Вали і осі обертаються в опорах, в якості яких служать підшипники кочення і ковзання. Опорні частини валів і осей називають цапфами. при цьому кінцеві цапфи для підшипників ковзання називають шипами. а проміжні - шийками (рис. 27 а). Кінцеві опорні поверхні валів і осей, призначених для сприйняття осьових навантажень, називають п'ятами. а підшипники ковзання, в яких вони розміщуються, - підп'ятниками (рис. 27 б).
Конструктивна форма вала або осі багато в чому визначається видом їх з'єднання з насадженими на них деталями. Види цих сполук дуже різноманітні і вибираються відповідно до величини і родом переданих навантажень, а також необхідною точністю центрування насаджених деталей. Найчастіше деталі закріплюються на валу або осі шпонками або шліцами, або посадкою з гарантованим натягом.
Для осьового фіксування деталей (зубчастих коліс, підшипників і ін.) На валах виконують наполегливі буртики або заплечики (рис. 28). Перехідні ділянки валів між сусідніми ступенями різних діаметрів виконують радіусної жолобником (рис. 28 а) або у формі канавки (рис. 28 б).
Для виготовлення валів і осей використовують вуглецеві стали марок 20, 30, 45 і 50, леговані стали марок 20Х, 40Х 40ХН та ін.
Вибір матеріалу, термічної і хіміко-термічної обробки визначається конструкцією вала і опор, умовами експлуатації.
Загальні відомості про опорах валів і осей
Опорами називають пристрої, що забезпечують обертання рухомих частин механізму і безпосереднє сприйняття тиску з боку вала або осі. Залежно від виду тертя опори (підшипники) бувають з тертям ковзання і тертям кочення.
Опори з тертям ковзання мають наступні переваги:
- вони можуть працювати при високих швидкостях і навантаженнях в агресивних середовищах;
- вони малочутливі до ударних і вібраційних навантажень;
- їх можна встановлювати в місцях, недоступних для установки підшипників кочення, наприклад на шиях колінчастих валів.
До основних недоліків опор з тертям скольженіяотносятся:
- більш високі втрати на тертя при звичайних умовах;
- ускладнені системи змащення важко навантажених, швидкохідних підшипників;
- необхідність постійного контролю мастила (виняток становлять приладові підшипники з фторопласту і капрону, а також металокерамічні підшипники);
- необхідність застосування дефіцитних матеріалів і високої твердості поверхні цапф;
- великі осьові габарити;
До переваг опор з тертям кочення відносяться:
- малі втрати на тертя і моменти опору при рушанні з місця;
- відносна простота збірки і ремонту механізмів;
- малі габарити в осьовому напрямку.
Недоліками цих опор є:
- підвищена чутливість до ударних і вібраційних навантажень,
- підвищені радіальні габарити.
Надійність роботи підшипників значною мірою визначає працездатність і довговічність машин.
Підшипник ковзання (рис. 29) - це пара обертання, що складається з опорного ділянки вала (цапфи) 1 і самого підшипника 2. в якому ковзає цапфа.
Завдяки зазначеним вище достоїнств, а також за конструктивними і економічних міркувань опори ковзання знаходять широке застосування в парових і газових турбінах, двигунах внутрішнього згоряння, відцентрових насосах, центрифугах, металообробних верстатах, швейному обладнанні. Вони відрізняються великою різноманітністю конструктивних форм складових частин.
По виду тертя ковзання розрізняють підшипники: сухого тертя. що працюють на твердих мастильних матеріалах або без мастильного матеріалу; граничного тертя. при якому шар мастила, що розділяє підшипник і цапфу вала, становить не більше 0,1 мкм; рідинного тертя і з газової мастилом.
По виду сприйманого навантаження підшипники поділяють на: радіальні. сприймають радіальне навантаження (рис. 30 а); радіально-наполегливі. якщо підшипник може крім радіального навантаження сприймати частково і осьову (рис. 30 б, в); наполегливі. сприймають осьове навантаження (рис. 30 г).
Форма робочої поверхні підшипників і цапф може бути циліндричної (рис. 30 а), конічної (рис. 30 б), кульової (рис. 30 в) і плоскої (рис. 30 г). Конічні і кульові підшипники застосовуються рідко. Умови роботи підшипників ковзання визначаються основними параметрами режиму роботи: питомим навантаженням р і кутовий швидкістю # 969 ;.
