21. Основні типи підшипників ковзання, їхні параметри і матеріали

Призначення і класифікація. Підшипники служать опорами для валів і обертових осей. Вони сприймають радіальні й осьові навантаження, прикладені до вала, і зберігають задане положення вісі обертання вала. Щоб уникнути зниження к. к. д. механізму втрати в підшипниках повинні бути мінімальними. Від якості підшипників у значній мірі залежать працездатність і довговічність машин.

Підшипники класифікують за видом тертя і сприйманому навантаженню. За видом тертя розрізняють: підшипники ковзання, у яких опорна ділянка вала сковзає по поверхні підшипника; підшипники котіння, у яких тертя ковзання заміняють тертям котіння за допомогою установки кульок чи роликів між опорними поверхнями підшипника і вала. По сприйманому навантаженню розрізняють підшипники: радіальні – сприймають радіальні навантаження; упорні – сприймають осьові навантаження; радіально-упорні – сприймають радіальні й осьові навантаження.

Загальні відомості про підшипники ковзання

Опорну ділянку вала називають цапфою. Форма робочої поверхні підшипника ковзання так само, як і форма цапфи вала, може бути циліндричною (рисунок 21.1, а), плоскою (рисунок 21.1, б), конічною (рисунок 21.1, в) чи кульовою (рисунок 21.1, г). Цапфу, що передає радіальне навантаження, називають шипом, якщо вона розташована на кінці вала, і шийкою при розташуванні в середині вала. Цапфу, що передає вісьове навантаження, називають п'ятою, а опору (підшипник) – підп'ятником.

Підп'ятники працюють звичайно в парі з радіальними підшипниками (рисунок 21.1, б). Більшість радіальних підшипників (рисунок 21.1, а) може сприймати також і невеликі осьові навантаження (фіксують вал у осьовому напрямку). Для цього вал виготовляють східчастим з галтелями, а крайки підшипника закруглюють. Підшипники з конічною поверхнею застосовують рідко. Їх використовують при невеликих навантаженнях у тих випадках, коли необхідно, систематично усувати зазор від зносу підшипника з метою збереження точності механізму. Для цього на валу встановлюють конічну втулку, - положення якої регулюють гайками. Також рідко застосовують і кульові підшипники. Ці підшипники допускають перекошення вісі вала, тобто мають властивість самовстановлення. Їх застосовують переважно як шарніри в підйомних механізмах з періодичним поворотом у межах обмежених кутів.

Приклад конструктивного оформлення підшипника зображений на рисунку 21.2. Основним елементом підшипника є вкладиш 1 з тонким шаром антифрикційного матеріалу на опорній поверхні. Вкладиш встановлюють у спеціальному корпусі підшипника 2 чи безпосередньо в корпусі машини (станині, рамі і т.д.).

О бласть застосування підшипників ковзання в сучасному машинобудуванні скоротилася в зв'язку з поширенням підшипників котіння. Однак значення підшипників ковзання в сучасній техніці не знизилося. Їх застосовують дуже широко, і в цілому ряді конструкцій вони незамінні. До таких підшипників відносяться:

1) рознімні підшипники, необхідні за умовами збирання, наприклад для колінчатих валів; 2) високо-швидкісні підшипники (υ>30 м/с), в умовах роботи яких довговічність підшипників котіння різко скорочується (вібрації, шум, великі інерційні навантаження на тіла котіння); 3) підшипники прецизійних машин, від яких потрібно особливо точний напрямок валів і можливість регулювання зазорів; 4) підшипники, що працюють в особливих умовах (воді, агресивних середовищах і т.п.), у яких підшипники котіння непрацездатні через корозію; 5) підшипники дешевих тихохідних механізмів і деякі інші.

Конструкції і матеріали підшипників ковзання

Конструкції підшипників ковзання дуже різноманітні. Багато в чому вони залежать від конструкції машини, у якій встановлюється підшипник. Розглянемо принципові конструктивні розрізнення підшипників ковзання.

