Форма на плъзгащата повърхност



Дата16.11.2017
Размер272 Kb.
Размер272 Kb.

Форма на плъзгащата повърхност

Формата на работната повърхнина на плъзгащите лагери може да бъде: цилиндрична (а, б и в); конусна (г); сферична (д) или равнинна (е и ж).

При цилиндрична повърхнина опорната част на оста или вала се нарича шийка, а на лагера - лагерна черупка. Тук обикновено се поемат и предават само радиални сили.

Конусната триеща повърхнина може също да поема малки аксиални сили, но тя най-често се използува за регулиране на радиалната и аксиалната хлабина на лагерите. Сферичната (ябълковидната) опора поема натоварвания във всички направления и посоки.



Форми на триещи се повърхнини

Големи аксиални натоварвания се поемат от аксиалните лагери (е и ж). Аксиалният лагер може да бъде в края или по средата на вала. При аксиалния лагер опорната част на вала се нарича пета. Петите могат да бъдат цели или пръстеновидни. При вертикален вал петата може да бъде горна, долна или средна. От нейното разположение зависи знакът на осовото усилие на вала - опън или натиск. Пръс-теновидните пети могат да бъдат много на брой и се наричат гребеновидни пети ).

Плъзгащите лагери се употребяват в области, където имат безспорни предимства: при високи честоти на въртене (до десетки хиляди обороти в минута); за големи и тежко натоварени валове (диаметри, по-големи от 1m), за които няма стандартни търкалящи лагери; за лагеруване на валовете на прецизни машини, при които е необходимо регулирането на хлабината; когато условията на монтаж изискват двуделни лагери - например при коляновите валове; при ударни и вибрационни натоварвания, понеже масленият слой има гасяща способност; за работа в агресивна среда, влага, прах и др., където търкалящите лагери са неработоспособни; когато машините са евтини и др.



Основи на теорията при плъзгащите лагери

При относително движение на две допиращи се тела в повърхнините на допирането възниква сложното физико-химично явление триене. Силата F притиска тялото към опората. Равнодействуващата на елементарните опорни реакции има две компоненти: нормална Fn = F и тангенциална FTР, наречена сила на триенето. За преодоляване на тази съпротивителна сила е необходима сила FX≥FTР. Отношението представлява коефициентът на триенето при плъзгане на тялото върху опората му.



Сухо триене

В зависимост от състоянието на триещите се повърхнини и наличието или липсата на мазилно вещество триенето бива сухо, течно или смесено (полутечно, полусухо).

Абсолютно сухо триене може да се осъществи само в лабораторни условия при абсолютно чисти и сухи повърхнини, и то във вакуум. Коефициентът на триене при плъзгане може да достигне стойности, по-големи от единица.

Абсолютно сухото триене се обяснява най-добре с молекулярно-механичната хипотеза. Според нея триенето е резултат от механичното зацепване на грапавините, получени при механичната обработка на допиращите се повърхнини, а също и от взаимодействието на молекулите в тях. При по-големи грапавини RZ, преобладават силите от зацепването; колкото са по-грапави повърхнините, толкова по-голям е коефициентът на триенето. При намаляване на грапавините пос-ледният намалява, но до определена грапавост, след което отново нараства. Това нарастване се обяснява с взаимодейс-твието на молекулите на триещите се тела.Практически сухо триене има при наличие на адсорбирани слоеве влага и газове между триещите се повърхности. Коефициентът на триене при това достига стойности μ = 0,1 - 1,0.

Течно триене се осъществява при слой от флуид, който разделя триещите се повърхнини. Съпротивлението в този случай зависи от обемните свойства на флуида, т. е. от вътрешното триене; определя се по закона на Нютон



където η е динамичният вискозитет на флуида в Pa.s;



- градиентът на скоростта по дебелината на мазилния слой в m/(s.m);

A - допирната площ в m2.

Като се замести се получава



(1)

или със средното налягане p=F/A



Зависимостта (1) е валидна за равнинни триещи се повърхнини. При цилиндричен лагер, ако се допусне, че центърът на шийката съвпада с центъра на отвора, което на практика е невъзможно, може да се замени dv/dh с v/h. Скоростта υ е равна на периферната скорост, т.е... Площта на триене е околната повърхнина на цилиндър с диаметър d и височина (дължина) b: A = πdb.

Предполага се, че средното налягане е . То е основна величина при изчисляването на радиалните плъзгащи лагери и се определя въз основа на следните разсъждения.

