Конструкции подшипников

Подшипник скольжения состоит из корпуса, вклады­шей, поддерживающих вал, а также сма­зывающих и защитных устройств.

Корпус подшипника может представлять собой отдельную литую или сварную деталь, присоединяемую к машине (рисунок 2) или выполняться за одно целое с неподвижной корпусной деталью (например, с рамой машины) или с по­движной деталью (например, с шатуном). Корпуса подшипников выполняют цель­ными или разъемными (рисунок 2).

Цельные корпуса проще в изготовлении и жестче, чем разъемные. Зато они тре­буют осевого монтажа вала, что для тя­желых валов представляет существенные трудности. Поэтому цельные корпуса при­меняют для валов небольших диаметров. Для коленчатых валов они неприменимы. Иногда корпуса подшипников выполняют с фланцами.

Рисунок 2 – Подшипник с разъемным корпусом

При разъемах корпуса облегчается монтаж валов, такие корпуса допускают регулирование зазоров в подшипнике сближением крышки и корпуса. Разъемные корпуса имеют основное применение в ма­шиностроении, особенно в тяжелом. Стык корпуса и крышки выполняют параллель­ным основанию или перпендикулярным нагрузке. Стык надо выполнять таким, чтобы давление распределялось по нему равномерно. Иначе при затяжке крепеж­ных винтов возможна деформация крыш­ки, ведущая к искажению рабочей поверх­ности. Во избежание боковых смещений крышки относительно корпуса плоскость разъема выполняют ступенчатой или предусматривают центрирующие штифты.

Вкладыши применяют для того, чтобы не выполнять корпуса подшипников из дорогих антифрикционных материалов, для возможности замены после износа.

Вкладыши в неразъемных подшипниках изготовляют в виде втулок

(рисунок 3, а), а в обычных разъемных подшипниках — из двух половин (рисунок 3, б).

а – втулка; б – вкладыш из двух половин; в – вкладыш с антифрикционным материалом

Рисунок 3 – Вкладыши подшипников

Вкладыши за срок службы изнашива­ются на глубину, измеряемую как макси­мум, в десятых долях миллиметра. Однако выполнять вкладыши такой толщины нельзя по условию их прочности и по тех­ническим возможностям. Поэтому вкла­дыши обычно выполняют биметалличе­скими; тонкий антифрикционный слой в них наплавлен на стальную, чугунную, а в ответственных подшипниках — на бронзовую основу. Мягкие антифрикцион­ные материалы — баббиты и свинцовые бронзы — применяют исключительно в виде покрытий.

В мелкосерийном и единичном произ­водстве наряду с биметаллическими вкла­дышами иногда применяют также более простые в изготовлении сплошные вкла­дыши из антифрикционных материалов средней и высокой прочности (из анти­фрикционных чугунов, текстолита, прес­сованной древесины).

Толщина литого вкладыша, устанавли­ваемого в корпус,

d_B = (0, 035...0, 05) d + 2, 5; (1)

где d — диаметр цапфы, мм.

Толщина заливки .

Уменьшение толщины заливки баббитом резко повышает сопротивление усталости слоя.

Толщина полиамидного вкладыша = (0, 04...0, 05) d + 1, мм; толщина пласт­массового покрытия (0, 015...0, 02) d.

В массовом производстве вкладыши штампуют из ленты, на которую нанесен антифрикционный материал (рисунок 3, в). Это приводит к значительному уменьше­нию расхода цветных металлов (в 3...10 раз), многократному сокращению тру­доемкости (до 10 раз) и повышению ка­чества подшипников. Переход на центра­лизованное изготовление стандартизован­ных вкладышей из ленты является важней­шей технологической тенденцией развития производства подшипников скольжения. В некоторых западных странах имеется мощная промышленность подшипников скольжения, аналогичная промышлен­ности подшипников качения. Антифрик­ционный слой наносится на ленту заливкой или спеканием порошков на ленте (брон­зы) или совместной прокатной (алюми­ниевые сплавы).

Рисунок 4 – Шарнирный подшипник

Толщина ленты составляет 1, 5...2, 5 мм с антифрикционным слоем толщиной 0, 2...0, 3 мм. Вкладыши устанавливают в корпуса с натягом и предохраняют от про­ворачивания установочными штифтами.

Одним из возможных направлений развития подшипников скольжения может явиться выполнение их в виде отдельных агрегатов, включающих кольцо, насажи­ваемое на вал и образующее цапфу (по аналогии с подшипниками качения). Про­стейшим примером могут служить так. называемые шарнирные подшипники для качательного движения, стандартизованные и изготовляемые подшипниковой про­мышленностью (рисунок 4). К агрегатным подшипникам могут быть отнесены под­шипники с жидкостной смазкой для вал­ков прокатных станов (рисунок 5). Валки своими конусными шейками входят в ко­нусные втулки, которые образуют собой цапфу. Это позволяет легко менять валки.

Рисунок 5 – Подшипник с жидкостной смазкой валов прокатных станов

Существенное влияние на работоспо­собность оказывает выбор оптимального отношения длины подшипни­ка l к диаметру d. Увеличение длины подшипника приводит к уменьше­нию среднего давления в подшипнике, но к резкому увеличению кромочных дав­лений и повышению температуры из-за местных сближений поверхностей и худ­шего охлаждения. Уменьшение отноше­ния l/d ниже некоторого предела приво­дит к усиленному вытеканию масла через торцы подшипника и к снижению несущей способности.

