книги из ГПНТБ / Серебренников Ю.Н. Детали машин учебник для авиационных специалистов

Вкладыши делаются из стали, антифрикционного чугу­ на, бронзы, текстолита, лигностона, лигнофоля и др. Тол­ щина вкладышей S = (0,05— 0,l)rf-f-5 мм, где d — диа­

метр цапфы.

увеличения долговечности заливают по внутренней поверх­ ности баббитом толщиной от 1 до 3 мм. При ремонте под­ шипников остатки баббита выплавляют и заливают вновь, растачивая вкладыши по размеру цапфы.

Корпус подшипника в авиационных конструкциях де­

лается литым из сплавов алюминия и магния, в общем ма-

шиностроении часто делают сварные корпуса (рис. 177).

В крышке корпуса предусматри­ вается отверстие для подвода смаз­

которые могут иметь перекос вала во время работы. Под действием внешних сил оси и валы

деформируются и опоры могут получить некоторый пере­ кос, как показано на рис. 179. Этот перекос приведет к вы­ давливанию смазки из-под наиболее нагруженных участков

опоры, вследствие чего увеличится износ и выделение тепла,

что при длительной работе приведет к выплавлению баббита и, таким образом, к выходу из строя всей машины. Чтобы

149

избежатьэтого, применяют самоустанавливаюшиеся под­ шипники, имеющие шаровые опоры (рис. 180), которые за­ нимают в своих гнездах положение, соответствующее про­ гибу вала.

На рис. 181 схематически показан подшипник с само-

устанавливающимися вкладышами 3 из закаленной стали

с отшлифованной поверхностью, которые вместе с валом 1 могут поворачиваться при деформациях вала. В корпусе подшипника 4 запрессовано кольцо 2 с баббитовой залив­ кой 5. Для подачи смазки в корпусе и в кольце имеется канал 6, заканчивающийся круговой канавкой, сделанной в баббитовой заливке.

Расчет подшипников скольжения

Точный расчет подшипников скольжения производится на основе гидродинамической теории смазки, творцом ко­ торой считается профессор Петербургского технологиче­ ского института Н. П. Петров.

Приближенный расчет можно производить по несущей способности подшипника, определяемой из условия нор­ мальной работы подшипника на нагрев по формуле

WOO-^-fM,

где Р — опорная реакция; п — число оборотов цапфы;

I — длина подшипника;

[рг>] — условный коэффициент, выбираемый по табли­

це 20.

150

Из этого условия обычно определяют длину подшип­ ника I. Диаметр подшипника выбирается в соответствии с

диаметром цапфы.

Преимущества и недостатки подшипников скольжения

Преимуществами подшипников скольжения являются прежде всего простота конструкции и удобство монтажа и демонтажа, так как установка этих подшипников возможна в любом месте любого фасонного вала. Ценным преимуще­ ством является также малая чувствительность подшипни­ ков скольжения к ударным нагрузкам. Любое внезапное увеличение действующей нагрузки передается через сра­ внительно большую опорную площадь, в результате чего увеличение давления па единицу площади происходит не так резко.

К недостаткам подшипников скольжения относятся:

а) сравнительно большие потери мощности на трение; б) большой расход смазки; в) сравнительно большая длина подшипника;

г) тяжелый запуск машины и др.

В силу рассмотренных недостатков применение этих подшипников на современных быстроходных машинах и, в частности, на современных реактивных авиационных дви­

гателях становится невозможным.

Конструкция подшипников трения качения

Стремление устранить недостатки подшипников трения

скольжения, рассмотренные выше, привело к созданию опор, в которых трение скольжения заменено трением ка­ чения, т. е. привело к применению так называемых шари­ ковых и роликовых подшипников.

Подшипники качения имеют следующие преимущества;

а) малые потери мощности на трение; б) легкий запуск машины;

в) малый расход смазки; г) отсутствие износа вала.

Однако и эти подшипники не лишены недостатков, к чи­

слу которых прежде всего нужно отнести:

а) трудность монтажа и демонтажа ввиду отсутствия разъема;

б) большой диаметр подшипника;

151

в) большая чувствительность к ударным нагрузкам, так как нагрузка от вала на корпус передается подшипником

только через незначительную площадь.

