Конструкции и материалы подшипников скольжения.

В зависимости от рода трения в подшипнике различают подшипники скольжения, в которых опорная поверхность оси или вала скользит по рабочей поверхности подшипника, и подшипники качения, в которых развивается трение качения благодаря установке шариков или роликов между опорными поверхностями оси или вала и подшипника.

Подшипники качения по сравнению с подшипниками скольжения обладают рядом достоинств.

  • В современном машиностроении подшипники скольжения ограничены лишь некоторыми областями, например, для быстроходных валов, в режиме работы которых долговечность подшипников качения очень мала;
  • для осей и валов, требующих точной установки;
  • для валов очень большого диаметра, для которых не изготовляют стандартных подшипников качения;
  • когда подшипники по условиям сборки должны быть разъемными (например, для коленчатого вала);
  • когда в связи с восприятием подшипником ударных и вибрационных нагрузок используется демпфирующее действие масляного слоя подшипника скольжения;
  • при работе подшипников в воде, агрессивной среде и т. п.,
  • когда подшипники качения неработоспособны;
  • для тихоходных осей и валов неответственных механизмов, когда подшипники скольжения оказываются проще по конструкции и дешевле подшипников качения
  • .

В зависимости от направления воспринимаемой нагрузки подшипники скольжения различают:

  • радиальные для восприятия радиальных, т. е. перпендикулярных осям и валам, нагрузок;
  • упорные, или подпятники, для восприятия нагрузок, расположенных вдоль осевых линий осей и валов;
  • радиально-упорные для восприятия одновременно радиальных и осевых нагрузок.

При одновременном действии на ось или вал радиальных и осевых нагрузок обычно применяют сочетание радиальных и упорных подшипников и значительно реже пользуются радиально упорными подшипниками скольжения. Основные требования к подшипникам скольжения:

  • конструкции и материалы подшипников должны обеспечивать минимальные потери на трение и износ валов, иметь достаточную прочность и жесткость, чтобы противостоять действующим на них силам и вызываемым ими деформациям и сотрясениям;
  • размеры трущихся поверхностей должны быть достаточными для восприятия действующего на них давления без выдавливания смазки и для отвода развивающейся от трения теплоты;
  • сборка подшипников, установка осей и валов и обслуживание (особенно смазка на ходу) должны быть по возможности простыми.

Для уменьшения трения в подшипниках, повышения к. п. д., снижения износа и нагрева до минимума трущиеся поверхности смазывают маслом или другим смазочным материалом. 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. Различают также граничное трение, при котором сплошной слой масла настолько тонок, что он теряет свойства вязкой жидкости.

благоприятный режим работы подшипника скольжения — при жидкостном трении
Рис. 1

Самый благоприятный режим работы подшипника скольжения — при жидкостном трении, которое обеспечивает износостойкость, сопротивление заеданию вала и высокий к. п. д. подшипника. Для создания этого трения в масляном слое должно быть гидродинамическое (создаваемое вращением вала) или гидростатическое (от насоса) избыточное давление. Для получения жидкостного трения обычно применяют подшипники с гидродинамической смазкой, сущность которой в следующем. Вал при вращении под действием внешних сил занимает в подшипнике эксцентричное положение (рис. 1, а) и увлекает масло в зазор между ним и подшипником. В образовавшемся масляном клине создается гидродинамическое давление, обеспечивающее в подшипнике жидкостное трение. Эпюра распределения гидродинамического давления в подшипнике по окружности показана на (рис. 1, а), по длине — на рис. (1, б). Так как конструкция подшипников с гидростатическим давлением сложнее конструкции подшипников с гидродинамическим давлением, то их применяют преимущественно для тяжелых тихоходных валов и других деталей и узлов машин (например, тяжёлых шаровых мельниц, больших телескопов и т. п.).

