Розрахунок і вибір посадок з зазором в підшипниках ковзання.

Найбільш розповсюдженим типом відповідальних рухомих з'єднань є підшипники ковзання, що працюють в умовах рідинного тертя. Для забезпечення максимальної довговічності необхідно, щоб при роботі в сталому режимі знос підшипників був мінімальний. Це досягається при рідинному змащенні, коли поверхні цапфи і вкладиша підшипника повністю розділені шаром мастильного матеріалу. Найбільше поширення мають гідродинамічні підшипники, у яких мастильний матеріал захоплюється обертовою цапфою в поступово звужуючийся (клиновий) зазор між цапфою і вкладишем підшипника, у результаті чого виникає гідродинамічний тиск, що перевищує навантаження на опору і прагне розклинити поверхні цапфи і вкладиша. При цьому вал відокремлюється від поверхні вкладиша і зміщається по напрямку обертання. Коли вал знаходиться в стані спокою (на рис.17 штрихова лінія), зазор S_s = D – d = 2e_s. При визначеній частоті обертання вала (інші фактори постійні) створюється рівновага гідродинамічного тиску і сил, що діють на опору. Положення вала в стані рівноваги визначається абсолютним е і відносним χ = 2е/S ексцентриситетами. Поверхні цапфи і вкладиша підшипника при цьому розділені перемінним зазором, рівним h_min у місці їхнього найбільшого зближення і h_max = S – h_min на діаметрально протилежній стороні. Найменша товщина масляного шару h_minзв'язана з відносним ексцентриситетом χ залежністю:

 

Рис.17 Параметри посадок з зазором

Для забезпечення рідинного змащення необхідно, щоб мікронерівності цапфи і вкладиша підшипника не зачіпалися, тобто щоб масляний шар не мав розривів. Це можливо при товщині масляного шару в найвужчому місці

де k_Ж.Т. ³ 2коефіцієнт запасу надійності по товщині масляного шару (коефіцієнт рідинного тертя);

R_ZD , R_Zd – висота мікронерівностей поверхні, відповідно, отвору і вала, мкм;

h_qо = 2¸ 6мкм – добавка, що враховує відхилення умов роботи підшипника від розрахункових.

Найменший функціональний зазор, при якому утвориться масляний клин:

Найбільший функціональний зазор, при якому зношений підшипник буде сприймати задане навантаження без руйнування масляного шару:

де k – коефіцієнт, що враховує конструкцію підшипника;

m – коефіцієнт, що залежить від відношення довжини підшипника до діаметра l/d і типу підшипника – половинний або повний;

μ₁ і μ₂ – динамічна в'язкість мастила, що відповідає середнім температурам t₁ і t₂ мастильні шари відповідно при Smin і Smax, Па·с;

ω– кутова швидкість обертання вала, рад/с; ;

d – діаметр з'єднання з зазором, мм;

p – питоме навантаження в з'єднанні, Н/м²; ;

l – довжина з'єднання, мм

R – радіальне навантаження, що діє на підшипник, Н;

Якщо під коренем виходить негативне число, це свідчить про неможливість нормальної роботи підшипника при заданих умовах. У цьому випадку необхідно повернутися до початку розрахунку і зменшити висоту мікронерівностей поверхні отвору і вала R_ZD , R_Zd, або збільшити динамічну в'язкість мастила μ₁і μ₂ , прийнявши іншу марку мастила, або змінити одночасно обидва параметри. Після цього необхідно повторити розрахунок.

Результат обчислень необхідно одержувати з точністю до 6-ти знаків після коми, щоб потім перевести в мікроміри, тому що в довіднику значення граничних зазорів даються в мікрометрах.

Порівнюємо отримане значення мінімального функціонального зазору Smin з товщиною найменшого масляного шару h_min.

Smin ≥ h_min.

У випадку не дотримання нерівності або одержання під коренем негативного значення необхідно перерахувати з заміною величин μ₁, μ₂, R_ZD, R_Zd.

Вибираємо табличну посадку для з'єднання з зазором за розрахунковим значенням Smin і Smax. При цьому повинні виконуватися наступної умови:

Величина S_minТ повинна бути небагато більше або дорівнює Smin, а величина Smax повинна бути набагато менше Smax, щоб забезпечити більшу величину зазору на знос, що збільшить термін служби підшипника.

Перевагу надають посадкам в системі отвору.

Перевіряємо обрану посадку за коефіцієнтом навантаження підшипника:

де p – питоме навантаження в з'єднанні.

ψ = S/d – відносний зазор, мм

За коефіцієнтом навантаження підшипника перевіряються три отриманих зазори – S_minТ, Smax, Smax. При цьому у формулу послідовно підставляються ці три зазори, виражені в мм. Для мінімального зазору S_minТ у формулу підставляється значення μ₁динамічної в'язкості мастила, а для максимальних зазорів Smax і Smax значення μ_2.

Далі визначаємо величину відносного ексцентриситету χ у залежності від отриманих значень , , , що відповідає заданому відношенню l/d. Для цього окремо для кожного обчисленого значення будують графічні залежності C_R від χ с таким розрахунком, щоб обчислене значення C_R знаходилося між двома прилеглими табличними значеннями Потім, методом інтерполяції визначають , і .

У випадку якщо хоча б одне зі значень χ_роз. < 0.3, те необхідно прийняти іншу посадку з більшим значенням табличного зазору S_maxТ.

Перевіряємо обрану посадку за коефіцієнтом рідинного тертя. Для цього визначаємо дійсну товщину масляного шару h_д , вважаючи, що вона є найменшою товщиною масляного шару h_min.

У цю формулу послідовно підставляють значення трьох отриманих зазорів S_minТ, Smax, Smax і трьох отриманих величин відносного ексцентриситету χ. Одержуємо три значення величини мінімального масляного шару , , .

Одержуємо вираження для визначення коефіцієнта запасу надійності по товщині масляного шару, що повинний бути не менше 2:

Послідовно підставляючи у формулу три значення величини мінімального масляного шару , , , одержуємо три коефіцієнти рідинного тертя , , . Якщо хоча б одне значення менше 2, необхідно прийняти іншу посадку з біьшим значенням табличного зазору S_maxТ.

Перевіряємо обрану посадку за коефіцієнтом технологічної точності:

Якщо найменший табличний зазор Smin > Smin, то при обчисленні коефіцієнта K_T беруть значення Smin.