7 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как устроены подшипники скольжения

Основные типы подшипников скольжения и качения

материал предоставил СИДОРОВ Александр Владимирович

Подшипник – изделие, являющееся частью опоры или упора, которое поддерживает вал, ось или иную подвижную конструкцию с заданной жёсткостью. Фиксирует положение в пространстве, обеспечивает вращение, качение или линейное перемещение (для линейных подшипников) с наименьшим сопротивлением, воспринимает и передаёт нагрузку от подвижного узла на другие части конструкции. [1, 2]

Силы, нагружающие подшипник, подразделяют на:

  • радиальную, действующую в направлении, перпендикулярном оси подшипника;
  • осевую, действующую в направлении, параллельном оси подшипника.

Опора с упорным подшипником называется подпятником.

Подшипник скольжения – опора или направляющая механизма или машины, в которой трение происходит при скольжении сопряжённых поверхностей.

Радиальный подшипник скольжения представляет собой корпус, имеющий цилиндрическое отверстие, в которое вставляется рабочий элемент – вкладыш, или втулка из антифрикционного материала и смазывающее устройство. Между валом и отверстием втулки подшипника имеется зазор, заполненный смазочным материалом, который позволяет свободно вращаться валу.

В зависимости от конструкции, окружной скорости цапфы, условий эксплуатации трение скольжения бывает сухим, граничным, жидкостным и газодинамическим. Однако даже подшипники с жидкостным трением при пуске проходят этап с граничным трением.

Смазка является одним из основных условий надёжной работы подшипника и обеспечивает:

  • низкое трение;
  • разделение подвижных частей;
  • теплоотвод;
  • защиту от вредного воздействия окружающей среды.
  • жидкой (минеральные и синтетические масла, вода для неметаллических подшипников);
  • пластичной (на основе литиевого мыла и кальция сульфоната и др.);
  • твёрдой (графит, дисульфид молибдена и др.);
  • газообразной (различные инертные газы, азот и др.).

Наилучшие эксплуатационные свойства демонстрируют пористые самосмазывающиеся подшипники, изготовленные методом порошковой металлургии. При работе пористый самосмазывающийся подшипник, пропитанный маслом, нагревается и выделяет смазку из пор на рабочую скользящую поверхность, а в состоянии покоя остывает и впитывает смазку обратно в поры.

Антифрикционные материалы подшипников изготавливают из твёрдых сплавов (карбид вольфрама или карбид хрома методом порошковой металлургии либо высокоскоростным газопламенным напылением), баббитов и бронз, полимерных материалов, керамики, твёрдых пород дерева (железное дерево).

Подшипники скольжения разделяют:

  • в зависимости от формы подшипникового отверстия:
    • одно- или многоповерхностные;
    • со смещением поверхностей (по направлению вращения) или без (для сохранения возможности обратного вращения);
    • со смещением или без смещения центра (для конечной установки валов после монтажа);
  • по направлению восприятия нагрузки:
    • радиальные;
    • осевые (упорные, подпятники);
    • радиально-упорные;
  • по конструкции:
    • неразъёмные (втулочные);
    • разъёмные (состоящие из корпуса и крышки);
    • встроенные (рамовые, составляющие одно целое с картером, рамой или станиной машины);
  • по количеству масляных клапанов:
    • с одним клапаном;
    • с несколькими клапанами;
  • по возможности регулирования:
    • нерегулируемые;
    • регулируемые.

Классы подшипников скольжения приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Классы подшипников скольжения

Достоинства подшипников скольжения:

  • надёжность в высокоскоростных приводах;
  • способность воспринимать значительные ударные и вибрационные нагрузки;
  • сравнительно малые радиальные размеры;
  • допускают установку разъёмных подшипников на шейки коленчатых валов и не требуют демонтажа других деталей при ремонте;
  • простая конструкция в тихоходных машинах;
  • возможность работы в воде;
  • допускают регулирование зазора и обеспечивают точную установку геометрической оси вала;
  • экономичны при больших диаметрах валов.

Недостатки подшипников скольжения:

  • в процессе работы требуют постоянного надзора за смазкой;
  • сравнительно большие осевые размеры;
  • большие потери на трение при пуске и при несовершенной смазке;
  • большой расход смазочного материала;
  • высокие требования к температуре и чистоте смазки;
  • пониженный КПД;
  • неравномерный износ подшипника и цапфы;
  • применение более дорогих материалов;
  • повышенный шум.

