Глава V

 

ЛАГЕРИ

5.1. Същност, предназначение и видове лагери

 

Лагерите служат за поддържане в определено положение геомет­ричната ос на въртящи се или осцилиращи машинни елементи и позволяват безпрепятственото им движение. В мястото на допиране на вала или оста в лагера възниква реакция в опората. В зависимост от посоката на тази реакция частта от вала, с която той се опира в лагера се нарича шийка или пета в зависимост от това, дали дей­стващите сили са насочени радиално (при шийката) или са по направление на оста (при петата).

Лагерите могат да бъдат класифицирани в зависимост от трие­нето и възприеманото от тях натоварване.

Според вида на триенето  лагерите се делят на: плъзгащи - опор­ната повърхнина на вала или оста се плъзга по работната повър­хни­на на лагера; търкалящи - триенето при плъзгане е заменено с трие­не при търкаляне, чрез използване на междинни търкалящи се тела.

Според възприеманото натоварване  лагерите биват: радиални  - възприемат само радиално натоварване; аксиални - възприемат само аксиално натоварване; радиално-аксиални - възприемат радиално и аксиално натоварване.

Според възможността да следват или не наклона на еластич­на­та линия на вала - самонагаждащи или несамонагаждащи.

 

5.2. Плъзгащи лагери

 

Плъзгащите лагери  представляват опори за въртящите се ма­шинни елементи и възли, работещи в условията на триене на повърхнините на шийките и петите по повърхнините на лагерите или с работния флуид (масло или газообразно вещество).

Плъзгащите лагери са едни от най-старите машинни елементи използвани за изграждане на лагерни възли в общото маши­но­стро­ене още в неговия зародиш. Като такива те са претърпели голямо развитие и покриват много широк диапазон в съвременното маши­ностроене и приборостроене, въпреки че широкото им използ­ване е ограничено. Независимо от това те са съхранили някои важ­ни об­ласти, където имат преимуществено или равно приложение с тър­калящите лагери:

1. Лагери, които поради технологични изисквания при монтаж трябва да бъдат двуделни (за колянови валове и др.).

2. Лагери на особено тежки валове, за които се изисква инди­видуално изработване на търкалящи лагери.

3. Лагери подложени на големи динамични натоварвания, които се използват заради значителното демпфиране на масления слой.

4. Лагери за особено точно и равномерно въртене.

5. Лагери , изискващи много малки диаметрални размери.

6. Лагери, изискващи много висока честота на въртене ( - газови и електромагнитни).

7. При бавновъртящи се оси и валове и при неотговорни случаи.

Според възприеманото натоварване плъзгащите лагери биват: рад­иални - възприемат само радиално натоварване (фиг. 5.1 б); акси­ал­ни - възприемат само аксиално натоварване (фиг. 5.4 д, е, ж); ради­­ално-аксиални - възприемат радиално и аксиално натоварване (фиг. 5.1 а, в, з).

Шийките на валовете и осите, монтирани в плъзгащи лагери  могат да бъдат с най-разнообразна ротационна гео­мет­рична форма. На практика за по-лесно изработване се употребяват основно шийки с цилиндрична (фиг. 5.1 а...в), бъчвообразни или конусни (фиг. 5.1 г) форма.

Петите  биват цели (фиг. 5.1 д), пръстеновидни (фиг. 5.1 е), гре­бе­новидни (фиг. 5.1 ж) и сферични (фиг. 5.1 з).

Фиг. 5.1. Видове шийки и пети на плъзгащи лагери

В зависимост от характера на триенето в лагера  плъзгащите лагери се делят на:

- плъзгащи лагери, работните повърхнини на които се допират непосредствено до шийката (петата) на оста или вала и работят в режим на смесено триене.

При смесеното триене (виж фиг. 5.6) намиращият се между двете плъз­гащи се повърхнини маслен слой се прекъсва на места и позволява непо­средственото им допиране, при което възниква сухо триене и износване на същите. Смесено триене може да се очаква, когато притокът на мажещо средство в лагера е недостатъчен, когато повърхностното налягане между шийката и лагерната повърхнина е много голямо, когато шийката се върти с ниска честота () или извършва осцилиращо движение, когато валът започва да се върти след продължителен покой и др;

- плъзгащи лагери, работните повърхнини на които са отделени от тези на вала посредством маслен слой, образуван при въртенето на вала (оста) и работят в режим на течно триене - хидродинамични лагери. Тези лагери работят без външен източник за налягане;

- плъзгащи лагери, работните повърхнини на които са отделени от тези на вала (оста) посредством маслен слой под налягане, създаден от външен източник за налягане - хидростатични лагери;

- плъзгащи лагери, работните повърхнини на които са отделени от тези на вала (оста) посредством въздушен (газов) слой под наля­гане, създаден от външен източник за налягане- аеростатични лагери;

- плъзгащи лагери, работните повърхнини на които са отделени от тези на вала (оста) посредством въздушен (газов) слой под наля­гане, създаден от въртенето на вала (оста) на високи обороти аер­одинамични лагери. Този тип лагери работят и с външен източник за налягане за разтоварване на лагера при тръгване и спиране;

- плъзгащи лагери, работните повърхнини на които са отделени от тези на вала (оста) благодарение на магнитно уравновесяване на външното натоварване, действащо в междулагерното пространство- магнитни лагери.