Стремление уменьшить чувствительность подшипников к ударным нагрузкам привело к переходу от шариков к те­ лам качения с большей площадью контакта, таким как ро­

лики и затем иглы, представляющие собой ролики мень­ шего диаметра, но большей длины. Вследствие этого по­

явились три типа подшипников качения: шариковые, роли­ ковые и игольчатые (рис. 182).

В зависимости от нагрузки, которую воспринимают под­ шипники, их делят на:

а) Радиальные подшипники, воспринимающие радиаль­ ные нагрузки (рис. 182). Однако практика показала, что

Рис. 182. Подшипники качения

они успешно воспринимают и осевую нагрузку, не превы­ шающую 20—25% радиальной нагрузки, а при больших скоростях могут воспринять осевую нагрузку, даже превы­ шающую радиальную.

б) Упорные подшипники, воспринимающие осевые на­ грузки (рис. 183).

в) Радиально-упорные подшипники, воспринимающие и радиальную и осевую нагрузки (рис. 184).

Все подшипники по отношению диаметра тела качения к диаметру беговой дорожки кольца, по которому они ка­ тятся, делятся на три серии: легкую (Л), среднюю (С) и тяжелую (Т). По числу рядов катящихся тел бывают одно­ рядные и двухрядные подшипники.

Особое место в классификации подшипников занимает самоустанавливающийся подшипник, допускающий перекос вала во время работы. На рис. 185 показан двухрядный

самоустанавливающийся шариковый подшипник.

152

Основными частями подшипников качения являются

(рис. 186):

Тела качения Г. шарики а, ролики б (ролики в свою очередь по форме могут быть цилиндрическими, бочкооб­ разными и коническими) и иглы в.

Внутреннее кольцо 2. Это кольцо чаще всего туго наде­ вается на вал и вращается вместе с валом.

Рис. 183. Упорный под­ шипник

Наружное кольцо 3. Это кольцо неподвижно устанавли­

вается в корпус подшипника.

Сепаратор 4. Сепаратор — промежуточное кольцо для

равномерного размещения тел качения по окружности кольца.

Наиболее ответственными деталями в подшипниках яв­ ляются тела качения и кольца, по которым они катятся.

При работе шарики и вращающееся кольцо, попадая в

153

зону нагрузки, подвергаются быстро нарастающему от нуля до максимума давлению с последующей разгрузкой до нуля.

Под действием повторяющихся нагрузок на поверхности беговых дорожек главным образом внутреннего кольца

возникают контактные напряжения, которые являются причиной усталостного разрушения материала колец.

Опытами установлено, что полному разрушению под­ шипника предшествует появление трещин на поверхностях колец и тел качения, которые вначале малы и обнаружи­ ваются лишь под микроскопом, а затем, увеличиваясь, при­ водят подшипник к разрушению.

Практика эксплуатации двигателей с центробежными компрессорами показала, что в наиболее тяжелых условиях в современном реактивном двигателе работают средний

шариковый подшипник как наиболее нагруженный и зад­ ний роликовый подшипник как работающий в наихудших

температурных условиях.

Главными причинами разрушения этих подшипников являются: усталость материала и дефекты маслосистемы двигателя, приводящие к нарушению режима охлаждения подшипников.

Срок появления признаков усталостного разрушения за­ висит от числа нагружений в единицу времени. Чем меньше число циклов нагружения, тем больше, при прочих

равных условиях, долговечность подшипника.

Под долговечностью подшипника понимается время (в рабочих часах), в течение которого не менее 90% под­ шипников должны при испытании проработать без появле­ ния признаков начала усталости (шелушения, следов вы­

крашивания и др.).

Для определения долговечности авиационных подшип­ ников берут 100% подшипников.

