Реферат опоры валов и осей подшипники качения
Обновлено: 08.07.2024
В любом механизме или машине различают два типа подвижных опор: опоры с трением скольжения и опоры с трением качения.
В первом случае происходит взаимное перемещение и взаимодействие рабочих поверхностей вала и корпуса, чаще всего разделённых вкладышем скольжения и смазочными веществами. Работа опоры происходит при чистом скольжении соприкасающихся деталей.
Содержание
1. Виды подшипников. Отличие подшипников качения от подшипников скольжения
2. Подшипники качения. Классификация и устройство подшипников.
3. Основные типы подшипников качения
4. Специальные типы подшипников качения
5. Выбор подшипников качения
6. Посадки подшипников. Конструкции подшипниковых узлов
7. Список литературы
Вложенные файлы: 1 файл
ПК реферат.docx
- Виды подшипников. Отличие подшипников качения от подшипников скольжения
- Подшипники качения. Классификация и устройство подшипников.
- Основные типы подшипников качения
- Специальные типы подшипников качения
- Выбор подшипников качения
- Посадки подшипников. Конструкции подшипниковых узлов
- Список литературы
Виды подшипников.
Отличие подшипников качения от подшипников скольжения.
В любом механизме или машине различают два типа подвижных опор: опоры с трением скольжения и опоры с трением качения.
В первом случае происходит взаимное перемещение и взаимодействие рабочих поверхностей вала и корпуса, чаще всего разделённых вкладышем скольжения и смазочными веществами. Работа опоры происходит при чистом скольжении соприкасающихся деталей.
Во втором случае между взаимно подвижными поверхностями закладываются тела качения (шарики или ролики) и работа опоры происходит при трении качения. В этом случае вместо вкладышей из бронзы, баббитов пластиков или других материалов в опорах с трением качения устанавливаются шариковые или роликовые стальные подшипники.
В зависимости от характера нагружения вращающихся опор они называются радиальными, если опора воспринимает радиальные нагрузки, упорными, если опора воспринимает только осевые нагрузки, и радиально-упорными или упорно-радиальными подшипниками (в зависимости от того какие преобладают), если опора воспринимает радиальные и осевые нагрузки одновременно.
Каждый тип опоры характеризуется своими размерами, конструкцией, техническими условиями на изготовление, установку и эксплуатацию.
Подшипники качения и подшипники скольжения по-разному сопротивляются движению и так же по-разному определяют изнашивание элементов подвижных опор и поверхностей деталей машин. Тот или другой тип подшипника выбирается исходя из оценки технико-экономических условий эксплуатации машины или конкретных узлов.
Сравнительные характеристики двух типов подшипников.
Преимущества подшипников качения перед подшипниками скольжения сводятся главным образом к значительно меньшему трению при трогании с места и при малых скоростях движения. Кроме того, подшипники качения имеют меньшие осевые размеры, конструктивно просто позволяют компоновать самоустанавливающиеся опоры, не требуют длительной и трудоёмкой индивидуальной подгонки вкладышей и их приработки, особенно в тех случаях, когда речь идёт о цапфах больших диаметров с высокими нагрузками, скоростями вращения, температурами.
При применении подшипников качения облегчается снабжение узлов машин смазкой, обслуживание и уход, обеспечивается сохранность посадочных поверхностей шеек валов и цилиндров, т.е. для абсолютного большинства опор целлюлозно-бумажного оборудования они имеют весьма большие преимущества.
Однако наряду с преимуществами подшипники качения обладают и рядом недостатков.
Так, крупно- и особокрупногабаритные подшипники, которые широко представлены в целлюлозно-бумажном оборудовании, изготовляются мелкими сериями и имеют весьма высокую стоимость. Подшипники качения уступают подшипникам скольжения по радиальным размерам, весу, жёсткости.
Весьма сложным является выбор подшипников качения при сочетании одновременно действующих высоких нагрузок и скоростей вращения. Известно, что увеличение скорости вращения и нагрузки влечёт за собой снижение долговечности (срока службы) подшипника. Если, например, нагрузка увеличивается на 25% против ранее принятой, то долговечность подшипника сокращается вдвое, а если нагрузка увеличивается вдвое, срок службы уменьшается в 10 раз.
Подшипники качения. Классификация и устройство подшипников
Подшипник качения представляет собой готовый стандартный узел, основными элементами которого являются тела качения – шарики или ролики различной формы, установленные между кольцами – наружным и внутренним. Внутреннее кольцо насаживается на вал или ось, наружное – устанавливается в корпусе механизма. В процессе работы тела качения катятся по беговым дорожкам колец, геометрическая форма которых определяется формой тел качения. Для равномерного распределения тел качения между кольцами служит сепаратор. Основными размерами подшипника качения (рис. 2) являются внутренний и наружный диаметры, ширина. Обычно подвижным является внутреннее кольцо, а наружное – неподвижной деталью. Бывают более сложные по конструкции подшипники, включающие дополнительно защитные шайбы, уплотнения, крепежные втулки и другие элементы.
