Практический расчет подшипников скольжения работающих при полужидкостном трении.

Это подшипники грубых тихоходных механизмов, машин с частыми пусками и остановками, неустановившимся режимом нагрузки, плохими условиями подвода смазки.

Эти подшипники рассчитывают по критериям прочности и теплостойкости вкладыша.

1. В качестве критерия прочности принимают среднее идеальное давление Р, с помощью которого условие прочности вкладыша опоры выражается следующей зависимостью:

, (2.4.)

где F_r - радиальная нагрузка на подшипник;

d – диаметр цапфы;

l – длина подшипника;

[Р ] - допускаемое удельное давление (табличное) в зависимости от материала владельца.

2. Критерий теплостойкости предусматривает обеспечение нормального теплового режима работы опоры. Интенсивность тепловыделения пропорциональна работе сил трения, а отвод теплоты – площади поверхности трения.

Исходя из этого, нормальный режим трения считается обеспеченным, если соблюдается условие:

, (2.5.)

где V– окружная скорость скольжения;

[РV] – допускаемое значение критерия теплостойкости (значение табличное, в зависимости от материала).

Наиболее распространенным типом ответственных подвижных соединений являются подшипники скольжения, работающие в условиях жидкостного трения, когда поверхности цапфы и вкладыша подшипника полностью разделены слоем смазочного материала и поэтому, при установившемся режиме износ подшипников минимальный.

В гидродинамических подшипниках смазочный материал увлекается вращающейся цапфой в клиновой зазор, в результате чего возникает гидродинамическое давление, превышающее нагрузку на опору и стремящееся расклинить поверхности цапфы и вкладыша. При определенной частоте вращения вала (остальные факторы постоянны) создается равновесие гидродинамического давления и сил, действующих на опору. Поверхности подшипника при этом разделены переменным зазором, равным h_min. Положение вала в состоянии равновесия определяется абсолютным ε и относительным эксцентриситетами. Наименьшая толщина масляного слоя связана с относительным эксцентриситетом зависимостью:

. (2.6.)

Для обеспечения жидкостной смазки необходимо чтобы масляный слой имел толщину определяемую зависимостью:

. (2.7.)

Расчет подшипников на жидкостное трение основывается на гидродинамической теории смазки и имеет своей целью установление оптимальных отношений между нагрузкой, скоростью движения, свойствами смазочной жидкости и размерами поверхностей трения.

Обычно при расчете определяется наибольшая величина диаметрального зазора между цапфой и вкладышем, допустимая по условиям жидкостного трения.

, (2.8.)

где - абсолютная вязкость смазочной жидкости;

p– нагрузка на вкладыш, Н;

h_min –минимальная толщина слоя смазочной жидкости, мм;

h_min = К (Н₁+Н₂);

k–коэффициент запаса = 3…8;

Установочный режим жидкостного трения возможен при условии .

Основным критерием работоспособности подшипников скольжения является износостойкость - сопротивление абразивному изнашиванию и схватыванию.

Минимальный износ можно получить только при жидкостном трении, когда масляный слой воспринимает всю нагрузку. Для этого необходимо, чтобы наименьшая толщина масляного слоя [h_min] была больше, чем сумма высот микро неровностей цапфы (Rz_d) и вкладыша (Rz_D), что достигается созданием между трущимися поверхностями избыточного давления. Такое давление может быть гидростатическим, создаваемым насосом. Основное практическое применение имеют подшипники с гидростатической смазкой. Вращающейся вал под действием внешней нагрузки занимает в подшипнике эксцентричное положение. Масло улавливается в клиновой зазор между валом и вкладышем и создает гидродинамические поддерживающую силу (см. рис. 2.4.).

На рисунке 2.4. изображено положение цапфы в состоянии покоя, и относительного движения при жидкостном трении.

При установившемся режиме работы положение цапфы в подшипнике, кроме абсолютного, характеризуется относительно эксцентриситетом (см.рис. 2.4.)

. (2.9.)

При расчете [h_min] кроме суммы Rz_D и Rz_d, необходимо учитывать неизбежные погрешности изготовления и сборки подшипников и упругие деформации узла, для чего в расчет вводят условный коэффициент безопасности или запас надежности . Кроме этого, влияние отклонения формы и расположения поверхности вала и вкладыша, упругий изгиб вала, отклонения скорости, нагрузки и температуры от расчетных значений учитываются добавкой на неразрывность масляного слоя .

Для обеспечения жидкостного трения необходимо соблюдение условия .

При этом должны быть известны:

­ номинальный диаметр соединения (d_Н.К.);

­ длина подшипника (l);

­ радиальная нагрузка на цапфу (R);

­ угловая скорость вала (w);

­ динамическая вязкость смазочного масла при рабочей температуре подшипника (t).