Cuscinetto scorrevole Calcolo dei cuscinetti
Per la fissazione spaziale di alberi e assi e la percezione dei carichi (assiale, radiale) sono unità cuscinetto. La qualità della produzione e l'installazione dei cuscinetti influiscono sulle prestazioni e sulla durata delle macchine.
tipi
Qual è la differenza tra un cuscinetto scorrevole e un cuscinetto volvente? Una sorta di attrito all'interno del cuscinetto. Il cuscinetto a frizione scorrevole è a contatto diretto con l'albero o l'asse, le loro superfici sono reciprocamente accoppiate. Nel cuscinetto volvente, queste superfici non si accoppiano tra loro, sono separate da un separatore: sfere, rulli, aghi.
I cuscinetti scorrevoli, le cui foto sono posizionate sotto, sono radiali, di spinta (tali cuscinetti sono chiamati cuscinetti reggispinta), contatto angolare. Queste caratteristiche indicano la direzione caratteristica dei carichi nel gruppo del cuscinetto rispetto alla linea assiale dell'albero.
Cuscinetto scorrevole, cannocchiale
L'uso di cuscinetti scorrevoli è giustificato nei casi in cui è necessario garantire il funzionamento di alberi ad alta velocità, poiché i cuscinetti volventi in alcuni modi non sono sufficientemente durevoli; quando la precisione dell'installazione di alberi e assi, in particolare ad alta velocità; a meno che non siano stati sviluppati cuscinetti volventi standard delle dimensioni appropriate.
Un'altra situazione è quando il cuscinetto scorrevole risulta preferibile al cuscinetto volvente: è necessario scollegare la sede del cuscinetto durante il montaggio o lo smontaggio (durante l'installazione o la riparazione), ad esempio, l'installazione di colli alberi a gomito nei supporti dei cuscinetti. A volte il funzionamento del gruppo di cuscinetti deve verificarsi in acqua o in un ambiente corrosivo, in conseguenza del quale la minaccia di corrosione rende impossibile l'uso dei cuscinetti volventi. Oltre a questi, ci sono altre situazioni, ad esempio il vantaggio economico di utilizzare cuscinetti più semplici per sostituire i cuscinetti volventi, in particolare per i circuiti a bassa velocità di meccanismi non responsabili.
In generale, il cuscinetto scorrevole non è così spesso affermato cuscinetto volvente
Costruzione e materiali
Il cuscinetto scorrevole è un corpo e un rivestimento assemblati, cioè il suo schema strutturale è più semplice del cuscinetto volvente. Il corpo può essere solido o staccabile. In quest'ultimo caso, entrambe le sue parti sono fissate con borchie o bulloni. La fodera è realizzata sotto forma di una manica. Nella fodera del cuscinetto monopezzo può essere realizzata sotto forma di due metà separate, la parte superiore e quella inferiore. Il manicotto del cuscinetto scorrevole viene premuto nell'alloggiamento. Sebbene il cuscinetto monopezzo sia più semplice nel design, la versione divisa è molto più comoda per l'installazione.
Se l'albero è soggetto a grandi deformazioni o l'assemblaggio esatto del meccanismo è impossibile, si usano cuscinetti autoallineanti. In altre parole, è richiesto un cuscinetto a strisciamento sferico.
Materiali da costruzione: ghisa per lo scafo (gradi SCH 12-28 e SCH 18-36), bronzo, ghisa e plastica per inserti. Babbits e bronzi di piombo, materiali leggeri anti-attrito sono montati su acciaio, bronzo o base in ghisa. Vengono anche utilizzati rivestimenti in ghisa o bronzo con riempimento babbit. Ci sono anche fodere in legno e persino le maniche di truciolato!
Alcuni materiali consentono di realizzare rivestimenti che possono funzionare senza ulteriore lubrificazione.
La geometria delle superfici di lavoro dei cuscinetti può essere diversa. Forme cilindriche, coniche, piatte o sferiche sono applicabili in condizioni appropriate, la stessa superficie deve essere la superficie di accoppiamento dell'albero. I cuscinetti conici e sferici sono usati raramente - i primi sono convenienti per piccoli carichi in condizioni di regolazione sistematica del gioco. Questi ultimi, autoallineanti, sono in grado di operare in condizioni di disallineamento dell'albero nel gruppo cuscinetto.
