Подшипниковые узлы с подшипниками скольжения и их сборка.

Подшипник скольжения состоит из корпуса и помещенного в него вкладыша, на который опирается вал. Корпус изготавливают обычно из чугуна, а вкладыш — из материала, который в паре с материалом вала обеспечивает наименьший коэффициент трения. Для изготовления вкладышей подшипника используют антифрик­ционные чугуны, бронзы, а также пластические массы, выбор кото­рых зависит от условий работы подшипника скольжения. При изнашивании замена вкладыша дешевле, чем замена подшип­ника в целом.

По конструкции различают подшипники с разъемным и не­разъемным корпусом.

Вкладыш неразъемного подшипника скольжения выполняется в виде втулки, которая устанавливается (чаще всего прессовани­ем) в отверстие корпуса.

Вкладыш разъемного подшипника состоит из двух частей: ниж­ней и верхней, которые монтируют в корпусе и крышке подшип­ника.

При работе в режиме жидкостного трения применяют подшип­ники скольжения с сегментными вкладышами, которые обеспечи­вают образование нескольких масляных клиньев, а соответствен­но, и надежную работу узла.

В подшипниках скольжения для увеличения несущей способ­ности и увеличения надежности работы применяют самоустанавливающиеся сегменты.

В современном машиностроении применение подшипников скольжения ограничено определенными условиями эксплуатации. В основном их используют в следующих случаях: для быстроходных валов, при работе которых долговечность подшипников каче­ния очень мала; при необходимости особо точной установки валов; при применении в механизме валов очень большого диаметра, для которых не изготавливают серийно подшипники качения; для коленчатых валов, когда в процессе сборки требуется разъемный подшипник; для валов, испытывающих ударные нагрузки (исполь­зуются демпфирующие свойства масляного слоя подшипника скольжения); если по условиям эксплуатации подшипник работает в воде или в агрессивных средах; для тихоходных передач, так как в этих случаях подшипник скольжения оказывается проще по кон­струкции и дешевле, чем подшипник качения.

В зависимости от условий эксплуатации используют подшип­ники скольжения различных конструкций: радиальные, восприни­мающие нагрузки, перпендикулярные оси вала; упорные (подпят­ники), воспринимающие нагрузки, направленные вдоль оси вала; радиально-упорные, которые могут одновременно воспринимать нагрузки, направленные как перпендикулярно оси вала, так и вдоль нее (такие подшипники применяют крайне редко; при одно­временном действии радиальных и осевых нагрузок чаще приме­няют одновременную установку в узел радиального и упорного подшипников).

К узлам с подшипниками скольжения предъявляют следующие технические требования:

• конструкция подшипника и материал, из которого он изготовлен, должны быть такими, чтобы трение и износ были минимальными;
• конструкция подшипника должна обеспечивать доста­точную прочность и жесткость, чтобы противостоять усилиям, воздействующим на подшипник вследствие де­формации;
• поверхности контакта должны воспринимать действую­щие на них усилия без выдавливания смазки, а также отводить теплоту, возникающую за счет сил трения в процессе работы подшипника;
• конструкция подшипника должна обеспечивать просто­ту сборки и обслуживания;
• отверстие в подшипнике должно иметь правильную ци­линдрическую форму;
• торцы подшипника должны быть перпендикулярны его оси;
• отверстия всех опор вала должны быть соосны;
• втулки неразъемных подшипников скольжения должны надежно закрепляться в корпусе;
• вкладыши разъемных подшипников скольжения должны быть точно подогнаны по гнездам корпуса и крышки;
• в разъемных подшипниках толщина прокладок для регу­лирования зазора должна быть не более 2 мм;
• слой залитого в подшипники баббита должен быть ров­ным, без раковин и отслоений.

Для повышения КПД, а также для снижения до минимума тре­ния, изнашивания и нагрева сопрягаемых поверхностей применя­ют различные типы смазочных материалов.

В зависимости от толщины масляного слоя различают несколь­ко режимов работы подшипников скольжения: сухое трение (ра­бота без смазки) — в нормально работающих подшипниках сколь­жения не встречается; полусухое трение — имеет место при не­устоявшемся режиме работы подшипника скольжения, а также при недостаточной смазке (коэффициент трения при этом состав­ляет 0,1 …0,5); полужидкостное трение, при котором большая часть поверхности контакта разделена слоем смазки, но отдельные эле­менты сопрягаемых поверхностей соприкасаются (коэффициент трения при этом составляет 0,008…0,08; в этом режиме работает большинство подшипников скольжения); жидкостное трение, при котором смазка полностью отделяет вращающуюся цапфу от не­подвижной опоры (коэффициент трения в этом случае составляет 0,001…0,008; в режиме жидкостного трения работают точно изго­товленные подшипники при относительно малых нагрузках и больших скоростях вращения (например, подшипники шлифо­вальных станков).

