Тема 4.6 Опоры осей и валов Требования к знаниям и умениям студентов

Должны иметь представление: о назначении и конструкции опор скольжения и качения.

Должны знать: назначение и классификацию опор качения и скольжения, способы изготовления, область применения и материалы для их изготовления.

Должны уметь: проводить сравнительную оценку опор.

.

Содержание учебного материала

Опоры скольжения и качения. Конструкция опор. Достоинства и недостатки, классификация подшипников. Сравнительная оценка опор.

Материалы для их изготовления.

Методические рекомендации

Следует знать, что подшипниками скольжения называют опору для поддержания вала (или вращающейся оси). В таком подшипнике цапфа вращающегося вала (или оси) проскальзывает по опоре.

Рассмотрите достоинства и недостатки подшипников скольжения.

Достоинства: сохраняют работоспособность при очень высоких угловых скоростях валов; смягчают толчки, удары и вибрации вследствие демпфирующего действия масляного слоя; обеспечивают установку валов с высокой точностью; дают возможность изготовлять разъёмные конструкции; имеют минимальные радиальные размеры; допускают работу с загрязнённой смазкой; обеспечивают бесшумность работы.

Недостатки: сравнительно большие потери на трение и особенно при пуске; необходимость постоянного ухода вследствие высоких требований к смазке и опасности перегрева; большой расход смазки.

Рассмотрите конструкции подшипников скольжения. Неразъёмные подшипники наиболее просты по конструкции. Их растачивают обычно для работы непосредственно с валом, но могут быть расточены и на больший диаметр для установки вкладыша. Применяют для опор тихоходных валов с небольшой нагрузкой. Разъёмные подшипники имеют вкладыши из двух частей, которые устанавливают в корпус. Широко применяют для опор валов механических передач. Встроенные подшипники устанавливают непосредственно в корпусе машин. Такое устройство характерно для подшипников некоторых редукторов, металлорежущих станков, электрических машин и др. Самоустанавливающиеся подшипники имеют вкладыш со сферической опорной поверхностью, что позволяет им поворачиваться для устранения влияния перекосов цапф вала. Применяют при невозможности точной установки валов, например при монтаже на разных основаниях и при больших упругих деформациях валов. Обратите внимание, что рассмотренные конструкции относятся к радиальным подшипникам, воспринимающим в основном радиальные нагрузки. Для восприятия осевой нагрузки применяют упорный подшипник-подпятник.

Рассмотрите виды трения и режимы работы подшипников скольжения в условиях трения без смазки, а так же граничной, полужидкостной и жидкостной смазки. Отметьте, что большинство подшипников скольжения работает в условиях полужидкостной смазки, а в период пуска и останова - в условиях граничной смазки. Граничная и полужидкостная смазки объединяются одним понятием - несовершенная смазка.

Изучите необходимые свойства материалов вкладышей подшипников скольжения. Они должны иметь: достаточную износостойкость и высокую сопротивляемость заеданию в периоды отсутствия жидкостной смазки и хрупкому разрушению при действии ударных нагрузок, высокие антифрикционные свойства, теплопроводность. Отметьте, что вкладыши выполняют из следующих материалов: бронзовые, с баббитовой заливкой, чугунные, металлокерамические, из неметаллических материалов. Рассмотрите особенности вкладышей из этих материалов и область их применения.

Следует знать, что для уменьшения трения и изнашивания подшипники смазывают смазочными материалами, которые должны быть маслянистыми и вязкими. Смазочные материалы могут быть жидкими, пластичными, твёрдыми и газообразными.

Рассмотрите виды разрушения подшипников скольжения, отметьте, что работа подшипников скольжения сопровождается абразивным изнашиванием вкладышей и цапф, заеданием и усталостным выкрашиванием.

Следует знать, что основным критерием работоспособности опор скольжения является износостойкость- сопротивление изнашиванию и заеданию. Для оценки работоспособности и надёжности подшипников, работающих в режиме несовершенной смазки, служат среднее давление на трущихся поверхностях и удельная работа сил трения. Расчёт по среднему давлению гарантирует невыдавливаемость смазки, а расчёт работы сил трения- нормативный тепловой режим и отсутствие заедания. Рассмотрите основные расчётные формулы. Заметьте, что для подшипников, работающих в режиме несовершенной смазки, условный расчёт является основным и выполняется в большинстве случаев как проверочный; для подшипников, работающих в условиях жидкостной смазки,- как ориентировочный. При неудовлетворительном результате расчёта изменяют размеры цапфы или принимают другой материал вкладыша, и расчёт повторяют.

На уровне представления рассмотрите особенности работы подшипников скольжения, работающих без смазки и в режиме смешанного трения.

