Подшипники с самоустанавливающимися сегментами

Подшипники с самоустанавливающимися сегментами

Подшипники с самоустанавливающимися сегментами

В подшипниках этого типа сегменты устанавливают на шарнирах, опирающихся о неподвижную поверхность (рис. 745).

При любом угле α наклона сегмента равнодействующая сил давления масляного слоя проходит через ось шарнира. Следовательно, положение шарнира (координата l на виде а) задает вполне определенное значение h0/t, которое остается постоянным при любых колебаниях рабочего режима. Согласно графику (см. рис. 726) оптимальному значению h0/t = 0,8 соответствует координата l = 0,58·L. Если расположить шарнир в этой точке, то оптимальные характеристики сохранятся при всех колебаниях рабочего режима. В этом главное отличие и преимущество подшипников с самоустанавливающимися сегментами перед подшипниками с неподвижными сегментами, характеристики которых изменяются с колебаниями режима.

Подшипники с самоустанавливающимися сегментами

Согласно рис. 726 допустимый размер l, при котором Gü = 0,070—0,065 (заштрихованная область на графике), ограничен: l = (0,56—0,6)·L. При изменении этого размера характеристики подшипника резко ухудшаются. Например, при l = 0,53 (h0/t = 3) число Гюмбеля уменьшается (для подшипника с L/B = 1) до 0,045, т. е. несущая способность подшипника падает по сравнению с максимальной в 0,070/0,045 = 1,55 раза.

Расстояние b центра шарнира от несущей плоскости сегмента (рис. 745, a) целесообразно для уменьшения смещений сегмента при самоустановке делать минимальным. Наиболее целесообразно совмещать центр шарнира с несущей плоскостью (вид б). Однако допустимы и значительные отклонения от этого положения.

Подшипники с самоустанавливающимися сегментами рассчитывают по уравнениям (271)—(284), т. е. так же, как с неподвижными сегментами.

В реверсивных подшипниках шарниры устанавливают в центре сегментов (вид в). Несущая способность таких подшипников значительно меньше, чем подшипников с оптимальным расположением шарниров.

Целесообразнее конструкция переставляющихся сегментов (вид г) с двумя ножевыми опорами, расстояние между которыми равно 0,16L. Опорная ножка сегмента установлена в выемке с вогнутым днищем. При перемене направления вращения сегмент под действием сил трения перемещается вдоль выемки до упора ножей в ее торцовые стенки. Если вал вращается в направлении, показанном на виде (г), то работает левая опора; центр качания сегмента расположен на оптимальном расстоянии 0,5L + 0,08L = 0,58L от передней кромки сегмента. Правая опора, будучи расположена во впадине выемки, не мешает самоустановке сегмента. При обратном направлении вращения работает правая опора также при оптимальном положении центра качания.

Сегменты малонагруженных подшипников выполняют из антифрикционных бронз. У высоконагруженных подшипников рабочие поверхности сегментов заливают баббитом или свинцовой бронзой.

Сегменты устанавливают на шайбе (как правило, со сферической опорной поверхностью) с помощью цилиндрических (рис. 746, а) или сферических (вид б) шарниров.

Подшипники с самоустанавливающимися сегментами

Сферические шарниры предпочтительнее, так как обеспечивают самоустановку сегментов не только в окружном, но и в радиальном направлении, что способствует компенсации погрешностей изготовления.

Цилиндрические шарниры фиксируют сегменты в окружном и радиальном направлениях, а также от проворота в плоскости вращения. При сферических шарнирах сегменты стопорят от проворота с помощью закраин m на опорной шайбе или штифтов n (вид в), расположенных в промежутках между сегментами и заходящих в полукруглые гнезда на торцах сегментов.

Самоустанавливаемость сегментов можно обеспечить также посредством цилиндрических или сферических упоров, расположенных в промежутках между сегментами (рис. 747).

Установка сегментов на промежуточных опорах

Положение центра качания А сегментов зависит от углов скосов ϕ на торцах сегментов.

При одинаковых углах ϕ (вид а) центр качания находится на оси симметрии сегмента, незначительно отклоняясь от этого положения при самоустановке сегмента в пределах рабочих значений углов α.

Для того чтобы сместить центр качания на расстояние aL от передней (по направлению движения) кромки (вид б), необходимо угол ϕ1 переднего скоса делать меньше угла ϕ2 заднего скоса согласно соотношению

Podsh samoust segment 4

При оптимальном значении а = 0,58

Podsh samoust segment 5

Во всех описанных конструкциях равномерное распределение нагрузки между сегментами может быть достигнуто лишь путем точного изготовления сегментов и их опор, обеспечивающего расположение поверхностей скольжения в одной плоскости.

