Гидродинамические подшипники скольжения.

В радиальном подшипнике скольжения для обеспечения жидкостного трения применяют конструкцию, которая состоит из трех и более сегментов 2, симметрично расположенных относительно цилиндрической наружной поверхности вала d (рис. 11).

Рис. 11. Подшипники скольжения, самоустанавливающиеся по наружной цилиндрической поверхности

Сферическая поверхность опоры 1 позволяет сегменту 2 устанавливаться относительно так, чтобы компенсировать неточности монтажа и деформацию вала, обеспечивая тем самым равномерное распределение нагрузки по длине вкладыша. Сегмент расположен на диаметре вала несимметрично относительно опоры 1. Значения углов, определяющих размеры и положение сегмента относительно опоры, приведены на рис. 11.

При работе между сегментом 2 и цилиндрической поверхностью вала d образуется зазор в виде клина. Образовавшийся клиновой зазор непрерывно заполняется смазочным материалом, увлекаемым вращающейся цапфой вала, вследствие чего и образуется гидродинамическая подъемная сила. При дальнейшем возрастании угловой скорости и соблюдении рассмотренных ниже условий появляется сплошной устойчивый гидродинамический клин, полностью разделяющий поверхности трения.

В каждом сегменте образуются независимые друг от друга масляные клинья. Под действием внешней нагрузки в радиальном подшипнике (втулке) шпиндель смещается на некоторую величину эксцентриситета е, зависящую от величины нагрузки (рис. 12, а).

Рис. 12. Эпюры нагрузки подшипников скольжения: а – радиального во втулке; б – на трех сегментах

При наличии трех сегментов нагрузка распределяется на каждый сегмент. Увеличение зазора на каком-либо сегменте вызывает падение давления на нем и это вызывает смещение вала и выравнивание зазоров. Нагрузки на сегменты взаимно уравновешиваются и стремятся удержать вращающийся шпиндель в центральном положении (рис. 12, б).

Во время работы под действием масляного слоя сегменты самоустанавливаются относительно цилиндрической наружной поверхности вала под углом, соответствующим нагрузке, окружной скорости, вязкости масла и конструкции подшипника.

Такие подшипники называют гидродинамическими. Они хорошо центрируют вал и обеспечивают стабильную работу подшипников, и поэтому их применяют для быстроходных валов, особенно при возможной опасности возникновения вибраций.

Материалы для гидродинамических подшипников должны удовлетворять самым высоким требованиям износостойкости, так как в периоды пуска и остановки шпинделя имеют место кратковременные режимы смешанного трения. Сегменты в многоклиновых подшипниках обычно делают биметаллическими. На стальную основу наносится центробежным способом с электродуговым нагревом слой бронзы (БрОФ10-0,5, БрОС10-10), что обеспечивает плотную, однородную его структуру.

Конструктивные параметры гидродинамических подшипников выбирают исходя из диаметра d шейки шпинделя, предварительно найденного расчетом на жесткость. Ширину сегмента подшипника l и длину дуги охвата сегмента В принимают:

B ≈ 0,5d,

l ≈ 0,75d.

Расчетное значение диаметрального зазора в подшипнике:

Δ ≈ 0,3d, мкм, где d – диаметр шейки шпинделя, мм.

Для смазки подшипников шпинделей прецизионных станков обычно используют минеральное масло марки «Л» (велосит) с кинематической вязкостью при 50°С 4-5 сСт и соответственно динамическим коэффициентом вязкости около 4 сП.