Requisiti per i cuscinetti
Il cuscinetto scorrevole deve soddisfare determinati requisiti.
Innanzitutto, i materiali e la costruzione del gruppo devono garantire un minimo di perdite per attrito e usura dell'albero.
In secondo luogo, la resistenza e la rigidità del gruppo di cuscinetti devono essere sufficienti per il funzionamento a lungo termine in condizioni di carichi reali.
In terzo luogo, il montaggio, l'installazione e la manutenzione dei gruppi di cuscinetti dovrebbero essere il più semplici possibile.
In quarto luogo, le dimensioni delle superfici di lavoro (contatto) del cuscinetto dovrebbero essere sufficienti a creare condizioni per un'efficace dissipazione del calore e la percezione della pressione che si verifica quando il lavoro viene eseguito senza spremere il lubrificante.
grasso
L'attrito è il nemico del cuscinetto scorrevole. Oltre all'usura delle superfici di lavoro, un maggiore attrito può causare un grave surriscaldamento del gruppo.
Il principale mezzo per affrontare l'attrito, insieme alla scelta del gap ottimale, l'installazione accurata e la finitura delle superfici di sfregamento è un lubrificante.
Grasso per cuscinetti lo slip può essere diverso, può essere solido o liquido, gassoso o spesso (consistente). Meccanismi unici funzionano anche con cuscinetti su un cuscino magnetico, cioè il campo magnetico svolge il ruolo di lubrificante! Ma il più delle volte nella tecnica per la lubrificazione di unità cuscinetto utilizzato olio minerale allo stato liquido.
Come grasso, anche lubrificanti diffusi hanno applicato il grasso. Questo tipo di lubrificante è noto a chiunque abbia incontrato macchine e attrezzature agricole.
Con un ambiente di lavoro ad alta temperatura, i lubrificanti liquidi o lubrificanti sono difficili, quasi impossibili da mantenere nel cuscinetto: defluiscono. In questo caso, talco, mica, grafite e altri tipi di lubrificanti solidi vengono in soccorso.
Il lubrificante liquido viene fornito nell'area di lavoro del cuscinetto mediante sistemi speciali che funzionano in una delle seguenti modalità: lubrificazione singola o centralizzata, alimentazione periodica o continua del lubrificante, nessuna pressione di alimentazione forzata o lavoro con tale pressione. Lubrificazione individuale periodica fornita dai capezzoli con coperchio girevole, ingrassatori a pressione e ingrassatori. La lubrificazione individuale continua richiede l'uso di stoppini o capezzoli a goccia.
L'elevata efficienza del cuscinetto può essere ottenuta creando un sistema di lubrificazione idrodinamica, quando l'albero esposto a forze esterne ruota eccentricamente nella camicia, trascinando il lubrificante nella fessura risultante. Come risultato di ciò, viene formato un cuneo di olio con pressione idrodinamica, che fornisce un tipo di attrito liquido.
Tipi di attrito
Lo spessore dello strato di olio determina il modo di funzionamento del cuscinetto: limite, semi-secco, semi-liquido o attrito liquido.
Nel modo limite o semi-asciutto, lo spessore dello strato lubrificante è così piccolo che questo strato perde le sue proprietà fluide. In modalità semiliquida o liquida, le superfici di lavoro del cuscinetto e dell'albero sono separate da uno strato di lubrificante che copre le irregolarità della superficie trattata. Per i nodi con una modalità di limite di attrito, applichiamo un calcolo semplificato per la pressione media (p) o per un altro criterio, il prodotto (pv).
La modalità di attrito liquido per il funzionamento a cuscinetto scorrevole è la più favorevole. Contribuisce al raggiungimento di un'elevata resistenza all'usura. In questo caso, il calcolo si basa sulla teoria della lubrificazione (aspetto idrodinamico).
Il limite convenzionale tra i tipi di attrito è considerato il numero di Sommerfeld:
[S 0 ] = p * ψ / μ * ώ,
dove
[S 0 ] è il numero di Sommerfeld;
P è la pressione media nel cuscinetto;
Ψ - gioco diametrale relativo, il rapporto tra la dimensione effettiva del gioco e il diametro della dimensione dell'albero di montaggio nel cuscinetto;
μ - viscosità dell'olio dinamico;
рад, rad / s - velocità angolare del cuscinetto.
