Условные расчеты подшипников. Расчет подшипников скольжения при условии жидкостного трения

Условия работы и критерии работоспособности и расчета подшипников скольжения

Вращению цапфы в подшипнике противодействует момент сил трения. Работа трения нагревает подшипник и цапфу. От поверхности трения теплота отводится через корпус подшипника и вал, а также уносится смазывающей жидкостью. Для любого установившегося режима работы подшипника существует тепловое равновесие: теплоотдача равна тепловыделению. При этом устанавливается определенная температура. Чем больше тепловыделение и хуже условия теплоотдачи, тем выше температура теплового равновесия. Эта температура не должна превышать некоторой предельного значения, допускаемого для данного материала подшипника и сорта смазки. С повышением температуры понижается вязкость масла и увеличивается вероятность заедания цапфы в подшипнике. В конечном результате заедание приводит к выплавлению вкладыша.

Подшипники выходят из строя по следующим причинам:

1. Перегрев подшипника является основной причиной его разрушения.

2. Износ вкладыша и цапфы, что нарушает правильную работу механизма и самого подшипника.

Если износ превышает норму, то подшипник бракуют. Интенсивность износа, связанная также с работой трения, определяет долговечность подшипника.

3. Усталостное выкрашивание при действии переменных нагрузок (например, в поршневых двигателях).

Усталостное выкрашивание свойственно подшипникам с малым износом и наблюдается сравнительно редко.

4. Хрупкое разрушение вкладышей в случае действия больших кратковременных перегрузок ударного характера.

Хрупкому разрушению подвержены малопрочные антифрикционные материалы, такие, как баббиты и некоторые пластмассы.

Критерии расчета подшипников скольжения:

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

2. Критерий износа.

3. Критерий заедания.

Подшипники грубых тихоходных механизмов, машин с частыми пучками и остановками, неустановившимся режимом нагрузки, плохими условиями подвода смазки и т. п.(работают при полужидкостном трении) рассчитывают:

1) по условному давлению – подшипники тихоходные, работающие кратковременно с перерывами;

2) по произведению давления на скорость - подшипники средней быстроходности.

Расчет подшипников, работающих при полужидкостном трении.

К таким подшипникам относятся подшипники грубых тихоходных механизмов, машин с частыми пусками и остановками, неустановившимся режимом нагрузки, плохими условиями подвода смазки и т. п. Эти подшипники рассчитывают:

а) по условному давлению — подшипники тихоходные, работающие
кратковременно с перерывами: ,

б) по произведению давления на скорость — подшипники средней
быстроходности: ,

где F_r — радиальная нагрузка на подшипник; d— диаметр цапфы (вала); l — длина подшипника; v — окружная скорость цапфы.

Расчет по Ipv] в приближенной форме предупреждает интенсивный износ, перегрев и заедание. Допускаемые значения [р] и [pv], определенные из опыта эксплуатации подобных конструкций, приводят в таблицах.

Расчет радиальных подшипников жидкостного трения.

Решение уравнений гидродинамики в приложении к радиальным подшипникам позволило получить зависимость для нагрузки подшипника: ,

где w— угловая скорость цапфы;

y=S/d — относительный зазор в подшипнике;

Ф_р—безразмерный коэффициент нагруженности подшипника.

Значение Ф_р зависит от относительного эксцентриситета c и относительной длины подшипника l/d. Функциональная зависимость представлена графиком

Относительный эксцентриситет c=e/(0,5S) определяет положение цапфы в подшипнике при режиме жидкостного трения. Нетрудно установить, что толщина масляного слоя связана с относительным эксцентриситетом следующей зависимостью: .

При расчете подшипника обычно известны: диаметр цапфы d, нагрузка F_r и частота вращения п (или w). Определяют длину подшипника l, зазор S, сорт масла (m). Большинством из известных параметров задаются и проверяют запас надежности подшипника по режиму жидкостного трения. Существует следующий порядок расчета:

1. Задаются отношением l/d. Распространенные значения lld =0,5…1. Короткие подшипники (l/ d<0,4) обладают малой грузоподъемностью. Длинные подшипники (l/ d >1) требуют повышенной точности и жестких валов. При выборе l/d учитывают также и конструктивные особенности (габариты, массу и пр.). Выбранное значение l/d проверяют по допускаемым [р] и [pv]. Эта проверка предупреждает возможность заедания и повышенного износа в случаях кратковременных нарушений жидкостного трения (пуски, перебои в нагрузке, подаче смазки и т. п.)

2. Выбирают относительный зазор. При этом используют частные рекомендации для аналогичных конструкций или эмпирическую формулу, по которой среднее значение относительного зазора v – окружная скорость цапфы.

3. Выбирают сорт масла и его среднюю рабочую температуру. Вязкость масел и области их применения установлены ГОСТом. При этом учитывают практику эксплуатации подобных машин. Среднюю рабочую температуру масла обычно выбирают в пределах t _ср=45...75°С По t_ср определяют среднюю расчетную вязкость масла m.

4. Подсчитывают коэффициент нагруженности подшипника по фор­
муле и определяют c. Затем определяют толщину масляного слоя по формуле: .

5. Определяют критическое значение толщины масляного слоя,
при которой нарушается режим жидкостного трения, то есть : .

6. Определяют коэффициент запаса надежности подшипника по
толщине масляного слоя .

Коэффициент запаса надежности учитывает возможные отклонения расчетных условий от эксплуатационных (по точности изготовления, нагрузке, температурному режиму и т. д.).

На этом заканчивается приближенный расчет подшипника. В расчете температура масла выбрана ориентировочно. Фактическая температура может быть другой, другой будет и вязкость масла, а следовательно, и грузоподъемность подшипника или толщина масляного слоя.

Дата добавления: 2014-01-06