Подшипники качения состоят из двух колец, тел качения (различной формы) и сепаратора (некоторые типы подшипников могут быть без сепаратора), отделяющего тела качения друг от друга, удерживающего на равном расстоянии и направляющего их движение. По наружной поверхности внутреннего кольца и внутренней поверхности наружного кольца (на торцевых поверхностях колец упорных подшипников качения) выполняют желоба – дорожки качения, по которым при работе подшипника катятся тела качения.

В некоторых узлах машин в целях уменьшения габаритов, а также повышения точности и жёсткости применяют так называемые совмещённые опоры: дорожки качения при этом выполняют непосредственно на валу или на поверхности корпусной детали.

Имеются подшипники качения, изготовленные без сепаратора, которые имеют большое число тел качения и большую грузоподъёмность. Однако предельные частоты вращения бессепараторных подшипников значительно ниже вследствие повышенных моментов сопротивления вращению.

Читать еще:  Скачать видео электротехника уроки

В подшипниках качения возникает преимущественно трение качения (имеются только небольшие потери на трение скольжения между сепаратором и телами качения), поэтому по сравнению с подшипниками скольжения снижаются потери энергии на трение, и уменьшается износ. Закрытые подшипники качения (имеющие защитные крышки) практически не требуют обслуживания (замены смазки), открытые – чувствительны к попаданию инородных тел, что может привести к быстрому разрушению подшипника.

Классификация подшипников качения осуществляется на основе следующих признаков:

  • по виду тел качения:
    • шариковые;
    • роликовые (игольчатые, если ролики тонкие и длинные);
  • по типу воспринимаемой нагрузки:
    • радиальные (нагрузка вдоль оси вала не допускается);
    • радиально-упорные, упорно-радиальные (воспринимают нагрузки как вдоль, так и поперек оси вала, часто нагрузка вдоль оси только одного направления);
    • упорные (нагрузка поперек оси вала не допускается);
    • линейные (обеспечивают подвижность вдоль оси, вращение вокруг оси не нормируется или невозможно, встречаются рельсовые, телескопические или вальные линейные подшипники);
    • шариковые винтовые передачи (обеспечивают сопряжение винт-гайка через тела качения);
  • по числу рядов тел качения:
    • однорядные;
    • двухрядные;
    • многорядные;
  • по способности компенсировать несоосность вала и втулки [3]:
    • самоустанавливающиеся;
    • несамоустанавливающиеся.

Примеры подшипников различных типов представлены на рисунке 1 [4].

Подшипники скольжения

Подшипник — это устройство для поддержания вала или вращающейся оси, обеспечивающее свободное вращение и предающее на опорные конструкции усилия, действующие на валы или оси.

Виды подшипников

Подшипники разделяют на две большие группы скольжения и качения, в зависимости от направления воспринимаемой нагрузки различают, радиальные, упорные, радиально-упорные подшипники. Рассмотрим один из вариантов классификации.

  • Подшипники скольжения
    • Радиальные — опоры
    • Упорные — подпятники
    • Радиально-упорные
  • Подшипники качения
    • Радиальные
    • Упорные
    • Радиально-упорные

Устройство подшипников скольжения

В подшипниках скольжения, поверхность вала и соприкасающаяся с ней поверхность подшипника находятся в условиях относительного скольжения, в результате чего возникают силы трения-скольжения, которые вызывают нагрев и износ цапфы вала, вкладыша подшипника.

Для снижения влияния сил трения были разработаны особенные типы подшипников скольжения — гидродинамические и гидростатические, у которых в зазоре между валом и подшипником находится гидравлическая жидкость, исключающая трение металлических поверхностей, что значительно снижает механические потери.

Разъемные и неразъемные подшипники скольжения

Схема неразъемного подшипника показана на рисунке.

Представленный подшипник является отъемным, так как он выполнен отдельно от корпуса. В неотъемной конструкции корпус и подшипник — единое целое. Вал опирается на вкладыш подшипника, который установлен в корпусе.

Конструкция разъемного подшипника показана на рисунке.

Вкладыш, состоящий из двух половин, устанавливается в корпусе и закрывается крышкой, конструкция фиксируется болтами.

Конструкция вкладыша

Вкладыш является наиболее ответственным элементом конструкции опры скольжения. Конструкция вкладыша зависит от типа подшипника, материалов, способа смазки. На рисунке показана схема разъемного бронзового вкладыша.

Фиксация вкладыша может обеспечиваться штифтами или выступом, для ограничения перемещения в осевом направлении на вкладыше выполнены буртики. Для подвода смазки предусмотрено отверстие.