Радиалният товар Fr на плъзгащия лагер се уравновесява от силите на налягането по околната полуцилиндрична повърхнина. Предполага се, че те са разпределени равномерно и имат радиална посока. От проекционното условие за равновесие върху вертикалната ос следва, че радиалният товар Fr трябва да бъде равен на сумата от вертикалните компоненти на елементарните опорни реакции. Поради симетрията може да се напише



Течно триене на цилиндрични повърхнини



т. е. средното налягане по околната полуцилиндрична повърхнина на лагерната черупка (шийка) е равно на средното налягане върху диаметралното правоъгълно сечение bd на лагерната шийка.

Ако в (1) се заместят изразите за р, υ и А, след елементарни преобразования се получава

Този израз е изведен за първи път от руския учен Н. П. Петров. Произведението се означава с λ и е безизмерен комплексен фактор на режима. В координатната система μ - λ графиката на функцията μ = μ(λ) е права линия ,тъй като за даден лагер .

Триенето е смесено (полутечно, полусухо), когато триещите се повърхнини не са разделени с непрекъснат слой от флуид, а на отделни места грапавините се допират. Разновидност на смесеното триене е граничното триене, при което триещите се повърхнини са покрити с много тънък маслен филм с дебелина 0,1÷0,5μm. Поради своите особености този маслен филм не се разкъсва даже и при налягане неколкостотин МРа. Само при много големи натоварвания той може да се разкъса и да се получи контакт между най-високите неравности на триещите се повърхнини.

В действителност връзката между коефициента на триенето μ и комплексния фактор на режима λ е по-сложна. Експериментално определена, нейната графика е показана на долната фигура и носи името на двама изследователи на плъзгащи лагери Джерси и Щрибек. В участъка 1/-1 съществува гранично триене. Режимите надясно от т. 1, но близко до нея се окачествяват като режими на полусухо триене, тези наляво от т.2, но близко до нея-като режими на полутечно триене. Коефициентът μ има минимум μ mm в т. 2. От гледище на минимални загуби от триене най-изгоден би бил режимът с минимален коефициент на триене.



Крива на Джерси-Щрибек

Но дори и при този случай, когато тръгва или спира, лагерът преминава през режими на смесено триене, които се характеризират с износване на лагерните повърхнини. Освен това при случайни понижения на λ под λкр лагерът ще преминава в зоната на смесено триене, затова работни режими се предписват винаги с λ раб » λкр .

Точката 2 от кривата разделя режимите на устойчиви - надясно от нея, и неустойчиви - наляво от нея. И наистина нека т. М съответствува на работния режим на лагера. Ако случайни причини са изместили режима надясно (напр. в т. Ν), коефициентът на триене μ нараства, произведеното количество топлина в лагера се увеличава, повишава се температурата на мазилния слой, което причинява намаляване на вискозитета η, а оттам - и на фактора на режима λ, т. е. връща се към зададената работна стойност λ раб. Аналогично явление настъпва при отклоняване наляво (към т. К); тогава коефициентът на триене намалява, намалява и количеството топлина, понижава се температурата, а вискозитетът нараства, нараства и λ, като се стреми към зададената работна стойност λ раб.

В областта на неустойчивите режими, ако т. Q съответствува на работния режим и по случайни причини комплексният фактор λ намалява (изместване към т. Е), μ нараства, топлоотделянето се увеличава, температурата се повишава, а това води до намаляване на η, а оттам - и на λ, като се отдалечава от зададения режим. Ако случайно факторът на режима λ се увеличи (изместване към т. F), новият коефициент на триене μ намалява, топлоотделянето също намалява, понижава се температурата на смазочния слой, η расте, расте и λ, като се отдалечава от предварително зададения.

Товароносимост на масления слой и условия за образуването му

За осигуряване на течно триене в лагера е необходимо плъзгащите се повърхнини да бъдат напълно разделени една от друга чрез слой от флуид. Той може да бъде създаден по хидродинамичен или хидростатичен начин.

При хидростатичните лагери флуидът се подава под високо налягане, което уравновесява натоварването. Този начин се използува при ниска честота на въртене и голямо натоварване, когато не може да се създаде хидродинамично налягане (големи телескопи, въртящи се пещи и др.), а също така и при необходимост от точно и безвибрационно въртене на вала (уреди, вретена на шлифовъчни машини и др.).

При хидродинамичните лагери налягането се създава благодарение на високата скорост и наличието на клиновидна хлабина между двете относително движещи се повърхнини. Основоположник на хидродинамичната теория на мазане е руският учен Н. П. Петров (1883). Тя е доразвита от О. Рейнолдс, Н. Е. Жуковски, С. А. Чаплигин, А. Зомерфелд, А. Мичел и др. Хидродинамичната теория на мазане се базира на хидродинамиката на вискозна течност, на решаването на диференциални уравнения, които дават връзка между налягането, скоростта и съпротивлението при движение.