Уменьшение скорости скольжения, увеличение нагрузки и тем­пературы нагрева подшипников скольжения в процессе работы могут привести к нарушению режима жидкостного трения и пере­ходу к работе в режиме полужидкостного трения.

Для обеспечения наиболее благоприятного для работы под­шипника скольжения режима жидкостного трения необходимо создать избыточное давления в местах сопряжения деталей под­шипникового узла. Создание избыточного давления может быть обеспечено гидростатическим (с помощью насоса) или гидродинамическим (с помощью вращения вала) путем. При вращении вал под воздействием внешних сил занимает эксцентрическое поло­жение, и в зазор, возникающий между валом и подшипником, по­ступает масло. В образовавшемся масляном клине создается избы­точное гидродинамическое давление, обеспечивающее жидкост­ное трение.

Для смазывания подшипников скольжения применяют различ­ные смазывающие материалы, которые подразделяют на жидкие и густые (консистентные), твердые и газообразные.

Основным смазочным материалом являются жидкие масла, ко­торые хорошо распределяются по сопрягаемым поверхностям, об­ладают малым внутренним трением и хорошо работают в значи­тельном диапазоне температур.

Консистентные смазки применяют в подшипниках скольжения в тех случаях, когда требуется надежная герметизация подшипни­кового узла.

Твердые смазочные материалы используют для смазывания подшипниковых узлов с подшипниками скольжения, работающи­ми при больших температурах.

Воздушную смазку применяют в подшипниковых узлах с под­шипниками скольжения быстроходных и мало нагруженных ва­лов.

Для равномерного распределения смазки по всей поверхности сопряжения во вкладышах подшипников скольжения делают ка­навки, которые обычно размещают в мало нагру­женной части подшипника. Если подшипник в процессе работы испытывает большие нагрузки, то помимо смазочных канавок вы­полняют еще и смазочные карманы (специальные углубления, в которых размещается запас смазки). Наличие в подшипнике скольжения смазочного кармана способствует попаданию смазки по смазочным канавкам в наиболее нагруженные места. Длина смазочных канавок в целях предотвращения вытекания масла из подшипника скольжения не должна превышать 0,8 длины его ра­бочей поверхности.

Сборка неразъемных подшипников скольжения.

Перед нача­лом сборки неразъемного подшипника скольжения необходимо проверить соответствие геометрических размеров и формы поса­дочных мест на валу и во втулке требованиям чертежа. Контроль геометрических размеров и формы посадочных мест осуществля­ется универсальными (микрометр, микрометрический нутромер) или специальными (калибр-скобы и калибр-пробки) измеритель­ными инструментами. После проверки посадочных размеров производят запрессовку втулки в корпус. Поскольку размер отверстия во втулке вследствие пластического деформирования в процессе запрессовки уменьшается, то после установки втулки в корпус не­обходимо восстановить номинальный размер ее отверстия развертыванием или растачиванием. В связи с тем что в процессе возникновения нагрузок в ходе эксплуатации подшипникового узла с подшипником скольжения возможно про­ворачивание втулки в корпусе, необходимо предупредить такую возможность, осуще­ствив ее стопорение от возможного проворачивания.

Запрессовка втулки в корпус может быть осуществлена молот­ком с использованием специальных оправок, на прессе (ручном винтовом или стационарном) или методом глубокого охлаждения (применяют, как правило, при установке тонкостенных втулок в корпус большой массы).

При запрессовке втулок в корпус неразъемного подшипника скольжения весьма важно обеспечить соосность втулки и отвер­стия в корпусе, для чего рекомендуется применять приспособления, обеспечивающие центрирование втулки относительно оси отверстия в корпусе (рис. 1).

Втулку 1 надевают на оправку 2, которая центрируется в стой­ке 3. При приложении усилия оправка 2 перемещается вместе со втулкой, которая запрессовывается в отверстие корпуса 4.

Для лучшего направления втулки в отверстие на направляющей поверхности должны быть предусмотрены фаски или направляю­щие пояски. Если посадка втулки в корпус осуществляется с боль­шим натягом, то для уменьшения сил трения при запрессовке при­меняют машинное масло.

