Описание
Проектирование подшипниковых опор часть 2
Подшипники скольжения (Демоверсия)
ДЕМОВЕРСИЯ является сокращенным вариантом статьи (книги) позволяющим получить общее представление о содержащимся в ней материале, прежде всего, в части наличия примеров конструктивного исполнения рассматриваемых технических решений
Основным элементом любого вала, позволяющим выполнять его основную функцию поддержание и передачу вращательного движения, являются его опоры. Опоры вала должны, воспринимая действующие на них нагрузки обеспечивать с требуемой точностью положение вала при его вращении с определенной скоростью. В зависимости от величины направления и продолжительности во времени действия сил, а также от размеров, точности и положения в пространстве вала опоры находятся в различных условиях эксплуатации и соответственно имеют различную конструкцию для выполнения предъявляемых к ним требований. В качестве опор валов применяются различного типа подшипники, которые в первую очередь делятся на две основных группы по характеру трения между вращающимися поверхностями вала и опоры это подшипники качения и подшипники скольжения.
Несмотря на ряд существенных преимуществ подшипников качения им присущи следующие недостатки: повышенный нагрев при работе на больших скоростях, низкий ресурс при работе в условиях ударных нагрузок, большой диаметральный размер. Всех этих недостатков лишены подшипники скольжения.
Подшипник скольжения представляет собою постоянно или периодически смазываемую втулку, которая чаще всего изготавливается из бронзы, и запрессовывается в корпусную деталь с определенным натягом, таким образом, что между ее отверстием и наружной цилиндрической поверхностью вала создается необходимый зазор, обеспечивающий требуемые условия контакта втулки и вращающегося вала. Подшипники скольжения могут при обеспечении необходимого зазора и условий смазки работать при высоких скоростях, при определенном диаметре и длине посадочного места вала, а также удовлетворительно воспринимать ударные нагрузки и имеют значительно меньший, чем подшипники качения радиальный размер.
Подшипник скольжения, как опора вращающегося вала, может работать в трех режимах трения, жидкостное трение, полужидкостное трение и полусухое трение. Жидкостное трение имеет место только при наличии между валом и подшипником постоянного слоя смазки, толщина которого не должна быть меньше допустимой величины. Обеспечивается это гидродинамически, за счет создания масляного клина между вращающимся валом и втулкой при их определенных параметрах, или гидостатически, за счет непрерывной подачи смазки под давлением от насоса. При полужидкостном трении сплошная масляная пленка меду валом и втулкой отсутствует, и они соприкасаются на незначительных участках своими неровностями, что увеличивает трение в опоре вала.
Режим работы подшипников скольжения в условиях жидкостного трения, как правило, обеспечивается в опорах высокоскоростных валов, к которым предъявляются повышенные требования по точности вращения и жесткости, например шпиндели шлифовальных станков. В основном подшипники скольжения работают в режиме полужидкостного трения, а малоответственные привода, используемые для вспомогательных периодических перемещений могут работать и в режиме полусухого трения.
Подшипники полужидкостного и полусухого трения
Все опоры полужидкостного и полусухого трения независимо от режима работы, конструкция подшипников скольжения, работающих в условиях полужидкостного и полусухого трения, состоит из двух основных деталей корпуса цельного или разъемного (см. Рис. 1) и втулки, или вкладыша (см. Рис. 2, 3).
Рис. 1. Конструкции подшипников скольжения.
В зависимости от типа корпуса конструкция подшипников скольжения может быть следующей:
– подшипники скольжения с корпусом на лапах с двумя крепежными отверстиями (см. Рис 1а), конструкция и размеры которых определены ГОСТ11521-82,
– подшипники скольжения, имеющие фланцевый корпус с двумя крепежными отверстиями (см. Рис 1б), конструкция и размеры которых определены ГОСТ 11522-82,
– подшипники скольжения, имеющие фланцевый корпус с тремя крепежными отверстиями (см. Рис 1в), конструкция и размеры которых определены ГОСТ 11523-82,
– подшипники скольжения, имеющие фланцевый корпус с четырьмя крепежными отверстиями (см. Рис 1г), конструкция и размеры которых определены
ГОСТ 11524-82,
– подшипники скольжения, имеющие разъемный корпус с двумя крепежными отверстиями (см. Рис 51), конструкция и размеры которых определены ГОСТ 11607-82,
– подшипники скольжения, имеющфие разъемный корпус с четырьмя крепежными отверстиями (см. Рис 1д), конструкция и размеры которых определены
ГОСТ 11608-82,
– подшипники скольжения, имеющие разъемный наклонный корпус с двумя крепежными отверстиями (см. Рис 1е), конструкция и размеры которых определены ГОСТ 11609-82,
– подшипники скольжения, имеющие разъемный наклонный корпус с четырьмя крепежными отверстиями, конструкция и размеры которых определены ГОСТ 11610-82.
