Условия работы и виды разрушения подшипников скольжения
Вращению цапфы в подшипнике противодействует момент сил трения. При этом нагревается подшипник и цапфа.Теплота выделяется через корпус подшипника и вал, переносится со смазывающей жидкостью. Повышение температуры снижает вязкость смазки, увеличивая вероятность заедания цапфы в подшипнике, что приводит к выплавлению вкладыша. Основной причиной его выхода из строя подшипника является перегрев
При работе подшипника наблюлается износ вкладыша и цапфы, что нарушает правильную работу механизма и самого подшипника. Интенсивность износа определяет долговечность подшипника.
При переменных нагрузах на поверхности вкладыша может наблюдаться усталостное выкрашивание.
При больших кратковременных перегрузках ударного характера вкладыши могут хрупко разрушаться.
Трение и смазка подшипников скольжения
Трение определяет нагрев, износ и КПД подшипника. Для уменьшения трения применяют смазку. В зависимости от режима работы подшипника в нем может быть полужидкостное или жидкостное трения.
При жидкостном трении рабочие поверхности вала и вкладыша разделены слоем смазки, толщина которой больше суммы высот шероховатостей поверхностей
В этом случае масло воспринимает внешнюю нагрузку, препятствуя непосредственному соприкосновению рабочих поверхностей, т.е. износа. Сопротивление движению при эидкостном трении определяется только внутренним трением в смазочном материале.
При полужидкостном трении в подшипнике наблюдается смешанное трение — одновременно жидкостное и граничное. При граничном трении поверхности покрыты тончайшей пленкой смазки, которая образовалась в результате молекулярных сил и химических реакций активных молекул материала вкладыша и смазки
Наиболее выпогодным режимом работы подшипника скольжения является режим жидкостного трения, являющийся основным критерием расчета подшипников скольжения, обеспечивающим работоспособность по критериям износа и заедания.
Условия образования режима жидкостного трения:
- образование зазора клиновой формы между скользящими поверхностями;
- непрерывное заполнение зазора маслом соответствующей вязкости;
- обеспечение достаточной скорости относительного движения поверхностей для создания в слое смазки давления, которое может уравновесить внешнюю нагрузку.
Материалы
К материалу вкладыша предъявляются такие условия:
- малый коэффициент трения и высокое сопротивление заеданию в периоды отсутствия режима жидкостного трения (пуски, торможения и т.п.);
- достаточная износоустойчивость наряду со способностью к приработке; износоустойчивость вкладыша должна быть ниже износоустойчивости цапфы, так как замена вала обходится значительно дороже, чем замена вкладыша;
- довольно высокие механические характеристики и особенно высокое сопротивление хрупкому разрушению при действии ударных нагрузок.
Вкладыши изготовляют из различных материалов: бронзы, чугуна, баббита, пластмассы, металлокерамики и т.п. С целью повышения прочности подшипников, особенно при переменных и ударных нагрузках, применяют так называемые биметаллические вкладыши, в которых на стальную основу наплавляют тонкий слой антифрикционного материала - бронзы, серебра, сплава алюминия и т.п. Биметаллические подшипники имеют высокую нагрузочную способность.
Достоинства и недостатки подшипников скольжения
Достоинства подшипников скольжения:
- сохранение работоспособности при высоких угловых скоростях валов (газодинамические подшипники в турбореактивных двигателях при n >10 000 об/мин);
- при больших скоростях вращения - при необходимости точного центрирования осей;
- выдерживание больших радиальных нагрузок;
- возможность изготовления разъемной конструкции, что допускает их применение для коленчатых валов;
- небольшие габариты в радиальном направлении, что позволяет применять в машинах очень малых и очень больших габаритах;
- сохранение работоспособности в особых условиях (в химически агрессивных средах, воде, при значительном загрязнении);
- бесшумность работы и обеспечение виброустойчивости вала при работе подшипника в режиме жидкостного трения (масляный слой между поверхностями цапфы и вкладыша обладает способностью гасить колебания);
- теоретически бесконечный ресурс при жидкостном трении;
- способность демпфирования;
- простота изготовления и ремонта.
Недостатки подшипников скольжения:
- большое изнашивание вкладышей и цапф валов из-за трения (не относится к подшипникам, работающим в режиме жидкостного трения, КПД которых > 0,99);
- необходимость применения дорогостоящих цветных сплавов (бронза, баббит) для вкладышей;
- необходимость постоянного ухода и большой расход дорогих смазочных материалов, необходимость его очистки и охлаждения;
- значительные потери на трение в период пуска и при несовершенной смазке;
- большой пусковой момент;
- высокая стоимость и малая технологичность;
- значительные габариты в осевом направлении (длина вкладышей может достигать 3d, где d — диаметр цапфы вала);
- не обеспечена взаимозаменяемость подшипников при ремонте, так как большинство типов подшипников не стандартизовано.
Кроме того, следует иметь в виду, что массовое производство подшипников скольжения не организовано.
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.