ПЛАКАТ 3
Подшипники являются опорами валов и вращающихся осей. Они воспринимают нагрузки, приложенные к валу, передают их на корпус машины и обеспечивают свободное вращение валов.
В зависимости от вида трения подшипники делятся на подшипники скольжения и подшипники качения. В зависимости от направления воспринимаемой нагрузки подшипники бывают:
– радиальные;
– радиально – упорные;
– упорно – радиальные;
– упорные – называемые подпятниками.
Подшипники скольжения.
В большинстве случаев подшипники скольжения состоят из корпуса, вкладышей и смазывающих устройств.
Рекомендации по конструированию.
Длина подшипника – вкладыша: L =(0,5….1,2)·d
Толщина вкладыша d = 0,03·d+(1…5) мм.
Вкладыши изготавливают без буртиков, с одним или двумя буртиками для восприятия осевых усилий и фиксации вкладышей в осевом направлении.
Ширина буртика b @ 1,2d.
Высота буртика h @ 0,6d.
Для предотвращения проворачивания вкладышей устанавливают штифт.
Диаметр штифта d1@0,2d.
Длина штифта l1@0,3d.
Область применения подшипников скольжения в современном машиностроении сократилось в связи с распространением подшипников качения. Однако они имеют существенные преимущества или равное применение в следующих областях:
1. для коленчатых валов, когда требуются разъемные подшипники;
2. для валов с ударными и вибрационными нагрузками (молоты, поршневые машины и др.);
3. для валов больших диаметров, для которых отсутствуют подшипники качения;
4. для прецизионных валов (шпиндели станков и др.);
5. для высокоскоростных валов (центрифуги, турбины);
6. в стесненных условиях по габаритам (блок шестерен на оси);
7. для работы в воде и агрессивных средах.
Недостатки подшипников скольжения:
1. требуют постоянного надзора из-за высоких требований к смазыванию и опасности перегрева;
2. большие осевые размеры;
3. потери на трение при пуске и плохой смазке;
4. большой расход смазочного материала.
Материалы подшипников скольжения.
ПЛАКАТ 4
Антифрикционные свойства трущихся пар зависят от сочетания материалов вала, подшипника и смазки. Подшипники работают тем надежнее, чем выше твердость шеек вала. Шейки (цапфы) обычно закаливают, а для быстроходных валов цементируют или азотируют с последующей закалкой до твердости 55….60 HRC.
К материалам вкладышей предъявляются комплексные требования: износостойкость, сопротивление усталости и антифрикционность.
Для обеспечения этих требований материалы должны обладать следующими основными свойствами: теплопроводность, прирабатываемость, хорошая смачиваемость маслом, малый модуль упругости.
Подшипниковые материалы делят на три группы:
1. Металлические материалы:
а) бабиты - сплавы на основе олова и свинца Б83, Б88, Б16, СОС 6-6, БК2;
б) бронзы БрО10Ф1, БрО4Ц4С17, БрО4Ц7С5, БрС-30;
в) алюминиевые подшипниковые сплавы САМ, АО9-2, АО9-1, АО20-1;
г) цинковые подшипниковые сплавы ЦАМ 10-5, ЦАМ 9-1.5;
д) антифрикционные чугуны АЧС-1, АЧС-2, АЧС-3, АЧС-4, ЧАС-5.
2. Металлокерамические материалы, получаемые из порошков прессованием и спеканием. Они имеют пористую структуру (объем пор, который заполняется маслом составляет 15 - 35%). Применяют при скудной смазке. Широкое применение имеют железографитовые и бронзографитовые вкладыши.
3. Неметаллические материалы: пластмассы, прессованная древесина, твердые породы дерева, резина, графитовые материалы. Для большинства неметаллических материалов вследствие их низкой теплопроводности лучшим смазочным материалом является вода, обеспечивающая хорошее охлаждение.
Смазочные материалы.
ПЛАКАТ 5
Назначение смазки: уменьшение потерь на трение, уменьшение или предотвращения износа, отвод тепла и продуктов износа, предотвращение коррозии и т.д.