Жидкая смазка подается в подшипник скольжения с помощью масленок, фитилей, разбрызгивателей.

Материалы, использующиеся в подшипниках скольжения

В зависимости от условий эксплуатации и нагрузок для изготовления вкладыша подшипника скольжения могут использоваться:

  • Чугун — при малых скоростях и нагрузках, и при отсутствии ударов;
  • Бронза — при высоких нагрузках и скоростях, при наличии ударных нагрузок применяют свинцовую бронзу С30;
  • Латуни — при высоких нагрузках и невысоких скоростях;
  • Баббит — сплавы на основе олова или свинца обладают отличными антифрикционными свойствами, но поп прочности они уступают чугуну и бронзе;
  • Металлокерамика — железо-графитные и бронзо-графитные вкладыши способны достаточно долго работать без подачи смазки;
  • Графит — прессованные вкладыши из графитового порошка способны работать без подвода дополнительной смазки при малых нагрузках и скоростях;
  • Полимеры — полиамид (капролон), фторопласт применяют в узлах где смазка, по каким-либо причинам неосуществима или недопустима; вкладыши подшипников скольжения из текстолита и текстолитовой крошки применяют при смазке водой;
  • Древесина — в качестве материалов для вкладышей, взаимодействующих с водой, могут быть использованы — древесно слоистые пластики, лигнофоль или твердые породы деревьев, например бук.

Конструкции подшипников скольжения

Опоры. Подшипники скольжения

В результате изучения студент должен знать:

— достоинства и недостатки;

— материалы подшипников скольжения;

— критерии работоспособности подшипников скольжения.

Содержание лекции

Конструкции подшипников скольжения

Достоинства и недостатки подшипников скольжения

Принцип работы подшипника скольжения

Виды разрушения вкладышей

Критерии работоспособности. Условный расчет подшипников скольжения

Общие сведения

Валы и вращающиеся оси монтируют на опорах, которые определяют положение вала или оси, обеспечивают вращение, воспринимают положение вала или оси, обеспечивают вращение, воспринимают нагрузки и передают их основанию машины. Основной частью опор являются подшипники, которые могут воспринимать радиальные, радиально-осевые и осевые нагрузки; в последнем случае опора называется подпятником, а подшипник носит название упорного. Подшипники вращающихся осей некоторых транспортных средств с преобладающей вертикальной нагрузкой называют буксами.

Читать еще:  Красивые сварочные швы фото

Разновидности подшипников

По принципу работы различают

1) подшипники скольжения, в которых цапфа вала скользит по опорной поверхности,

2) подшипники качения, в которых между поверхностью вращения детали и опорной поверхностью расположены тела качения.

Область применения подшипников скольжения

Подшипники скольжения применяют в высокоскоростных машинах (центрифуги, шлифовальные станки и др.), когда долговечность подшипников качения резко сокращается;

для валов, например коленчатых, когда по условиям сборки требуются разъёмные подшипники;

при работе в химически агрессивных средах и воде, в которых

подшипники качения неработоспособны;

для валов, воспринимающих ударные и вибрационные нагрузки; при близко расположенных валах, когда требуются малые радиальные размеры подшипников;

в тихоходных малоответственных механизмах и машинах.

Конструкции подшипников скольжения

Подшипник состоит из корпуса 1, вкладышей 2, смазывающих устройств 3 (рис.3.2.1.а).

Рисунок 3.2.1 Конструкции подшипников скольжения

Основным элементом подшипника скольжения является вкладыш, который устанавливают в корпусе подшипника или непосредственно в в станине или раме машины (рис.3.2.1.б).

Подшипники скольжения делятся на разъемные рис.3.2.1.а и неразъемные (глухие) рис.3.2.1.б. Разъемные подшипники нашли большее применение в машиностроении, так как облегчают монтаж валов. При большой длине цапф применяют самоустанавливающиеся подшипники рис.3.2.2.

Рисунок 3.2.2 Самоустанавливающийся подшипник

При вертикально расположенных валах подшипники скольжения используются в качестве подпятника рис. 3.2.3.

Детали машин

Подшипники скольжения

Общие сведения

Как упоминалось в предыдущей статье, подшипники являются опорами валов и осей, воспринимая нагрузки, приложенные к валу или оси, и передавая их на корпус машины. Иногда подшипники используются в качестве опор для деталей (шкивов, зубчатых колес и т. п.), размещенных на валу или оси.