Дуже часто підшипники не мають спеціального корпуса. При цьому вкладиші розміщають безпосередньо в станині (рисунок 21.3, a) чи рамі (рисунок 21.3, б) машини. Така, наприклад, більшість підшипників двигунів, турбін, верстатів, редукторів і т.д. Підшипники з окремими корпусами встановлюють головним чином у таких пристроях, як конвеєри, вантажопідйомні машини, трансмісії і т.д. У цих випадках підшипники кріплять на фермах, стінах, колонах.

Корпус і вкладиш можуть бути нероз'ємними (рисунок 21.4) чи рознімними (див. рисунок 21.2). Рознімний підшипник дозволяє легко укладати вал і ремонтувати підшипник шляхом повторних розточень вкладиша при його зносі. Нероз'ємні підшипники дешевше. Вкладиші в цих підшипниках звичайно запресовують у корпус.

Рознімання вкладиша рекомендують виконувати перпендикулярно до навантаження F_r чи близько до цього положення (рисунок 21.5. а). При цьому порушується безперервність несучого масляного шару.

Матеріал вкладиша (основної деталі підшипника) повинен мати:

1) малий коефіцієнт тертя і високу опірність заїданню в періоди відсутності режиму рідинного тертя (пуски, гальмування і т.п.);

2) достатню зносостійкість поряд зі здатністю до приробляння. Зносостійкість вкладиша повинна бути нижче зносостійкості цапфи, тому що заміна вала обходиться значно дорожче, ніж заміна вкладиша;

3) досить високі механічні характеристики й особливо високий опір крихкому руйнуванню при дії ударних навантажень.

Вкладиші виготовляють з найрізноманітніших матеріалів.

Бронзи олов'яні, свинцеві, кремнієві, алюмінієві та інші мають досить високі механічні характеристики, але порівняно погано прироблюються і сприяють окислюванню олії. Бронзи широко застосовують у крупносерійному і масовому виробництві.

Чавун володіє гарними антифрикційними властивостями завдяки включенням вільного графіту, але прироблюється гірше, ніж бронзи. Його застосовують у тихохідних і помірно навантажених підшипниках.

Бабіт на олов'яній, свинцевій і іншій основах є одним із кращих матеріалів для підшипників ковзання. Він добре прироблюється, не окисляє мастило, мало зношує вал, стійкий проти заїдання. Негативною властивістю бабіту є крихкість і висока вартість. Бабітом заливають тільки робочу поверхню вкладишів на товщину 1...10 мм. При цьому сам вкладиш виготовляють із бронзи, сталі, алюмінію і т.д.

З метою підвищення міцності підшипників, особливо при перемінних і ударних навантаженнях, застосовують так названі біметалічні вкладиші, у яких на сталеву основу наплавляють тонкий шар антифрикційного матеріалу – бронзи, срібла, сплаву алюмінію і т.д. Біметалічні підшипники володіють високою навантажувальною здатністю.

Пластмаси на дерев’яній чи бавовняній основі, а також дерево, гума й інші матеріали можуть працювати при водяному змащенні. Тому їх застосовують у гідротурбінах і насосах у хімічному машинобудуванні і т.п. Завдяки високій пружності пластмас підшипники витримують ударні навантаження і можуть компенсувати перекос цапфи. Добре зарекомендували себе пластмаси типу капрону й ін. Тонкий шар цих пластмас наносять на робочу поверхню металевого вкладиша. Як показують дослідження, такі вкладиші менш чуттєві до порушення змащення і витримують значні навантаження.

Металокерамічні вкладиші виготовляють пресуванням при високих температурах порошків бронзи чи заліза з додаванням графіту, міді, олова чи свинцю. Великою перевагою таких вкладишів є висока пористість. Пори займають до 20...30% обсягу вкладиша і використовуються як маслопровідні канали. Металокерамічний підшипник, просочений мастилом, може протягом тривалого часу працювати без підведення змащення. Поповнення змащення виробляється періодичним просоченням чи зануренням вкладиша в масляний резервуар, утворений у корпусі підшипника. Витрата змащення при цьому зменшиться до 10 разів.