Възникване на хидравлично налягане

На фигурата са показани две пластинки 1 и 2, потопени във флуид и натоварени с вертикална сила F. Под действието на хоризонталната сила Fx пластинката 1 се движи спрямо 2 със скорост ν. Ако скоростта е малка, пластинката 1 не може да изплува - а, повърхностите на 1 и 2 се допират непосредствено и се получава смесено триене. При достатъчно висока скорост пластинката 1 се повдига и заема наклонено положение - б. Между пластинките се образува клиновидна хлабина, в която непрекъснато постъпва флуид вследствие на адхезията и вискозността. При това се получава налягане р, разпределено по определен закон, което уравновесява външното натоварване; движението се извършва при течно триене.

Диференциалното уравнение за налягането между двете пластинки с неограничена широчина (b= ∞)е изведено от Рейнолдс и носи неговото име:



където h е дебелината на флуида в коя да е точка по дължината на канала;



hm - дебелината на слоя флуид в мястото на най-голямото налягане рmax. Рейнолдс предполага, че поради малката дебелина на флуида налягането не се изменя по дебелината му, т. е. , р(у) = const.

От решението на диференциалното уравнение следват условията за създаване на товароносим флуиден слой, а именно:



  1. Каналът между двете триещи се повърхнини трябва да бъде стесняващ се, клиновиден. Ако той е с постоянна височина h = hm = const, то dp/dx = 0, т. е. налягането е постоянно.

  2. Клиновидният канал трябва да бъде запълнен с флуид. При липса на флуид η = 0, dp/dx = 0, т. е. налягането е постоянно.

3. Скоростта между триещите се повърхнини трябва да бъде по-голяма от определената критична скорост, т. е. v>vкр..

Видове повреди на плъзгащите лагери. Критерии за работоспособност и изчисляване

Плъзгащите лагери най-често се повреждат от износване на триещите повърхнини - шийката на вала и лагерната черупка, петата и опорната повърхнина. Износването на лагера отначало по време на сработването е голямо, а след това има линеен характер.



Криви на износване - ∆V - обемно износване, mm3, ∆S - линейно износване, mm

От фигурата се вижда, че с увеличаване на средното налягане нараства износването и над определена стойност на р настъпва задиране. При задирането частици от мекия материал на лагера се заваряват към повърхността на вала и „надират" лагерната повърхнина. Това повишава грапавините и износването бързо, катастрофално нараства. Задирането е една от опасните повреди на плъзгащия лагер.

От триенето се получава топлина, която загрява лагера. От механиката е известно, че мощността на триенето се определя от формулата



РТр=μFrv,

където μ е коефициентът на триенето;



Fr - нормалният натиск (в случая радиалният товар);

ν - скоростта на плъзгане (за цилиндричния лагер).

Получената от триенето в лагера топлина се отвежда по три начина: топлоотдаване - чрез лагерната повърхност топлината се предава на околната среда; топлопроводимост - чреч вала (или тялото на лагера) топлината се предава на другите части на машината; охлаждане - чрез обдухване с вентилатор, охлаждане с преминаващо през лагера масло и др.

Равенството на мощностите гласи

РТР123

където Ф1 е топлинният поток (топлинната мощност), отведен от лагера чрез тялото му;

Ф2-чрез вала;

Ф3-чрез охлаждане;

Топлинният поток

Ф1=КtА(t2-t1),

където Кt е коефициентът на топлоотдаване,;

t2 - температурата на лагерното тяло, °С

t1-температурата на околния въздух, °С;

А - външната повърхност на лагера, m2.

Обикновено топлинният поток Ф2 отведен от лагера чрез вала, не е голям и се пренебрегва Топлинният поток Ф3,отведен чрез охлаждане, се определя от израза

Ф3 =cpV(t4-t3),

където с е специфичният топлинен капацитет (специфичната топлина) на охлаждащия флуид,

р - плътността на флуида, kg/m3;

V - дебитът на охлаждащия флуид, m3/s;

t3 - началната температура на флуида, °С;

t4 - крайната температура на флуида, °С.

При пренебрегване на Ф2 за неохлаждан лагер уравнението за РТР приема вида



ΡТР1tΑ(t2-t1).

Температурата на лагера не трябва да превишава 70-80°С. Получава се условието за незагряване на лагера

μFrv=KtA(t2-t1)

или като се замести Fr = pbd -



При охлаждани лагери се пренебрегват Ф1 и Ф2, а условието за тяхното незагряване има вида



.

При започване и спиране на работа лагерите, които работят в условията на хидродинамично мазане, преминават през областта на смесено триене, затова и те трябва да бъдат проверявани срещу задиране и загряване, затопляне.

При големи скорости има опасност от местни прегрявания на връхчетата на грапавините, което би довело до запалване на мазилното вещество.