В зависимости от вида трения, возникающего в подшипнике, они делятся на подшипники скольжения и качения.
В зависимости от направления воспринимаемой нагрузки подшипники бывают:

  • радиальные – воспринимающие радиальные силы, т. е. перпендикулярные оси цапфы;
  • упорные – воспринимающие осевые силы (параллельные оси цапфы); упорные подшипники иногда называют подпятниками;
  • радиально-упорные – способные воспринимать и радиальные, и осевые силы.

Особенности конструкции подшипников скольжения

В большинстве случаев подшипники скольжения состоят из корпуса, вкладышей и смазывающих устройств. Конструкции подшипников скольжения разнообразны и зависят от конструкции машины. В простейшем виде подшипник скольжения представляет собой втулку (вкладыш), встроенную в станину машины (рис. 1).
На рис. 2 и рис. 3 подшипники имеют отдельный корпус, который крепится к станине машины.

Основным элементом подшипника скольжения является вкладыш 1, который устанавливают в корпус подшипника (рис. 3) или непосредственно в станине или раме машины (рис. 1). Рабочая поверхность вкладыша в сочетании со смазочным материалом (или без него) обеспечивает минимальное трение между деталями, имеющими взаимное перемещение в механизме.

Подшипники скольжения делят на разъемные (рис. 2) и неразъемные (рис. 3).

Неразъемные (глухие) подшипники применяют при малой скорости скольжения и работе с перерывами (механизмы управления) в цапфах, где их монтаж не вызывает затруднений.

Разъемные подшипники имеют основное применение в общем машиностроении и особенно в тяжелом машиностроении. Их основное достоинство – удобство монтажа на цапфу и возможность установки в труднодоступных для сборки участках валов и осей.

При большой длине цапф, когда возможен существенный перекос осей при монтаже или во время работы машины, применяют самоустанавливающиеся подшипники (рис. 4). Сферические выступы вкладышей позволяют им самоустанавливаться, компенсируя тем самым перекосы цапф от деформации вала или неточности монтажа, обеспечивая равномерное распределение нагрузки по длине вкладыша.

Подпятники (упорные подшипники) устанавливаются на цапфах с целью восприятия осевой нагрузки, действующей на вал. Пример конструкции подпятника (упорного подшипника скольжения) показан на рис. 5.

Достоинства и недостатки подшипников скольжения

К достоинствам подшипников скольжения можно отнести следующие свойства:

1. Простота конструкции (для тихоходных и малонагруженных машин подшипники скольжения выполняются в виде обычной втулки), относительно малая стоимость изготовления.

2. Надежная работа в высокоскоростных приводах (подшипники качения в этих устройствах имеют малую долговечность).

3. Способность воспринимать значительные динамические нагрузки (удары, вибрацию) вследствие больших размеров площади рабочей поверхности, воспринимающей нагрузку, и высокой демпфирующей способности масляного слоя между валом и вкладышем.

4. Низкий уровень шума во время работы (работают практически бесшумно на любой скорости).

5. Сравнительно малые радиальные размеры (рис. 1).

6. Разъемные подшипники скольжения допускают установку на шейки валов сложной конфигурации (например, коленчатых валов), при этом не требуется демонтаж деталей (шкивов, зубчатых колес и т. п.), размещенных на других цапфах вала.

Недостатки подшипников скольжения:

1. В процессе работы требуют постоянного контроля из-за высоких требований к наличию смазочного материала и опасности перегрева; перерыв в подаче смазки может привести к отказу подшипника.

Читать еще:  Чем обезжиривать авто перед покраской

2. Имеют сравнительно большие осевые размеры для увеличения рабочей площади поверхности, воспринимающей нагрузку.

3. Значительные потери на трение в период пуска и при некачественной смазке.

4. Относительно высокие эксплуатационные расходы из-за большого расхода смазочного материала, необходимости его очистки и охлаждения.

5. Влияние на износ поверхности цапфы, особенно в период пуска или при некачественной смазке.

Область применения подшипников скольжения

Подшипники скольжения широко применяются в машиностроении и приборостроении, когда применение подшипников качения невозможно или нецелесообразно:

  • для валов машин с ударными и вибрационными нагрузками (двигатели внутреннего сгорания, механические молоты и др.);
  • для коленчатых валов, когда по условиям монтажа необходимо использовать разъемные подшипники;
  • для валов очень больших диаметров, для которых подшипники качения не изготавливают;
  • для высокоскоростных валов, когда подшипники качения непригодны из-за малого ресурса (центрифуги и т. п.);
  • при очень высоких требованиях к точности и равномерности вращения (шпиндели станков и т. п.);
  • в тихоходных и малонагруженных машинах, бытовой технике;
  • при работе в агрессивных средах, в которых подшипники качения непригодны;
  • при высоких требованиях к бесшумности работы машины.