При этом, типы и основные размеры металлических втулок определены ГОСТ 1978-81, согласно которого втулки могут быть, гладкими и с буртом (см. Рис 2) и ГОСТ 11525-82, который распространяется на гладкие металлические втулки для неразъемных корпусов подшипников скольжения по ГОСТ 11521-82, ГОСТ 11522-82, ГОСТ 11523-82, ГОСТ 11524-82 (см. Рис 2). Конструкция и размеры вкладышей для подшипников скольжения с разъемными корпусами определены ГОСТ 11611-82 (см. Рис 3).
Рис. 2 Типы втулок подшипников скольжения.
Рис. 3. Конструкция вкладышей подшипников скольжения.
Кроме того технические требования на корпуса подшипников скольжения определены ГОСТ 25106-82, а технические требования на втулки и вкладыши ГОСТ 25105-82. В качестве материалов для втулок подшипников скольжения применяются различные антифрикционные материалы:
– бронзы (оловянные, оловянно-свинцовые, оловянно-свинцово-цинковые, алюминиево-железные),
– антифрикционные чугуны (АЧК, АЧС),
– баббиты (высокооловянные, низкооловянные, свинцово – оловянные, безоловянные, кодмиевые, алюминиево-оловянные),
– алюминиевые сплавы (АЛ, АК),
– медные сплавы,
– металлокерамика,
– неметаллические материалы (текстолит, поликарбонат, капролон, тефлон),
– углеграфиты.
При этом стандартами определены типы и основные размеры втулок и вкладышей подшипников скольжения из следующих материалов:
– втулки и вкладыши тонкостенные биметаллические по ГОСТ 24832-81,
– вкладыши тонкостенные с буртами и без буртовпо ГОСТ ИСО 3548-2002,
– свертные втулки по ГОСТ27672-88,
– свертные втулки с антифрикционным слоем из фторопласта – KV
по ГОСТ 28773-90,
– свертные втулки с антифрикционным слоем из полиацетала – KX
по ГОСТ 28774-90,
– втулки из медных сплавов по ГОСТ 29201-91
Научно обоснованной теории, описывающей процесс полужидкостного и полусухого трения в подшипниках скольжения к сожалению нет, нет и методики их расчета. 
Где, f коэффициент трения, который для различных материалов колеблется в следующих пределах:
– оловянные баббиты …………………0,01-0,02,
– винцовые баббиты…………….……0,015 – 0,025,
– свинцовая бронза…………………….0,02 – 0,03,
– алюминиевые сплавы………………..0,03 – 0,04,
– бронза БрАЖ…………………………0,04 – 0,05,
– антифрикционный чугун…………….0,05 – 0,08
Таким образом для подшипников скольжения работающих в режиме полужидкостного и полусухого трения определяющими показателями являются диаметр и длина опорной поверхности, изменение которых в сторону увеличения или уменьшения позволяет сконструировать подшипник удовлетворяющий критериям р и рv .
Конструктивное исполнение опор валов на подшипниках скольжения
Важную роль в обеспечении надежной и долговечной работы подшипника скольжения играет конструктивное расположение точки (отверстия) подвода смазки в пару трения вал – втулка по отношению к направлению действия радиального усилия на подшипниковую опору.
Правильным угловым положением отверстия для подвода смазки по отношению к оси действия радиальной нагрузки является угол 30 – 45° по обе стороны по отношению к нагрузке (см. Рис. 4а). При подводе смазки через центральное отверстие вала в нем выполняют три равномерно расположенных по периметру радиальных смазочных отверстия (см. Рис. 4б). При вращающейся втулке подшипника скольжения смазку подводят через центральное сверление и радиальное смазочное отверстие в валу как показано на Рис. 4в.
Рис. 4. Место расположения точек подвода смазки.
В данном разделе полной версии статьи содержится 6 примеров конст-руктивного исполнения опор валов на подшипниках скольжения, позволяющих улучшить условия их работы (см. Рис. в таб.)