Механизировать процесс запрессовки втулок в корпус можно, используя специальную установку (рис. 2). Эта стационарная установка монтируется на основании 12 и состоит из насосной станции 11, подъемника 9 с консольной стрелой 7, механизма подъема 8 и двух сменных силовых цилиндров. Силовой цилиндр 5 подключают к насосной станции гибким шлангом 6 и устанавлива­ют по оси отверстия корпусной детали, используя с этой целью механизм подъема 8. С помощью кулачков 13 цилиндр центрируют по отверстию, используя кольцевые риски планшайбы 3. Втулку, подлежащую за­прессовке, устанавливают на штоке 2 силового цилиндра и фиксируют ее положение при помощи закладной чеки 1 и гайки. После включения с кнопочного пульта 4 силового цилиндра 5 происходит запрессовка втулки. Для подключения установки к централизован­ной сети подачи сжатого воздуха служит кран 10.

Запрессовку втулок в корпус неразъемного подшипника сколь­жения можно совместить с последующей сборочной операцией — восстановлением номинальных размеров и формы отверстия во втулке. Для этого рекомендуется использовать специальное при­способление (рис. 3). На запрессовываемую в корпус 1 втулку 2 устанавливают прессующий элемент устройства — корпус 5 с гильзой 3, в окнах которой расположены шарики 4, при этом хво­стовик протяжки 6, проходя через отверстия втулки и корпуса, соединяется тягой 9 с захватным устройством протяжного станка. При сообщении протяжке осевого усилия ее коническая часть упирается в шарики, вызывая перемещение гильзы 3 до тех пор, пока гайка 8, установленная в корпусе 5 приспособления, не упрет­ся в корпус 1 базовой детали, вызвав относительное перемещение гильзы 3 в крайнее нижнее положение. При таком перемещении гильзы 3 шарики попадают в выточку в корпусе 5 приспособления, обеспечивая свободное перемещение протяжки вниз и обработку отверстия в запрессованной втулке до номи­нального размера. Момент окончания запрес­совки определяется положением гайки 8 на корпусе 5 приспособления, которое фиксиру­ется контргайкой 7.

После установки втулки в корпус с необхо­димым натягом следует принять меры по пре­дотвращению ее проворачивания в процессе работы механизма. С этой целью втулку до­полнительно закрепляют в корпусе с помо­щью винтов или штифтов, которые устанав­ливают или по торцевым поверхностям, или по поверхностям сопряжения (рис. 4).

Подготовка отверстий под винты или штифты производится после запрессовки втулки в отверстие кор­пуса, т, е. по месту, и зависит от выбранного способа стопорения: при закреплении втулки стопорным винтом во втулке сверлят сквозное отверстие (рис. 4, а); при стопорении штифтом по от­верстию в буртике втулки сверлят отверстие в корпусе, а штифт устанавливают с натягом, накернивая его (рис. 4, б); при закре­плении втулки винтом по отверстию в буртике (рис. 4, в) свер­лят отверстие в корпусе под резьбу, используя отверстие в бурти­ке в качестве кондуктора, затем рассверливают отверстие в бурти­ке и зенкуют его под головку установочного винта; при стопорении втулки в корпусе винтом или штифтом вдоль образующей или перпендикулярно ей (рис. 4, г, е) отверстие сверлят в корпусе и втулке одновременно таким образом, чтобы его ось совпадала с образующей втулки по ее наружному диаметру; при креплении втулки гладким стопором он удерживается в отверстии за счет по­садки (рис. 4, д), поэтому отверстие в этом случае сначала свер­лят, а затем развертывают.

При реализации всех описанных методов стопорящие детали не должны выступать из корпуса, а должны быть утоплены не ме­нее чем на 0,3 мм.

Для обеспечения нормальной работы неразъемного подшипни­ка скольжения необходимо тщательно проверить состояние его рабочей поверхности, так как наличие перекоса или повреждения рабочей части втулки ведет к неравномерному распределению масляного слоя и появлению местного сухого трения, результатом чего является неравномерная работа вала и его быстрое изнаши­вание.

От правильной установки подшипников зависит работа всего механизма в целом, поэтому основным требованием при сборке подшипниковых узлов с неразъемными подшипниками скольже­ния является обеспечение соосности всех подшипниковых опор, в которых будет установлен вал.

Если в механизме устанавливают несколько валов, то помимо соосности подшипников каждого вала необходимо обеспечить па­раллельность и перпендикулярность всех осей подшипников мно­гоопорных валов.

Конструкция и сборка разъемных подшипников скольжения.

Разъемные подшипники скольжения состоят из корпуса и крыш­ки, внутри которых установлены вкладыши из чугуна, бронзы или биметаллические.