Совершенствование смазки является наиболее дешевым средством повышения долговечности подшипников.
Смазочные материалы разделяются на:
а) Жидкие: индустриальное масло И-20А, И-40А ГОСТ 20799-75, турбинное Т22, Т30-У, трансмиссионное ТАД-17, ТСп-10, моторное М-63/10Г1, М12-Г1, М8В
б) Консистентные пластичные смазки и мази: солидолы УС-2, констанины, жировая смазка ЦИАТИМ 202, УНИОЛ, Литол-24 и др.
в) Твердые смазочные материалы – применяют тогда, когда нельзя применить жидкие масла и мази (ткацкие и пищевые машины, смазывание подшипников скольжения работающих при высоких температурах, вагонетки печей и т.д.). К этим материалам относятся: графит, тальк, слюда, двусеристый молибден.
г) Газообразные. Для мало нагруженных быстроходных валов применяют воздушную смазку, создающую минимальные потери мощности в подшипнике на трение и теплообразование, т. к. вязкость воздуха очень мала.
Особенности работы подшипников.
Условия работы подшипников зависят от характера контакта цапфы с подшипником, который определяется в основном наличием и типом смазочного материала, частотой вращения и действующей нагрузкой.
Подшипники с непосредственным контактом поверхностей трение используют редко. Графитовые и фторопластовые подшипники.
Основное применение имеют подшипники с контактом поверхностей через слой смазки.
В зависимости от толщины слоя смазочного материала различают жидкостное, полужидкостное и граничное трение.
При жидкостном трении поверхности цапфы и подшипника полностью разделены слоем масла:
h > Rzц+ Rzп
Rzц, Rzп - высота микронеровностей цапфы и подшипника, мкм.
Так как непосредственный контакт отсутствует, то трение (сопротивление движению) определяется законами гидродинамики. Коэффициент жидкостного трения f=0,001…0,005. Износ поверхностей практически отсутствует.
При полужидкостном трении неравенство не выполняется и вершины микронеровностей будут контактировать между собой, происходит изнашивание поверхностей. Коэффициент полужидкостного трения может достигать f=0,008…0,1.
В период пуска и останова привода подшипники работают в условиях граничного трения, когда трущиеся поверхности не разделены слоем масла, но на поверхностях цапфы и вкладыша имеется тонкая адсорбированная масляная пленка толщиной порядка 0,1 мкм.
Для того чтобы между трущимися поверхностями мог длительно существовать масляный слой, в нем должно быть избыточное давление которое самовозникает в слое жидкости при вращении цапфы - гидродинамическая смазка, или создается насосом - гидростатическая смазка.
Основное практическое применение имеют подшипники с гидродинамической смазкой.
Вследствие быстрого вращения цапфы и вязкости масла часть зазора, которая имеет форму клинка. Такая струя смазки производит расклинивающее действие, поддерживая приподнявшуюся цапфу. Толщина масляного слоя h является функцией характеристики рабочего режима подшипника 
m – вязкость масла;
ω = pn/30 – угловая скорость цапфы;
– среднее давление.
Следует отметить, что в одном и том же подшипнике при неизменном смазочном материале с изменением частоты вращения или нагрузки полужидкостное трение сменяется жидкостным и наоборот.
Основные виды разрушения подшипников: износ и заедание, иногда при пульсирующей нагрузке происходит усталостное выкрашивание поверхности вкладышей. Износ происходит при граничном и полужидкостном трении при пуске, малых оборотах и больших нагрузках, а также вследствии попадания в смазку абразивных частиц. Заедание или охватывание происходит вследствие местной потери масляной пленкой своей защитной способности из-за повышения общих и особенно местных температур и давлений.
При местном разрушении масляного слоя происходит сухое трение, в результате чего металлы цапфы и вкладыша нагреваются и свариваются.
Расчет подшипников.
