При проектировании опор осей и валов перед конструктором возникает прежде всего вопрос о том, что в данном конкретном случае предпочтительнее - подшипник качения или подшипник скольжения. Существенную роль при этом играют экономические соображения, условия монтажа и требования взаимозаменяемости. Все эти факторы связаны с организацией производства подшипников.

С развитием машиностроения было организовано централизованное массовое изготовление подшипников качения, начиная от самых маленьких для часов и приборов и кончая крупногабаритными для кранов большой грузоподъемности, тяжелых прокатных станов и пр. Для каждого подшипника качения установлены определенные технические показатели - работоспособность, предельная скорость вращения, макси1альная статическая нагрузка, которые указываются в каталогах. При проектировании опорных узлов машин инженеру не приходится рассчитывать подшипник качения, достаточно лишь выбрать соответствующий типоразмер из каталога.

Стандартизация и массовое производство подшипников качения обусловили их взаимозаменяемость, относительно низкую стоимость и, как следствие, - широкое применение в раз;личных областях машиностроения. .

Проектирование опор скольжения значительно сложнее: централизованное и массовое производство таких подшипников еще не организовано, технические характеристики не нормализованы, взаимозаменяемость не обеспечена, при сборке нередко применяют индивидуальную пригонку и, естественно, стоимость подшипников скольжения относительно высока.

Однако эти недостатки надо отнести не к конструкции опор скольжения, а к организации производства: если их изготовление будет поставлено так же, как и подшипников качения, то исчезнет ограниченная взаимозаменяемость, а стоимость будет существенно снижена

Таким образом, подшипники скольжения смогут конкурировать с подшипниками качения во многих отраслях машиностроения, а в ряде случаев предпочтение должно быть отдано именно подшипникам скольжения, так как они имеют такие ценные свойства, которыми не обладают подшипники качения, - работоспособность в широком температурном диапазоне, стойкость в химически активной среде, виброустойчивость, бесшумность, сохранение работоспособности при недостаточной смазке, а в специальных конструкциях - даже без смазки.

Область применения опор скольжения не только не сужается, но имеет определенную тенденцию к расширению, в особенности в новейших машинах с быстро вращающимися валами - в сепараторах, центрифугах, газовых турбинах, шлифовальных станках и других, где скорость вращения вала измеряется десятками тысяч оборотов в минуту.

в таких условиях малейшее нарушение балансировки ротора может вызвать разрушение подшипника качения и аварию машины, тогда как подшипники скольжения оказываются виброустойчивыми благодаря демпфирующим свойствам смазочного слоя. Так как этот эффект у подшипников с обычными цилиндрическими вкладышами ограничен, да к тому же такие подшипники плохо центрируют вал, то для- усиления демпфирующей способности и обеспечения центровки вала усложняют конфигурацию рабочей поверхности подшипников (лимонные и многоклиновые вкладыши).

Потребность в зиброустойчивых опорах настолько велика, что появилась необходимость в массовом централизованном изготовлении их на специализированных заводах.

Нормализация типоразмеров подшипников скольжения обеспечивает полную взаимозаменяемость их, подобно тому, как это-достигнуто в производстве подшипников качения.

Но не только для быстровращающихся валов опоры скольжения оказываются единственно возможными. От подшипников качения приходится -отказываться в ряде других случаев. Например, для паровых турбин и турбогенераторов, работающих длительное время без остановки, подшипники качения оказываются недостаточно долговечными, тогда как опоры скольжения в условиях жидкостного трения практически почти не подвержены износу. В химическом машиностроении опоры должны быть стойкими в агрессивной среде. И эта проблема разрешается соответствующим подбором материалов для подшипника скольжения, в частности, - применением пластмасс. В некоторых машинах опоры приходится располагать в местах, трудно доступных для смены смазки. И в этом случае ставят специальные подшипники скольжения, которые могут работать без смазки или с минимальным количеством ее весь срок службы.

Если к опорам не предъявляют специфических требований и они могут быть спроектированы с одинаковым успехом как 6

на подшипниках качения, так и на подшипниках скольжения, то обычно предпочитают подшипники качения, руководствуясь :)кономическими соображениями и условиями взаимозаменяе- мости. Однако массовое производство стандартных подшипников скольжения дало бы супд,ественный экономический эффект, так как исходные материалы для них дешевле, чем для подшипников качения, а технологический процесс изготовления значительно проще. Расширению области применения подшипников скольжения будет способствовать не только увеличение многообразия конструктивных форм, но и обоснование оптимальных размеров в соответствии с особенностями эксплуатации, а также разработка нормалей для внедрения- в массовое производство.

Некоторый консерватизм в отношении опор скольжения обусловлен еще и тем довольно распространенным мнением, ,что потери на трение скольжения при одинаковых условиях эксплуатации всегда выше потерь на трение качения. Это ошибочное суждение нельзя распространять на подшипники скольжения, работающие в условиях жидкостного трения, .когда слой смазки отделяет рабочие поверхности цапфы и вкладыша друг от друга и исключает возможность непосредственного их контакта; потери на трение в этом случае весьма малы и не превосходят потерь на трение в подшипниках качения. Для количественной оценки этих потерь служит коэффициент трения, зависимость которого от ряда факторов рассмотрена в следующем параграфе.

§ 2. ТРЕНИЕ В ОПОРАХ СКОЛЬЖЕНИЯ

Приближенная зависимость для определения силы трения покоя выражается формулой Амонтона

T=fN, (1)

где N - сила нормального давления между трущимися поверхностями;

/ - коэффициент трения скольжения, зависящий от материала и состояния поверхностей. Более точную зависимость дает закон Кулона

. T=fN-A (2)

где А - постоянная величина, зависящая от сил молекулярного притяжения.

Обобщенная формула Дерягина для того же случая сухого трения имеет вид

T=U{N-+NJ, (3)

где / - коэффициент молекулярной шероховатости; Л- нагрузка, нормальная к поверхности касания;