От изложеното следват критериите за работоспособност и изчисляване на плъзгащите лагери:

а) неизносване, незадиране р < [р] ;

б) незагряване, незатопляне pv < [pv] ;

в) незапалване ν < [υ] ;

г) изчисляване на течно триене (хидродинамично и хидростатично).



Радиални лагери без хидродинамично мазане

Всички радиални лагери (вкл. с хидродинамично мазане) трябва да се осигуряват срещу износване и

задиране по условието

,

където допустимото средно налягане [р] се определя от вида на плъзгащата двоица. От уравнението не може да се определят размерите на лагера, той като те са два (b и d). Ето защо се въвежда геометричният параметър φ=b/d:



, оттук ,

където за най-често срещаните лагери φ = 0,5 ÷ 1,5.

Ако за даден неохлаждан плъзгащ лагер условно се приеме, че всички величини в дясната страна на уравнението са постоянни (което до известна степен има смисъл, тъй като температурата на лагера не бива да надминава определена граница, геометричните величини b, d и А са приети, остава и коефициентът на триене.μ да бъде константа), произведението pν не трябва да бъде по-голямо от експериментално установеното допустимо [pv]; условието за незагряване е

pν≤ [pν].

В координатната система ν-p, [р] = const е права, успоредна на абсцисната ос, [v] = const - права, успоредна на ординатната ос, [pv] = const - равнораменна хипербола. Според някои автори ν < [ν] е условие за незапалване на лагера.

p-v диаграма

Следователно, за да работи неохлажданият лагер нормално, трябва действителните стойности на р и ν да определят точка, която да се намира в защрихованата област на диаграмата.

Аксиални плъзгащи лагери без хидродинамично мазане

Аксиалните плъзгащи лагери се употребяват много no-рядко от радиалните, понеже осови сили се срещат само в по-специални случаи (вертикални валове на турбини и генератори, колони на въртящи се кранове и пр.). Малки осови натоварвания могат да се поемат и от комбинирани лагери. Обикновените аксиални лагери са с цели ,пръстеновидни или гребеновидни пети. При гладки пети няма условия за течно триене, понеже работните повърхнини са успоредни. В този случай аксиалните лагери се изчисляват на неизносване (незадиране) и незагряване.



Аксиални плъзгащи лагери

а – радиално-аксиално; б – с цяла пета; в – с пръстеновидна пета; г – с гребеновидна пета

Ако се приеме, че работата на триенето и съответното й количество топлина са постоянни за всяка точка от опорната площ, може да се положи



μpv=const,

където ν = ρω (ρ е радиусът до точката, ω - ъгловата скорост). При условие, че μ и ω са също постоянни, то и ρр= const.

Следователно при цяла пета налягането се разпределя по равнораменна хи-пербола, като в центъра при ρ = 0 се получава р = ∞. Това е само теоретичен резултат. В действителност се получават пластични деформации около центъра и налягането се преразпределя.

При пръстеновидна пета разпределението на налягането е показано на долната фигура. То е максимално на вътрешния ръб, но има крайна стойност, следователно този случай е по-благоприятен.




Разпределение на налягането при аксиален плъзгащ лагер

а - при цяла пета; б – при пръстеновидна пета
При определянето на момента на триенето ТТР на пръстеновидната пета при аксиален лагер без хидродинамично мазане се приема, че тя натиска равномерно върху плочата, т. е. р = Fa /A = const. Доказва се, че в такъв случай

ТТРFarТР

където

е радиусът на триенето на пръстеновидната пета. За цяла пета при d1 =0 и d2=d се получава rТР=1/3d

Изчисляването на аксиалните плъзгащи лагери на неизносване (незадиране) и на незагряване се извършва по същите методи, които се използват при радиалните лагери. Условието за незадиране приема вида

, ,

(за цяла пета) (за пръстеновидна пета)

а условието за незагряване

,

където v=ωrТР е приведената периферна скорост.

При аксиалните лагери [p] и [] се избират с 30 - 40% по-малки от тези при радиалните лагери.

Радиални хидродинамични лагери

Условията на хидродинамично мазане - стесняващ се канал, наличие на флуид в него и скорост на преплъзване, по-голяма от определена критична - могат да се осъществят в радиалния лагер. Клиновидната хлабина е свойствена на самата му конструкция. Тя се образува поради това, че диаметърът на вала е по-малък от диаметъра на отвора. При покой (ω = 0) валът опира в черупката, маслото е изтласкано и е налице директен контакт. При започване на въртенето шийката се търкаля по черупката и се изкачва по нея. Полепналото по вала масло се увлича и нагнетява в клиновидната хлабина. При увеличаване на ω нараства количеството масло и поради създалото се вътрешно налягане в течността започва отделяне на вала от черупката. Шийката на вала се измества и заема ексцентрично положение, нейният център се доближава до центъра на лагера, като описва траектория, близка до окръжност. При ω→ ∞ разстоянието между центровете клони към нула. но пълното им съвпадане е невъзможно, понеже при това изчезва клиновидната форма на хлабината.



