Введение Теория Курсовое проектирование Информационные источники Об издании

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.