К достоинствам подшипников качения относятся: малые потери на трение, невысокая стоимость вследствие их массового производства, широчайший диапазон размеров и типов, высокая степень взаимозаменяемости, простота монтажа и обслуживания, малая разница момента трения при пуске и установившемся движении, небольшие осевые размеры.
Недостатками подшипников качения являются сравнительно большие радиальные размеры, высокая чувствительность к ударным и вибрационным нагрузкам из-за жесткости конструкции, значительно меньшая по сравнению с подшипниками скольжения долговечность при больших частотах вращения и больших нагрузках.
По форме тел качения различают шариковые и роликовые подшипники. Последние могут быть с цилиндрическими (а), коническими (б), бочкообразными (в) и игольчатыми (г) роликами (см. рис. 2).
По направлению воспринимаемой нагрузки подшипники бывают радиальные (рис. 3, а), радиально-упорные (рис. 3, б) и упорные (рис. 3, в); по числу рядов тел качения – одно-, двух- и четырехрядные; по способности самоустанавливаться – не- и самоустанавливаемые.
Подшипники с одинаковым диаметром (d) внутреннего кольца подразделяются в зависимости от диаметра наружного кольца на следующие серии: сверхлегкую, особо легкую, легкую, среднюю и тяжелую. В зависимости от ширины кольца (В) подшипники делят на узкие, нормальные, широкие и особо широкие.
Подшипники разных типов, размеров и серий имеют различные грузоподъемность и быстроходность. Подшипники более тяжелых серий менее быстроходны, но имеют более высокую грузоподъемность. Шариковые подшипники имеют большую быстроходность по сравнению с роликовыми подшипниками, однако последние обладают большей грузоподъемностью.
При высокой частоте вращения и действии небольших нагрузок целесообразно использовать подшипники сверхлегкой и особо легкой серий. Для восприятия повышенных нагрузок при высокой частоте вращения используют подшипники легкой серии. Наиболее часто применяют на практике подшипники легкой и средней серий, нормальные по ширине.
Подшипники изготавливаются следующих классов точности в порядке ее повышения: 0 (нормальный), 6 (повышенный), 5 (высокий), 4 (особо высокий), 2 (сверхвысокий).
Выбор класса точности подшипника производится в зависимости от требований, предъявляемых к механизму. Например, подшипники класса 0 используются в механизмах, к точности которых особых требований не предъявляют; подшипники класса 6 применяют в тех случаях, когда потери на трение в опорах должны быть минимальны; классы 5, 4 и 2 предназначены для механизмов, точность которых является основной характеристикой функционирования. Увеличение точности подшипника приводит к росту его стоимости:
| Класс точности | 0 | 6 | 5 | 4 | 2 |
| Сравнительная стоимость | 1 | 1,92 | 10 | 20 | 100 |
Чаще всего используют подшипники нормальной точности – класса 0.
Шариковый радиальный однорядный подшипник (см. рис. 2, а) является наиболее распространенным. Он предназначен для радиальной нагрузки, но может воспринимать и осевую в пределах 70% от неиспользованной радиальной допускает перекос осей колец не более 0,25 ° . При равных габаритных размерах из всех конструкций подшипников качения он имеет минимальные потери на трение и возможность наибольшей скорости вращения. Подшипник обеспечивает осевое фиксирование вала в двух направлениях.
Радиально-упорные подшипники (рис. 3, б) воспринимают радиальную и осевую нагрузку (косозубые, конические и червячные передачи), действующую на вал. Одинарный подшипник может воспринимать чисто осевую нагрузку, действующую в одном направлении. Подшипники, смонтированные попарно, воспринимают осевые усилия, действующие в обоих направлениях.
Шариковые радиальные 2-рядные сферические подшипники могут работать при значительном перекосе до 3 ° осей внутреннего и наружного колец, обладают способностью самоустанавливания оси вала относительно корпуса. Величина осевой нагрузки, действующей одновременно с радиальной, не должна превышать 20% от неиспользованной допустимой радиальной нагрузки.
Тела качения и кольца подшипников качения изготавливают из высокоуглеродистых шарикоподшипниковых хромистых сталей ШХ9, ШХ15 с термообработкой до твердости 60 … 65 HRCэ и последующим шлифованием и полированием, в некоторых случаях используют стали других марок (нержавеющие, жаропрочные и др.); сепараторы делают из низкоуглеродистой мягкой листовой стали, массивные сепараторы – из бронзы, латуни, алюминиевых и магниевых сплавов, пластмасс. При антикоррозионных и антимагнитных требованиях детали подшипников выполняются из беррилиевой бронзы БрБ-2, нержавеющих немагнитных сталей.
Опорами называют устройства, поддерживающие вращающиеся валы и оси в требуемом положении. Они воспринимают и передают нагрузки от подвижных звеньев на корпус или плату. Точность и надежность механизма во многом определяются конструкцией опор.