подшипники скольжения в отдельном корпусе
Рис. 2

Подшипник скольжения состоит из корпуса и помещенных в нем вкладышей (рис. 2, а; 3), на которые непосредственно опирается ось или вал. корпус обычно делают из чугуна, вкладыши для уменьшения трения изготовляют из материалов, которые в паре с цапфой вала имеют незначительный коэффициент трения. Замена вкладышей при износе стоит значительно дешевле, чем замена всего подшипника. В ручных приводах, где износ подшипников незначительный, применяют и безвкладышные подшипники скольжения (рис. 2, б). Подшипник скольжения изготовляют либо в отдельном корпусе (рис. 2; 3), прикрепляемом болтами к детали, на которой он устанавливается, либо в корпусе, выполненном как одно целое с деталью, например станиной машины, корпусом редуктора и т. п. Наружная форма корпуса подшипника определяется в зависимости от того, где устанавливается подшипник (рис. 2; 3).

Разъемный корпус подшипника
Рис. 3

Различают неразъемные (рис. 2) и разъемные (рис. 3) подшипники скольжения. Корпус и вкладыши неразъемного подшипника цельные. Вкладыш изготовляют в виде втулки (рис. 4, а), которую запрессовывают в корпус подшипника. Корпус разъемного подшипника состоит из двух частей (рис. 3): основания 1, воспринимающего нагрузку со стороны оси или вала, и крышки 2, прикрепляемой к основанию корпуса болтами или шпильками. Вкладышей в разъемном подшипнике обычно два — верхний 3 и нижний 4. Иногда применяют многовкладышевые разъемные подшипники.

Вкладыш подшипника скольжения
Рис. 4

Конструкция неразъемных подшипников проще и дешевле разъемных, но они неудобны при монтаже осей и валов. Поэтому эти подшипники обычно применяют для концевых цапф осей и валов небольших диаметров. Разъемные подшипники удобны при монтаже осей и валов и допускают регулировку зазоров путем сближения крышки и основания, поэтому их применяют наиболее широко. Для правильной работы подшипника скольжения разъем его корпуса рекомендуется выполнять перпендикулярно направлению нагрузки, воспринимаемой подшипником. Для предупреждения боковых смещений крышки относительно основания корпуса плоскость разъема корпуса обычно делают ступенчатой (см. рис. 3) или предусматривают центрирующие штифты.

В случае большой деформации вала или невозможности осуществления точного монтажа применяют самоустанавливающиеся подшипники скольжения, вкладыши которых обычно выполняют со сферическими опорными поверхностями (рис. 4, а), а иногда с опорными поверхностями в виде узкого пояса с малой угловой жесткостью (рис. 4, б). В подшипниках скольжения быстроходных малонагруженных валов, а также в подшипниках большой несущей способности для предупреждения вибрации валов при работе в режиме жидкостного трения применяют самоустанавливающиеся сегментные вкладыши (рис. 4, в), которые благодаря образованию нескольких масляных клиньев обеспечивают устойчивую работу подшипников и высокую несущую способность. В подпятнике скольжения (рис. 6, а) кольцевая пята опирается на опорное кольцо, которое для самоустановки в случае перекоса вала сопрягается с корпусом подпятника по сферической поверхности и предохраняется от вращения штифтами. Для создания в подпятниках масляных клиньев, обеспечивающих жидкостное трение, на рабочей поверхности кольца делают радиальные канавки (рис. 5, а) и на выделенных между ними сегментах — скосы в окружном направлении (рис. 5, б). Канавки служат для растекания масла, а скосы сегментов — для попадания масла на рабочие поверхности пяты и подпятника. При постоянном вращении вала скосы делают односторонними (см. рис. 5, б), при реверсивном двусторонними. Для увеличения несущей способности и надежности работы подпятников применяют подпятники скольжения с самоустанавливающимися сегментами (рис. 5, в), в которых образование масляных клиньев происходит во время работы автоматически.

подпятники скольжения с самоустанавливающимися сегментами
Рис. 5
подпятник скольжения
Рис. 6

Корпуса подшипников обычно выполняют из чугуна СЧ15, СЧ18 и СЧ20. Вкладыши подшипников скольжения изготовляют из бронз, чугунов, пластмасс и других материалов. Широко применяют чугунные или бронзовые вкладыши с баббитовой заливкой.

