Подшипники скольжения. 
Прикладная механика: расчеты оборудования для переработки пластмасс

Подшипники являются опорами валов и вращающихся осей. Они воспринимают нагрузки, приложенные к валу или оси, и передают их на корпус машины или аппарата. Качество подшипников в значительной степени определяет надежность и долговечность оборудования.

В зависимости от направления воспринимаемой нагрузки подшипники бывают:

• — радиальные — воспринимают радиальную нагрузку, перпендикулярную оси цапфы:
• — упорные — воспринимают осевую нагрузку (подпятники — преимущественно вертикальную);
• — радиально-упорные и упорно-радиальные — воспринимают радиальную и осевую нагрузку.

В зависимости от вида трения подшипники делятся на подшипники скольжения и подшипники качения.

Конструкции подшипников скольжения разнообразны и определяются назначением оборудования. Подшипники скольжения бывают неразъемные и разъемные.

Неразъемные подшипники могут быть выполнены за одно целое со станиной или в виде втулки 1, установленной в корпус подшипника 2 (рис. 2.8). Во внутренней полости вкладышей делают канавку 3, в которую через отверстие 4 подводят смазочный материал.

Рис. 2.8. Неразъемный подшипник скольжения.

Разъемный подшипник (рис. 2.9) отличается от неразъемного тем, что в нем втулка заменена вкладышами 2 и 3. Корпус подшипника разъемный и состоит из собственно корпуса 1 и крышки 4, соединенных болтами или шпильками 5.

Рис. 2.9. Разъемный подшипник скольжения.

Большинство подшипников скольжения работает в условиях полужидкостного трения, когда постоянного разделения контактирующих поверхностей слоем масла нет. Поэтому коэффициент трения зависит не только от качества масла, но и от материалов трущихся поверхностей и меняется от 0,008 до 0,1.

Основным элементом подшипника является вкладыш. Вкладыши изготавливают из антифрикционных материалов.

Работа подшипников скольжения сопровождается абразивным износом вкладышей и цапф, заеданием, а также довольно редко — усталостным выкрашиванием. Абразивный износ возникает вследствие попаданий абразивных частиц со смазкой и неизбежного полусухого трения при пуске и останове. Заедание возникает при перегреве подшипника из-за недостаточной смазки вследствие трения вкладышей и цапфы. При установившемся режиме работы температура подшипника не должна превышать 60−75 °С.

Бронзовые вкладыши широко используют при средних скоростях (5−10 м/с) и больших нагрузках (до 12 МПа). Хорошими антифрикционными свойствами обладают оловянные бронзы (БрОФ 10−1, БрОЦС 6−6-3 и др.). Алюминиевые (БрАЖ 9−4 и др.) и свинцовые (БрС 30) бронзы вызывают повышенный износ цапф, поэтому применяют их в паре с закаленными цапфами. Свинцовые бронзы используют при знакопеременных ударных нагрузках.

Одним из лучших антифрикционных материалов для подшипников скольжения является баббит, но он имеет невысокую прочность и температуру плавления и дорого стоит. Поэтому баббит заливают лишь тонким слоем на рабочую поверхность стального, чугунного или бронзового вкладыша. Лучшими являются высокооловянные баббиты Б89, Б83.

Чугунные вкладыши без заливки применяют в малоответственных тихоходных механизмах (v < 5 м/с). Наибольшее распространение получили антифрикционные чугуны АСЧ-1 и др. Металлокерамические вкладыши изготавливают прессованием и последующим спеканием порошков меди или железа с добавлением графита, олова или свинца. Особенностью этих материалов является большая пористость, которая используется для предварительного насыщения горячим маслом. Вкладыши, пропитанные маслом, могут долго работать без смазки. Их применяют в тихоходных механизмах в местах, труднодоступных для подвода жидкой смазки.

Достоинства подшипников скольжения:

• • довольно большая долговечность при жидкостном трении рабочих поверхностей;
• • надежность работы в высокоскоростных приводах;
• • способность воспринимать большие ударные и вибрационные нагрузки;
• • бесшумность работы; сравнительно малые радиальные размеры;
• • возможность ремонта без демонтажа муфт, шкивов и т. п.;
• • простота конструкции для тихоходных машин.

Недостатки подшипников скольжения:

• • необходимость постоянного надзора в процессе эксплуатации из-за высоких требований к смазке и опасности перегрева;
• • сравнительно большие осевые размеры;
• • значительные потери на трение в период пуска;
• • большой расход смазки;
• • необходимость применения дорогих дефицитных цветных металлов.

Область применения подшипников скольжения в полимерном машиностроении:

• • быстроходные валы, где долговечность подшипников качения недостаточна (турбины, ультрацентрифуги);
• • опоры, подверженные значительным ударным нагрузкам (дробилки, мельницы);
• • опоры, требующие разъемных подшипников (коленчатый вал двигателей внутреннего сгорания, паровых машин и поршневых компрессоров);
• • опоры, требующие малых радиальных размеров (контрольно-измерительные приборы);
• • работа в особых условиях, где подшипники качения непригодны (в воде, агрессивных средах, без смазки);
• • вспомогательные тихоходные неответственные механизмы.

Основным критерием работоспособности подшипников скольжения является износостойкость — сопротивление изнашиванию и заеданию. В условиях полужидкостного трения проверяют два показателя — среднее давление р и произведение pv, так как эта величина пропорциональна работе сил трения.

где F_r — радиальная нагрузка на подшипник; d — диаметр цапфы; / — длина вкладыша (/ - (0,5−1,5)*/); о — окружная скорость поверхности цапфы.

Значения |р] и pv] зависят от материалов поверхностей трения. (Для стальной закаленной цапфы и вкладыша из баббита [/?] — 6—10 МПа, pv] - 15−20 МПа-м/с. Для других трущихся пар эти значения ниже.).