Детали машин



Подшипники скольжения



Общие сведения

Как упоминалось в предыдущей статье, подшипники являются опорами валов и осей, воспринимая нагрузки, приложенные к валу или оси, и передавая их на корпус машины. Иногда подшипники используются в качестве опор для деталей (шкивов, зубчатых колес и т. п.), размещенных на валу или оси.

В зависимости от вида трения, возникающего в подшипнике, они делятся на подшипники скольжения и качения.
В зависимости от направления воспринимаемой нагрузки подшипники бывают:

  • радиальные – воспринимающие радиальные силы, т. е. перпендикулярные оси цапфы;
  • упорные – воспринимающие осевые силы (параллельные оси цапфы); упорные подшипники иногда называют подпятниками;
  • радиально-упорные – способные воспринимать и радиальные, и осевые силы.

***

Особенности конструкции подшипников скольжения

В большинстве случаев подшипники скольжения состоят из корпуса, вкладышей и смазывающих устройств. Конструкции подшипников скольжения разнообразны и зависят от конструкции машины. В простейшем виде подшипник скольжения представляет собой втулку (вкладыш), встроенную в станину машины (рис. 1).
На рис. 2 и рис. 3 подшипники имеют отдельный корпус, который крепится к станине машины.

подшипники скольжения

Основным элементом подшипника скольжения является вкладыш 1, который устанавливают в корпус подшипника (рис. 3) или непосредственно в станине или раме машины (рис. 1). Рабочая поверхность вкладыша в сочетании со смазочным материалом (или без него) обеспечивает минимальное трение между деталями, имеющими взаимное перемещение в механизме.

Подшипники скольжения делят на разъемные (рис. 2) и неразъемные (рис. 3).

Неразъемные (глухие) подшипники применяют при малой скорости скольжения и работе с перерывами (механизмы управления) в цапфах, где их монтаж не вызывает затруднений.

Разъемные подшипники имеют основное применение в общем машиностроении и особенно в тяжелом машиностроении. Их основное достоинство – удобство монтажа на цапфу и возможность установки в труднодоступных для сборки участках валов и осей.

подшипники скольжения

При большой длине цапф, когда возможен существенный перекос осей при монтаже или во время работы машины, применяют самоустанавливающиеся подшипники (рис. 4). Сферические выступы вкладышей позволяют им самоустанавливаться, компенсируя тем самым перекосы цапф от деформации вала или неточности монтажа, обеспечивая равномерное распределение нагрузки по длине вкладыша.

подшипники скольжения

Подпятники (упорные подшипники) устанавливаются на цапфах с целью восприятия осевой нагрузки, действующей на вал. Пример конструкции подпятника (упорного подшипника скольжения) показан на рис. 5.

***

Достоинства и недостатки подшипников скольжения

К достоинствам подшипников скольжения можно отнести следующие свойства:

1. Простота конструкции (для тихоходных и малонагруженных машин подшипники скольжения выполняются в виде обычной втулки), относительно малая стоимость изготовления.

2. Надежная работа в высокоскоростных приводах (подшипники качения в этих устройствах имеют малую долговечность).

3. Способность воспринимать значительные динамические нагрузки (удары, вибрацию) вследствие больших размеров площади рабочей поверхности, воспринимающей нагрузку, и высокой демпфирующей способности масляного слоя между валом и вкладышем.

4. Низкий уровень шума во время работы (работают практически бесшумно на любой скорости).

5. Сравнительно малые радиальные размеры (рис. 1).

6. Разъемные подшипники скольжения допускают установку на шейки валов сложной конфигурации (например, коленчатых валов), при этом не требуется демонтаж деталей (шкивов, зубчатых колес и т. п.), размещенных на других цапфах вала.

Недостатки подшипников скольжения:

1. В процессе работы требуют постоянного контроля из-за высоких требований к наличию смазочного материала и опасности перегрева; перерыв в подаче смазки может привести к отказу подшипника.

2. Имеют сравнительно большие осевые размеры для увеличения рабочей площади поверхности, воспринимающей нагрузку.

3. Значительные потери на трение в период пуска и при некачественной смазке.

4. Относительно высокие эксплуатационные расходы из-за большого расхода смазочного материала, необходимости его очистки и охлаждения.

5. Влияние на износ поверхности цапфы, особенно в период пуска или при некачественной смазке.

упорный подшипник - подпятник

***

Область применения подшипников скольжения

Подшипники скольжения широко применяются в машиностроении и приборостроении, когда применение подшипников качения невозможно или нецелесообразно:

  • для валов машин с ударными и вибрационными нагрузками (двигатели внутреннего сгорания, механические молоты и др.);
  • для коленчатых валов, когда по условиям монтажа необходимо использовать разъемные подшипники;
  • для валов очень больших диаметров, для которых подшипники качения не изготавливают;
  • для высокоскоростных валов, когда подшипники качения непригодны из-за малого ресурса (центрифуги и т. п.);
  • при очень высоких требованиях к точности и равномерности вращения (шпиндели станков и т. п.);
  • в тихоходных и малонагруженных машинах, бытовой технике;
  • при работе в агрессивных средах, в которых подшипники качения непригодны;
  • при высоких требованиях к бесшумности работы машины.

