Материалы подшипников скольжения

Подшипники скольжения.

В большинстве случаев подшипники скольжения состоят из корпуса, вкладышей и смазывающих устройств.

 

Рекомендации по конструированию.

Длина подшипника – вкладыша:

L =(0,5….1,2)·d

Толщина вкладыша d = 0,03·d+(1…5) мм.

Вкладыши изготавливают без буртиков, с одним или двумя буртиками для восприятия осевых усилий и фиксации вкладышей в осевом направлении.

Ширина буртика b @ 1,2d.

Высота буртика h @ 0,6d.

Для предотвращения проворачивания вкладышей устанавливают штифт.

Диаметр штифта d₁@0,2d.

Длина штифта l₁@0,3d.

Область применения подшипников скольжения в современном машиностроении сократилось в связи с распространением подшипников качения. Однако они имеют существенные преимущества или равное применение в следующих областях:

1. для коленчатых валов, когда требуются разъемные подшипники;

2. для валов с ударными и вибрационными нагрузками (молоты, поршневые машины и др.);

3. для валов больших диаметров, для которых отсутствуют подшипники качения;

4. для прецизионных валов (шпиндели станков и др.);

5. для высокоскоростных валов (центрифуги, турбины);

6. в стесненных условиях по габаритам (блок шестерен на оси);

7. для работы в воде и агрессивных средах.

 

Недостатки подшипников скольжения:

1. требуют постоянного надзора из-за высоких требований к смазыванию и опасности перегрева;

2. большие осевые размеры;

3. потери на трение при пуске и плохой смазке;

4. большой расход смазочного материала.

 

 

Материалы подшипников скольжения.

Антифрикционные свойства трущихся пар зависят от сочетания материалов вала, подшипника и смазки. Подшипники работают тем надежнее, чем выше твердость шеек вала. Шейки (цапфы) обычно закаливают, а для быстроходных валов цементируют или азотируют с последующей закалкой до твердости 55….60 HRC.

К материалам вкладышей предъявляются комплексные требования: износостойкость, сопротивление усталости и антифрикционность.

Для обеспечения этих требований материалы должны обладать следующими основными свойствами: теплопроводность, прирабатываемость, хорошая смачиваемость маслом, малый модуль упругости.

Подшипниковые материалы делят на три группы:

1. Металлические материалы:

а) бабиты - сплавы на основе олова и свинца Б83, Б88, Б16, СОС 6-6, БК2;

б) бронзы БрО10Ф1, БрО4Ц4С17, БрО4Ц7С5, БрС-30;

в) алюминиевые подшипниковые сплавы САМ, АО9-2, АО9-1, АО20-1;

г) цинковые подшипниковые сплавы ЦАМ 10-5, ЦАМ 9-1.5;

д) антифрикционные чугуны АЧС-1, АЧС-2, АЧС-3, АЧС-4, ЧАС-5.

2. Металлокерамические материалы, получаемые из порошков прессованием и спеканием. Они имеют пористую структуру (объем пор, который заполняется маслом составляет 15 - 35%). Применяют при скудной смазке. Широкое применение имеют железографитовые и бронзографитовые вкладыши.

3. Неметаллические материалы: пластмассы, прессованная древесина, твердые породы дерева, резина, графитовые материалы. Для большинства неметаллических материалов вследствие их низкой теплопроводности лучшим смазочным материалом является вода, обеспечивающая хорошее охлаждение.

 

Смазочные материалы.

Назначение смазки: уменьшение потерь на трение, уменьшение или предотвращения износа, отвод тепла и продуктов износа, предотвращение коррозии и т.д.

Совершенствование смазки является наиболее дешевым средством повышения долговечности подшипников.

Смазочные материалы разделяются на:

а) Жидкие: индустриальное масло И-20А, И-40А ГОСТ 20799-75, турбинное Т22, Т30-У, трансмиссионное ТАД-17, ТСп-10, моторное М-63/10Г1, М12-Г1, М8В

б) Консистентные пластичные смазки и мази: солидолы УС-2, констанины, жировая смазка ЦИАТИМ 202, УНИОЛ, Литол-24 и др.

в) Твердые смазочные материалы – применяют тогда, когда нельзя применить жидкие масла и мази (ткацкие и пищевые машины, смазывание подшипников скольжения работающих при высоких температурах, вагонетки печей и т.д.). К этим материалам относятся: графит, тальк, слюда, двусеристый молибден.

г) Газообразные. Для мало нагруженных быстроходных валов применяют воздушную смазку, создающую минимальные потери мощности в подшипнике на трение и теплообразование, т. к. вязкость воздуха очень мала.

