Наиболее характерным и самым распространенным видом подвижного соединения является посадка круглого вала в цилиндрическое отверстие с зазором, обеспечивающим свободу движения (вращения) вала в отверстии (подшипнике). Фиг. 37. Схема расположения вала в подшипнике: а — в состоянии покоя; 6 - в состоянии вращения.
Одним из основных вопросов сборки подшипников скольжения является правильная установка вала в подшипнике, отвечающая условиям жидкостного трения (масляного клина). Следует отметить, что создание условии жидкостного трения является одним из главнейших мероприятий по борьбе с износом деталей, различного рода неполадками механизмов и преждевременным выходом машин из строя. По гидродинамической теории смазки, процесс создания условий жидкостного трения (масляного клина) при вращении вала в цилиндрическом подшипнике можно представить в следующем виде. Правильно обработанный вал, смонтированный в подшипнике с зазором i, под действием нагрузки занимает эксцентричное положение, причем зазор принимает форму клиновидной щели, расходящейся в обе стороны от точки соприкосновения вала с подшипником (фиг. 37, а). При пуске механизма в ход и возрастании числа оборотов вала, последний увлекает за собой концентрические слои смазки — первый слой вследствие адсорбции смазки поверхностью металла, следующие слои вследствие вязкости смазки. По мере сужения зазора протекание смазки все более затрудняется и для проталкивания ее необходимо все более высокое давление, достигающее максимума в самой узкой части клиновидной щели. Под действием давления, развивающегося в суживающейся части масляного слоя, вал «всплывает» в подшипнике и его центр смещается в сторону вращения. При достижении определенного числа оборотов трущиеся поверхности вала и подшипника полностью разделяются слоем смазки толщиной hHM (фиг. 37, б). Чем больше минимальная величина смазочного слоя, тем, очевидно, меньше возможность соприкосновения трущихся поверхностей, вызывающего их износ. С дальнейшим возрастанием числа оборотов центр вала описывает кривую, близкую к полуокружности. и в пределе, когда число оборотов приближается к бесконечному большому, центр вала совпадает с центром подшипника. Тогда наименьшая толщина смазочного слоя достигает максимального значения, равного половине диаметрального зазора (hHU = 0,5 Д). Гидродинамическая теория смазки, впервые разработанная русским профессором Н. П. Петровым в 1883 г.., доказывает, что если вал, посаженный в правильно обработанный подшипник, вращается с постоянной скоростью при постоянной нагрузке и постоянной вязкости смазки (т. е. при установившемся режиме работы машины), то наименьшая толщина смазочного слоя hHM, при которой вал «всплывает» в подшипнике, зависит от величины диаметрального зазора Д. Для определения зависимости наименьшей толщины масляного слоя от зазора в подшипнике, режима работы, размеров вала, вида и качества масла, вместо hHM вводят относительную наименьшую толщину масляного слоя (относительный эксцентриситет) — г: Для заданного подшипника при установившемся режиме работы значения у/, СО, р, d Н I являются постоянными. В этом случае величина наименьшей толщины масляного слоя зависит только от величины диаметрального зазора Л, оптимальное значение которого устанавливается при конструировании машины и должно быть выдержано при ее изготовлении и ремонте. На фиг. 38 приведена кривая, показывающая, что с ростом зазора А толщина слоя смазки hHM сначала увеличивается до известного предела, затем начинает уменьшаться. Практика сборки машин показывает, что при очень малых или чрезмерно больших зазорах в подшипнике происходит быстрое его изнашивание и даже заедание. На основании гидродинамической теории смазки по мере сближения трущихся поверхностей вала и подшипника давление в масляном слое неограниченно возрастает. При идеально гладких поверхностях контакт вала и подшипника наступал бы при наименьшей возможной толщине смазочного слоя. Очевидно, что только отклонение вала и подшипника от правильной цилиндрической формы, шероховатость (неровности) поверхности вала и подшипника, присутствие пыли и грязи в смазочном слое лимитируют несущую способность подшипника и ограничивают минимальную толщину масляного слоя. При увеличении зазора свыше определенной величины Днб и при уменьшении его ниже Д,^ толщина слоя смазки может настолько уменьшится, что режим жидкостного трения нарушится и наступит момент перехода к полусухому трению. В зоне полусухого трения возникает форсированный износ и разрушение подшипника. Переходу из области жидкостного трения в область полусухого трения соответствуют критические зазоры. Отсюда следует, что при критических зазорах наименьшая толщина смазочного слоя hHM должна быть по крайней мере равна или больше суммы максимальных высот неровностей сопрягаемых поверхностей вала и подшипника, т. е. Надо иметь в виду, что смазываемые поверхности не являются полностью геометрически подобными, так как всегда имеются выступы на одной поверхности," не соответствующие впадинам на другой. Хотя эти впадины и выступы чрезвычайно малы по сравнению с диаметрами поверхностей, но при всей кажущейся ничтожности отступлений от правильной цилиндрической формы, они могут быть весьма велики по сравнению с толщиной смазывающего слоя. Затем следует помнить, что результаты замеров деталей всегда содержат незначительные погрешности в сравнении с действительными размерами и эти погрешности в измерениях могут быть также чрезвычайно велики по сравнению с толщиной смазывающего слоя. Кроме того, повреждения и загрязнения трущихся поверхностей (заусенцы, царапины, забоины, грязь, металлическая и наждачная пыль и т. п.) также могут быть весьма значительными по сравнению с толщиной смазывающего слоя. Сказанное обусловливает весьма строгие требования к сборке подшипников скольжения с точки зрения тщательной обработки трущихся поверхностей, соблюдения геометрической точности формы нала и подшипника и обеспечения оптимальных зазоров. Полусухое трение и, как следствие его, чрезмерный износ, заедание подшипника, выплавление заливки в ряде случаев являются результатом неправильной сборки.