Вкладыши из легких антифрикционных материалов — баббитов и свинцовых бронз — изготовляют биметаллическими; в этих вкладышах тонкий антифрикционный слой наплавляют на стальную, чугунную (см. рис 4, а, б) или бронзовую (в ответственных случаях) основу. Биметаллические вкладыши из свинцовых бронз штампуют из стальной ленты, на которую наносят бронзу. Бронзовые вкладыши из оловянных, алюминиевых, кремнистых и т. п. бронз выполняют обычно сплошными однородными (см. рис. 2; 3). Бронзовые вкладыши обладают высокими прочностью и жесткостью, хорошо работают при ударах, но сравнительно медленно прирабатываются.

Вкладыши с баббитовой заливкой хорошо прирабатываются, стойки против заедания, юное цапф при них минимальный. Эти вкладыши особенно хорошо зарекомендовали себя при больших скоростях и постоянном вращении осей и валов в одну сторону. При работе с ударами и реверсивном вращении оси или вала рекомендуют бронзовые вкладыши. При длительных перерывах в работе и малой окружной скорости оси или вала применяют вкладыши из антифрикционных чугунов, которые значительно дешевле бронзовых, или вкладыши с баббитовой заливкой.

В некоторых подшипниках скольжения применяют металлокерамические вкладыши из порошков железа или бронзы с добавлением графита и других примесей путем прессования под высоким давлением и последующего спекания при высокой температуре. Достоинство металлокерамических вкладышей — высокая пористость их материалов (объем пор составляет 15...40% объема вкладыша), благодаря чему они пропитываются маслом и могут в течение продолжительного времени работать без смазки. Пластмассовые вкладыши подшипников скольжения изготовляют из древеснослоистых пластиков (ДСП), текстолита, текстоволокнита, полиамидов (в отечественной практике применяют капрон, нейлон, смолы 68 и АК-7) и фторопластов (тефлона). Основные достоинства пластмассовых вкладышей — отсутствие заедания вала, хорошая прирабатываемость, возможность смазки водой или другой жидкостью. Наиболее распространены вкладыши из текстолита и ДСП, которые широко применяют в прокатных станах, шаровых мельницах, гидравлических и других машинах с тяжелым режимом работы. Вкладыши из текстолита и ДСП изготовляют наборными из отдельных элементов, которые устанавливают в металлических кассетах (рис. 7, а). Текстоволокнитовые, а иногда и текстолитовые вкладыши изготовляют цельнопрессованными. Нейлоновые, капроновые и тефлоновые вкладыши выполняют на металлической основе, на которую наносят тонкий слой нейлона, капрона или тефлона. Эти вкладыши (в особенности тефлоновые) в паре со стальной цапфой имеют очень низкий коэффициент трения и могут работать без смазки.

Вкладыши из текстолита и ДСП
Рис. 7

В некоторых подшипниках применяют вкладыши из дерева (бакаута, самшита и других твердых пород), резины и некоторых других материалов.

Конструкция деревянных вкладышей такая же, как и вкладышей из ДСП, и они имеют те же области применения.

Резиновые вкладыши применяют главным образом в подшипниках, работающих в воде, например в подшипниках роторов гидротурбин. Достоинства резиновых вкладышей — высокая податливость, компенсирующая неточность изготовления; пониженная чувствительность к попаданию на рабочую поверхность вкладыша твердых частиц; возможность смазки водой. В резиновых вкладышах слой резины помещают внутри стальной втулки (рис. 6, б) и снабжают продольными канавками для усиления охлаждения подшипника и удаления из него абразивных частиц.

Для некоторых простейших подшипников скольжения корпуса, втулки и вкладыши нормализованы ГОСТ 11521—82, 11525—82 и 11607—82...11610—82. Ненормализованные подшипники скольжения изготовляют по ведомственным нормалям.






Навигация
Болты
Винты, шпильки, штифты, прокладки
Пружины
Заклепки
Шпонки
Гайки
Резьба
Валы
Муфты
Подшипники
Виды соединений
Передачи
Материал
Дополнительные материалы
Госты метизов
Сварка
Мы в соцсетях
podshipniki.moscow применяемость подшипников
Сортовой металлопрокат: str-steel.ru в Москве с доставкой.