Questi numeri sono definiti per diversi tipi e modelli di cuscinetti e si trovano nelle tabelle appropriate. Viene calcolato il valore effettivo S 0 , quindi viene confrontato con il valore della tabella e viene eseguita la conclusione:
Quando S 0 ≥ [S 0 ], l'attrito è semi-fluido.
Quando S 0 <[S 0 ] fluido di attrito.
Calcolo semplificato
Il primo criterio di calcolo richiede la soddisfazione della seguente uguaglianza:
p ≤ [p],
dove [p] è il valore standard tabellare della pressione media massima ammissibile nel cuscinetto;
P è il valore calcolato della pressione media.
Questo controllo riflette il grado di resistenza all'usura del cuscinetto.
Un altro criterio che richiede la condizione:
P * v ≤ [p * v],
dove v è la velocità di scorrimento, m / s,
riflette lo stress termico.
I valori di p e pv non riflettono l'influenza di un numero di fattori importanti (qualità della superficie, grado di usura, ecc.) Sulla prestazione dell'oggetto di calcolo, che costringe gli ingegneri a considerare il calcolo come approssimativo.
I valori di [p] e [pv] sono riportati nei libri di riferimento, poiché sono medi per diversi tipi di cuscinetti.
tempo forze d'attrito calcolato dalla formula:
M t = (1/2) * f * l * d 2 ,
dove f è tabulare coefficiente di attrito è selezionato tenendo conto delle condizioni di lavoro.
Il calcolo della dissipazione del calore è calcolato come:
W = M * m * ώ = f * P * v,
Qui, la velocità v viene anche selezionata in base alle tabelle.
La velocità con cui si verifica il fenomeno di transizione dell'attrito di confine verso i semi-liquidi, è determinata dalla formula di Vogelpol:
v 1 = P / 10 7 * c * μ * V,
dove P è il carico sul cuscinetto, N;
μ è la viscosità dell'olio (dinamica), N * s / m 2 ;
V = πd 2 l / 4 - lo spostamento del cuscinetto, m 3 ;
ñ - coefficiente costante assegnato a seconda dei materiali:
- ghisa - grigio 1 ... 2;
- antifrizione 1.5 ... 2.5;
- per bronzo e babbit, i valori sono 2 ... 3 e 2,5 ... 4, rispettivamente.
I valori superiori sono per i cuscinetti autoallineanti.
Esprimendo P attraverso p, trasformiamo la formula di Vogelpol:
v 1 = P / 1.5 * 10 8 * c * μ
Confrontando la velocità di scorrimento v, il coefficiente di attrito f, la velocità di scorrimento v 2 il coefficiente di attrito f 2 , diamo la formula del coefficiente di attrito in un cuscinetto:
f≈ f 1 - (v / v 2 ) * (f 1 - f 2 )
Gli indicatori senza un indice corrispondono alla modalità di progettazione, l'indice 1 appartiene alla modalità di transizione dal processo di frizione limite allo stato semi-liquido, l'indice 2 è assegnato agli indicatori adottati per il passaggio dall'attrito semi-liquido a quello liquido. A sua volta, il coefficiente di attrito f2 è determinato dalla formula Piega:
Calcolo nelle condizioni di attrito del fluido
In questo caso, il calcolo dei cuscinetti si basa sulla formula di Reynolds:
dove μ è la viscosità dell'olio, N * s / m 2 ;
h m - lo spazio nella sezione trasversale, dove c'è una pressione massima, mm;
h è lo spazio definito in una sezione arbitraria, mm;
v - velocità, m / s.
Per un rilevamento lineare, questa equazione dovrebbe essere trasformata usando le coordinate polari:
dove p è la pressione nel cuscinetto, è determinata in una sezione arbitraria con un angolo φ rispetto alla linea dei centri;
μ è la viscosità (dinamica);
ψ = Δ / d è il gioco relativo nell'interfaccia tra l'albero e il cuscinetto;
χ = e / δ - valore relativo di eccentricità;
δ è il gioco radiale.
Da questa equazione si ottiene la formula per determinare la capacità di carico idrodinamico.
dove Фр - coefficiente di intensità, funzione adimensionale, è determinato dalle tabelle.