Разположение на вала спрямо отвора

а - при ω = 0; б- при много малка скорост (сухо триене); β - при малка скоросг (гечно триене); г - при голяма скорост; д - при ω = ∞

Налягането в масления клин се разпределя, както е показано на фигурата.



Масло

Разпределение на хидродинамичното Прекъсване на масления

налягане в плъзгащ лагер слой от канал за мазане
Изработването на втулката с отвори и канали за мазане в зоната с повишено налягане е неправилно,тъй като се разкъсва масленият клин и многократно се намалява носещата му способност.

Отвори и кавали за мазане

а, б - неправилно, β - правилно

Максимумът на налягането е изместен по посока на въртенето и се намира напред на някакъв ъгъл φ, мерен от мястото на минималната хлабина hmin. Смята се, че масленият клин се прекъсва, т. е. налягането става равно на нула на ъгъл φ след мястото на минималната хлабина hmin. Подаването на маслото трябва да се извършва по надлъжни маслоразпределителни канали, изработени в диаметралната равнина, перпендикулярна на действуващото натоварване .

Диференциалното уравнение на Рейнолдс е изведено за безкрайна широчина на лагера. При реалните лагери размерите са крайни и решаването му се затруднява. Съществуват редица графични и аналитични решения, които се дават в безизмерни координати, изразени чрез следните величини: δ = D - d - абсолютна лагерна хлабина; ψ = δ/d - относителна лагерна хлабина; - абсолютна ексцентричност; - относителна ексцентричност, която определя положението на шийката в лагера при режим на течно триене. Минималната дебелина на масления слой е свързана с относителната ексцентричност:

От решението на диференциалното уравнение на Рейнолдс се получава



, ,

където η е динамичният вискозитет на маслото, а Ф - безизмерният критерий за



натовареност на лагера(нарича се още коефициент на товароносимост или число на Зомерфелд). Тази зависимост е представена графично на фигурата

Зависимост на Ф от æ и φ = b d




Влияние на φ върху конструкцията на лагера

При изчисляванията на лагерите са дадени радиалният товар Fr , диаметърът на вала d и честотата на въртене n (или ω). Търсят се широчината на лагера b, хлабината δ (сглобката) и вискозитетът на маслото η. Определянето на търсените величини се извършва въз основа на препоръки и регламенти, установени от практиката, от експлоатацията на подобни плъзгащи лагери. Избраните величини се проверяват чрез коефициента на сигурност на плъзгащия лагер.

Избирането на неизвестните величини, които осигуряват течно триене на плъзгащия лагер, се извършва в следния ред:



1. Избира се широчината на лагера b от геометричния параметър

φ= b/d. По-тесните лагери (φ = 0,4 ) имат по-малка товароносимост , а по-широките (φ > 1) изискват по-голяма точност и коравина на вала, за да не се получат големи ръбови напрежения в черупката. Със същата цел последните се правят самонагаждащи. Изчислява се средното налягане р и се сравнява с допустимото [p]. Определя се скоростта на плъзгане ν и се сравнява с допустимата [ν]. за лагерната двойка. Проверява се дали е изпълнено условието за незагряване pv≤[pv].

2. Избор на сглобка. Относителната хлабина ψ влиза в критерия за натовареност Ф. Тя зависи от средното налягане и скоростта на плъзгане. Препоръчват се следните стойности:

ψ = 0,0005÷0,001 при p >10МРа и υ<10 m/s

ψ = 0,001÷0,002 при p<10МРа и υ<5m/s;

ψ = 0,0015÷0,0025 при р<ЗМРа и υ>10m/s.



По-малките стойности на ψ се отнасят за по-големите диаметри. На тези хлабини съответствуват стандартни сглобки: на ψ = 0,0005 - сглобка H7/g6; ψ = 0,001 - Н7/f7; ψ = 0,002 - H7/d8; H7/e8 и т. н. Трябва да се има предвид, че при по-големи р и по-малки ω се избира по-малко ψ.

Зависимост на η от t за различни видове масла



При малки хлабини се изисква по-голяма точност на лагерния възел и по-голяма коравина на конструкцията.

3 .Избира се видът на маслото в зависимост от условията на работа - температура на лагера, скорост на плъзгане и т. н. Според някои автори минималният динамичен вискозитет на маслото в Pa.s, който съответствува на прехода от полутечно в течно триене, се определя от:

,

където [Ф] е допустимото число на Зомерфелд. Горната граница на η не е ограничена, но трябва да се знае, че с увеличаването на η растат вътрешното триене в мазилното вещество и коефициентът на триене μ. Средната работна температура на лагера се избира в границите tср =(45 ÷ 75)° С. Със зависимостта на η и tср се избира видът на маслото.