Вкладыши могут быть тонкостенными, толстостенными и с нормальной толщиной стенки. Причем критерием отнесения вкла­дышей к тому или иному типу является не абсолютная толщина его стенки, а ее отношение к наружному диаметру вкладыша. Если это отношение более 0,065, вкладыш считают толстостенным, если менее 0,045 — тонкостенным. В том случае если это отношение находится в интервале между приведенными значениями, толщи­на стенки вкладыша считается нормальной.

При сборке разъемных подшипников скольжения тонкостен­ные вкладыши подбирают по гнездам в корпусе и крышке на при­легание «на краску» и устанавливают их с натягом. Плотность прилегания вкладыша к гнезду корпуса и крышки достигается за счет его пластического деформирования. После установки валов в подшипниковые опоры осуществляют приработку вкладыша к сопрягаемой поверхности вала, для чего в зазор подается смазка. Приработка начинается с малых частот вращения, которые посте­пенно доводят до номинального значения. В процессе приработки уменьшаются и сглаживаются микронеровности, а также упроч­няется поверхность вкладыша. В процессе приработки необходи­мо следить за температурой подшипника, которая не должна пре­вышать 60 °C.

Превышение температуры подшипника в процессе приработки свидетельствует о некачественной сборке или пригонке деталей узла или о неудовлетворительном поступлении смазки в зону тре­ния. В этом случае приработку следует приостановить, определить наличие дефектов сборки или пригонки и устранить их.

Толстостенные вкладыши обычно изготавливают из низкоугле­родистой стали, чугуна или бронзы и заливают баббитом. Толщи­ну слоя баббита выбирают в пределах до 0,01 внутреннего диаме­тра вкладыша, но в любом случае она не должна превышать 2 мм.

Марку баббита для заливки толстостенного вкладыша выбира­ют в зависимости от режима работы подшипника и его назначе­ния (табл. 1).

Сборка разъемных подшипников скольжения связана с выпол­нением пригоночных работ, которые ведут в два этапа — пригон­ка вкладыша к гнездам корпуса и крышки подшипника и пригонка посадочного места вкладыша по шейке вала.

Выполняется пригонка методом шабрения с контролем по пят­ну контакта «на краску», при этом число пятен контакта должно составлять не менее 5 на 1 см², располагаясь равномерно не менее чем на 75 % площади поверхности вкладыша.

Окончательно пригонка вкладыша осуществляется при уста­новленной на корпус крышке.

Для определения мест, которые необходимо пришабрить, про­изводят последовательно затягивание и отпускание гаек, крепя­щих крышку подшипника к корпусу всех подшипниковых опор, тарированным ключом с заданным усилием и проворачивают вал на 2 — 3 оборота. После этого производят окончательное пришабривание верхней и нижней половин вкладышей по следам, кото­рые остались после проворачивания вала.

Таблица 1. Технические характеристики баббитов и их назначение

Марка	Характеристика нагрузки	Давление, МПа	Окружная скорость, м/с	Область применения
Б88	Спокойная Ударная	20 15	50 50	При больших скоро­стях и высоких дина­мических нагрузках
Б83	Спокойная	15	50	При больших ско­ростях и средних нагрузках
Б83С	Ударная	15	50	Тоже
БН	Спокойная Ударная	10 7,6	30 30	При средних ско­ростях и средних нагрузках
Б16	Спокойная	10	30	В подшипниках, работающих без из­менения нагрузки
БС6	Ударная	15	—	В подшипниках автотракторных двигателей

Радиальные зазоры между валом и стенкой вкладыша проверя­ют, проворачивая вал при установленных между ним и верхней половиной вкладыша калиброванных латунных пластинах. Если по условиям работы требуются большие зазоры, их размер опре­деляют при проворачивании вала по степени деформации свинцо­вой проволоки, установленной между шейкой вала и вкладышем. Для регулирования радиального зазора в разъемных подшипниках скольжения предусмотрена установка прокладок между корпусом и крышкой, которые представляют собой набор пластин толщиной 0,05… 0,8 мм. Осевые зазоры в узлах с разъемными подшипниками скольжения, которые должны находится в пределах 0,1…0,8 мм, проверяют щупом или индикатором при предельных осевых перемещениях вала.

О качестве сборки подшипникового узла можно судить по ха­рактеру вращения вала. Если вал вращается с трудом, это указыва­ет на заниженные зазоры между шейкой вала и вкладышем.

Зазор между шейкой вала и вкладышем должен быть определенной величины, которая составляет примерно 0,001D + 0,05 мм, где D — диаметр шейки вала. Величину зазора между шейкой вала и вкладышем определяют при помощи шаблона, представляющего собой набор калиброванных латунных пластин, последовательно устанавливаемых в зазор. При установке в зазоре пластин, размер которых соответствует по величине его минимальному значению, вал должен легко проворачиваться. Когда величина устанавливае­мых в зазор пластин соответствует его максимальному значению, вал должен заклиниваться.

