Практичні роботи з механіки

Режим гідродинамічного мащення виникає, тільки якщо необхідна товщина плівки hmin забезпечується гідростатичним (безперервною подачею мастила насосом) або гідродинамічним (в результаті залучення мастила до клиновидного зазору рухомою поверхнею) способами (рисунок 3. 2).

Певні переваги мають гідростатичні підшипники, призначені для роботи в режимі гідростатичного мащення, при якому мастильний матеріал подається в зазор під зовнішнім тиском. В цьому випадку режим рідинного мащення реалізується при будь-якій формі зазору і будь-якій швидкості відносного ковзання, навіть для нерухомих поверхонь. У зв'язку з цим гідростатичні підшипники можуть застосовуватися при високих навантаженнях і низьких швидкостях ковзання або для розвантаження тяжконавантажених підшипників в моменти пуску і зупинки. Малий опір ковзанню і його рівномірність при різних швидкостях ковзання, характерні для гідростатичних підшипників, дозволяють добитися високої точності позиціонування, що важливе для прецизійних машин, приладів і тому подібне До недоліків таких підшипників можна віднести трудність підтримання необхідної «жорсткості» змащувальної плівки при зміні навантаження і необхідність застосування додаткового пристрою для безперервної подачі мастильного матеріалу під високим тиском. Такий пристрій знижує надійність гідростатичних підшипників, оскільки при припиненні подачі мастила вони припиняють роботу.

Гідродинамічні підшипники застосовуються ширше, хоча для них потрібна складніша (клиновидна) і точніша геометрія зазору і вони не гарантують підтримання рідинного режиму мащення при прискоренні і уповільненні з малими відносними швидкостями.

Зміна коефіцієнту тертя і перехід до умов гідродинамічного мащення графічно описуються кривою Герсі-Штрибека (рисунок 3. 5), яка описує коефіцієнтом тертя f як функцію безрозмірного числа Зоммерфельда Sо

 

Sо = ηω / (2рψ2), (3. 1)

 

де η – в'язкість;

ω – кутова швидкість цапфи;

ψ – відносний зазор;

р – навантаження на одиницю площі проекції

р = Р/ (dl), (3. 2)

де d і l – діаметр і довжина цапфи;

Р – навантаження.

Рисунок 3. 5. Вплив числа Зомерфельда So на коефіцієнт тертя при різних умовах змащування (крива Герсі-Штрибека)

У зоні І з малим числом Зоммерфельда можливий безпосередній контакт тіл, що труться, і коефіцієнт тертя може досягати 0, 2…0, 3. У зоні II зростає рать гідродинамічного ефекту, здійснюється змішане мащення, і коефіцієнт тертя падає до значень 0, 05…0, 1. Зона III характеризується мінімальним коефіцієнтом тертя f ≈ 0, 01…0, 001, оскільки підшипник працює в режимі гідродинамічного мащення. При подальшому збільшенні числа Зоммерфельда (Sо > Sоcr) коефіцієнт тертя дещо зростає, але режим гідродинамічного мащення продовжує підтримуватися і навіть стає стабільнішим при змінах навантаження і швидкості (зона IV)

Для підшипників, що працюють в умовах сухого тертя або граничного мащення, коли може виникати безпосередній контакт поверхонь, великий ризик пошкодження поверхонь. На практиці часто зустрічаються наступні види пошкоджень:

- абразивне зношування, викликане наявністю забруднень в мастилі і попаданням продуктів зносу, піщинок і тому подібного на робочі поверхні;

- схоплювання в точках, де руйнується змащувальна плівка і виникає високий локальний тиск і температура. У свою чергу, підвищення температури призводить до зниження навантажувальної здатності змащувальної плівки, викликає термічні деформації і при малій величині зазору призводить до повної зупинки валу або виплавлення втулки;

- пластична деформація і намазування сильно деформованого матеріалу тонким шаром на обидві поверхні. Таке явище спостерігається в тяжконавантажених низькошвидкісних підшипниках, що працюють в умовах сухого тертя;

- втомне зношування і відділення частинок зносу при циклічному і ударному навантаженні.

Всі перераховані види пошкодження пов'язані з руйнуванням рідинних і граничних плівок і можуть також виникати п гідродинамічних підшипниках при пусках і зупинках.

3. 2. 4 Прогнозування експлуатаційних властивостей підшипників ковзання.

Підшипники сухого тертя. Аналітичний розрахунок підшипників ковзання достатньо складний, оскільки неможливо врахувати всі чинники, що впливають на їх експлуатаційні характеристики. Застосовують наближений розрахунок, що використовує наступні два критерії, засновані на багаторічному досвіді експлуатації підшипників.

Міцнісний критерій призначений для оцінки навантажувальної здатності підшипника. Критерій зазвичай застосовують до втулки або антифрикційного покриття на ній, оскільки цапфа частіше виконана з міцнішого матеріалу. На практиці як міра міцності приймають питоме або погонне навантаження p, а критерій міцності записується у вигляді

 , (3. 3)

де [p] – допустимий надлишковий тиск, визначений експериментально для різних матеріалів.

Найбільшого поширення як критерій набув рv – чинник (навантажувально-швидкісний параметр), який в певній мірі визначає тепловиділення в підшипнику, його знос та небезпеку заїдання При обертанні цапфи робота сил тертя перетворюється на теплоту, яка відводиться від робочих поверхонь, що труться, в навколишнє середовище. Інтенсивність тепловиділення q рівна

q = f p v. (3. 4)

Якщо вважати коефіцієнт тертя постійним, інтенсивність тепловиділення визначатиметься добутком pv. Нормальний режим тертя реалізується за наступної умови:

p v ≤ [p v], (3. 5)

де [рv] – допустиме значення навантажувально-швидкісного параметру, яке визначається експериментально. Зазвичай значення [р] і [рv] представлені у довідниках.

З теорії тертя