  1. Със зададената ъглова скорост ω и избраните η , φ и р се изчислява безизмерният критерий за натовареност Ф. От изчисления критерий Ф и приетия параметър φ се определя æ, след което се пресмята минималната дебелина hmin на масления слой.

  2. Определя се критичната дебелина hкр на масления слой, при която той се разкъсва:

hкр(1,5÷2)(Rz1Rz2)

Тук 1,5÷2 е поправка, която отчита деформациите и неточностите при изработ-ване на лагерния възел. Грапавостите на лагерните повърхнини трябва да бъдат малки. Те се избират съгласно БДС 782-79. Грапавостта на шийката трябва да бъде не по-висока от Rz1=3,2 μm , а на черупката - не по-висока от Rz2= 6,3 μm.



6. Отношението на минималната дебелина hmin към критичната дебелина hкр на масления слой е коефициент на сигурност на плъзгащия лагер:

.

Регламентираният коефициент на сигурност [Sh] отчита отклоненията на изчис-ленията от експлоатационните условия, точността на изработване, температурните режими и т. н.

От изложеното no-горе за приблизителното изчисляване на хидродинамичното триене се вижда, че работата на плъзгащия лагер зависи от много фактори, едни от които се приемат предварително, а други се изчисляват. Ако приетите величини не съответствуват на действителните в условията на експлоатацията на лагера, товароносимостта, минималната дебелина на масления слой и критерият на натоваре-ност на лагера няма да отговарят на изчисленията. Всичко това се компенсира от кое-фициента на сигурност, който се приема [Sh] = (1,5÷2).

Зависимост на μ/ψ от æ и φ= b/d Зависимост на q от æ и φ= b/d

Уточненият начин на изчисляване на плъзгащи лагери включва още определянето на: коефициента на триене μ (който зависи от определените æ, ψ и φ), избира се от от-ношението μ/ψ и æ при различни b/d от графичните зависимости ; вида на мазането и охлаждането; количеството масло, което преминава през лагера при течно триене - по избраните φ и æ се определя q, с помощта на което се изчислява необходимият дебит на маслото V = qψvbd m3/s -тук ν, m/s; d, m; налягането на помпата, необходимо за цир-кулационно мазане, е в зависимост от разликата на дебитите на маслото, изчислени за охлаждане на лагера и определени с помощта на таблица.

Аксиални хидродинамични лагери

При аксиалните плъзгащи лагери реализирането на товароносим маслен слой не става естествено както при радиалните. Тук трябва да се вземат специални мерки за създаването му. Начините са два - скосяват се отделни сегменти от работната повърхнина или чрез самонагаждащи се сегменти (лагер Мичел).

Аксиалните хидродинамични лагери се срещат само в специфични машини (големи водни турбини, въртящи кранове и др.), изчисляването им е свързано с решаване на уравнението на Рейнолдс в цилиндрични координати (двумерен поток) и нямат обем.

Хидростатични и аеростатични плъзгащи лагери

В хидродинамичните лагери при започване и спиране на работа няма условия за течно триене, което е причина за износване на шийката и черупката.







Плъзгащ лагер с хидростатично и Радиален хидростатичен лагер

хидродинамично мазане

В този случай и когато не е невъзможно създаване на хидродинамичен маслен клин, течно триене се създава по хидростатичен начин. Хидростатични лагери могат да бъдат и радиалните, и аксиалните. В тях флуидът се подава под налягане, което уравновесява външното натоварване. За намаляване на разходите на енергия за помпата се комбинират хидростатични и хидродинамични лагери. При пускане и спиране се подава флуид под по-високо налягане, а по време на работа се създава и хидродинамично налягане.

На фигурата е показан лагер на топкова мелница с радиален товар Fr=625 kN, честота на въртене п=20min-1, диаметър на вала d=1500mm. При пускане помпата подава маслото под налягане р=6,5 МРа, а при работа -р=3,5 МРа ; разход на масло 120 dm3/h.

Конструкцията на радиалния хидростатичен лагер е усложнена с цел валът да се центрира добре и да се избегне притискането му към черупката. Маслото се подава от зъбната помпа 3 през дросела 2 в камерите 1, 4, 5 и 6, между които са разположени каналите 7 за протичане на маслото.

Камерите не достигат до края на лагера за намаляване на загубите от изтичане на масло, а каналите за изтичане на маслото минават от край до край на лагерната черупка. Налягането на маслото в камерите е по-високо от налягането на помпата. Това се получава по естествен път. Освен това дроселите 2 позволяват отношението на налягането ре в камерите към налягането р на помпата да се регулира в границите

= 0,50 ÷ 0,75.