Зависимость между долговечностью, нагрузкой, числом оборотов и конструктивными характеристиками выра­ жается для радиальных подшипников полуэмпирической формулой

С= (/? +mA) k6 ■ kKkT (ntif't,

а для упорных подшипников

C=A(nh)°’3k6kT,

где С —коэффициент работоспособности подшипника;

R — фактическая радиальная нагрузка;

154

A — фактическая осевая нагрузка;

т— переводной коэффициент осевой нагрузки в ра­ диальную, определяется по.таблице 27;

k6 — коэффициент безопасности, зависящий от харак­ тера нагрузки, принимается по таблице 28;

kK— коэффициент долговечности, учитывающий, какое из колец вращается; определяется по таблице 29;

155

предъявляют к подшипникам особые требования. Причиной

выхода из строя высокоскоростных подшипников может явиться не только усталостное разрушение поверхностей и

тел качения, но и ряд других факторов, как-то: разрыв се­ паратора, перегрев подшипника, наволакивание металла сепаратора на шарики и т. д.

В качестве высокоскоростных подшипников в настоящее время используются радиальные и радиально-упорные ша­ рикоподшипники повышенной точности с хорошо сбаланси­ рованным сепаратором, с высокой чистотой отделки и ми­ нимальной эксцентричностью дорожек качения и с высокой точностью сортировки шариков. Расчетный срок службы

высокоскоростных подшипников определяется от 200 час

до 20 мин, однако средний срок службы подшипника может

иногда превысить расчетный в два — пять раз.

Подбор подшипников качения сводится к определению работоспособности подшипника С в зависимости от вы­ бранных по таблицам коэффициентов tn, k6, kK, kT приня­

той долговечности подшипника, которая практически

вобщем машиностроении принимается в пределах

5000—10 000 раб. час., а для высокоскоростных не более

200 час,

156

По найденной работоспособности и по диаметру цапфы по таблицам ГОСТ подбирается подшипник (см. приложе­ ние 3).

Ниже приводится пример приближенного расчета под­ шипника.

незначительна и ею можно пренебречь. Долговечность 200 час (вы­ сокоскоростной подшипник), температура до 100° С.

по приведенной ранее формуле с введением так называе­ мого скоростного коэффициента р, который определяется по

Общие сведения

В современных авиационных реактивных двигателях передача мощности от турбины к компрессору произво­ дится при помощи двух соединенных друг с другом валов (рис-, 187), Почему пришлось ставить два вала, а не один?

Как показали расчеты, один вал, имеющий две опоры

(у компрессора и у турбины), оказался не жестким, что вызвало необходимость устройства средней опоры.

Какой же подшипник поставить на средней опоре?

157

С точки зрения удобства монтажа единственным под­ шипником мог быть только подшипник скольжения. Однако скорость вращения и передаваемая мощность настолько ве­ лики, что постановка под­ шипника скольжения ока­

залась невозможной.

Подшипник же каче­ ния при наличии фланцев на валу для крепления компрессора и турбины и при отсутствии разъема поставить нельзя.

Единственным правиль­ ным решением данного вопроса оказалось приме­

нение разрезанного вала, что позволило поставить подшип­ ник качения, а для соединения двух сооснорасположенных половинок вала, вращающихся с одинаковой скоростью, установить соединяющую их деталь, которую называют муфтой.

Из этого примера становится ясным назначение муфт.

Муфты служат для передачи крутящего момента между

двумя сооснорасположенными валами, вращающимися с

одинаковой скоростью.

Помимо этого основного назначения, муфты выпол­ няют самые разнообразные функции предохранительных устройств, защищающих детали от перегрузки, устройств, регулирующих скорость движения и др.

В зависимости от назначения и характера работы в ма­ шиностроении применяется большое количество муфт раз­ нообразной конструкции, начиная от очень простых и кон­ чая чрезвычайно сложными.

От работы муфты зависит и работа всей машины, по­ этому муфта должна быть надежна в работе. Кроме того,

муфты должны быть легкими и компактными. В быстро­

ходных машинах во избежание биения муфты должны под­

вергаться динамической балансировке. Управление муф­

тами должно быть простым и легким.

Все муфты можно, разделить на две большие группы:

1.Постоянные, муфты, наглухо соединяющие валы.

Разъединение их возможно только при полной остановке машины.

2.Сцепные муфты, позволяющие производить соедине­

ние и разъединение валов без остановки машины,

158