Конструкції та матеріали підшипників ковзання

У найпростішому вигляді підшипник ковзання склада­ється з корпусу 1 та вкладиша 2, який розміщується і фіксується у корпусі, (Мал. 1.19). Взаємодія опорної цапфи вала з підшипником відбувається через вкладиш та шар мастила між їхніми поверхнями. Для подачі мастила у корпусі і у вкладиші підшипника передбачається спеціальний отвір. Підшипник ковзан­ня, є жорст­ким нероз'ємним підшипником.

Мал. 1.19

Конструкції роз'ємного підшипника ков­зання складається з корпусу 1, кришки 2 та вкладиша З. Кришка до корпусу кріпиться за допо­могою болтів. Роз'ємні підшипники зруч­ні при монтажі валів та осей і допускають регулю­вання зазорів у підшипни­ку зближенням кришки і корпусу. Тому переважне застосування мають роз'єм­ні підшипники ковзання. Для правильної роботи підшипника площина його роз'єму повинна бути виконаною перпендикулярно до напряму навантаження, яке сприймає підшипник. Щоб усунути бокові зміщення кришки щодо корпусу, площину роз'єму підшипника здебільшого слід виконувати ступінчастою.

Якщо виникають значні прогини валів або неможливо виконати точний монтаж, то використовують самоустановні підшипники ковзан­ня. Корпус такого підшипника має сферичну опорну поверхню, яка дозволяє самовстановлюватись підшипнику у межах кута γ = 7...8°.

Мал.1.20

Застосування самоустановних підшипників дозволяє забезпечити рівномірне навантаження вкладиша по його довжині, (Мал.1.20,а). Конструкції підшипників ковзання здатні сприймати тільки радіальне навантаження. Існують також підшипники ковзан­ня, які призначені для сприймання осьового або осьового та радіаль­ного навантаження одночасно. Підшипники ковзання, що сприймають осьове навантаження, називають підп'ятниками, а елементи валів, що працюють у таких підшипниках, називають п'ята­ми. Підп'ятник 1 сприймає осьове навантаження з боку вала і повинен бути зафіксованим від обертання у корпусі 2 підшип­ника. Вкладиш 3 сприймає тільки радіальне навантаження, (Мал.1.20,б).

Основними розмірами підшипників ковзання є поса­дочний діаметр підшипника d та його довжина l. Здебільшого підшип­ники ковзання виготовляють із співвідношенням l/d = 0,5...1. Вузькі підшипники (l/d < 0,5) мають низьку вантажність і слабо утримують мастило. Довгі підшипники   (l/d > 1) вимагають підвищеної жорст­кості валів та точності їхнього монтажу. Товщина стінки суцільного вкладиша Δ = (0,1···0,2) d.

Згідно з гідродинамічною теорією змащування рідинне тертя у підшипнику ковзання може розвиватись тільки в зазорі, що звужу­ється в напрямі відносної швидкості цапфи вала. Такий зазор нази­вають клиновим, (Мал.1.21,а).

У радіальних підшипниках ковзання клинова форма зазора вла­стива самій конструкції підшипника. Вона утворюється за рахунок зміщення центрів цапфи вала і вкладиша. Однак тут центрування вала може бути недостатнім, а при високих швидкостях обертання можливе виникнення вібрацій вала.

У підшипниках ковзання швидкохідних навантажених валів, а також у підшипниках з великою несучою здатністю для запобігання вібрацій валів використовують самоустановні сегментні вкладиші, які завдяки утворенню у підшипнику кількох зазорів клинової форми забезпечують стійку роботу підшипників, (Мал.1.21,б). Поряд із безвібраційною роботою перевагою підшипників із сегментними вкладишами є можливість  самоустановлюватись, що запобігає появі кром­кового контакту цапфи та підшипника.

Для зображених підшипників зазор клинової форми може бути отриманий використанням однобічних скосів, (Мал.1.21,в) при нереверсивному і двобічних скосів – при ревер­сивному обертанні вала, (Мал.1.21,г).

Найвідповідальнішою деталлю у підшипнику ковзання є вкладиш, який безпосередньо сприймає навантаження. Матеріал вкладишів повинен бути стійким проти спрацьовування та заїдання, мати достат­ню пластичність, щоб, не руйнуючись, сприймати ударні навантаження, а коефіцієнт тертя пари цапфа – вкладиш повинен бути мінімаль­ним. Бажана також висока теплопровідність для кращого відведення теплоти від поверхонь тертя у підшипнику.

Мал. 1.21

За техніко–економічними міркуваннями більш доцільно, щоб у парі цапфа – вкладиш більш стійкою проти спрацювання була по­верхня цапфи. З цією метою цапфи валів піддають поверхневому гар­туванню, яке забезпечує високу твердість робочої поверхні.

Вкладиші виготовляють із різних матеріалів: чавуну, сплавів ко­льорових металів, спечених матеріалів, графіту та синтетичних мате­ріалів.

Чавун (сірий і антифрикційний) придатний для вкладишів при невисоких безударних навантаженнях та низьких колових швидкостях. Потрібне припрацьовування чавунних вкладишів на холостих режи­мах роботи.

До кольорових антифрикційних сплавів належать бронзи, латуні, бабіти, алюмінієві сплави.

Бронзи з вмістом олова БрОІОФІ та ін. мають високі антифрик­ційні властивості і їх використовують в умовах високих тисків та швидкостей. При змінних та ударних навантаженнях високу стій­кість має свинцева бронза БрСЗО, яка використовується у підшипни­ках двигунів внутрішнього згоряння. Широко розповсюджені також більш дешеві безолов'яні бронзи, наприклад БрА9ЖЗА.

Латуні ЛКС80–3–3, ЛМцЖ52–4–1 та ін. ефективні при порівня­но високих навантаженнях, але низьких колових швидкостях.

Бабіти використовують для нанесення на робочі поверхні чавунних або бронзових вкладишів. Високоолов'яні бабіти, (Б83), використовують при дуже високих швидкостях та тисках. За антифрикційними властивостями бабіт перевершує всі інші сплави, але за механічною міцністю значно поступається чавуну та бронзі. Негативною властивістю бабіту є крихкість та його висока вартість.

З алюмінієвих сплавів найперспективнішими є алю­мінієво–олов'яні антифрикційні сплави АО9–2, АО9–1 та ін. Вони ма­ють високу втомну міцність і здатні працювати протягом значного часу в умовах недостатнього змащування. Ці сплави застосовують у підшипниках потужних двигунів внутрішнього згоряння.

Спечені матеріали мають у своїй основі мідний або за­лізний порошок. Вкладиші, які виготовляють пресуванням та спікан­ням при високій температурі порошка із добавкою графіту, мають пористу структуру і можуть працювати довший час без подачі масти­ла за рахунок їхнього попереднього просочування рідким мастилом.

Неметалеві матеріали (гума, тверді породи деревини та пластмаси) значно розповсюджені як підшипникові матеріали, що пов'язано з їхніми високими антифрикційними властивостями в парі із сталевою цапфою вала, їх важливою перевагою є можливість роботи при змащуванні водою. Серед пластмас для вкладишів підшипників використовують текстоліти, ДШП, поліаміди (капрон, фторопласт–4) та ін. Поліаміди у більшості випадків наносять тонким шаром на ме­талеві вкладиші і завдяки цьому в значній мірі поліпшують умови відведення теплоти. Оскільки пластмаси мають достатню пружність, виготовлені з них вкладиші підшипників можуть сприймати ударні навантаження та дещо компенсувати перекоси цапфи вала.