Влияние подшипников скольжения на точность положения деталей на валу
Подшипники скольжения также как и подшипники качения оказывают влияние на точность положения оси вала. Подшипник скольжения состоит из одной втулки, неподвижно установленной в корпусе машины и поэтому радиальное биение ее базовых поверхностей, в отличии от вращающихся внутренних колец подшипников качения, не оказывает влияния на радиальное биение установленного на них вала. Однако, радиальное биение подшипников скольжения, по аналогии с наружными кольцами подшипников качения, приводит к перекосу оси установленного на них вала, величина которого рассчитывается по аналогии с подшипниками качения по формуле приведенной ранее. При этом торцевое биение упорных заплечиков втулок подшипников скольжения оказывает влияние на торцевое биение установленного на них вала.
В данном разделе полной версии статьи содержится размерные цепи определяющие влияние подшипников скольжения на радиальное и торцевое биение зубчатого колеса установленного на валу и пример назначения требований к опорным поверхностям вала (см. Рис. в таб.)
Подшипники жидкостного трения
Подшипники жидкостного трения, как уже говорилось ранее, делятся на два типа, гидродинамические и гидростатические, принципиальное отличие которых состоит в способе создания масляного клина между валом и втулкой скольжения, при этом оба типа подшипников жидкостного трения могут быть радиальными и упорными. Подшипники жидкостного трения применяются в качестве опор валов высокоскоростных и тяжело на-груженных агрегатов, износ которых должен быть минимален, также как и потребляемая агрегатом (приводом) мощность. Поэтому такие подшипники успешно применяются в качестве опор валков прокатных станов, различных турбин, тяжело нагруженных и быстро вращающихся шпинделей металлообрабатывающих станков, а также гироскопических роторов.
Гидродинамические подшипники скольжения
Гидродинамические подшипники наиболее эффективны в качестве опор для валов вращающихся с высокой, но мало изменяющейся скоростью и испытывающих нагрузки мало меняющиеся как по направлению так и по величине. В гидродинамическом подшипнике жидкостное трение обеспечивается масляным клином, который образуется за счет затягивания масла в клиновой зазор между рабочими поверхностями цапфы вращающегося вала и втулки (вкладыша) подшипника скольжения. Масляный клин в гидродинамическом подшипнике возникает в начале сужения зазора между валом и втулкой и заканчивается за точкой минимального зазора, в его вновь расширяющейся части (см. Рис. 14а).
Рис 14 Схема образования несущего масляного слоя в одноклиновом и многоклиновом в гидродинамических подшипниках
Гидродинамический подшипник, в котором образуется один клин, называется одноклиновым. Одноклиновые подшипники обладают высокой нагрузочной способностью, просты в изготовлении, но имеют низкую жесткость масляного слоя и не обеспечивают устойчивое положения вала при изменении скорости его вращения. Поэтому в технологическом оборудовании применяются многоклиновые гидродинамические подшипники, которые имеют несколько масляных клиньев, равномерно обхватывающих опорную цапфу вала, что позволяет опоре вала воспринимать нагрузки, действующие в различном направлении (см. Рис. 14б). Клиновой зазор в многоклиновых подшипниках создается за счет выполнения в отверстии втулки нескольких равномерно расположенных эксцентричных карманов (см. Рис 14б), путем применения упруго деформируемых втулок (см. Рис. 15), или самоустанавливающихся сегментных вкладышей (см. Рис. 16).
Рис 15 Конструктивные схемы многоклиновых подшипников с втулками, имеющими отверстия с фасонными поверхностями и подшипников
с упруго деформируемыми втулками.
В многоклиновом подшипнике давление масла р развивается одновременно на всех клиновых зазорах, но в клиновых зазорах противоположных направлению действия нагрузки Р создается большее давление, при этом суммарная несущая способность подшипника пропорциональна разности давления на нагруженной и ненагруженной стороне подшипника (см. Рис. 14в). При изменении направления действия нагрузки действующей на вал изменяется и давление масла в клиновых зазорах.
Рис. 16 Конструктивные схемы многоклиновых подшипников с самоустанавливающимися сегментными вкладышами
Эксцентричные карманы в отверстии втулки многоклинового подшипника (см. Рис. 16а) изготавливаются методом координатной расточки или протяжки. Упругодеформируемые втулки с наружными выступами (см. Рис. 16б) для придания им требуемой формы в подшипнике изготавливаются с наружной конической поверхностью и устанавливаются в конусное отверстие корпуса с натягом, или эти втулки изготавливаются со стенкой, толщина которой позволяет ей деформироваться требуемым образом в корпусе подшипника пол действием давления масла. В многоклиновых сегментных подшипниках несущими поверхностями являются шарнирно установленные в корпусе сегментные вкладыши, которые благодаря шарнирной установке автоматически приспосабливаются к изменению нагрузки действующей на опор вала. При увеличении нагрузки передняя, по направлению движения вала, кромка сегмента отходит к периферии, а задняя приближается к валу, вследствии чего зазор в этой точке уменьшается, а несущая способность подшипника растет. Несущая способность подшипника максимальна, а коэффициент трения минимален, если шарнир, на котором установлен сегмент, расположен на расстоянии l = 0,58L (см. Рис. 16а). В реверсивных сегментных подшипниках шарниры устанавливаются в центре сегмента (см. Рис. 16б), или в в выборках корпусе подшипника (см. Рис. 16в), что естественно ухудшает их гидродинамические характеристики, но при этом позволяет самоустанавливаться нужным образом при изменении направления вращения вала. Величина зазора между валом и сегментами может регулироваться
Рис 17 Конструкция многоклинового гидродинамического подшипника с упругодеформируемой втулкой.