В зависимости от направления нагрузок опоры делят на: радиальные подшипники, воспринимающие радиальные нагрузки; подпятники или упорные подшипники, воспринимающие осевые нагрузки; радиально-упорные подшипники, воспринимающие одновременно радиальные и осевые нагрузки.
В зависимости от вида трения между соприкасающимися поверхностями валов и опор различают: опоры с трением скольжения; опоры с трением качения и специальные опоры (электромагнитные, опоры с трением упругости и другие).
Основными требованиями, предъявляемыми к опорам механизмов, являются: малые потери на трение, большая точность направления движения, износостойкость, малые габариты, простота сборки, надежность при различных условиях работы, низкая стоимость.
Подшипники скольжения
Опоры механизмов должны обеспечить наибольшую точность перемещения, минимальные потери на трение, быть надежными в работе, сохранять возможность вращения при изменении температуры рабочей среды, виброустойчивы. Опоры скольжения появились значительно раньше опор качения. В зависимости от формы рабочей поверхности опоры скольжения выполняют цилиндрическими, коническими и сферическими. Наибольшее распространение получили цилиндрические опоры. Их простейшим видом может быть отверстие (рис. 1, а) под цапфу непосредственно в корпусе либо в другой детали, поддерживающей вал или ось. Если материал детали, поддерживающей вал или ось, не обладает хорошими антифрикционными свойствами, легко подвергается износу, в него запрессовывают втулки, конструкции которых показаны на рис. 1. Они могут воспринимать радиальные (рис. 1, а, б), радиальные и осевые нагрузки (рис. 1, в, г), регулировать осевое смещение вала (рис. 1, г).
Материал втулки должен быть износостойким, хорошо прирабатываться и иметь в паре с материалом цапфы минимальный коэффициент трения. Для стальных цапф этим условиям удовлетворяют: при высоких давлениях и малых окружных скоростях – бронза БрАЖ9-4 и латунь ЛС59-1; при высоких давлениях и скоростях – бронза БрОФ10-1 и БрОЦС-5-5-5; при небольших давлениях и скоростях – металлокерамические материалы, имеющие пористую структуру и хорошо удерживающие смазку; различные пластмассы – текстолит, фторопласт и др.
К достоинствам пластмасс помимо самосмазываемости необходимо отнести большие демпфирующие способности при действии вибраций и ударов, диэлектричность, антикоррозийность, технологичность изготовления, небольшую массу и стоимость. Недостатками пластмассовых опор скольжения прежде всего являются невысокая износостойкость, низкая теплопроводность, гигроскопичность и нестабильность размеров.
Цилиндрические опоры в отличие от конических мало чувствительны к изменению температуры из-за наличия зазоров между цапфой и подшипником, наиболее просты по конструкции. Конические опоры могут воспринимать как радиальную, так и осевую нагрузку, более сложны и дороже, имеют большие потери на трение. Сферические или шаровые опоры применяют, если при эксплуатации и сборке может иметь место перекос оси вала по отношению к оси подшипника.
Опоры скольжения имеют следующие достоинства: малые радиальные размеры, допускают высокие частоты вращения, возможность работы в воде и агрессивных средах, устойчивы к вибрациям и ударам. К недостаткам их следует отнести: большие потери на трение и небольшой КПД, сравнительно большие осевые размеры, неравномерный износ подшипника и цапфы, необходимость использования дорогостоящих антифрикционных материалов и смазки.
Подшипники скольжения различают с сухим, граничным и жидкостным трением. Сухое трение имеет место при отсутствии смазки между контактирующими поверхностями. Для уменьшения трения применяются различные виды покрытий металлических вкладышей подшипника – сульфидирование, сульфационирование, нанесение пленок свинца, галлия, палладия, фторопласта, порошка графита, двусернистого молибдена, нитрата бора.
В подшипниках жидкостного трения трущиеся поверхности полностью разделены слоем жидкой смазки или газа. Различают гидростатические и гидродинамические подшипники. В гидро- и аэростатических подшипниках разделение трущихся поверхностей достигают путем подачи в зону контакта жидкости или газа под давлением, уравновешивающем вал. В гидро- и аэродинамических подшипниках цапфа вала располагается во втулке подшипника с зазором. При движении жидкая или газообразная (воздух) смазка увлекается в клиновидный зазор за счет прилипания к поверхности цапфы, разделяет поверхности трения и при определенной скорости вращения создает давление, уравновешивающее внешнюю нагрузку (цапфа всплывает).
Наиболее часто применяются подшипники скольжения с граничным трением, когда слой жидкости не полностью разделяет трущиеся поверхности и имеет место частичный контакт между цапфой и втулкой. При жидкостном и граничном условиях работы применяются жидкие минеральные и консистентные (густые) смазки.
Часто конструкции опор предусматривают подвод смазки и наличие специальных канавок для подачи смазки на трущиеся поверхности. Широко используют подшипники, вкладыши которых изготовлены методами порошковой металлургии из порошков соответствующих сплавов. Смазочная жидкость, заполнившая при пропитке поры такого вкладыша, обеспечивает смазку подшипника на все время его работы.