Совершеннее системы с автоматическим выравниванием нагрузки на сегменты.

В конструкции (рис. 748, а) сегменты 1 оперты на шарики, уложенные в замкнутом кольцевом пазу опорной шайбы 2. Увеличение нагрузки на один из сегментов заставляет его погружаться в промежуток между шариками, что вызывает подъем менее нагруженных сегментов.

Выравнивающее устройство

В конструкции (б) выравнивающий механизм состоит из ряда плавающих сухарей 3 (имеющих в плане сегментную форму), уложенных в кольцевой паз опорной шайбы. Действие механизма аналогично предыдущему. Один из сухарей должен быть зафиксирован от перемещения в окружном направлении.

На виде (в) показан самовыравнивающийся механизм с сегментами, установленными скошенными краями на сферические промежуточные опоры. В отличие от схем, показанных на рис. 747, сферы свободно установлены в кольцевом пазу опорной шайбы, что обеспечивает автоматическое выравнивание нагрузки. Один из сегментов должен быть зафиксирован от перемещения в окружном направлении.

Выравнивающие устройства обеспечивают также самоустанавливаемость подшипника в целом и, следовательно, делают ненужным применение сферических опорных шайб.

Проследим это на примере выравнивающего механизма по схеме, показанной на рис. 748, в. Пусть упорный диск вала выполнен с перекосом. На самом узком участке зазора (вид в) сегменты опускаются в промежутки между шариками, раздвигая последние, что вызывает сближение шариков и подъем сегментов на противоположном широком участке зазора (вид г). Поверхности скольжения сегментов благодаря самоустанавливаемости последних располагаются в одной наклонной плоскости. Одновременно обеспечивается равномерное распределение нагрузки между сегментами.

Самоустанавливающийся подшипник с шариковым выравнивающим механизмом, выполненным по схеме (а) (рис. 748), показан на рис. 746, г.

Пусть Р = 50 кН; n = 1000 об/мин; η = 50·10–3 Па·c. Требуется определить размеры гидродинамического подшипника с самоустанавливающимися сегментами.

Задаваясь предварительным значением dсp = 170 мм и принимая в формуле (287) а = 1,5, получаем

Podsh samoust segment 7

Несущую площадь F определяем по формуле (284) для Gü = 0,07.

Принимая предварительно β = 0,85, находим

Podsh samoust segment 8

По конструктивным соображениям принимаем d = 120 мм.

Из формулы (288) находим отношение

Podsh samoust segment 9

По рис. 728 этому значению при z = 6 соответствует L/B = 1,5, а при z = 8, L/B = 1,15. Принимаем z = 8.

Наружный диаметр

Podsh samoust segment 10

Средний диаметр

Podsh samoust segment 11

Пересчитывать величину h0 не нужно, так как разница между предварительным значением dср (170 мм) и полученным незначительна.

Ширина сегмента

Podsh samoust segment 12

Длина сегмента по средней окружности

Podsh samoust segment 13

Принимая расстояние между сегментами 6 мм и радиус галтелей на выходе и входе в сегмент R = 2 мм, получаем суммарный промежуток между сегментами m = 6 + 4 = 10 мм.

По формуле (280) находим

Podsh samoust segment 14

т. е. пересчет величины β также излишен.

Активная длина сегмента

Podsh samoust segment 15

Фактическое отношение L’/B = 48/45=1,07 близко к оптимальному, вследствие чего выбор величины Gü = 0,07 обоснован.

Удельная нагрузка на сегменты

Podsh samoust segment 16

Шарнир располагаем на оптимальном расстоянии l = 0,58L’ от передней кромки:

Podsh samoust segment 17

Для оптимального значения t = 1,25h0 согласно формуле (286)

Podsh samoust segment 18

Средняя окружная скорость подшипника

Средняя окружная скорость подшипника

Коэффициент трения по формуле (272)

Podsh samoust segment 20

Затраты мощности на трение по формуле (273)

Podsh samoust segment 21

Секундное тепловыделение

Секундное тепловыделение

Секундное истечение масла для всех сегментов

Секундное истечение масла для всех сегментов

Повышение температуры масла в подшипнике определяем по формуле (276), принимая ρ = 0,9·103 кг/м3 и с = 2·103 Дж/(кг·°С):

Podsh samoust segment 24

Пусть температура масла на входе t0 = 30°С. Тогда средняя температура масла в подшипнике

Средняя температура масла в подшипнике

Масло выбираем из расчета, чтобы при 45°C вязкость масла была равна 50·10–3 Па·с.