На Рис 17 показана конструкция многоклинового гидродинамического подшипника с упругодеформируемой втулкой. Он содержит стакан 2 и крышку 3, между торцами ко-торых установлена регулировочная прокладка 4, при этом, они образуют сборный корпус подшипника закрепленный на станине 1 посредствам винтов 5, а во внутренней полости корпуса установлено упругодеформируемая втулка 7 и проставка 10. Втулка 7, имеет три опорных сектора 8, соединенные посредствам упругих перпемычек 9 с ее опорной обе-чайкой базирующейся в отверстии сборного корпуса подшипника втулки, а в промежутках между секторами 8, которые расположены равномерно по наружной поверхности опорной цапфы вала 6, расположены выступы 11 проставки 10, при этом последние с по-мощью штифтов 12 соединены с самоустанавливающейся упорной шайбой 13, а посредствам пружин 20 обеспечивают прижим друг к другу торцев колец 16 и 17. На валу 6 выполнен бурт 14, правый торец которого контактирует с ответной поверхностью самоустанавливающейся упорной шайбы 13, образуя, таким образом, упорный подшипник скольжения. Подвод и отвод масла для смазки трущихся поверхностей подшипника осуществляется посредствам штуцеров 18 и 19 соответственно, соединенных с помощью трубопроводов с системой смазки станка. При вращении вала 6 между наружной цилиндрической поверхностью его опорной цапфы и ответными поверхностями опорных сегментов 8 образуются масляные клинья, а возникающее в них давление масла создает радиальную нагрузку, действующую на сегменты 8, в результате чего их перемычки 9 деформируются и между валом 6 и секторами 8 образуется необходимый зазор.
Рис 18 Конструкция многоклинового гидродинамического подшипника с самоустанавливающимися сегментными вкладышами.
На Рис 18 показана конструкция многоклинового гидродинамического подшипника с самоустанавливающимися сегментными вкладышами. Он содержит корпус 2, закрепленный посредствам болтов 12 на станине 13, во внутренней полости которого образованной отверстием в корпусе 2, крышками 7, 8 и ступенчатыми кольцами 9 и 10 расположены самоустанавливающиеся сегменты 3, сферические лунки, выполненные на наружной поверхности которых контактируют со сферическими головками резьбовых пальцев 4, установленных в резьбовых отверстиях корпуса 2, при этом сферические лунки в сегментах 3 расположены на строго определенном расстоянии от их выходной задней кромки (см. Рис. 16а). Радиальный зазор между наружной цилиндрической поверхностью опорной цапфы вала 1 и ответной поверхностью сегментов 3 регулируется посредствам вкручивания и выкручивания пальцев 4, после чего их положение фиксируется контргайками 5. Подвод и отвод масла для смазки подшипника осуществляется через штуцеры 6, которые посредствам соответствующих трубопроводов соединены с системой смазки станка. При контровке пальцев 4 контргайками 5 выбирается зазор и создается определенный натяг в резьбовом соединении пальца с корпусом 2, что способствует повышению жесткости опоры в целом.
Помимо радиальных гидродинамических подшипников применяются и торцевые (упорные) подшипники, которые отличаются от аналогичных подшипников полужидкостного и полусухого трения тем, что на рабочей плоскости подпятника выполняются наклонные поверхности. Масло, увлекаемое вращающемся валом попадает в сужающийся зазор, что приводит к значительному увеличению его давления в месте, где зазор минимален и возникновению силы, поднимающей торец вала вверх.
Наиболее распространенной конструкцией упорного подшипника жидкостного трения, применяемого для установки вертикальных валов, является дисковый подшипник, рабочая поверхность которого посредствам канавок разделена на наклонные сегменты (см. Рис 22). В таких подшипниках число сегментов делается от 4 до 8, соотношение диаметров выбирается в пределах D/d = 1, 6 – 2,4, соотношение длины сегмента к ширине L/B = 1 – 1,4, угол наклон a = 1 – 4мин.