Sapendo che la viscosità dell'olio è determinata dalla formula: 
Puoi ricavare l'equazione:
Coefficiente di attrito nel cuscinetto:
dove il rapporto f t / f p è determinato dalle tabelle dei libri di riferimento.
La quantità di calore è determinata dalla formula:
dove d ha una dimensione in m; R - in N; ω - in rad./s.
Per il calcolo termico del cuscinetto (e per la selezione del sistema di lubrificazione) è necessario conoscere il consumo di lubrificante. Viene determinato misurando il fluido che fluisce attraverso le fessure delle estremità delle zone - caricate e scaricate -. Anche queste misurazioni sono fatte per olio spremuto attraverso le scanalature destinate alla lubrificazione. Quindi, i valori ottenuti vengono divisi per il tempo durante il quale il lubrificante fuoriuscito viene campionato.
Per un secondo consumo è:
dove Q = q 1 + q 2 + q 3
- coefficiente adimensionale.
In questa formula: q 1 è il coefficiente tabulare del flusso del lubrificante attraverso gli spazi nelle estremità della zona caricata;
- coefficiente di consumo di lubrificante alle estremità della zona scarica;
Qui β è un coefficiente adimensionale, un valore tabellare;
- pe - pressione nel sistema di lubrificazione forzata;
- coefficiente che tiene conto dell'intensità del deflusso di olio attraverso le scanalature per la lubrificazione:
- θ - coefficiente adimensionale, valore tabellare;
Le dimensioni aeb sono calcolate dalle formule:
a ≈ 0,05 d + (3 ÷ 5) mm;
b ≈ (0,20 ÷ 0,25) d
L'equazione del bilancio termico per un gruppo di cuscinetti è:
W = W 1 + W 2 ,
dove W è determinato dalla formula sopra e contrassegnata dal segno (*).
Quantità di calore trasferita quando il cuscinetto è lubrificato
W 1 = cQ (t 2 - t 1 ), W
dove c è la capacità termica specifica dell'olio, J / m 3 * gradi;
Q - consumo di olio, m 3 / s;
t 1 et 2 - temperatura di lubrificazione (indice 1 all'ingresso e indice 2 all'uscita del cuscinetto).
La quantità di calore scaricata nello spazio circostante da un massiccio alloggiamento dei cuscinetti:
W 2 = kF (t M - t B ) W,
dove k è il coefficiente di scambio termico tabulare, W / m2 gradi; i suoi valori medi sono nell'intervallo 9 ÷ 16 W / m 2 gradi;
F - superficie di appoggio lavata ad aria, m 2 ;
t M - la temperatura media del lubrificante nell'area di lavoro;
t B - temperatura dell'aria.
La temperatura dell'olio nella zona di carico del cuscinetto non è nota in anticipo, di regola, e quindi viene impostata dai valori di una determinata temperatura media del lubrificante. Per questo motivo, il calcolo idrodinamico del cuscinetto deve essere eseguito per iterazione (approssimazioni successive).
Lo stesso metodo di iterazione determina i valori ottimali di ψ, viscosità dell'olio μ. Le soluzioni devono soddisfare la condizione:
W = W 1 + W 2
I cuscinetti assiali, che sono una sorta di cuscinetti che percepiscono il carico assiale, funzionano in uno stato di solo attrito limite o semi-fluido.
Produzione di cuscinetti
L'impianto di cuscinetti scorrevoli, di regola, è un'impresa specializzata. Prodotto come unità già pronte, ma separatamente. Le piante eseguono anche riparazioni di cuscinetti danneggiati o usurati. Come parte della capacità sono negozi meccanici e termici, linee di assemblaggio, che spesso operano in modalità automatica. Vi è anche un'attrezzatura per spruzzare rivestimenti su superfici di sfregamento al fine di aumentare la resistenza all'usura e ridurre il coefficiente di attrito del gruppo di cuscinetti. I cuscinetti scorrevoli, le cui foto sono riportate nell'articolo, rappresentano un'eccellente illustrazione dell'alto livello tecnico di produzione di questi prodotti.
conclusione
Nonostante i cuscinetti radenti non siano comuni come i cuscinetti volventi, occupano fiduciosamente la loro nicchia, soddisfano i requisiti per loro e la loro tecnologia di produzione viene costantemente migliorata.