Łożysko ślizgowe. Obliczanie łożysk
Dla przestrzennego mocowania wałów i osi oraz postrzegania obciążeń (osiowych, promieniowych) są jednostki łożyskowe. Jakość produkcji i montażu łożysk wpływa na wydajność i trwałość maszyn.
Widoki
Jaka jest różnica między łożyskiem ślizgowym a łożyskiem tocznym? Rodzaj tarcia wewnątrz zespołu łożyska. Łożysko ślizgowe ślizgowe ma bezpośredni kontakt z wałem lub osią, ich powierzchnie są wzajemnie łączone. W łożysku tocznym powierzchnie te nie łączą się ze sobą, są oddzielone separatorem - kulkami, wałkami, igłami.
Łożyska ślizgowe, których zdjęcia są umieszczone poniżej, są promieniowe, wzdłużne (takie łożyska nazywane są łożyskami oporowymi), kątowe. Te charakterystyki wskazują charakterystyczny kierunek obciążeń w zespole łożyska względem linii osiowej wału.
Łożysko ślizgowe, zakres
Zastosowanie łożysk ślizgowych jest uzasadnione w przypadkach, gdy konieczne jest zapewnienie działania szybów o dużej prędkości, ponieważ łożyska toczne w niektórych trybach nie są wystarczająco trwałe; kiedy dokładność instalacji wałów i osi, zwłaszcza z dużą prędkością; chyba że opracowano standardowe łożyska toczne o odpowiednich rozmiarach.
Inną sytuacją jest sytuacja, w której łożysko ślizgowe okazuje się lepsze od łożyska tocznego: konieczne jest odłączenie obudowy łożyska podczas montażu lub demontażu (podczas instalacji lub naprawy), na przykład przy zakładaniu szyjek wały korbowe w podporach łożyskowych. Czasami praca zespołu łożyskowego musi odbywać się w wodzie lub środowisku korozyjnym, w wyniku czego zagrożenie korozją uniemożliwia zastosowanie łożysk tocznych. Oprócz tego istnieją inne sytuacje, na przykład, korzyści ekonomiczne wynikające z zastosowania prostszych łożysk do wymiany łożysk tocznych, w szczególności w przypadku obwodów o niskiej prędkości działania nieodpowiedzialnych mechanizmów.
Ogólnie rzecz biorąc, łożysko ślizgowe nie jest tak często zgłaszane jako łożysko toczne
Budowa i materiały
Łożysko ślizgowe jest zmontowanym korpusem i tuleją, to jest jego struktura jest prostsza niż łożysko toczne. Ciało może być stałe lub odłączalne. W tym ostatnim przypadku obie jego części są mocowane za pomocą kołków lub śrub. Wkładka wykonana jest w postaci rękawa. W jednoczęściowej tulei łożyskowej można wykonać dwie oddzielne połówki, górną i dolną. Tuleja łożyska ślizgowego jest dociskana do obudowy. Chociaż jednoczęściowe łożysko jest prostsze w konstrukcji, wersja dzielona jest znacznie wygodniejsza w montażu.
Jeśli wał podlega dużym odkształceniom lub nie jest możliwy dokładny montaż mechanizmu, stosuje się łożyska wahliwe. Innymi słowy, wymagane jest łożysko ślizgowe.
Materiały konstrukcyjne: żeliwo do kadłuba (gatunki SCH 12-28 i SCH 18-36), brąz, żeliwo i tworzywa sztuczne do wkładek. Babby i brązy ołowiu, lekkie materiały przeciwcierne są montowane na podstawie ze stali, brązu lub żeliwa. Zastosowano również wkładki żeliwne lub brązowe z wypełnieniem babbit. Istnieją również drewniane wkładki, a nawet rękawy z płyty wiórowej!
Niektóre materiały pozwalają na wykonanie wkładek, które mogą pracować bez dodatkowego smarowania.
Geometria powierzchni roboczych łożysk może być inna. Kształt cylindryczny, stożkowy, płaski lub sferyczny mają zastosowanie w odpowiednich warunkach, ta sama powierzchnia powinna być powierzchnią współpracującą wału. Łożyska stożkowe i sferyczne są rzadko używane - pierwsze są wygodne dla małych obciążeń w warunkach systematycznej potrzeby regulacji luzu. Te ostatnie, samonastawne, mogą pracować w warunkach skosu wału w zespole łożyska.