Ако се получи радиално изместване в определена посока, то хлабините между вала и черупката в тази посока намаляват, съпротивлението за изтичане на маслото се увеличава, налягането в същата зона нараства. В противната страна се увеличава хлабината, съпротивлението за изтичане намалява, налягането в камерата спада. Всичко това принуждава вала да заема централно положение.

Аксиалните хидростатични лагери могат да бъдат с централна или пръстеновидна камера.


Аксиален хидростатичен лагер Аксиален хидростатичен лагер

с централна камера с пръстеновидна камера

При високи скорости съпротивлението на маслото е голямо - при 50°С индустриалното масло 20 (вретенно 3) има вискозитет η = 2.10-2 Pa.s , докато въздухът при атмосферно налягане и същата температура има вискозитет η = 2.10-5 Pa.s, т. е. хиляда пъти по-малка. Затова при честота на въртене десетки хиляди обороти в минута се използуват газови мазилни вещества.

Плъзгащите лагери с газово мазилно вещество могат да работят на аеродинамичен и аеростатичен принцип. Аеродинамичните лагери не са устойчиви при работа, появяват се вибрации и удари. Освен това при започване и спиране на работа в лагера има сухо триене, от което при тези високи честоти на въртене бързо се износва лагерът. Затова тази лагери най-често имат подаване на външно налягане за първоначално пускане и спиране или за повишаване на товароносимостта им.

Конструкция на плъзгащи лагери

Конструкцията на плъзгащия лагер зависи от вида на машината, характера и големината на натоварването, вида и начина на подаване на мазилно вещество и т. н.

Често пъти лагерът е вграден в конструкцията на машината - при двигатели с вътрешно горене, компресори, турбини и др. В тези конструкции черупката се носи от елементите на машината - блокът за цилиндрите носи черупките за основните лагери, а мотовилката носи мотовилковите лагери. В случая са възможни два варианта за свързване на лагерната черупка към машината - неподвижно (както е втулката в мотовилката на буталния болт) и плаващо (втулката е между мотовилката и коляновия вал както в някои авиационни двигатели). При плаващи втулки е осигурена хлабина както между вала и втулката, така и между втулката и тялото на лагера. Това позволява втулката да се превърта спрямо вала и леглото, което спомага за равномерното й износване. Освен това в този случай се пробиват отвори в черупката, които пропускат мазилното вещество да преминава между втулката и леглото й. Наличието на масло от двете страни на черупката намалява износването и служи като гасител на удари и вибрации.

При вградени лагери подаването на мазилно вещество към работната зона, събирането му във вана, охлаждането и филтрирането са централизирани (автомобилните двигатели).

Когато лагерът е като самостоятелен възел, той трябва да съдържа всички съществени елементи и органи: черупка, тяло, органи на мазане, охлаждане, филтриране, помпи, регулатори на налягане, уплътнения, контролни органи -термометри, манометри, указатели за ниво и т. н.

За най-простите случаи лагерът е една част, обединяваща тялото и черупката, а всички останали системи и органи са сведени до един отвор или гресьорка, откъдето периодично се подава мазилно вещество (БДС 2381-84, Лагери плъзгащи цели, БДС 2383-84, Лагери фланцови с два отвора за закрепване).

За по-тежки режими в тези лагери може да се вгради черупка от друг материал. Тя може да бъде запресована и след това престъргана до необходимия размер, осигуряващ нормална работа на лагера (БДС 2384-84).

Лагерите с цели втулки се използуват само за крайни опори, където лагерът може да се изважда от вала навън. При междинни опори или когато трябва да се поемат неголеми двупосочни аксиални сили, лагерите са двуделни стоящи (БДС 2388-84) или двуделни наклонени (БДС 4875-84).

Плъзгащите лагери с по-голяма широчина (φ=b/d>1) се правят самонагаждащи. Самонагаждането е необходимо, за да се избегнат „ръбовите напрежения", като лагерът се нагоди към деформираното положение на вала. То може да се осигури чрез сферично легло на лагерното тяло в черупката, от податливо тяло на лагера или на мембранна връзка между лагера и неподвижната част на машината или фундамента.

Изборът на сглобки между вала и черупката зависи от вида на триенето между тях. При смесено триене тя зависи само от желаната точност на взаимно разположение на вала и черупката.

При работа в режим на течно триене сглобката участвува в товароносимостта на лагера и в създаването на масления клин. При голяма хлабина, получена от износване, той престава да работи в режим на течно триене. Тогава е необходим ремонт за възстановяване на първоначалната сглобка. Методиката на изчисляване позволява при приети вече диаметър d на вала, широчина b и сглобка да се определи видът на маслото или при приети d, b и вид на маслото да се определи сглобката.