Рис 22 Схема упорного гидродинамического подшипника скольжения
На Рис 23 показана конструкция упорного гидродинамического подшипника скольжения. Он состоит из сборной опоры, включающей верхнюю часть 2 и нижнюю 3, которая посредствам наружной сферической поверхности установлена в корпусе 1 и зафиксирована от проворота вокруг горизонтальной оси стопорным болтом 15, а в отверстии опоры запрессован вкладыш 4, образующий с опорной цапфой вала 5 радиальный подшипник скольжения, при этом, во внутренней полости опоры установлены вкладыши 8 выполненные из антифрикционного материала, контактирующие с обеими торцами фланца 6, закрепленного на валу 5 посредствам шпоночного соединения и гайки 7. Между вкладышами 8 установлены закрепленные в опоре проставки 9, определяющие угловое положение вкладышей. В валу 5 выполнено центральное отверстие 10 и радиальный канал 11, а в отверстии фланца 6 выполнена канавка соединяющаяся с радиальными каналами 12,, которые в свою очередь соединены с продольными каналами 13, , которые входят в продольные канавки 14 выполненные на обоих рабочих торцах фланца 6 (на Рис 23 показаны канавки только на правом рабочем торце фланца 6)
Рис 23 Конструкция упорного гидродинамического
подшипника скольжения.
Методика расчета и расчетные формулы основных параметров радиальных гидродинамических подшипников скольжения (относительного зазора – ф, минимальной толщины смазочного слоя – hmin, расхода смазки – Q) установлены ГОСТ ИСО 7902-1-2001 и выполняется на основе следующих исходных данных:
– максимального и минимального диаметров вала и втулки,
– нагрузки действующей на подшипник,
– длины подшипника,
– диаметра отверстия смазочного канала,
– материала вала и втулки,
– шереховатости поверхностей трения вала и втулки,
– типа смазочного материала,
– температура окружающей среды.
Указанный стандарт содержит методику расчета:
– соотношения между несущей способностью подшипника и толщиной смазочного слоя,
– потерь мощности на трение,
– расхода смазочного материала, прохождение которого через подшипник обеспечивает его работу в стационарном режиме,
– теплового баланса подшипника.
При этом функции, используемые при расчетах гидродинамических подшипников приводятся в ГОСТ ИСО 7902-2-2001, а допустимые рабочие режимы в ГОСТ ИСО 7902-3-2001. Методика расчета и расчетные формулы основных параметров упорных гидродинамических подшипников скольжения приведены в работах [7] и [8].
В данном разделе полной версии статьи приводится 11 примеров конструктивного исполнения гидродинамических подшипников скольжения (см. Рис. в таб.)
Гидростатические подшипники скольжения
В гидростатических подшипниках скольжения режим жидкостного трения обеспечивается за счет подачи в зазор между валом и втулкой смазочного масла под необходимым давлением от отдельного источника питания. Эти подшипники обладают большой нагрузочной способностью, при высокой степени демпфирования колебаний, во всем диапазоне скоростей вращения вала, обеспечивая при этом высокую точность вращения, а ввиду отсутствия смешанного и сухого трения между наружной поверхностью опорной цапфы вала и отверстием втулки скольжения они практически не изнашиваются, обеспечивая тем самым высокую долговечность агрегата, в который они входят. Поэтому гидростатические подшипники могут эффективно использоваться в качестве опор, как для медленно, так и для быстро вращающихся валов, испытывающих значительные нагрузки, это опоры валков прокатных станов, опоры роторов энергетических машин (мощных турбин и генераторов), а также шпиндели тяжелых металлообрабатывающих станков. По функциональному назначению и конструктивному исполнению гидростатические подшипники делятся на радиальные и упорные.
Радиальный гидростатический подшипник содержит втулку с расположенными равномерно по периметру ее отверстия карманами, в которые масло для смазки поступает под определенным давлением по трубопроводам через дроссели, определяющие его расход, или напрямую от насоса, за счет чего создается подъемная сила, обеспечивающая «всплывание вала» и жидкостное трения в контакте с втулкой скольжения. Конструктивно подшипники этого вида могут быть выполнены без маслоотводящих канавок между карманами (см. Рис 29а) и с маслоотводящими канавками (см. Рис. 29б).
