Подшипники состоят из одной или нескольких деталей и служат опорой вала, определяющей его положение. Они обеспечивают валу возможность вращения и, воспринимая его нагрузку, передают ее основанию.
По характеру трения подшипники разделяются на подшипники скольжения и подшипники качения. В состоянии покоя (фиг. 68, а), когда вал в подшипнике скольжения не вращается, цапфа его под действием собственной тяжести и нагрузки, направленной обычно сверху вниз, прижимается к нижнему вкладышу, при этом центр подшипника находится на одной вертикальной линии с центром вала, но расположен выше последнего. В этот момент пространство между цапфой и вкладышами имеет серповидную форму и определяет диаметральный зазор, который равен разности между диаметром вкладыша и диаметром цапфы. Расстояние, измеренное по прямой между центрами вкладыша и цапфы, называется эксцентрицитетом. При вращении вала масло, заполнившее серповидное пространство, будет увлекаться под цапфу (фиг. 68, б), и она сместится влево от вертикали и как бы «всплывет» над вкладышем; эксцентрицитет при этом начнет уменьшаться. На самом узком участке серповидного пространства, где слой смазки будет иметь наименьшую толщину, образуется масляный клин. С повышением скорости вращения вала начнет увеличиваться толщина клинового слоя за счет увеличения количества масла, вгоняемого цапфой в клиновой зазор.
Фиг. 69. Распределение давления внутри масляного слоя и место подвода смазки в подшипник: О, — центр вкладыша; 0г — центр цапфы; 1 — допустимое место подвода смазки; 2 — рекомендуемое место; 3 — недопустимое место подвода, исключение допустимо при подаче смазки под давлением; 4 — нерекомендуемое место подвода.
При бесконечно большом числе оборотов центр цапфы совпадет с центром вкладыша и толщина масляного клина достигнет своей максимальной величины — половины диаметрального зазора. Проходя через самую узкую часть клинового зазора, масло приподнимает цапфу, принимая на себя ее нагрузку, это понимается как несущая способность подшипника, которая увеличивается с уменьшением толщины смазочного слоя. Для рациональной работы подшипника зазор должен быть выбран таким, чтобы давление в масляном клине достигало возможно большей величины. Установлено также, что чем, грубее обработаны цапфы и вкладыши, тем больше должен быть принят диаметральный зазор, который обычно берется в пределах ходовой посадки третьего класса точности —. Например, при диаметрах вала 50 и 100 мм этот зазор по третьему классу точности соответственно составляет 0,15 и 0,21 мм. Для больших диаметров цапф, при густой смазке, практикой установ- лены повышенные зазоры, которые для диаметров от 360 до 500 мм принимаются в пределах от 0,9 до 1,2 мм. Внутри масляного слоя давление распределяется неодинаково как по длине вкладыша, так и по окружности цапфы. Сечение подшипника плоскостью, проходящей через продольную ось цапфы (фиг. 69, а), показывает, что максимальное давление будет на середине, оно изменяется в зависимости от длины пути, который проходит масло, прежде чем вытечь через края вкладыша. Из второго поперечного сечения (фиг. 69, б) видно, что зона высокого давления приходится на клиновую часть масляного слоя и занимает менее половины окружности вкладыша. Для образования и поддержания масляного клина необходимо подвод свежей смазки располагать ближе к месту его возникновения (фиг. 69, в), а приток ее сохранить обильным и непрерывным. Потери в подшипнике скольжения при различных видах трения выражены диаграммой (фиг. 70), из которой видно, что наибольшая величина коэффициента трения будет при граничной смазке, когда происходит только начало движения (трогание с места) соприкасающихся поверхностей. По мере увеличения числа оборотов вала граничное трение начинает переходить в полужидкостное и, наконец, в жидкостное. Последний переход дает наименьший коэффициент трения и отмечен на диаграмме точкой а, вправо от которой кривая поднимается кверху. Это показывает, что при дальнейшем увеличении числа оборотов вала увеличивается и коэффициент трения за счет потерь на внутреннее трение смазочного слоя, которое возрастает в одинаковое число раз с увеличением вязкости смазочного материала, и наоборот.
Внутри подшипника смазка распределяется при помощи продольных и кольцевых канавок. Для лучшего удержания масла от утечки продольные канавки делаются закрытыми, т. е. не доходящими до торцов вкладышей и втулок. Края смазочных канавок, выходящие на поверхность вкладыша, необходимо сглаживать и округлять, иначе кромки при вращении цапфы будут действовать как скребки, очищающие прилипший к ней слой смазки. На нагруженном участке вкладыша располагать канавки не рекомендуется, так как они снижают несущую способность смазочного слоя. Более резкое влияние на упомянутое снижение оказывают расположенные в этой зоне отверстия для подвода смазки; кроме того, они изменяют характер распределения давления внутри слоя (фиг. 69, а и б). Для определения правильного расположения канавки и отверстия необходимо установить направление вращения вала и направление действия нагрузки на цапфу, а следовательно, и положение ее во вкладыше или втулке. В табл. 15 приведены наиболее распространенные формы и взаимное расположение смазочных канавок, а также охарактеризована область их применения.