Сборка подшипника жидкостного трения.

Сборка подшипни­ков жидкостного трения, которые представляют собой разновидность подшипников скольжения — операция весьма ответствен­ная и должна осуществляться в специальном помещении. После проверки качества изготовления всех комплектующих деталей на соответствие требованиям чертежа и технических условий на сборку их промывают в масле и бензине, сушат и покрывают тонким слоем специального масла.

Подшипник жидкостного трения (рис. 5) состоит из двух основных деталей: конической массивной втулки 9 и вкладыша 8 с тонким слоем баббитовой заливки. Смазочный материал поступа­ет к сопрягаемым деталям подшипника через отверстие 7 и отводится через отверстие 12. При эксплуатации подшипника смазка захватывается втулкой 9, установленной на шейке вала и вращаю­щейся во вкладыше 8, и направляет в клиновой зазор между эти­ми втулками. Осевые усилия передаются через кольцо 5 (закрытое крышкой 4) на упорное кольцо 6. Втулка 9 крепится на валу шпон­кой 11 и кольцом 1, которое навинчивается на кольцо 2, состоя­щее из двух половин. Кольцо 2 вставляется в кольцевой паз и фиксируется штифтом 3. Для предохранения подшипника от за­грязнения устанавливают уплотнительные кольца 10. Подушку 15 подшипника фиксируют в станине 14 приливом 16 и эксцентри­ком 13, который поворачивается валиком 17, приводимым в дви­жение от рукоятки 18.

Сборку подшипника жидкостного трения (рис. 6) начинают с того, что подушку 2 располагают на стеллаже в вертикальном по­ложении и запрессовывают в нее штифт 3. Затем устанавливают в подушку 2 втулку-вкладыш 1 таким образом, чтобы паз на буртике втулки-цапфы 5 совместился со штифтом 3. После этого в подушку устанавливают втулку-цапфу 5 с полукольцами 4, используя при этом технологическую шайбу 6. Далее устанавливают упорное кольцо 9, навинчивая гайку 8 до упора, а затем гайку отпускают, обеспечивая осевой зазор. На заключительном этапе сборки уста­навливают крышку 10 с запрессованным в нее штифтом 7 так, что­бы штифт вошел в отверстие гайки 8, обеспечивая ее фиксирова­ние от самопроизвольного отвинчивания. Собранный узел поворачивают на 180° и крепят к задней крышке 11. После этого собранный подшипник устанавливают на вал (см. рис. 5), предварительно поместив в его паз шпонку 11, а в кольцевую выточку — резьбовое кольцо 2, положение которого зафиксировано штифтом 3. После установки подшипника проверяют равномерность при­легания уплотнительного кольца 10 и производят пробное прокру­чивание вала в подшипниках.

Контроль качества сборки подшипниковых узлов.

Основным критерием работоспособности подшипника скольжения является правильная установка подшипниковых опор, обеспечивающая их соосность. С этой целью при монтаже подшипниковых опор во время их предварительной установки применяют контрольный или макетный вал, относительно которого производится установка подшипниковых опор. Соосность подшипниковых опор можно проверить несколькими способами: эталонным валом; линейкой и щупом; струной и микрометрическим нутромером; оптическим методом.

Наиболее простой является проверка соосности при помощи эталонного вала, который при установке в подшипниковые опоры должен свободно проходить через все отверстия опор.

При контроле линейкой и щупом линейку прикладывают к стенкам вкладышей, а щупом контролируют зазор между линей­кой и вкладышем каждой из опор (этим способом может быть про­верена соосность подшипниковых опор, находящихся на расстоя­нии, не превышающем 2 м.

Контроль соосности подшипниковых опор, к которым не предъ­являют высоких требований, осуществляют при помощи натяну­той струны, которая служит геометрической осью проверяемых опор, и нутромера. Этот способ может быть использован как при вертикальном, так и при горизонтальном расположении подшипниковых опор.

Наибольшей точности контроля соосности подшипниковых опор удается добиться при использовании оптических методов с приме­нением специальных приборов — телескопа и коллиматора.

Для контроля точности сборки отдельно стоящих подшипнико­вых опор применяют метод измерения нагрузок под каждой из опор при помощи динамометров, которые устанавливают в лапах опор, и по их показаниям регулируют положение осей. Этот метод применяют при контроле крупногабаритных подшипников.