Рис 29 Варианты конструктивной схемы радиального гидростатического подшипника скольжения
В общем случае работает радиальный гидростатический подшипник скольжения следующим образом. Под действием внешней нагрузки F вал занимает эксцентричное положение (ось вала смещается на величину е относительно оси втулки), при этом образуется разность зазоров, через которые вытекает смазочное масло из противоположных карманов, и следовательно изменяется гидравлическое сопротивление на входе карманов, что приводит при наличии гидравлических сопротивлений дросселей на входе в карманы к изменению давления в каждом кармане. Результирующая нагрузка от давления масла в карманах воспринимает внешнюю нагрузку и возвращает вал в исходное положение, соосное с отверстием втулки. При работе подшипника гарантированный слой смазочного масла имеет место в зазоре между валом и втулкой не только в установившемся режиме работы подшипника, но и во время пуска и останове агрегата.
Основные конструктивные параметры гидростатического подшипника показаны на Рис 30.
– b, ширина паза в отверстии втулки,
– D, диаметр опорной цапфы вала,
– k, высота паза в отверстии втулки,
– l, длина паза в отверстии втулки,
– L, длина втулки подшипник,
– n, расстояние от стенки паза до начала кармана,
– h, глубина кармана,
Рис 30 Основные конструктивные параметры радиального гидростатического подшипника
В таб. 4 приведены рекомендации ЭНИМС по назначению конструктивных параметров гидростатических подшипников для точных металлообрабатывающих станков для опор валов диаметром 50, 80 и 120 мм, а также величина зазора в подшипнике Δ, потребный расход Q и давление p смазочного масла подаваемого в подшипник, подъемная сила P и жесткость подшипника j
Таблица 4
Дроссельные устройства, устанавливаемые в месте подвода смазочного масла и карман, могут быть вынесенными и встроенными. На Рис 31а показана конструкция шпиндельного узла высокоточного токарного станка с вынесенными дросселями. Шпиндель 1 установлен в расточке станины на втулках 2 и 3. Подвод смазочного масла в карманы 7 и 9 втулок 2 и 3 осуществляется посредствам соответствующих трубопроводов соединенных с отверстиями вынесенных дросселей 4, установленные на специальном полом стержне 5 и выполненных в виде пакета плоских дисков, на торцах которых имеются кольцевые замкнутые капилляры. На Рис 31б показана конструкция шпиндельного узла высокоточного шлифовального станка с встроенными дросселями. Шпиндель 1 установлен в расточке станины посредствам втулки 2, на опорных поверхностях которой расположены дроссельные каналы 3 и 6 выполненные в виде винтовых канавок. Подвод смазочного масла в карман 4 передней опоры шпинделя осуществляется через систему сверловок 9 в станине станка дроссельную канавку 3 и канал 4, а в заднюю опору шпинделя через систему сверловок 9 в станине станка дроссельную канавку 6 и канал 7.
Рис 31 Варианты конструкции гидростатических опор шпинделей со встроенными и вынесенными дросселями
В данном разделе полной версии статьи приведены 3 варианта конструктивного исполнения гидростатических
подшипников скольжения (см. Рис. в таб.)
Упорный гидростатический подшипник состоит из опоры 1 закрепленной на валу 2, или выполненной с ним за одно целое, подпятника 3 с центральным карманом диаметром d, установленного с в корпусе агрегата (см. Рис. 34). Смазочное масло от насоса H под давлением через дроссель Д и канал в подпятнике 3 подается в карман 4 и далее в зазор h между нижним торцем опоры 1 и верхним торцем подпятника 3.Подъемная сила упорного гидростатического подшипника создается за счет давления смазочного масла р, величина которого зависит от зазора h между опорой и подпятником и величины сопротивления дросселя Д и зависит от площади опорной поверхности подпятника, которая определяется его наружным диаметром D и наружным диаметром кармана d. С увеличением внешней нагрузки Р действующей на упорный подшипник уменьшается величина зазора h, что приводит к росту давления масла р в кармане, создаваемого насосом Н, и повышению несущей способности подшипника. При ударной нагрузке давление масла в кармане резко повышается и может превзойти давление развиваемое насосом, поэтому в магистрали соединяющей подшипник с гидросистемой может устанавливаться обратный клапан.
Рис 34 Схема упорного гидродинами-ческого подшипника
Упорные гидростатические подшипники могут выполняться с одной кольцевой
камерой и центральным подводом смазочного масла через зазор между валом и подпятником (см. Рис. 35а), или с несколькими камерами выполненными в форме сегмента и расположенными равномерно по периметру подпятника, смазочное масло в них подается по отдельным каналам с установленными в них дросселями (см. Рис. 35б). Последние (см. Рис. 35г) могут быть выполнены с дренажом между камерами и без дренажа (см. Рис. 35в) Упорные подшипники с кольцевой опорной поверхностью обычно применяют в комбинированных опорах, а подшипники с опорными сегментами в опорах тяжело нагруженных агрегатов, поскольку обладают большей жесткостью.