Материал вкладышей подшипников скольжения

Материалы, используемые для изготовления вкладышей подшипников скольжения должны обладать следующими свойствами:

  • иметь достаточную износостойкость и высокую сопротивляемость заеданию при несовершенной смазке (периоды пуска, разгона, торможения);
  • иметь высокую сопротивляемость хрупкому разрушению при действии ударных нагрузок и достаточное сопротивление усталости;
  • иметь низкий коэффициент трения;
  • обладать высокой теплопроводностью;
  • иметь низкий коэффициент температурного расширения.

В процессе работы машины изнашиваться должны вкладыши, а не цапфы вала, поскольку замена или восстановление вала значительно дороже замены вкладышей. Подшипники скольжения работают тем надежнее, чем выше твердость поверхности цапфы, поэтому цапфы валов, как правило, закаливают и упрочняют.

Вкладыши подшипников скольжения бывают металлические, металлокерамические и неметаллические.

Металлические вкладыши выполняют из бронзы, баббитов, алюминиевых и цинковых сплавов, антифрикционных чугунов.

Бронзовые вкладыши широко используют при средних скоростях и больших нагрузках.
Наилучшими антифрикционными свойствами обладают оловянные бронзы марок БрО10Ф1, БрО4Ц4С17 и др.
Алюминиевые и свинцовые бронзы вызывают повышенный износ поверхностей цапф, поэтому их устанавливают только на закаленные цапфы. Свинцовые бронзы используют при знакопеременных ударных нагрузках.

Вкладыши с баббитовой заливкой используют для подшипников в ответственных конструкциях при тяжелых и средних режимах работы (дизели, компрессоры и т. п.).
Баббит – сплав на основе олова или свинца – является одним из лучших антифрикционных материалов для подшипников скольжения. Он хорошо прирабатывается в узле, стоек против заедания, но имеет невысокую прочность. Поэтому баббит заливают лишь тонким слоем на рабочую поверхность вкладыша, выполненного из стали, чугуна или бронзы. Лучшими считаются высокооловянные баббиты марок Б88, Б83.

Чугунные вкладыши из антифрикционных чугунов (например, марки АЧС-1 и др.) применяют в малоответственных тихоходных машинах и механизмах.

В массовом производстве вкладыши штампуют из стальной ленты, на которую наносится тонкий антифрикционный слой из баббитов, оловянных сплавов или неметаллов (фторопласт и др.).

Металлокерамические вкладыши изготовляют прессованием и последующим спеканием порошков меди или железа с добавлением графита, олова или свинца. Особенностью этих материалов является их пористость, которую используют для предварительного насыщения горячим маслом. Вкладыши, пропитанные маслом, могут долго работать без подвода смазочного материала.
Металлокерамические вкладыши применяют в тихоходных механизмах и в местах, труднодоступных для подвода смазки.

Для вкладышей из неметаллических материалов применяют антифрикционные пластмассы (марки АСП), древеснослоистые пластики, резину и др. Эти материалы устойчивы против заедания, хорошо прирабатываются, неприхотливы к смазочному материалу (могут работать при смазывании водой), что имеет существенное значение для подшипников насосов, гребных винтов, пищевых машин и т. п.

Характер и причины отказов подшипников скольжения

Работа подшипников скольжения сопровождается абразивным изнашиванием вкладышей и цапф, заеданием и усталостным выкрашиванием.

Абразивное изнашивание возникает вследствие попадания со смазочным материалом абразивных частиц и неизбежности граничной смазки при пуске и останове машины.

Заедание возникает при перегреве подшипника. При установившемся режиме работы температура подшипника не должна превышать допустимую для материала вкладыша и сорта используемого масла. С повышением температуры материал вкладыша расширяется, а вязкость масла снижается. Разжижение масла приводит к тому, что масляная пленка местами разрывается, возникает зона металлического контакта между вкладышем и цапфой, где под действием молекулярных сил образуются мостики микросварки, приводящие к глубинному вырыванию материала.
В результате происходит заедание цапфы в подшипнике и, как следствие, вкладыши расплавляются или полностью захватываются разогретой цапфой и проворачиваются в корпусе.

Усталостное выкрашивание поверхности вкладышей происходит редко и встречается при пульсирующих нагрузках и работе подшипника в режимах несовершенной смазки.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:

Adblock
detector