Практичні роботи з механіки

 аб

Рисунок 3. 1. Схема підшипників ковзання:

а – радіальний підшипник; б – радіально-упорний підшипник; 1 – корпус; 2 – вкладка; 3 – отвір для подачі мастильного матеріалу; 4 – цапфа; 5 – канавка роздачі мастильного матеріалу

3. 2. 2 Робота підшипника ковзання

Особливістю тертя в режимі гідродинамічного мащення є наявність між взаємодіючими поверхнями мастильної плівки. Гідродинамічний тиск чинить опір нормальному навантаженню і розділяє сполучені поверхні.

Розглянемо, як починає діяти цей тиск. Якщо рідина затікає у зазор між двома поверхнями, одна з яких (А) нерухома (рисунок 3. 2), то шар рідини, що безпосередньо прилягає до поверхні А, залишається нерухомим, а прилягаючий до поверхні В шар рухається із швидкістю V цієї поверхні.

Рисунок 3. 2. Гідродинамічний тиск у мастильній плівці

Внаслідок в’язкості інші шари, які займають проміжне положення між двома згаданими шарами, починають рухатись. Ці дві обставини (в’язкість та зчеплення рідини із поверхнями твердих тіл) є необхідними умовами для виникнення гідродинамічного тиску, але ця умова не є достатньою. Для виникнення тиску необхідно, щоби зазор між поверхнями звужувався і забезпечував зміну градієнту швидкості. Це призведе до зміни тиску вздовж поверхонь: тиск спочатку зростає, досягає максимального значення Pmax, після чого знижується. Тиск, що виникає внаслідок гідродинамічної дії зрівноважує зовнішнє навантаження. Цей ефект відомий під назвою розклинюючої дії плівки.

Розглянемо тепер, як загальні закономірності, що описані вище проявляються у опорному підшипнику ковзання (рисунок 3. 3). Щоби зазор між валом і вкладкою мав змінний переріз, вал повинен бути розміщений ексцентрично по відношенню до вкладки. Мінімальна та максимальна товщини зазорів розміщені на прямій, що проходить через центри валу і вкладки О і О’. Ця лінія називається лінією центрів. При обертанні валу мастильний матеріал зчіплюється з його поверхнею і завдяки цьому постійно затягується у зазор, тобто вал діє, як насос, що підтримує циркуляцію мастила. Як було зазначено вище, гідродинамічний тиск виникає у мастильній плівці за рахунок її розклинюючої дії. У частині затягнутої у зазор плівки мастила, розміщеної біля мінімуму зазору, виникає надлишковий тиск. Точка мінімального зазору ділить цю частину плівки на дві області: більшу частину, де зазор зменшується і меншу, де він зростає. В результаті лінія центрів повертається по напрямку обертання так, що вертикальні компоненти тиску у плівці і сили тертя, які діють на вал, зрівноважують навантаження на нього. Іншими словами, між лінією центів та напрямом прикладання навантаження існує деякий кут тиску θ. Цей кут є функцією зовнішнього навантаження, швидкості обертання, зазору, в’язкості і т. д. Під дією сили тертя вал повинен рухатись у протилежному напрямі, так як би він котився по поверхні вкладки. Проте повертання лінії центрів у напрямку обертання показує, що гідродинамічний тиск, який є непрямим наслідком в’язкості, має більший вплив на вал, ніж сила тертя, яка є прямим наслідком в’язкості.

Рисунок 3.3. Схема опорного гідродинамічного підшипника

Вал лежить на мастильній подушці, коли рівнодійна гідродинамічного тиску стає рівною зовнішньому навантаженню. Ця рівнодійна називається навантажувальною здатністю. Очевидно, що чи вища в’язкість і швидкість обертання, тим більша навантажувальна здатність. У першому випадку мастильний матеріал практично не може витікати в сторони і втягується по напрямку до вузького перерізу зазору. У другому випадку більша кількість мастильного матеріалу затягається у зазор. Збільшення відносного зазору ε=c/R спричиняє протилежну дію, оскільки у великому зазорі існує протитечія мастильного матеріалу внаслідок зростання кута клину, і гідродинамічний тиск розвивається у малому перерізі. Чим менша мінімальна товщина плівки, тим трудніше мастильному матеріалу витекти із зазору. Це призводить до зростання навантажувальної здатності. Однак існує природна нижня границя товщини, яка повинна перевищувати суму висот нерівностей на взаємодіючих поверхнях. Зазвичай середня товщина мастильної плівки має порядок однієї тисячної діаметру вала, у той час, як максимальна і мінімальна товщина плівки може відрізнятися у 4…5 разів.

3. 2. 3 Режими тертя підшипників ковзання

При конструюванні підшипників прагнуть звести до мінімуму втрати на тертя, оскільки це сприяє зниженню тепловиділення і зносу, збільшенню надійності і довговічності, а також економії енергії. Для виконання цієї вимоги необхідно знати режим роботи підшипника, вибрати відповідний матеріал для деталей, що труться, вид термообробки, шорсткість взаємодіючих поверхонь, мастильний матеріал і т. д.

Розрізняють наступні режими тертя. При терті без змащувального матеріалу робочі поверхні підшипника контактують своїми нерівностями (рисунок 3. 4, а).

Для режиму граничного тертя характерна наявність то нких адсорбованих плівок мастильного матеріалу (рисунок 3. 4, б). Товщина цих плівок співмірна із розмірами молекул (соті долі мікрометра). Здатність мастильного матеріалу утворювати плівки визначається його адгезійною здатністю.

Рисунок 3. 4. Види тертя в підшипниках ковзання

Гідродинамічне мащення (рисунок 3. 4, в) реалізується, коли ковзаючі, взаємодіючі робочі поверхні розділені плівкою мастила, товщина якого перевищує сумарну висоту нерівностей поверхонь, що труться, і розміри твердих частинок забруднень в мастильному матеріалі. На відміну від граничних шарів, мастильний матеріал поводиться як рідина, що підкоряється законам гідродинаміки. Гідродинамічне мащення ефективне, оскільки знос робочих поверхонь практично відсутній, а коефіцієнт тертя дуже малий і складає 0, 01-0, 001.

На практиці підшипники ковзання часто працюють в