Оптимальный относительный зазор в подшипниках скольжения

(60)

Оптимальный относительный зазор в подшипниках скольжения.

На основании диаграммы (рис. 665) построены графики hmin (рис. 666) при различных значениях λ в зависимости от относительного зазора ψ для l/d = 1 и 0,5 (принято d = 100 мм). Тонкими линиями нанесены значения относительной толщины ξ масляного слоя.

Как видно, зазор hmin имеет наибольшую величину при постоянных для всех λ значениях ξ (ξ = 0,5 при l/d = 1 и ξ = 0,4 при l/d = 0,5).

Оптимальный относительный зазор в подшипниках скольжения

На рис. 667 (кривая 1) показана определенная по той же методике обобщенная зависимость ξ от l/d при наибольшей величине hmin.

Относительная толщина масляного слоя

Если исходить только из условия получения наибольших величин hmin, то кривую 1 можно было бы положить в основу расчета подшипника. В действительности же приходится учитывать еще и устойчивость его работы. При высоких значениях ξ резко падает жесткость масляного слоя, и положение вала в подшипнике становится неустойчивым, что обусловлено, во-первых, снижением давления в масляном слое из-за уменьшения его клиновидности, а во-вторых, увеличением угла α между направлением нагрузки Р и результирующей R сил давления масляного слоя по мере перемещения вала к центру подшипника по полукругу Гюмбеля (рис. 668, а).

Если нагрузка в этой области (точка А) по каким-либо причинам возрастает, то для восстановления равновесия центр вала должен переместиться влево и вниз по полукругу Гюмбеля на большое расстояние.

Оптимальный относительный зазор в подшипниках скольжения

Таким образом, небольшие колебания режима работы вызывают и этой области значительные смещения вала, которые легко переходят в циклические вихревые движения. При возникновении вихрей ламинарное течение масла становится турбулентным, в связи с чем резко возрастают трение и тепловыделение в подшипнике. В масляном слое возникают кавитационные процессы, приводящие к разрушению материала подшипника.

Известны два типа вихрей: цилиндрический (переносный), при котором ось вала перемещается параллельно оси подшипника, и конический, при котором ось вала совершает движение по конусу. В зависимости от гидродинамических параметров подшипников, числа и расположения опор и жесткости системы частота вихревого движения может быть равна 1/2, 1/3, 1/4, 2/3 частоты вращения вала. Наиболее изучен и имеет наибольшее значение цилиндрический полускоростной вихрь (частота которого равна 1/2 частоты вращения вала).

Если к валу присоединены несбалансированные массы, то при циклических движениях вала возникают центробежные силы, пропорциональные радиусу движения центра вала. В области высоких значений ξ вал, сместившийся под влиянием внешних возмущений с равновесного положения (точка Б, рис. 668, б) совершает движение по спирали возрастающего радиуса, пока не приблизится к поверхности подшипника и не оттолкнется от нее под действием гидродинамических сил, возвращаясь в исходное положение, после чего цикл возобновляется.

В области малых ξ вал, сместившийся с равновесного положения (точка В), движется по спирали уменьшающегося радиуса, вихревое движение затухает, и вал довольно быстро возвращается в равновесное положение. Границей между устойчивой и неустойчивой областями является точка О касания полукруга Гюмбеля с направлением нагрузки (см. рис. 668, в). В этой точке линия центров вала и подшипника расположена под углом 45° к направлению нагрузки, и относительная толщина масляного слоя ξ = 1 – ε = 0,3.

Предельные по виброустойчивости величины ξ для конечных значений l/d (см. рис. 662, в) показаны на рис. 667 (кривая 2). Эти величины являются оптимальными, так как соответствуют наибольшим возможным в устойчивой области значениям hmin.

Как видно из графика, в широком диапазоне l/d = 0,5—2,0 значение ξуст близко к 0,3. Эту величину можно положить в основу расчета подшипников, относя в запас надежности более высокие значения ξуст, присущие подшипникам с l/d < 0,5.

Проводя на диаграмме рис. 665 горизонталь через точку ξ = 0,3, определяя по шкале абсцисс соответствующие значения So и переводя их по формуле (238) в λ, получаем оптимальные значения ψ в функции λ (рис. 669, а). В диапазоне l/d = 0,5—1,5 кривые аппроксимируются формулой

Optim otnos zazor 4

При ξ < 0,3 виброустойчивость и жесткость повышаются, но одновременно уменьшается толщина масляного слоя hmin. В большинстве случаев при ξ < 0,1 уже возникает опасность перехода подшипника в область полужидкостной смазки. При ξ = 0,1 линия центров расположена под углом 25° к направлению нагрузки (точка Г на рис. 668, в). Таким образом, допустимая область работы подшипника заключена в диапазоне углов 45—25° (заштрихованная область на рисунке). При этом согласно формуле (235) соответственно hmin = 0,15Δ и  hmin = 0,05Δ.

Относительные зазоры

Значения ψmax, соответствующие предельному условию ξ = 0,1, показаны на рис. 669, б. Кривые аппроксимируются формулой

Optim otnos zazor 6

Помимо правильного выбора параметров подшипников, для предотвращения вибраций необходимо всемерно увеличивать жесткость вала и опор и тщательно балансировать вал и связанные с ним вращающиеся массы.