в виде адсорбированных молекул жидкостей или газов. Оно возможно только в вакууме после специальной подготовки поверхностей.
Сухое трение. Оно проявляется в том случае, если поверхности покрыты пленками окислов, адсорбированными молекулами жидкости или газов.
Граничное трение. Возникает при наличии между контактирующими поверхностями слоя смазки толщиной порядка 0,01 мкм и обладающей свойствами, отличными от её обычных объёмных свойств.
Смешанное трение. Существует в том случае, если на различных участках поверхности возникают различные виды трения. Это возможно, если h<Rz1+Rz2, где h – толщина слоя смазки, Rz1, Rz2 – высоты микронеровностей.
Жидкостное трение. Возникает между смазанными поверхностями, если h>Rz1+Rz2. Нагрузка передается между контактирующими телами только через слой смазки. В этом случае нет износа и ресурс практически неограничен.
Гидродинамический эффект
Основы гидродинамической теории смазки заложены русским ученым и инженером Николаем Павловичем Петровым в 1883 г. Основные математические решения получены позднее английским ученым Рейнольдсом.
При жидкостном трении взаимодействие между поверхностями трущихся тел уступает место взаимодействию между частицами смазки, то есть возникает внутреннее трение. Важнейшими характеристиками внутреннего трения являются липкость и вязкость.
Липкость – способность смазки образовывать граничные слои на поверхностях металлов.
Вязкость – свойство смазки сопротивляться сдвигающим силам. Она измеряется касательной силой, приходящейся на единицу площади одной из двух параллельных плоскостей, находящихся в смазке на единичном расстоянии друг от друга и двигающимися относительно друг друга с единичной скоростью.
Рассмотрим движение плоской пластины относительно неподвижной поверхности (рис.13.1). В случае ламинарного движения F=𝜏S, где S – площадь поверхности пластины; τ - касательное напряжение сдвига в слое смазки.
Ньютоном установлено, что
где μ - динамический коэффициент вязкости смазки, [Нс/м2] (является функцией температуры и давления), h – толщина слоя смазки.
Рис.13.1
Рассмотрим теперь движение наклонной пластины относительно неподвижной поверхности. При этом условимся, что смазка несжимаема и нет скольжения на границе жидкость – твердое тело.
Рассмотрим распределение скоростей в трех сечениях a, b, c (рис 13.2). Скорости жидкости в сечениях a, b и c у поверхности А одинаковы и равны V. В сечении c по мере движения от поверхности А к поверхности В связь между слоями смазки (за счет сил вязкости) ослабевает и эпюра скорости носит вогнутый характер. В сечении b толщина слоя смазки сократилась, и чтобы через него прошло то же количество смазки, необходимо, чтобы возросла её скорость, так как смазка несжимаема. Эпюра скорости носит здесь линейный характер. В сечении а толщина слоя смазки ещё более сократилась и по той же причине эпюра скорости должна носить выпуклый характер.
Рис.13.2
При затягивании смазки в клиновидный зазор в ней возникает гидродинамическое давление, распределение которого описывается уравнением Рейнольдса
где h 0 – толщина слоя смазки в месте, где dP/dx= 0.
Согласно этому уравнению эпюра давления имеет вид, показанный на рис.13.2. Это давление передается на ограничивающие смазочный слой твердые поверхности так, что одно из тел (тело А) как бы всплывает на смазочной пленке, чем полностью предотвращается непосредственное касание контактирующих тел.
Рекомендации по конструированию подшипников скольжения
1. Вкладыши выполняют без бортов, с одним и двумя бортами. Борта служат для восприятия осевых сил и фиксации вкладышей от осевого смещения.
2. Толщина стенки вкладыша δ зависит от диаметра d цапфы и материала. Для чугунных и бронзовых вкладышей δ=0,03d+1…4 мм. Размеры борта: b =1,25; h = 0,68.
3. Толщина слоя заливки баббита δ0 = 0,1...0,5 мм. С увеличением толщины слоя его прочность уменьшается.
4. Как отмечено выше l = (0,6...0,9) d, где l — длина вкладыша, а d — диаметр его отверстия. Чем больше длина вкладыша, тем опаснее перекос осей вала и вкладыша (возникновение кромочных давлений).
5. Вкладыши жестко закрепляют в корпусе для предохранения проворачивания и осевого смещения.
6. Регулирование зазора в разъемных подшипниках производят радиальным смещением вкладышей: подбором или подшлифовкой кладок, устанавливаемых в плоскости разъема корпуса; шабрением плоскостей стыка вкладыша или корпуса.