Основными видами разрушения подшипников скольжения являются износ, задиры и контактные усталостные повреждения поверхности втулки (выкрашивание в виде раковин или отслаивание, шелушение материалов).
Расчет цилиндрических подшипников, не работающих в условиях жидкостного трения, сводится к определению диаметра цапфы (d) и ее длины (ℓ) из условий ограничения среднего давления (q) на втулку (1); нагрева и износа (9.2), пропорционального удельной работе трения (qv):
v = , (3)
где Fr – радиальная нагрузка на опору, Н; v – окружная скорость вала, м/с; d и ℓ – диаметр и длина рабочих поверхностей опоры, мм; n – частота вращения вала, об/мин; qadm , ( qv ) adm – допускаемые значения соответственно удельного давления и удельной работы трения материала втулки. Их значения для ряда материалов при стальных цапфах приведены в табл. 1.
Для сопряжения цилиндрических цапф с втулкой при граничном трении назначаются посадки с зазором в системе отверстия. Величина зазора тем больше, чем выше окружная скорость. При высоких скоростях рекомендуют посадки H8/e7; при средних и малых скоростях – H7/e7, H7/f7, H7/g7; при малых скоростях и высокой точности сопряжения – H7/g6, H6/g5. Для уменьшения трения и износа шероховатость трущихся поверхностей рекомендуют принимать в пределах Ra = (1,25 … 0,32) мкм.
Состоит из корпуса 4, крышки 1, болтов или шпилек 2, скрепляющих крышку с корпусом, и вкладыша 3. Смазка к трущимся поверхностям подводится через отверстие в крышке 1. Износ вкладышей компенсируется поджатием верхней крышки. Материалом для корпуса служит, как правило, чугун, а для втулок или вкладышей — сплавы цветных металлов (бронзы, баббиты, латуни и т. п. ), антифрик-ционные чугуны… Читать ещё >
Опоры валов и осей. Подшипники ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )
Валы и вращающиеся оси монтируют на опорах, которые определяют положение вала или оси, обеспечивают вращение, воспринимают нагрузки и передают их основанию (раме) машины. Основной частью опор являются подшипники; они могут воспринимать радиальные, радиально-осевые и осевые нагрузки. Подшипники, воспринимающие осевые нагрузки, называются упорными.
По принципу работы различают подшипники скольжения, в которых цапфа вала скользит непосредственно по опорной поверхности, и подшипники качения, в которых между поверхностью вращающейся детали и опорной поверхностью расположены тела качения.
В подшипниках скольжения различают следующие виды трения:
- — сухое — это трение, при котором между трущимися поверхностями отсутствует слой смазки;
- — полусухое — смазка к трущимся поверхностям поступает в незначительном количестве и не обеспечивается постоянный подвод масла;
- -полужидкостное — это трение, при котором между трущимися поверхностями находится очень тонкий слой смазки;
- -жидкостное трение достигается при наличии между трущимися
Рис. 122. Подшипники скольжения: а — неразъемный; б — разъемный
поверхностями слоя смазки, исключающего контакт металла с металлом.
Существует множество конструкций подшипников скольжения. Широкое применение находят неразъёмные и разъёмные.
Разъёмный подшипник (рис. 122,.
б) состоит из корпуса 4, крышки 1, болтов или шпилек 2, скрепляющих крышку с корпусом, и вкладыша 3. Смазка к трущимся поверхностям подводится через отверстие в крышке 1. Износ вкладышей компенсируется поджатием верхней крышки. Материалом для корпуса служит, как правило, чугун, а для втулок или вкладышей — сплавы цветных металлов (бронзы, баббиты, латуни и т. п. ), антифрик-ционные чугуны, металлокерамические материалы и др.
Рис. 123. Конструкция подшипников качения: а — шариковый однорядный; б — виды тел качения, используемых в подшипниках; в — шариковый двухрядный; г — упорный Подшипники качения стандартизированы и выпускаются в большом диапазоне типоразмеров с наружным диаметром от 1,5 мм до 2,6 м и массой от долей грамма до нескольких тонн. В большинстве случаев они состоят из двух колец — внутреннего 1 (рис. 123, а) и наружного 2, тел качения 3 (шарики или ролики) и сепаратора 4, который удерживает тела качения на расстоянии друг от друга.
По сравнению с подшипниками скольжения, подшипники качения имеют следующие достоинства: малые потери на трение и незначительный нагрев; малый расход смазки; небольшие габариты в осевом направлении; высокая степень взаимозаменяемости; невысокая себестоимость. Недостатки: чувствительность к ударным и вибрационным нагрузкам; большие размеры в радиальном направлении; малая надёжность в высокоскоростных приводах.
В зависимости от тел качения подшипники бывают шариковые и роликовые. Тела качения (рис. 123, б) бывают: шарик 1; ролики цилиндрические — короткий 2, длинный 3, длинный витой 4; ролик конический 5; ролик бочкообразный 6; ролик игольчатый 7. Короткий ролик имеет отношение длины к диаметру 2,5; игольчатый ролик имеет диаметр не более 6 мм, а длина в 3… 10 раз больше диаметра.