3.4.2. Конструкції підшипників ковзання
Підшипники ковзання складаються з двох основних частин: корпусу і підшипникової втулки (вкладиша), що контактує з цапфою вала. Застосування вкладишів дозволяє виготовляти деталі корпусів з дешевих матеріалів і полегшує ремонт. У малогабаритних і невідповідальних підшипниках вкладиші іноді відсутні, їх призначення в цьому випадку виконує корпус.
Конструкції деталей корпусів і вкладишів різноманітні і залежать від конструкції механізмів і машин в цілому, умов монтажу та експлуатації.
Конструкції опор з підшипниками ковзання можна умовно розділити на підшипники з нероз'ємним корпусом і роз'ємним.
Підшипники з нероз'ємним корпусом порівняно прості і дешеві, але складні при монтажі (потрібно осьової зрушення вала, не допускається регулювання зазору). Це обмежує їх використання маловідповідальних тихохідними конструкціями.
Роз'ємні стандартні підшипники широко застосовуються в різних конструкціях.
Роз'ємний підшипник (рис. 31) складається з корпусу 1. кришки 2. вкладиша 3. кріпильних болтів з гайками 4 і маслянки 5. Роз'єм вкладиша роблять по його діаметру, а роз'єм корпусу - ступінчастим. Уступ в ступінчастому роз'ємі перешкоджає поперечному зсуву кришки щодо корпусу підшипника.
Роз'єм вкладиша зазвичай виконують в площині, перпендикулярній радіальному навантаженні. Мастило здійснюють різними мастильними матеріалами за допомогою ковпачкових маслюк або рідкими маслами за допомогою крапельних маслюк, наприклад в швейних машинах.
Підшипникові втулки (вкладиші) виконують в стандартному і оригінальному виконанні циліндричними без бурту (буртів) для радіального навантаження (рис. 32 а) і з бурти (буртами) для сприйняття одно- або двосторонньої осьового і радіального сил (рис. 32 б, в, г). Їх виготовляють нероз'ємному (рис. 32) і роз'ємними (рис. 33).
Для розподілу мастила по довжині вкладиша на його внутрішній поверхні роблять канавки або виїмки (кишені) (рис. 33). Їх розташовують в місці підведення мастила. Розташування і форма канавок і каналів, що підводять мастило, залежать від конструкції опори і особливостей експлуатації. Від осьового переміщення вкладиші фіксують за допомогою гвинтів або штифтів (рис. 34).
Вкладиші виготовляють з матеріалів з високими антифрикційними властивостями, що володіють хорошою теплопровідністю, прірабативаемость і смачиваемостью мастильними матеріалами, твердістю.
Найбільш поширеними матеріалами вкладишів є бабіти Б16 і Б83. бронзи БрО10Ф1. БрА9Ж3л і ін. Латунь ЛМцОС58-2-2-2. антифрикційні чавуни АСЧ1, АСЧ-2, АСЧ-3 і ін.
Вкладиші малонавантажених і низькооборотних механізмів виготовляють з металокераміки, пластмас. Втулки і вкладиші підшипників ковзання, виготовлені з неметалевих матеріалів (текстоліт, гума, капрон та ін.), Коштують дешевше металевих. Вони володіють хорошими антикорозійними властивостями, можуть працювати без мастила або з водяною мастилом, мають підвищену навантажувальну здатність і опірність удару, зносостійкі і не схильні до заїдання.
Практика експлуатації підшипників ковзання показала, що їх робота в умовах сухого і граничного тертя супроводжується зношуванням. Відмови таких підшипників відбуваються через заїдання (дифузійної зварювання), пластичного деформування, абразивного зношування, особливо небезпечного при засміченні мастильного матеріалу, а також втомного руйнування і відшаровування фрикційного шару при вібраційних і ударних навантаженнях. Ці ушкодження залежать від питомого навантаження, швидкості, в'язкості матеріалу і інших параметрів режиму роботи, що використовуються як критерії працездатності.
Підшипники рідинного тертя працюють без зношування, якщо не порушується режим мастила. У зв'язку з цим для них основним критерієм працездатності є номінальна товщина шару мастильного матеріалу, що виключає контакт микронеровностей цапфи і підшипника (вкладиша).