 

Основные виды разрушения подшипников: износ и заедание, иногда при пульсирующей нагрузке происходит усталостное выкрашивание поверхности вкладышей. Износ происходит при граничном и полужидкостном трении при пуске, малых оборотах и больших нагрузках, а также вследствии попадания в смазку абразивных частиц.

Заедание или охватывание происходит вследствие местной потери масляной пленкой своей защитной способности из-за повышения общих и особенно местных температур и давлений.

При местном разрушении масляного слоя происходит сухое трение, в результате чего металлы цапфы и вкладыша нагреваются и свариваются.

Расчет подшипников.

Большинство подшипников скольжения работают в условиях несовершенной смазки и их рассчитывают условно.

Так как износ пропорционален давлению, то для предотвращения износа их рассчитывают по среднему давлению:

[ p ] - допускаемое давление для данного материала вкладыша приводится в таблицах.

Так как заедание связано с перегревом подшипников, то для предотвращения перегрева и заедания произведение среднего давления р на скорость скольжения не должно превышать допускаемого давления:

 

где [ p·v ] - табличное значение для данного материала, МПа·м/с.

Для подшипников работающих в условиях жидкостного трения эти расчеты являются ориентировочными.

 

Материал	[p], МПа	[p·v] МПа·м/с.
антифрикционные чугуны	0,05 - 12	0,1…12
бронзы	6 - 20	10 - 15
капрон

 

 

Подшипники качения представляют собой готовый узел, основным элементом которого являются тела качения - шарики или ролики, установленные между наружными и внутренними кольцами. Тела качения удерживаются на определенном расстоянии друг от друга обоймой, называемой сепаратором.

 

 

1. Наружное кольцо.

2. Внутреннее кольцо.

3. Шарик.

4. Сепаратор.

 

Имеются подшипники, у которых отсутствуют отдельные из указанных деталей. Например, игольчатые подшипники не имеют сепараторов, для уменьшения габаритов выпускают подшипники без внутренних или наружных колец. Отдельные типы подшипников снабжаются маслоудерживающими шайбами, уплотнительными устройствами и др. специальными деталями.

Достоинства:

1. сравнительно малая стоимость вследствие массового производства;

2. малые потери на трение и незначительный нагрев;

3. высокая степень взаимозаменяемости;

4. малый расход смазочного материала;

5. не требуют особого внимания и ухода.

Недостатки:

1. высокая чувствительность к ударным и вибрационным нагрузкам вследствие большой жесткости;

2. малонадежны в высокоскоростных приводах;

3. сравнительно большие радиальные размеры;

4. шум при больших скоростях.

Подшипники качения классифицируют по следующим признакам:

1. по форме тел качения:

а) шариковые;

б) роликовые - которые бывают с цилиндрическими, коническими, бочкообразными, игольчатыми и витыми роликами;

2. по направлению воспринимаемой нагрузки - радиальные, радиально-упорные, упорно-радиальные и упорные;

3. по числу рядов тел качения - однорядные и многорядные;

4. по способности самоустанавливаться – несамоустанавливающиеся и самоустанавливающиеся-сферические;

5. по габаритным размерам - на серии.

Для каждого типа подшипника при одном и том же внутреннем диаметре имеются различные серии, отличающиеся размерами колец и тел качения.

 

а) - особо легкая;

б) – легкая;

в) - легкая широкая;

г) – средняя;

д) - средняя широкая;

е) - тяжелая.

Подшипники маркируют нанесением на торец цифр

8 - 7 6 5 4 3 2 1.

1 2 - внутренний диаметр подшипника:

d, мм					20<d<495
Обозначение					d/5

Т.е. последние две цифры, умноженные на 5, дают внутренний диаметр.

3 - серия по наружному диаметру:

1 - особо легкая;

2 – легкая;

3 – средняя;

4 – тяжелая.

 

4 - тип подшипника:

0- шариковый радиальный однорядный;

1- шариковый радиальный сферический;

2- роликовый радиальный с короткими цилиндрическими роликами и т.д.

 

5 6 - конструктивные особенности;

7 - серия по ширине;

8 - класс точности. 0, 6, 5, 4, 3, 2, 1 – в порядке повышения точности.

 

Примеры обозначения:

302 - шариковый радиальный 0 не проставляется, средней серии 3, с внутренним диаметром 15 мм, 0 - нормального класса точности.

4-2208 - роликовый радиальный с короткими цилиндрическими роликами, легкой серии d = 40 мм, четвертого класса точности.