Практический расчет посадки с зазором подшипников жидкостного трения

Подшипники скольжения представляют собой устройства, предназначенные для направления относительного движения валов и осей, а также для передачи нагрузок этих деталей на корпус машины.

Опорный участок вала называют ЦАПФОЙ.

Цапфа, передающая радиальную нагрузку и находящуюся на конце вала, называют ШИПОМ, если же она находится в середине вала – ШЕЙКА.

В зависимости от вида трения, реализуемого между трущимися поверхностями, различают подшипники:

­ «сухого трения», т.е. не требующие смазки;

­ полужидкостного трения (граничного), работающие в условиях периодического или недостаточного смазывания;

- жидкостного трения, работающие лишь в условиях непрерывной обильной подачи смазочной жидкости. Для работы подшипника самым благоприятным режимом является режим жидкостного трения.

При жидкостном трении рабочие поверхности вала и вкладыша разделены слоем масла, толщина h которого больше суммы высот R_z шероховатости поверхностей (рис. 2.1).

Рис.2.1 Схема расположения рабочих поверхностей вала и вкладышей при жидкостном трении

При условии h > R_z1 + R_z2 масло воспринимает внешнюю нагрузку. Сопротивление движению определяется только внутренним трением в смазочной жидкости.

Значение коэффициента жидкостного трения находится в пределах 0,001…….0,005.

Образование режима жидкостного трения является основным критерием расчета большинства подшипников скольжения.

Две пластины А и Б, (рис. 2.2.) залитые маслом и нагружены силой F. ПластинаА движется относительно пластины Б со скоростью V. Если V мала, то пластина А выжимает смазку с пластины Б.Пластины соприкасаются, - полужидкостное трение.

При достаточно большой скорости V пластина А поднимается в масляном слое и принимает наклонное положение (как водные лыжи или глиссер, скользящие по воде). Между пластинами образуется сужающийся зазор. Вязкое и липкое масло непрерывно нагнетается в зазор. Подпитка маслом через сужающийся зазор сопровождается образованием давления Р, которое уравновешивает внешнюю нагрузку. Этот переход к жидкостному трению, происходящий при некоторой скорости, называется критической V_КР.

Рис. 2.2. Принцип гидродинамического трения.

Гидродинамическая теория смазки доказывает, что гидродинамическое давление может развиваться только в сужающемся зазоре, который принято называть клиновым.

В радиальных подшипниках клиновая форма зазора свойственна самой конструкции подшипника. Он образуется за счет смещения центров цапфы вала и вкладыша.

Известны два способа создания режима жидкостного трения (рис. 2.3. и 2.4.):

Рис. 2.3. Гидростатический способ создания режима жидкостного трения

Рис. 2.4. Гидродинамический способ создания режима жидкостного трения

Положение цапфы в состоянии покоя и относительного движения при жидкостном трении: S=D-d - диаметральный зазор в состоянии покоя; ε –абсолютный эксцентриситет, ω- угловая скорость вала, h_min – толщина масляного слоя в месте максимального сближения поверхностей отверстия и вала.

Жидкий смазочный материал подается только в зону низкого давления, откуда вращающейся цапфой направляется вниз, в зазор, образуя клиновидный поддерживающий зазор.

При угловой скорости ω > ω_крцапфа всплывает в масле и несколько смещается в сторону вращения. С увеличением ω увеличивается толщина разделяющего масляного слояh_min ,аО_о- центр цапфы сближается с центром вкладыша.

При расстояние , но полного совпадения центров быть не может, т.к. нарушается клиновая форма зазора, как одно из условий режима жидкостного трения.

Исследования показывают, что

, (2.3.)

где h_min - функция от характеристики рабочего режима подшипника, которая

при увеличении -h_min увеличивается,

при увеличении , h_min – уменьшается,

Ф – безразмерный коэффициент подъемной (несущей) силы , зависящий от относительного эксцентриситета

- динамическая вязкость масла,

- угловая скорость цапфы;

- условное давление в подшипнике.

Таким образом, для образования режима жидкостного трения необходимо соблюдать следующие основные условия:

1. между скользящими поверхностями должен быть зазор клиновой формы;

2. масло соответствующей вязкости должно заполнять зазор;

3. скорость относительного движения поверхностей должна быть достаточной для того, чтобы в масляном слое создалось давление, способное уравновесить внешнюю нагрузку.