При трении скольжения выделяется теплота, вызывающая разжижение масла, граничная пленка которого уже при температуре около 120ч начинает разрываться, обнажая металл трущихся поверхностей, и в подшипниках наступает так называемый процесс заедания. Кроме создания масляной пленки между трущимися поверхностями, одной из главных задач, которые выполняет смазочное масло, является отвод тепла от подшипника и других узлов трения. При этом нагретое масло стекает в масляную ванну или бак, где и охлаждается. Соприкасаясь с поверхностью нагретых деталей, окружающий воздух отнимает от них тепло, и чем ниже будет его температура, тем сильнее будет протекать этот процесс теплопередачи. Для его усиления нагревающиеся детали подвергают обдуванию воздухом от вентилятора или охлаждают водой, прогоняемой через предусмотренные в них специальные полости. При сильном нагревании подшипника, когда требуется остановка всего механизма, необходимо постепенно уменьшать число оборотов двигателя. Если регулировать скорость невозможно, то механизм останавливают несколько раз с небольшими промежутками между остановками. Горячий подшипник нельзя охлаждать снегом или холодной водой: это может вызвать трещины в металле подшипника или цапфы. Новые машины и станки, а также заново отремонтированные необходимо прирабатывать, начиная с небольших оборотов и при пониженных нагрузках. Кратковременное, повышение температуры подшипника, наблюдающееся во время приработки, неопасно, так как по мере снашивания местных выступов у трущихся пар температура их понижается. Для специальных случаев приработки рекомендуется применять масла меньшей на 2—3° ВУ50 вязкости, чем используемые при эксплуатации подшипников, а приработку вести на повышенных в 1,5—2 раза числах оборотов и пониженной нагрузке. Если машина вводится в эксплуатацию сразу после сборки, то прирабатывать ее следует под нагрузкой на пониженных оборотах, применяя масло большей вязкости по сравнению с вязкостью масла, применяемого в условиях эксплуатации. Подача смазки к трущимся поверхностям подшипника скольжения производится несколькими способами. Наиболее простым является непрерывная циркуляционная, без принудительного давления, кольцевая смазка, осуществляемая посредством кольца, свободно висящего на цапфе (фиг. 71). При вращении вала вместе с ним вращается и кольцо, которое захватывает масло из масляной ванны и подает его на поверхность цапфы. На фиг. 72, а показано несколько наиболее употребительных профилей колец, из которых, как показывают исследования, прямоугольный 1 и трапецеидальный 2 дают лучшие результаты. Для масел с вязкостью выше 5,5° ВУ50 рационально применять кольца 3 с поперечными канавками на внутренней поверхности. Уменьшение подачи Дает круглый профиль 4. Кроме сказанного, практически достижимая подача масла в объеме 2—10 см3 в мин. зависит от его рабочей температуры и числа оборотов вала. Размеры кольца и глубину его погружения Т (фиг. 72, б) можно определить для цапф диаметром й от 10 до 200 мм, пользуясь следующими примерными зависимостями. Внутренний диаметр кольца О равен 1,5 ^+(10 15 мм); ширина кольца в принимается равной (0,3 4-0,1) й, но не меньше 5 мм, и глубина Т : — при В от 25 до 40 мм; — при £> от 40 до 65 мм; — при О от 65 до 310 мм. Необходимо отметить, что слишком глубокое погружение кольца не увеличивает, а уменьшает подачу масла. Кольцо должно быть утоплено в ванну настолько, чтобы центральный угол а был не более 90 и не менее 60°. Вес смазочного кольца в кг для цапф диаметром от 60 до 3000 мм принимается в пределах (0,15—0,5) й, где & в см. Свободно висящие на валу кольца хорошо подают масло только при числе оборотов вала не менее 100 и не более 2000—3000 в мин. При больших скоростях на верхнем вкладыше устанавливают специальные скребки (маслосниматели), которые снимают с наружной поверхности кольца слой масла, увеличивая тем самым его подачу. Для удобства установки свободные кольца иногда делают разъемными. При оборотах вала, меньших 100 в мин., применяют неподвижные кольца, они подают масло даже при 30 оборотах вала в мин. Глубина погружения кольца в этом случае берется равной половине его толщины. Подача масла кольцами получила применение в подшипниках электродвигателей, металлорежущих станков, трансмиссионных установок и др. Она пригодна только для горизонтально расположенных подшипников и не может быть применена там, где на вал действуют нагрузки с сильными толчками, а подшипник подвергается сотрясению, так как при толчках кольцо отрывается от цапфы и перестает вращаться. Уход за подшипниками с кольцевой смазкой заключается в периодической проверке уровня масла и смене его один раз в 3—4 месяца, а в пыльных помещениях — один раз в месяц, после промывки подшипника. Тяжелонагруженные подшипники скольжения необходимо Обеспечивать обильной циркуляционной жидкой смазкой, подаваемой от насоса под давлением от 0,5 до 3,5 кГ/см2. Ручная смазка, а также капельная или фитильная применяются только в неответственных подшипниках, работающих с малой скоростью и большими перерывами, когда нецелесообразно использовать циркуляционную смазку. Количество капель (2, которое должна подавать масленка в 1 минуту, можно установить, когда известна норма расхода в граммах. Обычно принимают число капель в 1 г масла Таблица 16 Расход масла в г для подшипников скольжения при капельной и фитильной смазке
В табл. 16 приведены нормы расхода масла в граммах для подшипников скольжения при капельной и фитильной смазке. Для тихоходных валов и шпинделей, как например опоры шпинделя крупного лоботокарного станка, подшипники в подъемных кранах, применяют консистентные смазки, которыми также целесообразно смазывать подшипники, установленные в труднодоступ¬ных для смазки местах или в открытых и пыльных помещениях. Режим смазывания подшипников рекомендуется применять сообразно данным, приведенным в табл. 17. Таблица 17 Режим смазывания густой смазкой подшипников скольжения