Wymagania dotyczące łożysk
Łożysko ślizgowe musi spełniać określone wymagania.
Po pierwsze, materiały i konstrukcja zespołu muszą zapewniać minimalne straty tarcia i zużycie wału.
Po drugie, wytrzymałość i sztywność zespołu łożyskowego musi być wystarczająca do długotrwałej pracy w warunkach rzeczywistych obciążeń.
Po trzecie, montaż, instalacja i konserwacja zespołów łożyskowych powinny być tak proste, jak to tylko możliwe.
Po czwarte, wymiary roboczych (stykowych) powierzchni łożyska powinny być wystarczające, aby stworzyć warunki dla efektywnego rozpraszania ciepła i odczuwania ciśnienia, które występuje podczas wykonywania pracy bez wyciskania smaru.
Smar
Tarcie jest wrogiem łożyska ślizgowego. Oprócz zużycia powierzchni roboczych, zwiększone tarcie może spowodować poważne przegrzanie zespołu.
Głównym środkiem radzenia sobie z tarciem, wraz z wyborem optymalnej szczeliny, dokładnego montażu i wykończenia powierzchni trących jest smar.
Smar łożyskowy poślizg może być inny, może być stały lub ciekły, gazowy lub gęsty (stały). Unikalne mechanizmy działają nawet z łożyskami na poduszce magnetycznej, to znaczy pole magnetyczne pełni rolę smaru! Ale najczęściej w technice smarowania zespołów łożyskowych stosowano olej mineralny w stanie ciekłym.
Jako smar, również szeroko rozpowszechnione środki smarne smarują. Ten rodzaj smaru jest dobrze znany każdemu, kto spotkał się z samochodem i sprzętem rolniczym.
W środowisku pracy o wysokiej temperaturze, smary płynne lub smarowe są trudne, prawie niemożliwe do utrzymania w łożysku - wypływają. W tym przypadku na ratunek przychodzi talk, mika, grafit i inne rodzaje smarów stałych.
Ciekły smar jest dostarczany do strefy roboczej łożyska za pomocą specjalnych systemów, które działają w jednym z następujących trybów: indywidualne lub centralne smarowanie, okresowe lub ciągłe zasilanie olejem, brak ciśnienia wymuszonego zasilania lub praca z takim ciśnieniem. Okresowe, indywidualne smarowanie zapewnia smarowniczka z obrotową pokrywą, są smarowniczki i smarowniczki. Ciągłe indywidualne smarowanie wymaga użycia knota lub wlotu kroplowego.
Wysoka sprawność łożyska może zostać osiągnięta poprzez stworzenie układu hydrodynamicznego smarowania, gdy wał wystawiony na działanie sił zewnętrznych obraca się mimośrodowo w tulei, przeciągając smar do powstałej szczeliny. W wyniku tego powstaje klin olejowy z naciskiem hydrodynamicznym, który zapewnia rodzaj tarcia płynnego.
Rodzaje tarcia
Grubość warstwy oleju determinuje sposób działania łożyska: tarcie graniczne, półsuche, półpłynne lub ciekłe.
W trybie granicznym lub półsuche grubość warstwy środka poślizgowego jest tak mała, że ta warstwa traci swoje właściwości płynowe. W trybie półpłynnym lub płynnym powierzchnie robocze łożyska i wału są oddzielone warstwą smaru, który pokrywa nierówności obrabianej powierzchni. W przypadku węzłów z trybem granicy tarcia stosujemy uproszczone obliczenia przez średnie ciśnienie (p) lub przez inne kryterium, produkt (pv).
Tryb tarcia płynnego dla pracy z łożyskiem ślizgowym jest najbardziej korzystny. Przyczynia się do osiągnięcia wysokiej odporności na zużycie. W tym przypadku obliczenia opierają się na teorii smarowania (aspekt hydrodynamiczny).
Tradycyjna granica między rodzajami tarcia jest uważana za liczbę Sommerfeld:
[S 0 ] = p * ψ / μ * ώ,
gdzie
[S 0 ] to numer Sommerfeld;
P jest średnim ciśnieniem w łożysku;
Ψ - względny luz średnicowy, stosunek rzeczywistej wielkości szczeliny do średnicy wielkości trzonu montażowego w łożysku;
μ - dynamiczna lepkość oleju;
рад, rad / s - prędkość kątowa łożyska.