Материали за плъзгащи лагери

При пускане и спиране хидродинамичните плъзгащи лагери преминават през режим на смесено триене. При него валът и черупката се допират по връхчетата на микрограпавините и се износват интензивно. Поради това правилният избор на лагерния материал е от съществено значение за продължителността и надеждната работа на лагерния възел. Обикновено валът е стоманен и изборът на лагерна двойка се свежда до избор на материал за лагерната черупка.

Комплексът от свойства, които трябва да притежава материалът за лагерната черупка, са: нисък коефициент на триене, топлопроводимост и износоустойчивост. Тези основни свойства осигуряват произвеждане на по-малко количество топлина, бързото отвеждане и дълъг живот. Прието е този комплекс от свойства да се нарича антифрикционност на лагерния материал. Освен това черупката трябва да притежава способност да се сработва, да има малък коефициент на топлинно разширение, достатъчна механична якост и др. Някой от изискванията си противоречат едни на други: износоустойчивост и сработваемост: топлопроводимост и малък коефициент на топлинно разширение и т. н. Продуктите на износването не трябва да повреждат триещите се повърхнини. Материалите на вала и черупката трябва да бъдат разнородни - без химично и физично сродство, да благоприятствуват за образуването на маслен филм и др.

Поради важността на проблема непрекъснато се работи по създаването на нови лагерни материали .Най-често употребяваните обаче могат да се обособят в следните групи: чугуни, бронзи, месинги, бабити, алуминиеви сплави, металокерамика, графит, синтетични пластмасови материали, дърво и гума. Допустимите стойности на величините [p], [v] и [pv] за различните видове материали са дадени в справочна литература.

Kратка характеристика на отделните групи лагерни материали.

Чугун. Употребяват се сиви или антифрикционни чугуни. Имат добри ан-тифрикционни свойства, но се сработват трудно и са чувствителни към „ръбови напрежения". Намират ограничено приложение - при бавноходни и средно натоварени лагери.

Бронзи. Имат добри механични свойства, употребяват се като втулки и заливки.

Калаено-оловен бронз. Сработва се добре и е износоустойчив, понася ударни натоварвания, корозионноустойчив.

Оловен бронз. Има голяма износоустойчивост, малък коефициент на топлинно разширение, подходящ е за аксиални и радиално-аксиални лагери.

Алуминиев бронз - заместител на калаения; има голям коефициент на топлинно линейно разширение, по-трудно се сработва и е чувствителен към вибрации.

Бабити (бял метал, композиция). Те са сплави на калаена, оловна и други основи, едни от най-добрите материали за плъзгащи лагери. Притежават добра сработваемост и висока износоустойчивост Продуктите на износването не повреждат вала. Поради ниска механична якост се използуват като тънкослойни заливки. Има един недостатък - калаят е дефицитен и скъп метал.

Месинги - заместители на бронза. Антифрикционните им свойства са по-ниски от тези на бронза.

Сплавите на алуминия с цинк, магнезий, бисмут и др. се използуват като заместители на бабита и бронза (ЦАМ 10-5).



Металокерамика - материали, получавани от спичането на прахове на медна или желязна основа. Притежават пореста структура – 15 ÷ 35%. Порите поглъщат масло и при загряване мажат лагера. Имат самосмазващ ефект.

Графит пресован - служи за лагери, работещи без мазилни вещества в широк температурен интервал (от -100°С до +600°С). Основни недостатъци са крехкостта и ниската му якост.

Синтетични пластмаси. Те се делят главно на две групи: термореактивни и термопластични. От термореактивните приложение намират текстолитът, дърволитът, бакелитът и др., а от термопластичните - полиамидите, полиестерите, полиформалдехидът, поликарбонатът и др.

Пластмасите имат добри антифрикционни свойства, голяма износоустойчивост, добра сработваемост, но лоша топлопроводимост и голям коефициент на топлинно разширение. Поради недостатъците си те намират приложение, когато охлаждането на лагерите е осигурено: при прокатните станове технологичната вода охлажда и маже лагера. За използуване на добрите антифрикционни свойства на пластмасите се правят плъзгащи лагери като многофазна система — метална основа, която осигурява якостта и топлопроводимостта, и тънкослойно пластмасово покритие, което осигурява антифрикционните свойства. За тънкослойно покритие служат полиамидът и тефлонът.



Дърво - бук, ясен, габър, чимшир и др. - напоява се със смоли.

Гума. Използува се за лагери на помпи и турбини. За мазане и охлаждане служи водата. Вместо гумата напоследък се използува полиуретан - водо-маслоустойчив, износоустойчив; добре се залепва към металите.


/


Сподели с приятели:


©zdrasti.info 2017
отнасят до администрацията

    Начална страница