След. Главная

Основные виды трения скольжения

Трение без смазки (сухое). В нормально работающих металлических подшипниках трение без смазки практически не встречается.

Полусухое трение имеет место при неустановившемся режиме работы, а также при очень скудной смазке. Коэффициент трения при полусухом и сухом трении 0,1-0,5.

Полужидкостное трение. Большинство подшипников скольжения работает в условиях полужидкостного трения, при котором большая часть поверхности разделена слоем смазки, но отдельные элементы поверхности соприкасаются. Коэффициент трения 0,008-0,08.

Жидкостное трение. В этом случае смазка полностью отделяет вращающуюся цапфу от неподвижной опоры, и трение происходит только между слоями смазки. Коэффициент трения 0,001-0,008. В условиях жидкостного трения работают точно изготовленные подшипники при относительно малых нагрузках и высоких скоростях (например, подшипники шлифовальных станков).

Уменьшение скорости скольжения, увеличение нагрузки и температуры подшипника могут привести к нарушению режима жидкостного трения и переходу к работе при режиме полужидкостного и даже полусухого трения.

Приближенный расчет (проверка) радиального подшипника

Расчет производят по удельной нагрузке p в подшипнике и величине pv, в некоторой мере характеризующей износ последнего и нагрев.

Окружная скорость на шейке вала, м/с,   n = (pdn)/(1000 · 60)
где d - диаметр подшипника, мм; n - частота вращения шпинделя, мин^-1.

Удельная нагрузка в подшипнике, МПа,   P = P/100dl £  [P]
где d и / - диаметр и длина подшипника, см; Р - сила, действующая на подшипник, Н. 
Величина pv ≤ [pv]

Для предварительного расчета подшипников, несущих при небольшой скорости умеренную нагрузку, можно допускаемые p и pv  принимать по табл. 1.

Момент трения на шипе  М_т = 0,5fPd = 0,5fPld²
Потеря мощности на трение в подшипнике и соответствующее тепловыделение (в Вт)  A = М_тw /1020 кВт » 9,8fPv
где М_т - в Н-м; ω -в рад/с; Р - в Н; v - в м/с.

Коэффициенты трения f при слабой смазке стали:
по серому чугуну и пластмассам................0,15-020
по антифрикционному чугуну, бронзе.......0,10-0,15
по баббиту...............................................0,06-0,10
по влажной резине...................................0,02-0,12

Для подшипников шпинделей, вращающих обрабатываемое изделие (например, токарных станков), расчетным случаем (при наибольших удельных нагрузках) обычно является обработка в патроне с предельными режимами, а для подшипника шпинделей тяжелых станков- обработка изделий максимальной массы.

Приведенные в табл. 2 величины установлены практикой и в значительной мере условны. При высоких кромочных давлениях или недостаточной смазке указанные значения следует несколько снижать; при совершенной смазке и малых кромочных давлениях можно допускать более высокие значения [pv].

В современных станках окружные скорости  на шейке вала доходят до 12 м/с. Удельные нагрузки р, в подшипниках валов и шпинделей станков, имеющих среднюю частоту вращения, обычно не превышают 3 МПа, в подшипниках тихоходных валов при малых окружных скоростях (измеряемых долями м/с) удельные нагрузки иногда доходят до 10 МПа.

1. Допускаемые [p] и [pv] для предварительного расчета подшипников.
 

   Температура подшипника зависит от величины v²/∆ . При ее определении можно для упрощения расчета исходить из условия центрального расположения цапфы в подшипнике. При таком предположении температура подшипника (со смазкой без принудительного давления) может быть оценена по графику (рис.1) в зависимости от величины v²/∆, где ∆ - диаметральный зазор в мм.

2. Допустимые режимы работы подшипников
 

Рис. 1. Коэффициент теплоотдачи К, 
отнесенный к единице площади проекции шейки вала;
 для подшипников, расположенных в коробках скоростей и обдуваемых, 
принято К = 837,3 Вт/(м2 -С), для отдельно расположенных подшипников
 К = 293,1 Вт/(м² °С)

Для шпиндельных подшипников нормальной точности можно принимать ∆ = 0,015 ÷ 0,020 мм. Для подшипников прецизионных станков расчетные значения ∆   несколько меньше.
Рабочая температура подшипников не должна превышать 75 °С.
Для подшипников скольжения с принудительной подачей смазки (например, в шлифовальных станках) следует учитывать теплоотдачу в масло.

Конструктивные размеры бронзового или чугунного вкладыша (рис. 2) ориентировочно таковы:

Н≈ (1,1÷1,3)S₁ + 5 мм; h ≈ 0,5Н;

S₁≈ 5 мм   для d = 35 ÷ 60 мм;

S₁≈ 7,5 мм   для d = 65 ÷ 100 мм;

S₁≈ 10 мм   для d = 120 ÷ 200 мм;

Рис. 2. Конструктивные размеры вкладыша

Целесообразно брать l/d ³ 1   В практике l/d = 0,5÷ 1,5

С увеличением d отношение l/d уменьшается: чем длиннее цапфа, тем вероятнее неравномерность распределения нагрузки по ее длине и повышение местного износа вкладыша в его краях. Подшипник с  l/d>1
можно применять для увеличения жесткости валов, а также в опорах подшипников вертикальных валов, где обычно кромочные давления, вызываемые изгибом вала, менее опасны.

Ориентировочные значения l/d : в подъемных механизмах 1,2—2, в металлорежущих станках 1,1—2, в редукторах 0,8—1,2.
Закрепление подшипниковых втулок винтами приведено в табл. 5. Применение закрепительных штифтов для втулок дано в табл. 10.

Расчет упорного подшипника (рис.3)

Расчет плоской пяты. При хорошем смазывании P £ pd2pj /4

где р - удельная нагрузка, МПа; φ = 0,9 ÷ 0,95 - коэффициент, учитывающий уменьшение рабочей поверхности пяты из-за наличия смазочных канавок.
Для проверки на нагревание берут критерий ру, но под V подразумевают скорость точки, находящейся от оси вращения на расстоянии 2/3 радиуса пяты; тогда (МПа  м/с)

где Р - осевая сила, Н; n - частота вращения, мин^-1; d - диаметр пяты, см; V - скорость, м/с.
   Для пяты принимают [pv] = 2 ÷ 4 МПа  м/с, а значения р берут в зависимости от материала (табл. 3).

Рис. 3. Упорные подшипники

3. Значение р

За. Канавки упорных подшипников и колец 
Размеры, мм
 

	d	До 60	60-80	80-90	90-110	110-140	140-180
	r	3	4	5	6	7	8

Если проверка на нагревание дает неудовлетворительный результат, то диаметр пяты, см, d = 4Pn/90000pv

Расчет кольцевой пяты

Наружный диаметр d пяты выбирают по конструктивным соображениям; обычно   d = d₀ - (0,5 ÷ 2,0 см);
 d₁ - из расчета на удельную нагрузку;

P £ p /4 (d₂ - d₁²)p

и проверяют на нагревание   pv = Pn/60000b
где Р - осевая сила, Н; n - частота вращения, мин^-1;

b = d/2 - d₁/2; d и d₁ - в см