Отношение l/d берут малым при стес­ненных осевых габаритах, малых зазорах и больших скоростях и тем большим, чем меньше начальные и упругие перекосы валов в подшипниках. В связи с повыше­нием скоростей машин наблюдается за­кономерная тенденция уменьшения отно­шения l/d.

В коротких подшипниках скольжения, изготовляемых почти в габаритах под­шипников качения, l/d = 0, 3...0, 4; в под­шипниках быстроходных поршневых дви­гателей внутреннего сгорания (автомо­бильных) 0, 5...0, 6; в подшипниках дизелей 0, 5...0, 9; в подшипниках с жидкостной смазкой прокатных станов 0, 6...0, 9; в под­шипниках общего машиностроения оно иногда доходит до 1, 5.

Оптимальное отношение l/d для боль­шинства стационарных машин равно 0, 6...0, 9. Более высокие значения отно­шения оправданы только в случаях вы­соких требований к демпфированию ко­лебаний, особо высокой жесткости валов или самоустанавливающихся конструк­ций подшипников.

Важным условием хорошей работы под­шипников являются малые перекосы осей цапфы и подшипника под нагрузкой. Осо­бенно опасны кромочные давления при выполнении вкладышей из твердых ма­териалов — чугуна и твердой бронзы.

Для уменьшения влияния перекосов целесообразно применять самоустанавли­вающиеся подшипники, в которых вкла­дыши выполняют со сферической опорной поверхностью, описанной из центра под­шипника (рисунок 6, а). Иногда применяют опору в виде узкого пояска с малой угло­вой контактной жесткостью (рисунок 6, б). Обычно самоустанавливающиеся под­шипники применяют при невозможности точной установки, например, при монтаже на разных основаниях или при больших упругих деформациях валов.

а – со сферической опорной поверхностью; б – опора в виде узкого пояска

Рисунок 6 – Схема самоустанавливающихся подшипников:

Уменьшить кромочные давления можно также расточкой вкладыша не по цилинд­рической поверхности, а по поверхности гиперболоида вращения с разностью диаметров по торцам и в середине по­рядка 0, 03...0, 05 мм. Иногда скашивают кромки примерно на такую же глубину. Регулирование зазора при­меняют для установления оптимального зазора в прецизионных подшипниках (на заводе-изготовителе) и для компенсации износа при ремонтах.

Разъемные подшипники регулируют, сближая вкладыши (рисунок 2) путем: а) уменьшения толщины прокладок между ними; б) снятия металла с поверхностей контакта крышки и корпуса.

Неразъемные подшипники для валов с цилиндрическими цапфами регулируют путем радиального деформирования вкла­дышей (рисунок 7). Для этого вкладыши выполняют с конической наружной поверх­ностью и при помощи гайки перемещают в осевом направлении в коническом отвер­стии корпуса. Вкладыш сжимается по трем образующим. Особенность конструкции подшипника заключается не только в тон­ком регулировании зазора, но и в создании в трех местах по окружности суживаю­щихся зазоров, а следовательно, трех масляных клиньев, которые обеспечивают хорошее центрирование вала и безвиб­рационную работу.

Рисунок 7 – Подшипник трехклиновой с регулированием зазоров

Для облегчения регулирования подшип­ников можно цапфы выполнять кониче­скими. Такие подшипники регулируют путем относительного осевого перемеще­ния вкладыша или вала.

Следует иметь в виду, что при регули­ровании изношенных подшипников без дополнительного шабрения или расточки рабочая поверхность вкладыша сохраняет некруглую форму.

В некоторых тяжелых машинах под­шипники должны позволять регулировать положение оси вала, что достигается спе­циальными подкладками.

Форму расточки вкладышей обычно выбирают круглой цилиндриче­ской, как наиболее простой для изготов­ления. Однако круглая форма не явля­ется оптимальной. Несущая способность подшипников при сохранении постоянства вязкости масла резко растет с умень­шением зазора, но при уменьшении зазора растет теплообразование и температура, а вязкость сильно падает. Поэтому со­временные подшипники для тяжелых на­грузок, например, в прокатных станах растачивают из двух раздвинутых центров, чтобы обеспечить малые углы клина и, следовательно, большую несущую способ­ность масляного слоя при отсутствии повышенного теплообразования в ненагру-женной зоне. Для улучшения охлаждения предусматривают карманы в виде расточек большого радиуса.

В быстроходных подшипниках вслед­ствие большой несущей способности мас­ляного клина шейки валов занимают по­ложения, близкие к концентричному, при котором жесткость масляного клина мала и возникает опасность вибраций. Поэтому прецизионные быстроходные подшипники выполняют с несколькими сужениями зазоров и, следовательно, с несколькими масляными клиньями по окружности. Это обеспечивает центрирование вала и безвибрационную работу. Сужения зазоров достигают:

а) при изготовлении вкладышей, на­пример, приданием рабочей поверхности «лимонной» формы расточкой вкладышей с прокладкой в стыке между ними, кото­рую потом вынимают;

б) местным упругим деформированием по нескольким образующим (рисунок 7).