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

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.