Подшипники классифицируются по следующим признакам:
по форме тел качения — шариковые, цилиндрические и конические роликовые, игольчатые;
по числу рядов тел качения — однорядные (рис. 123, а), двухрядные (рис. 123, в) и многорядные;
по направлению воспринимаемой нагрузки — радиальные (рис. 123, а, в)у радиально-упорные, упорно-радиальные, упорные (рис. 123, г), комбинированные;
по возможности самоустановки — самоустанавливающисся и несамоустанавливающиеся;
по габаритным размерам — серии диаметров и ширин; по конструктивным особенностям — с контактным уплотнением, с защитной шайбой, с фланцем на наружном кольце и т. д.
Подбор подшипников качения производят по статической или динамической грузоподъемности.
При частоте вращения вала и
где Р — эквивалентная динамическая нагрузка;
L — долговечность подшипника в млн. оборотов;
Ьь — долговечность подшипника в часах.
Эквивалентную динамическую нагрузку определяют по формуле.
где X- коэффициент радиальной нагрузки;
V — коэффициент вращения;
Fry Fa — соответственно, радиальная и осевая нагрузки;
Укоэффициент осевой нагрузки;
Кь — коэффициент безопасности;
Коэффициент вращения принимают: при вращении внутреннего кольца V- 1; при вращении наружного кольца V- 1,2.
Коэффициент безопасности для редукторов принимают равным Кв-1,3… 1,5.
Температурный коэффициент при температуре до 100° С принимают равным Кт= 1; при температурах от 125 до 250° С Кт- 1,05… 1,4.
Расчёт эквивалентной динамической нагрузки ведут из следующего условия:
- — для цилиндрических роликовых подшипников Fa ш 0; X- 1;
- — для упорных подшипников Fr — 0; Y = 1;
— для шариковых радиальных, радиально-упорных и конических роликовых подшипников X = 1, Y = 0, если (расчёт ведется только по радиальной нагрузке); при значения коэффициентов К и К определяются по справочным таблицам на подшипники (е — вспомогательный коэффициент, указанный в таблицах).
Выбор подшипников качения производят по каталогам, в которых указаны все необходимые справочные величины.
Опоры ГТУ служат для передачи усилия от вращающихся роторов к корпусам. Опоры воспринимают значительные статические и динамические усилия от валов двигателя. Они должны обеспечивать достаточную жесткость силовой схемы двигателя и необходимое центрирование валов во всем диапазоне реализуемых нагрузок.
В настоящее время получили распространение следующие типы опор:
-опоры жесткого типа, воспринимающие усилия во всех направлениях;
-упруго-демпферные опоры, устанавливаемые преимущественно на радиальные подшипники;
-опоры межроторного типа.
Подшипники являются наиболее ответственными элементами опор ГТД - именно в них происходит непосредственный силовой контакт между ротором и статором двигателя. Подшипники ГТД должны обеспечивать безотказную работу в течение требуемого ресурса при заданных уровнях скоростей и нагрузок. Поэтому для них необходимо обеспечить определенные условия смазки, охлаждения, а также защиты от внешних неблагоприятных воздействий (тепловых потоков, твердых частиц загрязнений и т.д.). Для осуществления этих функций предназначены механические компоненты, образующие масляную и внешние воздушные полости опор, система смазки, а также система наддува уплотнений и охлаждения опор.
В современных ГТД, в основном, применяются подшипники качения, обладающие по сравнению с подшипниками скольжения рядом преимуществ: меньшим коэффициентом трения, большей устойчивостью к попаданию загрязнений и работе с перекосом, меньшими размерами по длине, меньшей потребностью в смазке, возможностью работы в широком диапазоне частот вращения.
Рисунок 1 – Типы подшипников ГТУ
Подшипники качения классифицируют по следующим признакам:
1)по направлению воспринимаемой нагрузки относительно оси вала - радиальные, радиально-упорные, упорные;
2)по форме тел качения - шариковые, роликовые.
В опорах роторов ГТД применяются, как правило, однорядные шариковые и роликовые подшипники с сепараторами. Наличие сепаратора позволяет распределить тела качения (шарики, ролики) равномерно по окружности. При этом исключается их взаимное задевание (трение) и обеспечивается стабильный процесс распределения нагрузки.
Упорные подшипники судовых газовых турбин и компрессоров служат для восприятия осевого усилия и для фиксации вала в осевом направлении. Осевые усилия изменяются по величине и направлению с изменением ре жима работы турбины и направления движения судна. Нагрузка на упорные подшипники в современных судовых турбинах может достигать свыше 100 кН.