ПЛАКАТ 6
Большинство подшипников скольжения работают в условиях несовершенной смазки и их рассчитывают условно.
Так как износ пропорционален давлению, то для предотвращения износа их рассчитывают по среднему давлению:
[ p ] - допускаемое давление для данного материала вкладыша приводится в таблицах.
Так как заедание связано с перегревом подшипников, то для предотвращения перегрева и заедания произведение среднего давления р на скорость скольжения не должно превышать допускаемого давления:
где [ p·v ] - табличное значение для данного материала, МПа·м/с.
Для подшипников работающих в условиях жидкостного трения эти расчеты являются ориентировочными.
| Материал | [p], МПа | [p·v] МПа·м/с. |
| антифрикционные чугуны | 0,05 - 12 | 0,1…12 |
| бронзы | 6 - 20 | 10 - 15 |
| капрон |
Подшипники качения.
ПЛАКАТ 7
Подшипники качения представляют собой готовый узел, основным элементом которого являются тела качения - шарики или ролики, установленные между наружными и внутренними кольцами. Тела качения удерживаются на определенном расстоянии друг от друга обоймой, называемой сепаратором.
 |
1. Наружное кольцо.
2. Внутреннее кольцо.
3. Шарик.
4. Сепаратор.
Имеются подшипники, у которых отсутствуют отдельные из указанных деталей. Например, игольчатые подшипники не имеют сепараторов, для уменьшения габаритов выпускают подшипники без внутренних или наружных колец. Отдельные типы подшипников снабжаются маслоудерживающими шайбами, уплотнительными устройствами и др. специальными деталями.
Достоинства:
1. сравнительно малая стоимость вследствие массового производства;
2. малые потери на трение и незначительный нагрев;
3. высокая степень взаимозаменяемости;
4. малый расход смазочного материала;
5. не требуют особого внимания и ухода.
Недостатки:
1. высокая чувствительность к ударным и вибрационным нагрузкам вследствие большой жесткости;
2. малонадежны в высокоскоростных приводах;
3. сравнительно большие радиальные размеры;
4. шум при больших скоростях.
Подшипники качения классифицируют по следующим признакам:
1. по форме тел качения:
а) шариковые;
б) роликовые - которые бывают с цилиндрическими, коническими, бочкообразными, игольчатыми и витыми роликами;
2. по направлению воспринимаемой нагрузки - радиальные, радиально-упорные, упорно-радиальные и упорные;
3. по числу рядов тел качения - однорядные и многорядные;
4. по способности самоустанавливаться – несамоустанавливающиеся и самоустанавливающиеся-сферические;
5. по габаритным размерам - на серии.
Для каждого типа подшипника при одном и том же внутреннем диаметре имеются различные серии, отличающиеся размерами колец и тел качения.
ПЛАКАТ 8
 |
а) - особо легкая; б) – легкая;
в) - легкая широкая; г) – средняя;
д) - средняя широкая; е) - тяжелая.
Подшипники маркируют нанесением на торец цифр
8 - 7 6 5 4 3 2 1.
1 2 - внутренний диаметр подшипника:
| d, мм | 20<d<495 | ||||
| Обозначение | d/5 |
Т.е. последние две цифры, умноженные на 5, дают внутренний диаметр.
3 - серия по наружному диаметру:
1 - особо легкая;
2 – легкая;
3 – средняя;
4 – тяжелая.
4 - тип подшипника:
0- шариковый радиальный однорядный;
1- шариковый радиальный сферический;
2- роликовый радиальный с короткими цилиндрическими роликами и т.д.
5 6 - конструктивные особенности;
7 - серия по ширине;
8 - класс точности. 0, 6, 5, 4, 3, 2, 1 – в порядке повышения точности.
Примеры обозначения:
302 - шариковый радиальный 0 не проставляется, средней серии 3, с внутренним диаметром 15 мм, 0 - нормального класса точности.
4-2208 - роликовый радиальный с короткими цилиндрическими роликами, легкой серии d = 40 мм, четвертого класса точности.