Подшипники в механизмах выполняют роль опоры, а так же обеспечивают точность перемещения и минимальные потери на трение.
Самыми популярными считаются цилиндрические подшипники. Они могут выглядеть как отверстие под цапфу в корпусе или в другой детали, поддерживающей вал или ось. В случае когда материал поддерживающей вал или ось детали не имеет необходимых антифрикционных свойств в него запрессовывают втулки, конструкции. Они восприимчивы к радиальным и осевым нагрузкам, а так же регулируют осевое смещение вала.
Материал для втулки должен обладать износоустойчивостью, хорошо прирабатываться, а так же иметь низкий коэффициент трения в паре с материалом цапфы. Кроме того он должен удерживать смазку.
Основными преимуществами пластмасс является самосмазываемость, небольшие габариты, низкая стоимость, хорошие демпфирующие способности при действии вибраций и ударов, диэлектричность, антикоррозийность, технологичность изготовления, и т.д. К недостаткам можно отнести слабую износостойкость, низкую теплопроводность и гигроскопичность.
Цилиндрические подшипники практически не чувствительны к температурным изменениям и наиболее просты в конструктивном плане.
Конические способны к восприятию как радиальной, так и осевой нагрузке, однако более сложны по конструкции и стоят дороже.
Сферические или шаровые подшипники используют в случаях, когда при эксплуатации и сборке возможен перекос оси вала по отношению к оси подшипника.
Подшипники скольжения обладают следующими преимуществами:
-
Небольшие радиальные размеры
-
Выдерживают высокие частоты вращения, воду и агрессивные среды
-
Устойчивы к вибрациям и ударам
Недостатками являются:
-
Большие потери на трение и небольшой КПД
-
Значительные осевые размеры
-
Неравномерный износ подшипника и цапфы
-
Необходимость в применении смазок и антифрикционных материалов
Опоры скольжения могут работать в различных режимах трения: сухое, граничное и жидкостное. Чтобы снизить трение, используют различные виды покрытий металлических вкладышей подшипника.
В подшипниках жидкостного трения трущиеся поверхности разделены слоем жидкой смазки или газа. Кроме того, выдляются гидростатические и гидродинамические подшипники.
Наиболее популярны подшипники скольжения с граничным трением. При жидкостном и граничном трениях используют жидкие минеральные и консистентные смазки.
Самыми частыми причинами отказа подшипников являются задиры и контактные усталостные повреждения поверхности втулки, а так же износ.
Расчет цилиндрических подшипников, не работающих в условиях жидкостного трения, сводится к определению диаметра цапфы (d) и ее длины (ℓ) из условий ограничения среднего давления (q) на втулку; нагрева и износа, пропорционального удельной работе трения (qv):
где Fr – радиальная нагрузка на опору, Н; v – окружная скорость вала, м/с; d и ℓ – диаметр и длина рабочих поверхностей опоры, мм; n – частота вращения вала, об/мин; qadm, (qv)adm – допускаемые значения соответственно удельного давления и удельной работы трения материала втулки. Их значения для ряда материалов при стальных цапфах приведены в табл. 1.
Для сопряжения цилиндрических цапф с втулкой при граничном трении назначаются посадки с зазором в системе отверстия. Величина зазора тем больше, чем выше окружная скорость. При высоких скоростях рекомендуют посадки H8/e7; при средних и малых скоростях – H7/e7, H7/f7, H7/g7; при малых скоростях и высокой точности сопряжения – H7/g6, H6/g5. Для уменьшения трения и износа шероховатость трущихся поверхностей рекомендуют принимать в пределах Ra = (1,25 … 0,32) мкм.
Таблица 1. Значения qadm, (qv)adm при стальных цапфах
Наименование материала втулки подшипника | qadm, МПа | (qv)adm, МПа∙м/с |
Бронза Бр АЖ 9-4 | 15 | 12 |
Бронза Бр ОЦС 5-5-5 | 8 | 12 |
Капрон | 5 | 10 |
Текстолит | 12 | 30 |