Упорный подшипник состоит из гребня, откованного вместе с ротором, или съемного, упорных подушек, расположенных по обе стороны гребня и опирающихся на неподвижную опору так, что они могут наклоняться под некоторым углом к плоскости гребня. В современных турбинах применяют только одногребенчатые упорные подшипники. В состоянии покоя рабочая плоскость подушки расположена параллельно плоскости гребня. При пуске турбины гребень силой трения затягивает масло в зазор между подушкой и гребнем, причем подушка имеет скос, который облегчает подсасывание масла в начальный период. По мере увеличения частоты вращения ротора под действием осевой и гидродинамических сил подушка поворачивается, образуя масляный клин. Масло к сегментам подается через отверстия, расположенные в нижней половине обоймы. Подшипник имеет от 8 до 12 сегментов.
Рисунок 2 – Принцип действия одногребенчатого упорного подшипника.
По конструкции различают следующие виды упорных подшипников:
- жесткие, у которых упорная обойма установлена жестко в корпусе;
- самоустанавливающиеся со сферическими обоймами, которые имеют возможность поворота вслед за гребнем;
Жесткий упорный подшипник (рис. 3) состоит из кованого гребня, жестко насаженного на вал ротора на шпонке и застопоренного гайкой. С обеих сторон гребня расположено по восемь бронзовых упорных подушек, залитых слоем баббита. Подушки упираются в стальные каленые пальцы, плотно вставленные в гнезда стальных обойм. В гнездо подушки палец входит с зазором, вследствие чего подушка может слегка поворачиваться на сферической поверхности пальца. Каждая обойма выполнена из двух половин, причем нижняя помещается в ложе стула, а верхняя в крышке подшипника. Для установки и крепления крышки служат шпонки и шпильки. Для выхода воздуха при плотной постановке пальца, а также для выколачивания пальца при разборке имеются специальные отверстия.
Рисунок 3 – Жесткий упорный подшипник
1- упорный гребень; 2 – упорные подушки; 3 – пальцы; 4 – обойма; 5 – стул; 6 – крышка; 7, 8 – шпонки; 9 – гайка, 10 – отверстие; 11 – прокладки; 12 – приспособление для перемещения ротора; 13 – трубка для подвода масла; 14,15 – каналы; 16 – полость; 17 – уплотнения; 18 – маслоотбойник; 19 – обтекатель; 20 – винт; 21 – отверстия для слива масла; 22 – втулка; 23 – крышка; 24 – корпус;
Самоустанавливающийся упорный подшипник (рис. 4) с уравнительным устройством имеет примерно такое же назначение. Отличие его заключается в том, что гребень через масляный клин передает давление на упорные подушки, которые, опираясь на нажимные подушки, передают его на уравнительные (балансирные) подушки, а эти полушки через обоймы - на корпус турбины. Подвод масла осуществляется от центра к периферии, отдельно для переднего и заднего хода. Выход масла на слив сверху также раздельный. Достоинство такого упорного подшипника заключается в том, что при прогибах вала ротора давление на опорные подушки продолжает распределяться равномерно, благодаря чему исключается повреждение трущихся поверхностей подушек и гребня. Это достигается тем, что более нагруженная подушка несколько утоплена и с помощью нажимных и уравнительных подушек прижимает к гребню соседние упорные подушки.
Рисунок 4 – Опорно-упорный подшипник ГТД
1 – передняя крышка; 2 – опорный подшипник; 3 – спаренный упорный подшипник; 4 – штуцер для подвода охлаждающей жидкости; 5 – втулка; 6 – вал движителя; 7 – силовая крышка; 8 – штуцер для отвода жидкости; 9 – корпус подшипника;
Методы изготовления подшипников
Поскольку сам подшипник состоит из отдельных конструктивных деталей — кольца, тела качения (шарики или ролики), сепаратор, заклепки, защитные шайбы — то и его производство состоит из изготовления отдельных деталей, сборки и дополнительных работ по испытанию качества собранного изделия, маркировки, смазки и упаковки. Необходимо отметить, что при производстве подшипников применяются специальные подшипниковые стали — для колец и тел качения свои, для сепаратора — свои, ведь подшипник зачастую испытывает колоссальные физические, а иногда и термические и даже химические воздействия. Если для колец и тел качения используется в основном сталь, то для сепаратора это могут быть сплавы на основе других тяжелых и легких металлов (сепараторы бывают из латуни, алюминиевых сплавов, бронзы, чугуна, пластических материалов). Исходя из типа подшипника, определяется и технология его производства, которая часто бывает весьма различной. Рассмотрим стадии изготовления наиболее распространенного типа подшипника — шарикового однорядного радиального подшипника основного конструктивного исполнения.
Изготовление колец подшипника:
1. Производство исходной заготовки по заданному диаметру подшипника
2. Обработка давлением и вальцевание исходной заготовки (металлической трубы или прута). Вальцевание представляет собой плющение и сдавливание исходного слоя для придания ему большей плотности, гладкости и равномерной толщины. Происходит это посредством пропуска заготовки между двумя вращающимися валами (отсюда термин — вальцевание).
3. Токарная обработка заготовки — нарезка из заготовок отдельных колец и обработка всех поверхностей с целью придания будущему кольцу подшипника нужных диаметров (внешнего и внутреннего) и ширины.
