Глава 15. РАДИАЛЬНЫЕ ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ

15.1. Общие сведения

Опора или направляющая, трение вала в которой происходит при скольжении и определяющая положение вала по отношению к другой части механизма, называется подшипником скольжения. Критерии расчетов подшипников скольжения определяются характером внешнего трения в подшипнике в зависимости от наличия смазочного материала. Различают трение без смазывания, граничное и жидкостное трение. При трении без смазывания на трущихся поверхностях отсутствует смазочный материал; при граничном — имеется тонкий (порядка 10-4 мм) слой смазочного материала с особыми свойствами. Действие такого смазочного материала называется граничной смазкой. Под жидкостным трением понимается явление сопротивления относительному перемещению, возникающее между двумя телами, разделенными смазочным материалом, в котором проявляются его объемные свойства. Соответствующее действие смазочного материала при этом называется жидкостной смазкой.

Общей количественной характеристикой внешнего трения является коэффициент трения представляющей собой отношение силы трения к нормальной составляющей внешних сил, действующих на поверхности трения. На рис. 15.1 представлена диаграмма Герси-Штрибека, иллюстрирующая изменение коэффициента трения в подшипниках в зависимости от режима их работы, оцениваемого безразмерной характеристикой где — динамическая вязкость смазочного материала, о — угловая скорость вала, — средняя удельная нагрузка на подшипник, ; для радиального подшипника скольжения

диальная нагрузка на подшипник, Н; — длина и диаметр шипа вала, На начальном участке 1—2 кривой, когда значение X невелико (например, при малой угловой скорости), имеет место граничное трение, при котором коэффициент трения изменяется мало. При возрастании скорости коэффициент трения быстро уменьшается за счет увеличения толщины слоя смазочного материала между трущимися поверхностями, неровности которых могут соприкасаться друг с другом. Такое действие смазочного материала, передающего нагрузку, при котором он частично разделяет поверхности трения, называется полужидкостной смазкой.

Рис. 15.1. Диаграмма Герси-Штрибека

Вследствие этого область трения на участке 1-2 с полужидкостной смазкой неустойчива. Коэффициент трения здесь колеблется в широких пределах при незначительных изменениях или Точка 2 соответствует минимальному коэффициенту трения, когда слой смазочного материала лишь покрывает шероховатости трущихся поверхностей. При дальнейшем увеличении скорости толщина масляного слоя увеличивается, наступает режим жидкостного трения, отличающийся устойчивостью в широком диапазоне нагрузок и скоростей. Это объясняется регулирующим влиянием вязкости смазочного материала, которая зависит от температуры.

Любое изменение режима трения на участке 2—3 приводит к изменению коэффициента трения и, как следствие, температуры подшипникового узла. Если при увеличении X температура увеличилась, вязкость масла падает, за счет чего уменьшается и X. Если X уменьшилась, уменьшается коэффициент трения и тепловыделение в подшипнике, что приведет к увеличению вязкости, за счет которой возрастет до прежнего значения и характеристика X. Для того чтобы процесс восстановления равновесия при жидкостном трении в подшипнике происходил во всем диапазоне возможных колебаний режима, необходимо рассчитать его с достаточным коэффициентом запаса. Характеристика X может служить только для ориентировочной оценки работы подшипника при жидкостном трении. Достаточно точный расчет при этом режиме основан на гидродинамической теории смазки, устанавливающей взаимосвязь ряда параметров: размеров подшипника, зазора в нем, свойств смазочного материала, нагрузки, скорости скольжения, а также способов теплоотвода и др.

Для подшипников, работающих при граничной или полужидкостной смазке, производят упрощенные расчеты по двум критериям: среднему давлению и произведению

Условная граница, отделяющая режим жидкостного трения от трения с полужидкостной смазкой, определяется с помощью

критических значений безразмерных чисел Зоммерфельда где относительный зазор в подшипнике: — диаметральный зазор: ; D - внутренний диаметр вкладыша в подшипнике. При смазка полужидкостная, при жидкостная. Для случаев, когда параметр шероховатости трущихся поверхностей мкм, прогиб шипа в подшипнике не превышает сумму высот неровностей и погрешности формы не превосходят половины допуска диаметра, приведена табл. 15.1 критических значений [50], при которых минимальная толщина слоя смазочного материала мкм. С помощью чисел можно определить критические значения скоростей при превышении которых наступает жидкостное трение:

Применяемые для смазывания подшипников скольжения смазочные материалы должны уменьшать трение, изнашивание рабочих поверхностей, создавать на них прочный адсорбированный слой, способствовать отводу теплоты из зоны трения. Такими свойствами обладают сорта жидких смазочных материалов — минеральные масла с различными присадками, улучшающими их эксплуатационные свойства. Способ их очистки, назначение и некоторые другие данные, в частности вязкость, указываются в маркировке. Приводим некоторые буквенные обозначения минеральных масел [3]:

1) по свойствам: — легкое (маловязкое); С — среднее (маловязкое) — тяжелое (высоковязкое); У — улучшенное;

2) по способу очистки: А — адсорбционной очистки; В—выщелоченное (обработанное только раствором щелочи); Г — гидро-очищенное; К — кислотной очистки; С — очищенное с применением селективных растворителей; П — с присадками;

3) по назначению: — дизельное; И — индустриальное; М — моторное; Т — турбинное, трансформаторное; П — приборное.

Примеры маркировки минеральных масел: — трансформаторные кислотной очистки; — трансформаторные кислотной очистки с присадкой; — турбинное селективной очистки с присадкой вязкостью

Основной расчетной характеристикой масел является динамическая вязкость, характеризующая силы сдвига между слоями жидкости. Единица динамической вязкости в — паскаль-секунда

Кинематической вязкостью определяются силы сопротивления при скольжении слоев жидкости под действием собственной силы тяжести. Единица кинематической вязкости в — квадратный метр в секунду

Для определения динамической вязкости масла в зависимости от температуры служит формула

где — рабочая температура масла, — показатель степени,

определяемый по следующим данным: при и более равно 1,9; 2,5; 2,6; 2,7; 2,8; 2,9; 3.

В подшипниках с большой удельной нагрузкой необходимо также учитывать зависимость от (см. [3]).

Значения кинематической вязкости некоторых масел при температуре и их плотность приводятся в табл. 15.2.