Роботоздатність і режим рідинного тертя у підшипниках ковзання

Критерії роботоздатності та розрахунку підшипників ковзання. Основними критеріями роботоздатності підшипників ковзання є стій­кість проти спрацювання та стійкість проти втомного руйнування ро­бочих поверхонь.

Стійкість проти спрацювання характеризуєть­ся опором абразивному спрацюванню та заїданню. Абразивне спрацю­вання може бути при недостатній несучій здатності мастильного шару в підшипнику під час усталеного режиму роботи і особливо під час пуску та зупинки машини під навантаженням. Абразивне спрацювання дуже інтенсивне при попаданні у підшипник разом із мастилом твердих абразивних частинок, співрозмірних із товщиною мастильного шару. Заїдання виникає при втраті мастильною плівкою своєї захисної здатності при високих місцевих тисках і температурах. Воно прояв­ляється особливо активно при незагартованих цапфах валів і при твер­дих матеріалах вкладишів. Заїданню сприяють підвищений тиск на кромках вкладишів, дефекти поверхонь тертя, температурні деформа­ції валів.

Втомне руйнування вкладишів підшипників ковзання спостерігається під час дії на них змінних навантажень (наприклад, у поршневих машинах, машинах ударної та вібраційної дії). Крихко­му руйнуванню піддаються маломіцні антифрикційні матеріали, такі як бабіти та деякі пластмаси.

Основним розрахунком підшипників ковзання є розрахунок за умовою забезпечення рідинного тертя, який базується на тому, що мастильний шар повинен сприймати все навантаження. При рідинному терті досягається стійкість проти спрацювання та заїдання під­шипника.

Підшипники ковзання тихохідних механізмів, машин із частими пусками та зупинками під навантаженням, із ненадійним забезпечен­ням подачі мастила, в яких виникає граничне тертя, розраховують за умовними критеріями, які базуються на досвіді конструювання та експлуатації подібних конструкцій підшипників ковзання.

Умови утворення режиму рідинного тертя у підшипниках ковзан­ня. Під час рідинного тертя робочі поверхні цапфи вала і вкладиша підшипника розділені шаром мастила (рис. 33.3, а), товщина h якого більша суми висот нерівностей поверхонь цапфи R_z1 та вкладиша R_z2

h > R_z1 + R_z2. (1)

Якщо записана умова виконується, що шар мастила сприймає зов­нішнє навантаження, не допускаючи при цьому безпосереднього доти­кання робочих поверхонь підшипника. Критичне значення товщини шару мастила, при якому порушується режим рідинного тертя, бе­руть

h_KP = (1,5... 2,0) (R_z1+ R_z2). (2)

На рис. 33,3, б схематично зображена цапфа вала у заповненому мастилом підшипнику. Якщо вал не обертається, то під дією радіальної сили F цапфа зміщена на радіальний зазор i дотикається до вкладиша підшипника. При цьому між цапфою та вкладишем утворюється зазор клинової форми.

Під час обертання вала (рис. 33.3, в) мастило за рахунок сил тертя починає втягуватись у клиновий зазор і при деякій кутовій швидкості вала ω > ω_κρ цапфа спливає в мастилі і дещо зміщається в бік обертан­ня. Із збільшенням кутової швидкості збільшується і товщина h ма­стильного шару, а центр цапфи наближається до центра вкладиша. Якщо ω → ∞, то відстань між центрами е → 0. Повного збігання цент­рів цапфи і вкладиша бути не може, оскільки при цьому порушується клинова форма зазора як одна з умов режиму рідинного тертя.

Зовнішнє навантаження F на вал зрівноважується гідродинаміч­ним тиском p у мастильному шарі, який розподіляється нерівномірно згідно з епюрами рис.33,3, в, г.

Дослідженнями встановлено, що у підшипниках ковзання з певни­ми параметрами товщина шару мастила у навантаженій зоні зростає зі збільшенням в'язкості мастила та кутової швидкості цапфи і змен­шується зі збільшенням навантаження F. Щоб досягти режиму рідин­ного тертя, потрібні такі умови:

а) наявність між поверхнями ковзання зазора клинової форми;

б) неперервне заповнення зазора мастилом відповідної в'язкості;

в) швидкість відносного руху поверхонь повинна бути такою, щоб розвинутий гідродинамічний тиск зрівноважив зовнішнє наванта­ження.