3.29 Расчет
подшипников скольжения
3.29.1
Общие сведения. Применение подшипников скольжения в коробках скоростей и подач
В коробках скоростей и подач преимущественно
применяются подшипники качения. Несмотря на многие их достоинства, о которых
будет сказано ниже, подшипники скольжения не утратили своего значения и в некоторых
случаях служат опорами шпинделей металлорежущих станков, *тихоходных и
быстроходных валов.
* Особую группу подшипников скольжения,
применяемых в коробках скоростей металлорежущих станков, составляют шпиндельные
подшипники. Расчет и конструирование их рассматриваются в курсе «Металлорежущие
станки» [64].
К достоинствам подшипников скольжения относятся:
хорошая работоспособность при очень высоких скоростях валов, когда долговечность
подшипников качения оказывается низкой; бесшумность работы; способность гасить
самовозбуждающиеся колебания быстроходных валов, особенно в тех случаях, когда
обеспечиваются условия жидкостного трения, в результате чего повышается виброустойчивость; меньшие габариты в радиальном направлении; возможность
достижения весьма высокой точности расположения осей валов вследствие меньшего
количества деталей, входящих в конструкцию опоры; возможность в определенных
случаях значительно повысить точность путем окончательной обработки в одну
установку несущих поверхностей вкладышей или втулок после сборки их с базовой
деталью; достаточная надежность работы в широком интервале температур и в
агрессивной среде; сохранение работоспособности при скудной смазке или
значительном загрязнении (в этих условиях подшипники качения быстро выходят из
строя); разъемность подшипников в диаметральном сечении; значительно меньшая
стоимость изготовления в условиях мелкосерийного производства по сравнению с
подшипниками качения.
Недостатками подшипников скольжения являются:
сравнительно большие потери на трение в тех случаях, когда не обеспечен режим
жидкостного трения; значительно большие габариты в осевом направлении, чем у
подшипников для цапф одинакового номинального диаметра; высокие требования к
точности изготовления и монтажа опор, сорту смазки, режиму работы в тех случаях,
когда необходимо обеспечить условия жидкостного трения; повышенный расход
смазки; необходимость закалки и тщательной обработки цапф; худшие условия
взаимозаменяемости из-за недостаточной степени стандартизации основных деталей
опор — вкладышей и втулок. Широко применяются подшипники скольжения для
паразитных колес, устанавливаемых на осях и валах, для зубчатых колес, свободно
вращающихся на валах и передающих крутящие моменты с помощью зубчатых,
кулачковых и фрикционных муфт. Очень часто для валов и осей ручных приводов,
механизмов управления и других вспомогательных механизмов применяются подшипники
скольжения главным образом в виде цельных втулок.
3.29.2
Материалы подшипников скольжения
Целесообразно, чтобы в паре цапфа — втулка или
вкладыш более износостойкой была цапфа. Поэтому цапфы чаще всего закаливают. В
случае быстроходных валов твердость цапф доводят до НRC 55—60. Подшипниковые
материалы должны хорошо сопротивляться износу и заеданию, особенно при пусках,
торможении и т. д., когда нарушается установившийся режим смазки; хорошо
прирабатываться по цапфе, что способствует понижению кромочных давлений; иметь в
паре с цапфой низкий коэффициент трения; хорошо сопротивляться ударной нагрузке,
не разрушаясь, для чего должны обладать достаточной пластичностью; иметь
достаточную контактную усталостную прочность при действии пульсирующих нагрузок.
Кроме того, желательно, чтобы подшипниковые материалы смачивались маслом, имели
высокую теплопроводность, хорошую обрабатываемость резанием и достаточную
коррозийную стойкость.
В таблице 3.62 приведены наиболее часто
применяемые подшипниковые материалы.
