Подшипники скольжения¶

Подшипники скольжения — это опоры вращающихся или качающихся деталей машин, работающие по принципу скольжения сопряжённых поверхностей, разделённых слоем смазочного материала (жидкости, газа или твёрдого покрытия). В отличие от подшипников качения, где используются тела качения (шарики, ролики), в подшипниках скольжения контакт происходит по поверхности втулки (вкладыша), которая охватывает цапфу вала. Они относятся к классу опор трения и являются одним из старейших типов машиностроительных узлов.

¶Конструкция и основные элементы

Типичный подшипник скольжения состоит из следующих частей:

• Корпус — неподвижная деталь, воспринимающая нагрузки от вала и передающая их на раму или станину машины. Изготавливается из чугуна, стали или цветных металлов.
• Вкладыш (втулка) — сменная деталь, непосредственно контактирующая с валом. Материал вкладыша подбирается по условиям трения и износа: это могут быть бронза, баббит (оловянно-свинцовый сплав), антифрикционный чугун, полимеры (капрон, фторопласт) или металлокерамика.
• Смазочная система — обеспечивает подачу смазки в зону контакта. В простейших случаях это маслёнки или фитили, в ответственных узлах — принудительная циркуляция масла под давлением.

¶Классификация

Подшипники скольжения классифицируют по нескольким признакам.

¶По направлению воспринимаемой нагрузки

• Радиальные — воспринимают нагрузки, перпендикулярные оси вала (основной тип).
• Упорные — воспринимают осевые нагрузки (например, в турбинах и гребных винтах).
• Радиально-упорные — комбинированные, воспринимают нагрузку в обоих направлениях.

¶По режиму смазки

• Гидродинамические — работают в режиме жидкостного трения, когда масляный клин создаётся за счёт вращения вала. При этом поверхности полностью разделены плёнкой масла, а коэффициент трения крайне мал (0,001–0,005).
• Гидростатические — смазка подаётся под высоким давлением от внешнего насоса, что позволяет работать при нулевой скорости вала.
• Газодинамические и газостатические — используют в качестве смазки воздух или другие газы; применяются в высокоскоростных машинах (турбокомпрессорах, шпинделях).
• Граничного трения — работают без полноценной масляной плёнки, когда смазка лишь частично разделяет поверхности. Используются в тихоходных механизмах (шарниры, петли, подшипники сельхозмашин).

¶По материалу вкладыша

• Металлические (бронзовые, баббитовые, стальные с наплавкой).
• Неметаллические (текстолитовые, резиновые, полимерные).
• Порошковые (самосмазывающиеся пористые, пропитанные маслом).

¶Преимущества и недостатки

По сравнению с подшипниками качения подшипники скольжения имеют ряд особенностей.

Преимущества:

• Высокая нагрузочная способность и виброустойчивость при больших диаметрах валов.
• Бесшумность работы и способность демпфировать ударные нагрузки.
• Возможность работы в агрессивных средах и при высоких температурах.
• Меньшие габариты в радиальном направлении.
• Простота конструкции для тихоходных и разъёмных узлов.

Недостатки:

• Необходимость постоянной подачи смазки и сложность смазочных систем.
• Более высокие потери на трение при пуске и остановке.
• Чувствительность к загрязнению смазочного материала.
• Больший износ при нарушении режима смазки.

¶Применение

Подшипники скольжения широко используются в различных отраслях техники:

• Тяжёлое машиностроение: опоры прокатных станов, шаровых мельниц, вращающихся печей, экскаваторов.
• Энергетика: опоры турбин, генераторов, насосов.
• Судостроение: дейдвудные подшипники гребных валов, опоры судовых двигателей.
• Двигатели внутреннего сгорания: коренные и шатунные подшипники коленчатого вала.
• Железнодорожный транспорт: буксовые узлы локомотивов и вагонов (в том числе с роликовыми подшипниками, однако в ряде конструкций сохраняются скользящие опоры).
• Бытовая техника и приборостроение: опоры электродвигателей, вентиляторов, стиральных машин.
• Авиастроение: опоры газотурбинных двигателей, работающие при высоких скоростях и температурах.

¶Интересные факты

• Подшипники скольжения известны с древности: деревянные опоры использовались в водяных мельницах и гончарных кругах ещё за несколько тысячелетий до нашей эры.
• В гидродинамическом режиме масляная плёнка в подшипнике выдерживает давление, в десятки раз превышающее прочность самого масла на сжатие, благодаря эффекту клина.
• Самые крупные подшипники скольжения устанавливаются на гидротурбинах и имеют диаметр более 2 метров.
• В современных микромеханизмах применяются газовые подшипники, работающие на воздухе без подачи смазки, что обеспечивает практически бесконечный ресурс.

¶Источники

• Анурьев В. И. «Справочник конструктора-машиностроителя», т. 2.
• Чернавский С. А. «Подшипники скольжения», М., Машиностроение.
• Орлов П. И. «Основы конструирования», кн. 2.
• ГОСТ 24955-81 «Подшипники скольжения. Термины и определения».