Следует знать, что подшипник качения – это сборочная единица, которая состоит из внутреннего и наружного колец с дорожками качения, тел качения и сепаратора, разделяющего и направляющего тела качения. Рассмотрите достоинства и недостатки подшипников качения.

Достоинства: сравнительно малая стоимость вследствие массового производства подшипников; малые потери и незначительный нагрев; высокая степень взаимозаменяемости; малый расход смазочного материала; не требуют особого ухода и внимания.

Недостатки: высокая чувствительность к ударным и вибрационным нагрузкам вследствие большой жёсткости конструкции подшипника; малонадёжны в высокоскоростных приводах из-за чрезмерного нагрева и опасности разрушения сепаратора от действия центробежных сил; сравнительно большие радиальные размеры; шум при больших скоростях.

Обратите внимание, что при проектировании узла вал – подшипник перед конструктором стоит задача выбора типа опоры – скольжения или качения. Тип опоры зависит не только от конструкции узла, компоновки узла, но и от многих эксплуатационных и технологических факторов. Подробно изучив достоинства и недостатки подшипников скольжения и подшипников качения, дайте их сравнительную характеристику и определите особенности применения этих типов опор.

Рассмотрите классификацию подшипников качения по следующим основным признакам:

1. По форме тел качения: шариковые и роликовые (бывают цилиндрические, конические, бочкообразные, игольчатые и витые ролики).

2. По направлению воспринимаемой нагрузки: радиальные, радиально-упорные, упорно-радиальные, упорные.

3. По числу рядов тел качения: однорядные и многорядные.

4. По способности самоустанавливаться: самоустанавливающиеся и несамоустанавливающиеся.

5. По габаритным размерам на серии

5.1. В зависимости от размера наружного диаметра подшипника серии бывают: сверхлёгкие, особолёгкие, лёгкие, средние, тяжёлые.

5.2. В зависимости от ширины подшипника серии подразделяются на: особо узкие, узкие, нормальные, широкие и особо широкие.

Заметьте, что подшипники качения маркируют нанесением на торец колец ряда цифр и букв, условно обозначающих внутренний диаметр, серию, тип, конструктивные разновидности, класс точности и др. Рекомендуется изучить маркировку подшипников качения на конкретных примерах.

Изучите особенности и области применения основных типов подшипников качения, таких как шариковый радиальный, шариковый радиальный сферический, роликовый радиальный со сферическими роликами, роликовый радиальный с короткими цилиндрическими роликами, роликовый радиальный с игольчатыми роликами, шариковый радиально-упорный, роликовый конический, шариковый упорный.

Обратите внимание, что тела качения и кольца изготовляют из высокопрочных шарикоподшипниковых хромистых сталей ШХ15 и других с термообработкой и последующими шлифованием и полированием. Сепараторы чаще всего штампуют из мягкой листовой стали. Отметьте, что основными причинами потери работоспособности подшипников качения являются усталостное выкрашивание, пластические деформации, задиры, абразивный износ, разрушение сепараторов, раскалывание колец.

Отметьте, что основными критериями работоспособности подшипников качения являются долговечность по усталостному выкрашиванию и статическая грузоподъёмность по пластическим деформациям. Причём, расчёт на долговечность выполняют для подшипников, вращающихся с угловой скоростью ω≥0,1 рад/с, а невращающиеся подшипники или медленно вращающиеся (ω<0,1 рад/с) рассчитывают на статическую грузопдъёмность. Рассмотрите основные расчётные формулы.

Обратите внимание, что при проектировании машин подшипники качения не конструируют, а подбирают по таблицам каталога. Отметьте, что выбор подшипника зависит от его назначения, направления и значения нагрузки, угловой скорости, режима работы, стоимости подшипника и особенностей монтажа.

Рассмотрите особенности смазывания подшипников качения, отмечая, что смазочные материалы в подшипниках качения уменьшают трение и шум, отводят теплоту, защищают подшипник от коррозии, заполняют зазоры в уплотнениях, обеспечивая герметизацию подшипникового узла.

Отметьте, что перед монтажом подшипникового узла подшипник промывают в горячем минеральном масле или бензине. Посадочные поверхности вала и корпуса чисто протирают и слегка смазывают. Для облегчения посадки подшипника на вал с натягом подшипник предварительно нагревают до 80-90°С в горячем минеральном масле или с помощью электроиндукционной установки. Силу напрессовки прикладывают к тому кольцу, которое монтируется с натягом. Передача монтажных усилий через тела качения недопустима. Демонтируют подшипники с помощью съёмников и других приспособлений, исключающих удары.

[ 1 ] §§ 122-125; [ 2 ] §§ 3.3.61-3.75.