6.2 Опоры валов и осей: сравнительная оценка подшипников качения и скольжения. Приближенный расчет подшипников скольжения

Подшипники служат опорами для валов и вращающихся осей. Они воспринимают нагрузки, приложенные к валу, передают их на корпус машины и сохраняют заданное положение оси вращения вала. В зависимости от рода трения подшипники делятся на подшипники качения и подшипники скольжения.

В качестве опор валов подшипники скольжения используются в конструкциях, в которых применение подшипников качения затруднено или недопустимо по ряду причин: 

• необходимость выполнения диаметрального разъема по условиям сборки, (например, для коленчатых валов); 

• особо высокоскоростные подшипники, в условиях работы которых долговечность подшипников качения резко сокращается; 

• работа в воде, агрессивных средах, в которых подшипники качения неработоспособны из-за коррозии.

• К недостаткам подшипников скольжения можно отнести:

• Тяжело нагруженные подшипники нуждаются в принудительном подводе под давлением смазочного материала для поддержания режима жидкостного трения и отвода выделяющейся теплоты; 

• при работе в условиях пониженных температур возрастает пусковой момент из-за загустения масла.

В простейшем виде подшипник скольжения представляет собой втулку (вкладыш), встроенную в корпус машины. 

Рис. 01 1- втулка (вкладыш) 2- смазочная канавка 3-стопорный винт 4-корпус машины

5-опорный участок вала, называемой цапфой.

Цапфу, передающую радиальную нагрузку, называют шипом, если она расположена на конце вала, и шейкой при расположении в середине вала. Цапфу, передающую осевую нагрузку, называют пятой, а опору - подпятником. Подпятник обычно работает в паре с радиальным подшипником.

Работа трения в подшипнике скольжения зависит от ряда параметров:   

• удельной нагрузки на подшипник; 

• угловой скорости цапфы; 

• наличия и типа смазочного материала; 

• физико-механических характеристик контактирующих поверхностей. 

Работа трения нагревает подшипник, а с увеличением температуры понижается вязкость масла и увеличивается вероятность заедания цапфы в подшипнике. Поэтому температура в подшипнике не должна превышать некоторого предельного значения.

На практике стремятся реализовать в подшипнике жидкостное трение, когда процесс трения переносится в слой жидкого смазочного материала, обладающего невысоким сопротивлением сдвигу и предохраняющего поверхности деталей от повреждения. Значение коэффициента жидкостного трения находится в пределах 0,001...0,005.

При переходе на полужидкостное трение в подшипнике будет смешанное трение - одновременно жидкостное и граничное. Граничным называют трение, при котором трущиеся поверхности покрыты тончайшей пленкой смазки, образовавшейся в результате действия молекулярных сил.

6.3. Классификация подшипников качения

Подшипник качения представляет собой готовый узел, основным элементом которого являются тела качения (1), установленные между внутренним (2) и наружным (3) кольцами и удерживаемые на определенном расстоянии друг от друга обоймой, называемой сепаратором (4). Подшипники качения стандартизованы и изготавливаются в массовом производстве на крупных специализированных заводах.

Рис. 1

Подшипники качения имеют следующие достоинства по сравнению с подшипниками скольжения: 

• малые потери на трение, незначительный нагрев, малые пусковые моменты;

• малый расход смазки;

• простота обслуживания и замены подшипника;

• меньшие габаритные размеры в осевом направлении;

• сравнительно малая стоимость вследствие массового производства.

Недостатки:

• малонадежны в высокоскоростных приводах из-за опасности разрушения сепаратора от действия центробежных сил;

• сравнительно большие радиальные размеры;

• шум при больших скоростях;

• высокая чувствительность к ударным и вибрационным нагрузкам вследствие большой жесткости конструкции подшипника.

Подшипники качения классифицируется по различным признакам (Рис.2):

1. по форме тел качения:

   1. шариковые (а);

   2. роликовые (могут быть с цилиндрическими короткими (б) и длинными (в) роликами, витыми (г), коническими (д), бочкообразными (е) и игольчатыми роликами (ж));

Рис. 2

2. по направлению воспринимаемой нагрузки:

   1. радиальные; 

   2. радиально-упорные;

   3. упорно-радиальные;

   4. упорные;

Рис. 3

3. по относительным габаритным размерам подшипники подразделяются на серии: 

   1. сверхлегкую;

   2. особо легкую (1);

   3. легкую (2);

   4. среднюю (3);

   5. тяжелую (4);

   6. легкую широкую (5);

   7. среднюю широкую (6);

4. по точности изготовления подшипники качения подразделяются на классы: 

   1. нормального (0);

   2. повышенного (6);

   3. высокого(5);

   4. особо высокого(4);

   5. сверхвысокого(2).