***



Материал вкладышей подшипников скольжения

Материалы, используемые для изготовления вкладышей подшипников скольжения должны обладать следующими свойствами:

  • иметь достаточную износостойкость и высокую сопротивляемость заеданию при несовершенной смазке (периоды пуска, разгона, торможения);
  • иметь высокую сопротивляемость хрупкому разрушению при действии ударных нагрузок и достаточное сопротивление усталости;
  • иметь низкий коэффициент трения;
  • обладать высокой теплопроводностью;
  • иметь низкий коэффициент температурного расширения.

В процессе работы машины изнашиваться должны вкладыши, а не цапфы вала, поскольку замена или восстановление вала значительно дороже замены вкладышей. Подшипники скольжения работают тем надежнее, чем выше твердость поверхности цапфы, поэтому цапфы валов, как правило, закаливают и упрочняют.

Вкладыши подшипников скольжения бывают металлические, металлокерамические и неметаллические.

Металлические вкладыши выполняют из бронзы, баббитов, алюминиевых и цинковых сплавов, антифрикционных чугунов.

Бронзовые вкладыши широко используют при средних скоростях и больших нагрузках.
Наилучшими антифрикционными свойствами обладают оловянные бронзы марок БрО10Ф1, БрО4Ц4С17 и др.
Алюминиевые и свинцовые бронзы вызывают повышенный износ поверхностей цапф, поэтому их устанавливают только на закаленные цапфы. Свинцовые бронзы используют при знакопеременных ударных нагрузках.

Вкладыши с баббитовой заливкой используют для подшипников в ответственных конструкциях при тяжелых и средних режимах работы (дизели, компрессоры и т. п.).
Баббит – сплав на основе олова или свинца – является одним из лучших антифрикционных материалов для подшипников скольжения. Он хорошо прирабатывается в узле, стоек против заедания, но имеет невысокую прочность. Поэтому баббит заливают лишь тонким слоем на рабочую поверхность вкладыша, выполненного из стали, чугуна или бронзы. Лучшими считаются высокооловянные баббиты марок Б88, Б83.

Чугунные вкладыши из антифрикционных чугунов (например, марки АЧС-1 и др.) применяют в малоответственных тихоходных машинах и механизмах.

В массовом производстве вкладыши штампуют из стальной ленты, на которую наносится тонкий антифрикционный слой из баббитов, оловянных сплавов или неметаллов (фторопласт и др.).

Металлокерамические вкладыши изготовляют прессованием и последующим спеканием порошков меди или железа с добавлением графита, олова или свинца. Особенностью этих материалов является их пористость, которую используют для предварительного насыщения горячим маслом. Вкладыши, пропитанные маслом, могут долго работать без подвода смазочного материала.
Металлокерамические вкладыши применяют в тихоходных механизмах и в местах, труднодоступных для подвода смазки.

Для вкладышей из неметаллических материалов применяют антифрикционные пластмассы (марки АСП), древеснослоистые пластики, резину и др. Эти материалы устойчивы против заедания, хорошо прирабатываются, неприхотливы к смазочному материалу (могут работать при смазывании водой), что имеет существенное значение для подшипников насосов, гребных винтов, пищевых машин и т. п.

***

Характер и причины отказов подшипников скольжения

Работа подшипников скольжения сопровождается абразивным изнашиванием вкладышей и цапф, заеданием и усталостным выкрашиванием.

причины отказов подшипников скольжения

Абразивное изнашивание возникает вследствие попадания со смазочным материалом абразивных частиц и неизбежности граничной смазки при пуске и останове машины.

Заедание возникает при перегреве подшипника. При установившемся режиме работы температура подшипника не должна превышать допустимую для материала вкладыша и сорта используемого масла. С повышением температуры материал вкладыша расширяется, а вязкость масла снижается. Разжижение масла приводит к тому, что масляная пленка местами разрывается, возникает зона металлического контакта между вкладышем и цапфой, где под действием молекулярных сил образуются мостики микросварки, приводящие к глубинному вырыванию материала.
В результате происходит заедание цапфы в подшипнике и, как следствие, вкладыши расплавляются или полностью захватываются разогретой цапфой и проворачиваются в корпусе.

Усталостное выкрашивание поверхности вкладышей происходит редко и встречается при пульсирующих нагрузках и работе подшипника в режимах несовершенной смазки.

***

Смазка подшипников скольжения