4. Термическая обработка колец подшипника — закалка (нагрев до температуры 850 градусов Цельсия и быстрое охлаждение в жидкости) и отпуск (содержание колец при температуре 170 градусов).
5. Шлифовка поверхностей колец подшипника — внешние и внутренние и боковые стороны. Шлифовка дорожек качения на внутреннем и внешнем кольцах подшипника.
6. Суперфиниширование — Шлифование дорожек качения до окончательной степени гладкости
Изготовление тел качения подшипника (шарики):
1. Нарезка исходных заготовок из специальной стальной проволоки заданных размеров в зависимости от диаметра тел качения.
2. Сдавливание предварительных заготовок и придание им шарообразной формы вплоть до размеров близких к окончательным — с разницей до 100 микрон.
3. Термическая обработка тел качения — закаливание, охлаждение и отпуск.
4. Шлифовка тел качения, придание им окончательных размеров и последующая полировка.
1. Пробивка исходной заготовки (стального листа определенной ширины и толщины) под отверстия для тел качения (шариков).
2. Штамповка предварительного сепаратора — придание отверстиям и профилю сепаратора необходимой формы.
3. Сверление отверстий под заклепки, с помощью которых кольца сепаратора будут соединены в одно целое.
Завершительным этапом является сборка подшипника. Производство более сложных подшипников подразумевает наличие еще нескольких промежуточных этапов изготовления.
Материалы подшипников ГТУ
Кольца и тела качения подшипников работают при значительных сосредоточенных нагрузках, вызывающих высокие контактные напряжения, в условиях многоциклового воздействия. Одновременно рабочие поверхности этих деталей подвергаются истиранию вследствие проскальзывания, сопровождающего процесс вращения подшипника.
Контактные напряжения в рабочих зонах могут достигать весьма больших значений (порядка 4000 МПа).
В связи с этим к подшипниковым материалам предъявляется ряд специфических требований, основное из которых наличие высокой твердости. Твердость колец и тел качения подшипников, как правило, должна быть не менее 59 HRC. В ряде случаев для специфических условий применения, когда нагрузки на подшипники малы, допускается использование материалов, имеющих твердость в пределах 45…50 HRC. Кроме этого, подшипниковые материалы должны обладать высокими прочностными характеристиками, сопротивлением износу, удовлетворительными усталостными свойствами, вязкостью (сопротивлением хрупкому разрушению). Для определенной группы подшипников необходимо, чтобы материалы могли противостоять воздействию повышенных температур и агрессивных сред (тепло- и коррозионностойкие подшипниковые материалы).
Материалы для деталей подшипников характеризуются высокой структурной и размерной стабильностью. Для достижения указанного комплекса свойств необходимо, чтобы подшипниковые материалы обладали минимальной загрязненностью неметаллическими включениями, удовлетворительной макроструктурой, отсутствием микронесплошностей, регламентированными структурными характеристиками перлита, мартенсита, карбидной составляющей и т.п. Принимая это во внимание, подшипниковые материалы можно разделить на три основные группы.
Первая группа — стандартные подшипниковые материалы, включающие в себя высокоуглеродистые хромистые твердокалящиеся стали и низкоуглеродистые легированные конструкционные стали с поверхностным упрочнением.
Вторая группа — теплопрочные и коррозионностойкие высокоуглеродистые легированные стали и сплавы.
Третья группа — неметаллические материалы.
Отечественная промышленность при производстве подшипников использует следующие материалы:
1) Хромистые высокоуглеродистые твердокалящаеся стали, изготавливаемые методом электрошлакового переплава. Подшипники, изготовленные из этой стали могут работать при температуре до 120 С. Для повышения рабочей температуры подшипников необходима дополнительная термообработка стали (отпуск при более высокой температуре), но при этом твердость стали уменьшается. В этом случае подшипники из данной стали применяются при температурах эксплуатации ниже 200 С.
2) Коррозионно-стойкая высокохромистая сталь, изготавливаемая методом электрошлакового переплава. В зависимости от температуры эксплуатации подшипников применяют два варианта термообработки деталей: с низким отпуском 150…160 С и с отпуском на вторичную твердость при 400…420 С. Подшипники из данной стали применяются, как правило, в местах неимеющих циркуляционной смазки .
3) ЭИ347Ш – легированная вольфрамом теплопрочная подшипниковая сталь, изготавливаемая методом электрошлакового переплава. Подшипники, изготовленные из этой стали могут работать при температуре до 450 С, поэтому широко применяются в опорах основных валов ГТД. По сравнению со сталью ШХ15-Ш данная сталь менее технологична и имеет более высокую стоимость.
4) М50 — молибденовая теплопрочная сталь. Высокая чистота материала достигается методом двойного вакуумного переплава (вакуумно-индукционная выплавка с последующим вакуумно-дуговым переплавом). В настоящее время М50 является преобладающей сталью, используемой для производства подшипников ГТУ, работающих при высокой температуре. Подшипники, выполненные из этой стали, могут работать при температуре до 320 С.
