Металлические подшипники скольжения
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 Мт
= 0,5fPd =
0,5fPld2
Потеря мощности на трение в подшипнике и соответствующее тепловыделение (в
Вт) A = Мтw
/1020 кВт »
9,8fPv
где Мт - в Н-м;
ω
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.
Механизмы | Допускаемые | |
[p], МПа | [pv], МПа м/с | |
Редукторы зубчатые и червячные |
1-3 | 6-12 |
Транспортеры, шнеки, рольганги |
2-10 | 4-10 |
Открытые тихоходные передачи |
1-4 | 3-6 |
Приводы вращающихся печей, сушильных барабанов и пр. |
4-15 | 6-15 |
Температура подшипника зависит от величины v2/∆
2. Допустимые режимы работы подшипников
Материалы вкладыша | Гладко обработанная закаленная шейка вала | Незакаленная шейка вала | ||
[pv], МПа м/с | [p], МПа | [pv], МПа м/с | [p], МПа | |
Бронза оловянная БрОФ10-1 |
10 | 8 | 6 | 5 |
Бронза БрОЦС5-7-12, БрОЦС6-6-3 |
8 | 6 | 5 | 4 |
Бронза БрАЖ9-4 |
7,5-15 | 5 | Не рекомендуется | |
Бронза БрС30 |
10 | 10 | То же | |
Цинковый сплав ЦАМ 10-5 |
9-10 | 2,5 | 4 | 2,5 |
Баббиты Б16, БН6 |
15 | 10 | 10 | 6 |
Антифрикционный чугун АЧС-1, АЧС-2 |
1,5-12 | 1-4 | 1 | 2,5 |
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 ∆
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≈
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
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)
pv = | P | pn | 2 | d | = | 4Pn |
10pd2/4 | 30 | 3 | 200 | 90000d |
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
Материал | р, МПа |
Сталь по чугуну |
2,0-2,5 |
Сталь по бронзе |
4,0-6,0 |
Закаленная сталь по бронзе |
7,5-8,0 |
То же, по стали |
12,0-15,0 |
» по баббиту |
5,0-7,0 |
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