Numery te są zdefiniowane dla różnych typów i modeli łożysk i znajdują się na odpowiednich tabelach. Rzeczywista wartość S 0 jest obliczana, następnie jest porównywana z wartością w tabeli i wyciągany jest wniosek:
Gdy S 0 ≥ [S 0 ], tarcie jest półpłynne.
Gdy płyn cierny S 0 <[S 0 ].
Uproszczone obliczenia
Pierwsze kryterium obliczenia wymaga spełnienia następującej równości:
p ≤ [p],
gdzie [p] jest tabelaryczną wartością standardową maksymalnego dopuszczalnego średniego ciśnienia w łożysku;
P jest obliczoną wartością średniego ciśnienia.
Kontrola ta odzwierciedla stopień odporności na zużycie łożyska.
Kolejne kryterium wymagające warunku:
P * v ≤ [p * v],
gdzie v to prędkość ślizgu, m / s,
odzwierciedla stres termiczny.
Wartości p i pv nie odzwierciedlają wpływu wielu ważnych czynników (jakość powierzchni, stopień zużycia itp.) Na wydajność obiektu obliczeniowego, co zmusza inżynierów do uznania obliczeń za przybliżone.
Wartości [p] i [pv] podano w podręcznikach, ponieważ są one średnie dla różnych typów łożysk.
Moment siły tarcia obliczane według wzoru:
Mt = (1/2) * f * l * d 2 ,
gdzie f jest tabelaryczne współczynnik tarcia jest wybierany z uwzględnieniem warunków pracy.
Obliczenie rozpraszania ciepła oblicza się jako:
W = M * m * ώ = f * P * v,
Tutaj prędkość v jest również wybierana zgodnie z tabelami.
Szybkość, z jaką występuje zjawisko przejścia tarcia granicznego do półpłynu, określa się za pomocą wzoru Vogelpola:
v 1 = P / 10 7 * c * μ * V,
gdzie P jest obciążeniem łożyska, N;
μ oznacza lepkość oleju (dynamiczny), N * s / m 2 ;
V = πd 2 l / 4 - przemieszczenie łożyska, m 3 ;
с - stały współczynnik przypisany w zależności od materiałów:
- żeliwo - szary 1 ... 2;
- przeciw tarciu 1,5 ... 2,5;
- dla brązu i babbitu wartości wynoszą odpowiednio 2 ... 3 i 2,5 ... 4.
Górne wartości dotyczą samonastawnych łożysk.
Wyrażając P przez p, przekształcamy formułę Vogelpola:
v 1 = P / 1,5 * 10 8 * c * μ
Porównując prędkość ślizgową v, współczynnik tarcia f, prędkość przesuwu v 2 współczynnik tarcia f 2 , podajemy wzór współczynnika tarcia w łożysku:
f≈ f 1 - (v / v 2 ) * (f 1 - f 2 )
Wskaźniki bez indeksu odpowiadają trybowi projektowania, indeks 1 należy do trybu przejściowego od procesu tarcia granicznego do stanu półpłynnego, wskaźnik 2 przypisany jest do wskaźników przyjętych do przejścia z tarcia półpłynnego na płynne. Z kolei współczynnik tarcia f2 określa się za pomocą wzoru Fold:
Obliczanie w warunkach tarcia płynnego
W tym przypadku obliczenia łożysk oparte są na wzorze Reynoldsa:
gdzie μ oznacza lepkość oleju, N * s / m 2 ;
h m - szczelina w przekroju, w którym występuje maksymalne ciśnienie, mm;
h jest luką zdefiniowaną w dowolnym przekroju, mm;
v - prędkość, m / s.
W przypadku łożyska ślizgowego równanie to należy przekształcić za pomocą współrzędnych biegunowych:
gdzie p jest ciśnieniem w łożysku, jest określane w dowolnej sekcji pod kątem φ do linii centrów;
μ oznacza lepkość (dynamiczną);
ψ = Δ / d jest względnym luzem w połączeniu między wałem a łożyskiem;
χ = e / δ - względna wartość mimośrodowości;
δ to luz promieniowy.
Z tego równania otrzymuje się wzór do wyznaczania nośności hydrodynamicznej.
gdzie Фр - współczynnik intensywności, funkcja bezwymiarowa, jest określany przez tabele.