Рис 35 Варианты исполнения камер упорного гидродинамического подшипника
Нагрузочная способность гидростатических упорных подшипников скольжения, также как и гидродинамических существенным образом зависит от степени прилегания (параллельности) контактирующих поверхностей подпятника и опорной плиты вала. На Рис 36а конструктивная схема упорного гидростатического подшипника, в котором компенсация непараллельности контактирующих поверхностей обеспечивается за счет выполнения нерабочей поверхности подпятника в виде сферы, контактирующей с ответной сферической поверхностью углубления выполненного в корпусе. На Рис 36б показана конструкция упорного гидростатического подшипника, в котором компенсация непараллельности контактирующих поверхностей обеспечивает ется за счет выполнения опорного торца вала в виде сферы.
Рис 36 Варианты компенсации непараллельности контактирующих поверхностей подпятника и опорной плиты вала упорного
гидростатического подшипника
На Рис 37 показана конструкция самоустанавливающегося упорного гидростатического подшипника, в котором вал соединен с опорной плитой посредствам карданного шарнира. Он содержит вал 1, соединенный посредствам карданного шарнира 8 с опорным диском 9 и установленный посредствам втулки скольжения 2 в сборном корпусе состоящим из стакана 3 и крышки 4 соединенных шпильками 5, который с помощью шпилек 6 закреплен на основании 7 образуя при этом внутреннюю полость 16 в которой с помощью болтов 10 закреплен подпятник 11, выполненный в виде фланца со ступицей. В ступице подпятника 11 расположено центральное отверстие 12 соединяющееся с горизонтальными каналами 13 выполненными во фланцевой части подпятника 11, которые в свою очередь посредствам вертикальных каналов 14 соединяются с сегментными карманами 15 выполненными на верхнем торце фланцевой части подпятника 11 и разделенные перемычками 23. Между верхнем торцем подпятника 11 и нижним торцем опорного диска 9 организован зазор S, величина которого обеспечивает необходимую для работы агрегата жесткость упорного гидростатического подшипника и позволяет смазочному маслу, поступающему в карманы 15, перетекать в карманы 24 выполненные в виде секторов в периферийной части фланца подпятника 11 и далее в полость 16 подшипника. Для слива смазочного масла из упорного подшипника в стакане 3 предусмотрены канал 18 и сливное отверстие 19, а также канавки 14 во втулке 2.
Рис 37 Конструкция самоустанавливающегося упорного
гидростатического подшипника
Работает упорный гидростатический подшипник следующим образом. Смазочное масло через отверстие 12 в ступице подпятника 11 и каналы 13 и 14 поступает в карманы 15 и давление масла в них создает гидростатическое усилие, которое действуя на опорный диск 9 поднимает его вместе с валом 1 агрегата, образуя зазор S между рабочими поверхностями упорного подшипника и далее через этот зазор вытекает в камеру 16. При вращении вала 1 карданный шарнир 3 обеспечивает прилегание нижней плоскости опорного диска 9 к верхней плоскости подпятника 11, что позволяет сохранять неизменной величину зазора S по всей поверхности контакта и поддерживать постоянную величину жесткости упорного подшипника. Основная часть масла из камеры 16 идет на слив через канал 18 и словное отверстие 19, остальное масло идет на слов через канавки 21 во втулке 2 и далее через камеру 17 также поступает в сливное отверстие 19.
Радиально – упорные гидростатические подшипники могут быть комбинированными и коническими и воспринимают разнонаправленную радиальную нагрузку в радиальном направлении и одностороннюю или двухстороннюю нагрузку в осевом направлении (конический подшипник воспринимает осевую нагрузку только в одном направлении). Наибольшее распространение получили комбинированные гидростатические подшипники состоящие из радиального и упорного подшипников, что позволяет упростить конструкцию опоры и выполнить подачу смазочного масла от общей гидравлической системы смазки.