Таблица 3.62 - Материалы для
подшипников скольжения
Рекомендуемая область применения |
Марка материала Допустимые
значения [р] кг/см2; [v]
м/с; [рv]
кгм/см2с |
Примечания |
Подшипники в ответственных
узлах, работающие при |
Бр.7 ОФ 6,5—1,5 обработка
давлением
150 10 150 |
Указанные значения
показателей действительны для термообработанных цапф (HRC
> 45). Для цапф, не подвергнутых термообработке,
[v]
снижается в 1,5—2 раза |
Подшипники, работающие при (в
затрудненных условиях смазки) |
Бр. ОЦС525—5 литейная
80 3 120
Бр. ОЦС 6-6-3 литейная
50 3 100
Бр. ОЦС4-4-17
литейная
100 4 100 |
Указанные значения
показателей действительны для термообработанных цапф (HRC<45),_
для цапф, не подвергнутых термообработке, [и] снижается в 1,5—2
раза |
Подшипники, работающие при |
Бр.АЖ- 9-4 прутки, поковки
,
150 5 120 |
Термообработка цапфы
обязательна (HRC<45)
При недостаточно обильной смазке [v]
следует понижать в 1,5 — 2 раза |
Подшипники, работающие при
ударной нагрузке |
Бр. АЖ 9-4 Л
150 5 120 |
Термообработка
цапфы (HRC>45)
обязательна При недостаточно обильной смазке
[v] следует понижать в 1,5—2 раза |
Подшипники, работающие при |
Бр.АЖМц 10-3-1,5 от ливки,
прутки, поковки
200 5 120
Бр. АЖС 7-1,5-1,5
литейная
250 8 200 |
То же |
Биметаллические подшипники
главных шпинделей, работающие при |
Бр. С-30
250 12 300 |
Термообработка цапфы
обязательна (HRC>45) |
Малоответственные
подшипники скольжения
коробок скоростей и подач,
работающие при |
АЛ 18 В
— 5 100 |
Термообработка цапфы
обязательна (HRC>45).
Необходима обильная смазка, в противном случае
[v]
следует понизить в 1,5 — 2 раза |
Подшипники скольжения,
работающие при отсутствии ударных нагрузок |
ЦАМ 10—5
— 2,5 90—100
—
2,5
40 |
Закаленная цапфа (HRC>45)
Незакаленная цапфа |
Тихоходные умеренно
нагруженные подшипники |
АСЧ-1, АСЧ-2
— 4 15
— 2,5 10 |
Закаленная цапфа (HRC > >45).
Незакаленная цапфа, но твердость цапфы должна быть обязательно
выше твердости чугуна |
Подшипники,
работающие с умеренной
нагрузкой без резких ударов |
Б6
50 6 50 |
Поверхность цапфы должна быть
термообработана |
Подшипники, воспринимающие
ударные нагрузки |
БК, БК 2
150 15 60 |
То же |
|
3.29.3
Критерии работоспособности и расчета подшипников
Нарушение работоспособности чаще всего
происходит в результате абразивного износа или заедания, которые преимущественно
проявляются при перегреве подшипника. Вследствие неизбежных пусков, остановок,
торможений, при которых нарушается установившийся режим смазки, а также
возможного загрязнения смазки абразивными частицами происходит абразивное
изнашивание. Заедание может быть вызвано увеличением удельной нагрузки, а
особенно высокими кромочными давлениями, способствующими разрыву масляного слоя.
Недопустимо применение незакаленных цапф в паре с твердой бронзой, например типа
АЖ. В этом случае заедание особенно опасно.
При действии пульсирующей нагрузки,
возможно усталостное разрушение рабочего поверхностного слоя вследствие
недостаточной контактной прочности.
Как интенсивность износа, так и статическая и
усталостная контактная прочность зависят от величины, средней удельной нагрузки
которую принято считать критерием нагруженности подшипника.
Работа сил трения, определяемая произведением
(где v м/с — окружная скорость цапфы), преобразуется в теплоту, которая
нагревает масло и подшипник. Кроме того, при малых зазорах из-за повышения
температуры может произойти защемление цапфы. По этим причинам нагревание
подшипника должно ограничиваться. Теплообразование в подшипнике можно условно
оценить произведением pv.
3.29.4
Условные расчеты опорных подшипников
Условные расчеты носят приближенный характер и
относятся к случаю работы подшипников в условиях граничного трения или близкого
к нему. Такой вид трения возможен при неустановившемся режиме работы, пусках,
остановках, торможении. Чаще всего расчет выполняется как проверочный по
показателям р и pv.
При расчете по допускаемой удельной нагрузке
должно быть соблюдено условие:
,
где R — радиальная нагрузка на подшипник; р —
допускаемая удельная нагрузка (таблица 3.62); d — диаметр цапфы, который
определяется при расчете вала на прочность и по конструктивным соображениям.
Диаметр цапфы можно определить также по
уравнению
,
где
,
здесь l — длина цапфы.
Величина отношения
оказывает существенное влияние на работоспособность подшипника. С увеличением
длины цапфы усиливается влияние неточностей сборки и изготовления валов и
деталей опор, а также жесткости валов и опор на величину кромочных давлений.
Обычно
принимается, причем меньшие значения принимаются при больших нагрузках и скоростях цапфы.
Если подшипники расположены в разных корпусах и не представляется возможным
расточить их в одну установку, то принимается наименьшее значение ξ. При высокой
точности изготовления и сборки принимаются наибольшие значения ξ. При расчете по
допускаемому произведению pv должно быть соблюдено условие:
pv ≤ [pv],
где
Значения [pv] указаны в таблице 3.62. Этот расчет
преследует цель проверки подшипника на нагревание.
|