Wiedząc, że lepkość oleju jest określona wzorem: 
Możesz wyprowadzić równanie:
Współczynnik tarcia w łożysku:
gdzie stosunek f t / f p określają tabele książek referencyjnych.
Ilość ciepła jest określona wzorem:
gdzie d ma wymiar wm; R - w N; ω - w rad./s.
Do obliczenia cieplnego łożyska (i wyboru układu smarowania) konieczne jest poznanie zużycia smaru. Określa się to przez pomiar płynu wypływającego przez szczeliny w końcach stref - ładowanego i nieobciążonego. Nawet takie pomiary są wykonywane dla oleju wyciśniętego przez rowki przeznaczone do smarowania. Następnie uzyskane wartości są dzielone przez czas, w którym pobierany jest smar.
Drugie zużycie to:
gdzie Q = q 1 + q 2 + q 3
- bezwymiarowy współczynnik.
W tym wzorze: q 1 jest tabelarycznym współczynnikiem przepływu środka smarnego przez szczeliny w końcach strefy obciążenia;
- współczynnik zużycia środka smarnego na końcach nieobciążonej strefy;
Tutaj β jest bezwymiarowym współczynnikiem, wartością tabelaryczną;
- pe - ciśnienie w wymuszonym układzie smarowania;
- współczynnik uwzględniający intensywność wypływu oleju przez rowki do smarowania:
- θ - bezwymiarowy współczynnik, wartość tabelaryczna;
Rozmiary aib są obliczane według wzorów:
a ≈ 0,05 d + (3 ÷ 5) mm;
b ≈ (0,20 ÷ 0,25) d
Równanie bilansu ciepła dla zespołu łożyska to:
W = W 1 + W 2 ,
gdzie W jest określone powyższym wzorem i oznaczone znakiem (*).
Ilość ciepła przenoszona podczas smarowania łożyska
W 1 = cQ (t 2 - t 1 ), W
gdzie c to właściwa pojemność cieplna oleju, J / m 3 * °;
Q - zużycie oleju, m 3 / s;
t 1 it 2 - temperatura smarowania (indeks 1 na wlocie i indeks 2 na wyjściu łożyska).
Ilość ciepła odprowadzanego do otaczającej przestrzeni przez masywną obudowę łożyska:
W 2 = kF (t M - t B ) W,
gdzie k jest tabelarycznym współczynnikiem przenikania ciepła, W / m2 °; jego średnie wartości mieszczą się w zakresie 9 ÷ 16 W / m 2 °;
F - powierzchnia łożyska myta powietrzem, m 2 ;
t M - średnia temperatura środka smarnego w obszarze roboczym;
t B - temperatura powietrza.
Temperatura oleju w strefie obciążenia łożyska nie jest z góry znana z reguły i dlatego jest ustalana przez wartości określonej średniej temperatury smaru. Z tego powodu obliczenia hydrodynamiczne łożyska muszą być wykonywane przez iterację (kolejne przybliżenia).
Ta sama metoda iteracji określa optymalne wartości ψ, lepkość oleju μ. Rozwiązania muszą spełniać warunek:
W = W 1 + W 2
Łożyska wzdłużne, które są rodzajem łożyska, które odbierają obciążenie osiowe, działają w stanie tylko tarcia granicznego lub półpłynnego.
Produkcja łożysk
Zakład łożysk ślizgowych z reguły jest wyspecjalizowanym przedsiębiorstwem. Produkowane jako gotowe jednostki, ale osobno wkładki. Zakłady wykonują także naprawy uszkodzonych lub zużytych łożysk. Częścią pojemności są sklepy mechaniczne i termiczne, linie montażowe, które często działają w trybie automatycznym. Istnieje również wyposażenie do natryskiwania powłok na powierzchniach trących w celu zwiększenia odporności na zużycie i zmniejszenia współczynnika tarcia w zespole łożyskowym. Łożyska ślizgowe, których zdjęcia zamieszczono w artykule, stanowią doskonałą ilustrację wysokiego technicznego poziomu produkcji tych produktów.
Wniosek
Pomimo tego, że łożyska ślizgowe nie są tak powszechne jak łożyska toczne, z całą pewnością zajmują swoją niszę, spełniają wymagania dla nich, a ich technologia produkcji jest stale ulepszana.