Рис 38 Варианты подвода и канализации масла в радиально – упорных гидростатических подшипниках
Комбинированные гидростатические подшипники могут выполняться с дренажными каналами (см. Рис. 38а) и без дренажных (см. Рис. 38б). Радиальная и упорная часть в комбинированных подшипниках может иметь общий подвод смазочного масла, при этом подвод масла в упорный подшипник осуществляется через зазор между валом и втулкой радиального подшипника (см. Рис. 38б) и индивидуальный (см. Рис. 38а). Конические гидростатические подшипники скольжения применяются намного реже по причине сложности их изготовления. Величина конусности в них устанавливается, прежде всего, в зависимости от назначения подшипника и соотношения осевой и радиальной составляющей действующей на него внешней нагрузки. На Рис. 38в показана конструктивная схема конического гидродинамического подшипника с каналами для подвода смазочного масла в карман и каналом для дренажа, при этом канализация части осуществляется через зазор между валом и втулкой.
Рис 41 Принципиальная гидравлическая схема индивидуальной подачи смазки в
радиальные и упорную гидростатические опоры вала
На Рис 41 показана принципиальная гидравлическая схема индивидуальной подачи смазки в радиальные и упорную гидростатические опоры вала. Она содержит насос высокого давления Н1, обеспечивающий подачу смазочного масла в карманы двух радиальных и упорного подшипников вала, которое поступает к ним по нагнетательной магистрали через дроссели Д1 – Д10 и насос Н2 низкого давления, который обеспечивает возврат в бак масла сливающегося из радиальных и упорного подшипников которое поступает по сливной магистрали. В системе также предусмотрены предохранительный клапан КП, манометр Мн, обратный клапан КО который отсекает магистраль соединяющую насос высокого давления Н1с гидропневмоаккумулятором А после зарядки (набора давления) последним, а также реле давления РД и гидрораспределитель Р. Гидропневмоаккумулятор А предназначен для подачи масла высокого давления в гидростатические опоры вала при аварийной ситуации когда, давление масла в напорной магистрали падает ниже допустимой величины, о чем сигнализирует реле давления РД и дает сигнал на остановку привода вала, а также включает гидрораспределитель Р, который соединяет гидропневмоаккумулятор А с напорной магистралью питающей карманы гидростатических подшипников
Методика расчета и основные расчетные формулы для радиальных и упорных гидростатических подшипников приводятся в работах [3], [7], [8], [9].
В данном разделе полной версии статьи содержится 5 примеров
конструктивного исполнения радиальных и упорных
гидпростатических подшипников (см. Рис. в таб.)
Сборка опор с подшипниками скольжения
Все подшипники скольжения, полусухого или полужидкостного трения, можно разделить на разъемные и неразъемные. Технология сборки подшипников с неразъемным корпусом, которые используются практически во всех областях машиностроения, состоит в запрессовке втулки в корпус, последующем контроле ее положения и размера отверстия, а при необходимости и доводки отверстия во втулке с целью достижения размера, позволяющего получить требуемый зазор между отверстием подшипника и наружным диаметром цапфы устанавливаемого в него вала, а в ряде случаев и дополнительного стопорения втулки (см. Рис. 49)
Рис. 49. Способы дополнительной фиксации втулок скольжения
в корпусной детали.
В данном разделе полной версии статьи приведены 5 вариантов конструкции оснастки для механизации процесса сборки втулок подшипников скольжения
Полная версия статьи содержит 44 страницы текста и 51 рисунок.
ЛИТЕРАТУРА
1. Анурьев В.А. Справочник конструктора – машиностроителя, том 2. М.: Машиностроение 1979г.
2. Бейзельман Р. Д. Подшипники качения. М: Машиностроение 1975г
3. Бушуев В. В. Гидростатическая смазка в станках М.: Машиностроение 1989г
4. Детали и механизмы металлорежущих станков. том 2 Шпиндели и их опоры, детали приводов. Под редакцией Д. Н. Решетова Машиностроение 1972г
5. Игнатьев Н. П. Учебно – методическое пособие Основы проектирования часть 2. Методика проектирования механизмов и систем. Азов 2011г.
6. Игнатьев Н. П. Обеспечение точности при проектировании приводов и механизмов. Азов 2012г.
7. Игнатьев Н. П. Справочно – методическое пособие. Проектирование сборочной оснастки Азов 2014г
8. Орлов И. П. Справочно – методическое пособие. Основы конструирования книга 2 М.: Машиностроение 1977г
9. Проников А. С. Справочник – учебник Проектирование металлорежущих станков и станочных систем часть 2 Расчет и конструирования узлов и элементов станков М.: Машиностроение 1995г
10. Тодер И. А. Крупногабаритные гидростатодинамические подшипники. М.: Машиностроение 1976г
Для приобретения полной версии статьи добавьте ее в корзину
Стоимость полной версии статьи 150 руб
