|
Подшипниковые
узлы широко используются в различных машинах и механизмах. В настоящее
время машиностроительной промышленностью освоено использование опор
качения, гидродинамических, гидростатических, электромагнитных и газовых. У
каждого типа подшипников есть своя область рационального использования,
которая определяется совокупностью их достоинств и недостатков. Кратко
остановимся на их рассмотрении.
Применению
во многих случаях опор качения способствуют хорошо налаженное производство
шарикоподшипников и простота их замены. В то же время такие подшипники
имеют ограниченный ресурс работы, обусловленный неизбежным износом тел и
дорожек качения. Подшипники качения недостаточно надежны при высоких
скоростях и динамических нагрузках, не пригодны в тех случаях, когда для
удобства монтажа и демонтажа нужны разъемные опоры. При их использовании не
всегда удается удовлетворить требованиям бесшумности, химической и тепловой
стойкости узлов. Применение опор качения в прецизионных металлорежущих
станках сопровождается нестабильной траекторией движения шпинделя из-за
воспроизведения погрешностей тел и дорожек качения, тепловыми смещениями
подшипниковых узлов, периодическим изменением жесткости подшипников, что
связано с изменением угла поворота сепаратора с комплектом тел качения и
т.д.
Эксплуатация
подшипников скольжения с жидкой смазкой (как гидродинамических, так и
гидростатических) выявила их существенный недостаток, состоящий в
значительном выделении тепла в результате относительного скольжения слоев
смазки. Следствием указанного недостатка являются, например, тепловые деформации
высокоточных круглошлифовальных станков, вызванные выделением тепла в
гидростатических подшипниках шлифовальной бабки, или, например, нагрев
расточных головок, приводящий к смещению координат растачиваемых отверстий.
Несмотря на сравнительно небольшую скорость вращения, возникающие
деформации вынуждают вводить 1.5…2 часовой период пробега, необходимый для
достижения установившегося теплового режима работы. Кроме того, недостатком
опор с жидкой смазкой является усложнение конструкции опорного узла и невысокая
ремонтопригодность, обусловленная отсутствием рекомендаций по выбору
оптимального сочетания применяемых материалов пары трения вал – подшипник.
Шпиндели
на электромагнитных опорах не нашли широкого применения вследствие
сложности и высокой стоимости как самих шпинделей, так и электронных систем
управления, необходимых для питания опор током.
Указанных
недостатков лишены подшипники на газовой смазке. Такие опоры, не теряя
своих эксплуатационных качеств, способны работать при высоких давлениях и
температурах (до 1000 0С и выше). Отсутствие металлического контакта у
газовых подшипников обеспечивает высокую долговечность работы узлов трения
машин.
В
настоящее время определилось несколько областей техники, в которых
применение газовой смазки считается целесообразным, а в некоторых случаях
единственно возможным решением, обеспечивающим нормальную работу узлов
трения машин. Так, подшипники на газовой смазке хорошо зарекомендовали себя
в станкостроении, криогенной и авиа - космической технике, метрологическом
оборудовании, гироскопических устройствах, газотурбинных установках, в
атомной энергетике, и т.д.
Наибольший
эффект применения опор на газовой смазке в станкостроении достигнут при
создании высокоскоростных шпиндельных узлов внутришлифовальных и расточных
головок для обработки отверстий малых диаметров.
Многолетний
опыт ЭНИМС по эксплуатации высокоскоростных шпинделей на газовых опорах в
условиях мелкосерийного и серийного производства позволил выявить их
основные преимущества по сравнению со шпинделями на опорах качения:
-
большая долговечность, определяемая временем работы шпинделя при неизменном
качестве шлифования;
-
большая масса и жесткость вала шпинделя, уменьшающие чувствительность к
дисбалансу оправки и круга, позволяют повысить производительность и
улучшить качество шлифуемой поверхности;
-
значительно меньший (в 4…5 раз) уровень вибрации и шума;
-
меньший износ шлифовального круга;
- применение чистого воздуха в качестве смазки исключает загрязнение
окружающей среды масляным туманом.
Следует
также отметить основные преимущества газовой смазки по сравнению с жидкой,
которые заключаются в следующем:
-
заметно упрощается конструкция узла трения, так как исключается
использование агрегатов масляной системы (фильтров, сепараторов,
охладителей, уплотнений и т.д.);
-
отпадает необходимость в “разогреве” шпинделя с целью стабилизации
физико-механических свойств смазки;
-
повышается надежность работы в условиях высоких и низких температур и
влажности;
-
существенно уменьшаются потери на трение в подшипниках, так как вал
вращается на воздушной подушке;
-
отсутствует загрязнение смазкой окружающей среды.
При
оценке опор с газовой смазкой следует избегать и крайностей, когда ввиду
перечисленных выше преимуществ забывают их недостатки. Сжимаемость газов и
их малая вязкость, обуславливающие в одних случаях исключительные
преимущества опор с газовой смазкой, в других являются причиной
сравнительно малой несущей и демпфирующей способностей смазочного газового слоя.
Поэтому их успешно применяют там, где динамические нагрузки малы, а
статические регламентированы.
|
