Умови роботи гідродинамічних підшипників ковзання

Підшипники ковзання гідродинамічного тертя набули значного поширення в техніці. Принцип роботи цих підшипників пояснюється гідродинамічною теорією змащення, згідно з якою рідкі мастильні матеріали – масла завдяки своїм властивостям (маслянистості та динамічній в'язкості) здатні утворювати на спряжених поверхнях цапфи і вкладишів тонкі плівки, чинити опір зміщенню одного шару рідини відносно іншого та утворювати піднімальні сили в рідинному шарі.

Розглянемо роботу радіального гідродинамічного підшипника ковзання (рис. 14.17).

У підшипнику ковзання вал завжди встановлюється з певним зазором, який заповнюється мастилом. Якщо вал не обертається (ω=0), то під дією радіального навантаження F_r він займає ексцентричне положення в підшипнику і зазор набуває серпоподібної форми клинової щілини (рис. 4.17 а).

У процесі обертання цапфи масло завдяки маслянистості та в'язкості захоплюється у клиновий зазор, тобто цапфа діє подібно насосу, нагнітаючи масло в зазор. Завдяки цьому у підшипнику створюється гідродинамічний тиск Р, здатний зрівноважити навантаження F_r. При цьому цапфа спливає і займає ексцентричне положення (рис. 4.17 б), причому між її поверхнею та підшипником утворюється масляний шар, товщина h якого залежить від властивостей масла, колової швидкості ω і навантаження F_r.

Рисунок 4.17 – Положення вала в підшипнику й схема виникнення несучого мастильного шару

2. Матеріали

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 спіканням при високій температурі порошка із добавкою графіту, мають порувату структуру і можуть працювати довший час без подачі мастила за рахунок їхнього попереднього просочування рідким мастилом.

Неметалеві матеріали (гума, тверді породи дерева 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) 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.

Основні види відмов підшипників ковзання:

1) спрацювання (у тому числі абразивне), яке спостерігається при частих пусках і зупинках, а також у разі недостатньої захищеності від потрапляння абразивів;

2) схоплювання через незабезпеченість потрібного теплового режиму і при малих зазорах;

3)поломки вкладишів, утомне викришування та відшаровування заливки вкладишів при змінному навантаженні.

Питання

1. Для чого призначені підшипники ковзання? З чого складаються підшипники ковзання?

2. За якими ознаками класифікуються підшипники ковзання?

3. Які матеріали використовують для виготовлення цапф валів та для підшипників ковзання?