Заключение
Подшипники являются одним из самых высоконагруженных узлов газотурбинной установки. Работая при высокой скорости вращения и больших осевых, они должны обеспечивать долгую наработку. Выход из строя подшипников, является одним из самых тяжелых по своим последствиям проявлением дефектов газотурбинной установки.
Упорные подшипники – одни из самых нагруженных элементов газотурбинной установки.
В ГТУ используются подшипники легкой серии и высокой точности.
Упорный подшипник является сложным приспособлением состоящим из нескольких частей.
От качества подшипника во многом зависит срок службы газотурбинной установки.
Подшипники постоянно совершенствуются, как в области конструкции так и в области материалов.
Список использованных источников
2. Коллектив авторов. Опоры роторов ГТУ. Общие сведения./ Учебное пособие/ Уфа – УГАТУ/ 2014г – 201 с.
3. Слободянюк Л. И., Поляков В.И. Судовые паровые и газовые турбины и их эксплуатация/ Ленинград – судостроение/ 1983г – 151с
Подшипники используются с древних времён. В зависимости от условий эксплуатации механизмов и машин (скорость движения, нагрузки, температура окружающей среды, фин. затраты,…)выбираются при помощи расчета определённые типы п/ш которые изготавливаются из различных материалов.
Назначение подшипника- уменьшение трения между движущейся и неподвижной частями механизма, т.к. с трением связаны износ, нагрев и потеря энергии.
ПОДШИПНИК КАЧЕНИЯ: -опора вращающейся (движущейся) части механизма работающая в условиях преобладающего ТРЕНИЯ КАЧЕНИЯ.Обычно состоит из наружного кольца, тел качения (шарик, ролик), сепаратора, внутреннего кольца (рис.1).рис.1
Тела качения контактируют с наружным и внутренним кольцом, что при вращении приводит к трению проскальзывания. Потери энергии связаны с трением скольжения тел качения о сепаратор, внутренним трением в материале контактирующих тел (упругие деформации), сопротивлением смазки.
Классифицируются: -по телам качения: шариковые, роликовые (цилиндрические, конические, игольчатые, витые, бочкообразные, бочкообразные конические,…).
-по типу нагрузки: радиальные (нагрузка перпендикулярно оси вращения);
радиально-упорные (нагрузка перпендикулярно и вдоль оси вала);
упорные(нагрузка вдоль оси вала);
линейные(обеспечивают движение вдоль оси, вращение вокруг оси не нормируется или не возможно);
шариковые винтовые передачи(сопряжение винт-гайка через тела качения).
-по числу тел качения (одно-, двух-, и многорядные).
- по способности компенсироватьнесоосность вала и п/ш (обычные и самоустанавливающиеся).
В шарикоподшипниках ТОЧКА КОНТАКТА (меньше коэффициент трения). В роликоподшипнике ЛИНИЯ КОНТАКТА (больше коэффициент трения).
Поэтому при одинаковых габаритах шарико-п/ш допускают большую скорость вращения, но воспринимают меньшую нагрузку чем ролико-п/ш.
Достоинства п/ш качения:
-высокая скорость вращения;
-выдерживают большие нагрузки;
-небольшая ширина (осевой размер);
-умеренные требования по смазке;
-большой диапазон рабочих температур (спец п/ш до 1000ос).
Недостатки п/ш качения:
-сложность в изготовлении;
-большие радиальные размеры.
В основном п/ш изготавливают из высокоуглеродистой низколегированной стали(наружные и внутренние кольца, тела качения подвергаются закалке), низкоуглеродистой стали, латунь (сепаратор, защитные шайбы). Для работы при динамической нагрузке кольца и ролики изготавливают из низкоуглеродистой низко/средне легированной стали, подвергаемой поверхностному насыщению углеродом, т.е. цементацией(структура цементит): поверхностный слой после закалки и отпуска твёрдый, износостойкий, а сердцевина вязкая, упругая (такие п/ш используются в прокатных станах, буксовых узлахж.д. вагонах, шасси самолётов).
В последнее время применяются и другие материалы: керамика, фторопласт, текстолит…
Производство подшипников качения:
Промышленное производство п/ш качения впервые было организовано в Германии в 1883г, в Советском Союзе в 1932г(в 1961г. 1-е выпуски 1-го подшипника завода ГПЗ-15 в г. Волжском).
Высокие нагрузки, неправильная установка и плохая герметизация приводит к дефектам ( выкрашивание, износ колец и тел качения; разрушение сепаратора) и выходу подшипника из строя.
Расчет проводится для подбора п/ш по статической, динамической нагрузки при определённой скорости вращения, и др. характеристик.
Технические параметры (размеры, качество поверхности, твёрдость и материалы деталей п/ш,…) и эксплуатационные характеристики (скорость об/мин, нагрузка, температурный режим,…) определяются различными ГОСТ. В обозначении указывается диаметр отверстия, тип и конструктивные особенности, материал.
Степень точности п/ш: 0, 6, 5, 4, 2, Т (слева на право –увеличение точности).
Читайте также: