Контактно – гидродинамическая теория смазки

Теорию контактно – гидродинамической смазки можно кратко определить как науку об изучении условий, в которых упругая деформация контактирующих тел играет существенную роль в гидродинамическом процессе смазки. В машиностроении много механизмов, где нагрузки передаются через сосредоточенные линейные или точечные контакты. Типичными примерами последних являются зубчатые передачи и подшипники качения.

Классическая гидродинамическая теория не позволяет объяснить, почему в самых жестких по уровню напряжений условиях должна существовать смазка, почему она способна противостоять таким давлениям. Однако если допустить зависимость вязкости от давления и упругую деформацию контактирующих твердых тел, то можно показать, что существует удовлетворительная смазка в таких условиях.

Рассмотрим схематично упругий линейный контакт (см. рис 13.5). Здесь мы наблюдаем возникновение клиновидного зазора. Течение смазки в таком зазоре описывается уравнением Рейнольдса

(13.1).

В таком контакте возникают огромные давления и вязкость меняет свою величину по приближенному закону Баруса: m =m₀ e^np, где m₀ – динамический коэффициент при атмосферном давлении, n – пьезокоэффициент вязкости смазки.

При действии гидродинамического давления происходит деформация поверхностей и меняется форма зазора между ними. Как известно, зазор между двумя круговыми цилиндрами до деформации на узком участке с большой точностью можно представить в виде квадратной параболы (рис.13.6)

Деформацию поверхности (прогиб) можно описать выражением

, (13.2)

где А – коэффициент пропорциональности, Е – модуль упругости.

Форма зазора после деформации описывается уравнением

(13.3)

где - приведенная кривизна контактирующих тел, x – координата точки, где определяется величина зазора.

Совместное решение уравнений (13.1) и (13.3) дает распределение толщины смазочного слоя и гидродинамического давления по площадке контакта, в виде представленном на рис 13.7. Контактно-гидродинамическая теория смазки позволила объяснить наличие смазочной пленки достаточной толщины при значительных давлениях в условиях сосредоточенного линейного и точечного контактов. Она позволяет подбирать такие режимы трения, при которых возникает жидкостное трение.

Подшипники скольжения

Опора скольжения состоит из вкладыша 1 и корпуса 2 (рис 13.8). Вкладыш выполняется из антифрикционного материала. Подшипники скольжения разделяются на две группы:

1) Радиальные подшипники - воспринимают только радиальные нагрузки (рис. 13.9, а);

2) Упорные подшипники (подпятники) – воспринимают только осевые нагрузки; в авиации к ним относятся ещё шарнирные опоры в механизмах управления (рис. 13.9, б).

Преимущества перед подшипниками качения:

1. Меньше потери на трение при жидкостном трении на больших скоростях.

2. Теоретически бесконечный ресурс при жидкостном трении.

3. Способность демпфирования.

Недостатки:

1. Высокая стоимость и малая технологичность.

2. Потребность в большом количестве смазки.

3. Большой пусковой момент.

Самый благоприятный режим работы подшипника скольжения – жидкостный. Он возникает при достаточно больших скоростях скольжения. При пуске или остановке машины может возникнуть режим полужидкостного трения или граничного трения, поэтому вал и вкладыш подшипника должны составлять антифрикционную пару, например: вал стальной, вкладыш бронзовый или баббитовый.

Критерии работоспособности

1. Теплостойкость подшипника. Работа трения нагревает подшипник. С повышением температуры снижается вязкость смазки, толщина смазочного слоя и увеличивается вероятность заедания цапфы в подшипнике. Перегрев подшипника является основной причиной его разрушения.

2. Износостойкость. Работа подшипника сопровождается износом вкладыша и цапфы, что нарушает правильную его работу. Интенсивность износа определяет долговечность подшипника.

3. Статическая и усталостная прочность. В случае действия больших кратковременных перегрузок ударного характера вкладыши подшипников могут хрупко разрушаться. Такому разрушению подвержены вкладыши из баббитов и пластмасс. Усталостное выкрашивание свойственно подшипникам с малым износом и наблюдается сравнительно редко.