 

Критерии за работоспособност и изчисляване на плъзгащи лагери

Независимо от голямото разнообразие на плъзгащи лагери мо­гат да бъдат формулирани критерии за работоспособност и изчис­ля­ване на същите:

    - неизносване, незадиране на лагера -   p<[p];        

    - незагряване, незатопляне на лагера - pv<[pv];      

    - незапалване на лагера -                   v<[v];   

където р е повърхностното налягане в лагера;

    v- периферна скорост на плъзгане на шийката на вала;

   - изчисляване на течно триене (хидродинамично, хидроста­тич­но) или въздушно триене (аеростатично, аеро­дина­мич­но).

 

Изчисляване на радиални  плъзгащи лагери без хидродинамично мазане

 

На фиг. 5.2 е показана схема на радиа­лен плъзгащ лагер с цяла втулка. Условно е прието, че разпределението на наляга­нето р е равномерно.

Фиг. 5.2. Схема на радиален плъзгащ лагер

При изчисляване на тези лагери се въ­веждат следните параметри:

- лагерен параметър , представля­ващ отношението на дължината на лагера към диаметъра на шийката

                                                                                                                                                                     (5.1)

При несамонагаждащи се лагери  се избира: при малки повър­хностни налягания до 1.5; при средни налягания- 0.7...1.1; а при висо­ки - 0.5...0.7.

Големите стойности на  трябва да се избягват, понеже нараст­ва триенето, намалява изтичането на маслото и това предизвиква силно нагряване.

Най- голяма товароносимост имат лагери с =0.5...0.8. Лагерите с параметър =1.5...1.75 и повече трябва да бъдат самонагаждащи се.

- относителна лагерна хлабина , представляваща отношението

                                                                                                                                                                  .                                                                                 (5.2)

Изборът на  зависи от точността , която се изисква от лагера, от начина на мазане на лагера, от  коравината на шийката на вала, от точността на изработване на лагера и монтажа. За ори­ен­ти­ро­въч­но определяне на относителната лагерна хлабина може да се изпол­зва  израза

                                                                                                                                                                                                                               (5.3)

където  е скоростта на плъзгане на шийката, m/s,

            - ъглова скорост на шийката, s­-1.

По избраната стойност на относителната лагерна хлабина се из­би­ра съответната стандартна сглобка, след което се изчислява дей­стви­телната средна и гранична стойност  на .

При подаване на масло към лагера периодично или чрез капково или фитилно мазане може да се приеме,че лагерът работи в режим на смесено триене. В тези случаи изчислението на лагера има прове­рочен характер и се ограничава от следните две условия:

                                                                                                                                             .                                                                                            (5.4)

и

                                                                                                                                                                                                                                                     (5.5)

където  е проекцията на шийката върху равнина, перпен­ди­ку­ля­р­на на направ­лението на натоварващата си­ла (фиг. 5.3).

Допустимото налягане [p] се определя от вида на плъзгащата двоица и се определя по табл. 5.1.

Ако се използва геометричния параметър , след заместване в (5.4), за диаметъра на шийката на вала може да се запише

                                                                          .                                                                                                     (5.6)

При въртенето на шийката на вала в лагера се получава топлина, която го загрява. От механиката е известно, че мощността на триенето се определя от формулата

                                                                            ,                                                                                                    (5.7)

където  е коефициент на три­ене.

Фиг. 5.3. Изчислителна схема на радиален плъзгащ лагер

От друга страна за неох­лаждан ла­гер топлинната мощ­ност, отвеждана чрез вала

,                                                                                         (5.8)

където А е външната повърх­ни­на на лагера, ;

            - температура на лагерното тяло, ;

            - температура на околния въздух, ;

      - коефициент на топлоотдаване,  .

Температурата на лагера не трябва да превишава 70... 80 .

От (5.7) и (5.8) и като се замести R от (5.4) се получава

          .                                                                                      (5.9)

При охлаждане на лагера условието за не загряване придобива вида

.                                                                                            (5.10)

където  е плътността на флуида, ;

            V- дебит на охлаждащия флуид, ;

            - начална температура на флуида, ;

            - крайна температура на флуида, .

Приблизителното изчисляване по условието за незагряване предпазва лагера от интезивно износване, прегряване и за­ди­­­­­­ране. Допустимите стойности за [p] и [pv], определени от прак­ти­ката, са показани в табл. 5.1 и служат за избор на материал за лагерната черупка.

 

Таблица 5.1. Допустими стойности на [p] и [pv] за плъзгащи лагери

Материал за лагера

,

 m/s

[p],

Mpa

[pv],

MPa.m/s

Сив чугун СЧ - 36

 

Антифрикционен чугун:

АКЧ - 1

АВЧ - 2

Бронз:

Бр0Ф10 - 1

БрАЖ9 - 4

МесингЛКС80 - 3 - 3

Бабит:

Б16

Б6

Металокерамика:

Бронзо-графит

Графитизирана стомана

Полиамидни пластмаси - капрон АК - 7

 

0.5

1.0

 

5

1

 

10

4

2

 

12

6

 

2

2

4

4

2

 

0.5

12

 

15

15

12

 

15

5

 

4

5.5

15

-

-

 

2.5

12

 

15

12

10

 

10

5

 

-

-

15

 

 

Изчисляване на аксиални плъзгащи лагери без хидродинамично мазане

 

 При гладки пети няма условие за течно мазане, тъй като ра­бот­ни­те повърхнини са успоредни. Те се изчисляват на неизносване (не­за­диране) и незагряване. Изчисляването на аксиалните плъзгащи ла­­ге­ри на неизносване (незадиране) и незагряване се извършва по съ­щи­те методи, както при радиалните плъзгащи лагери, съгласно фиг. 5.4.

Условието за незадиране тук приема вида

 ,                    .                                                           (5.11)

            (за цяла пета)            (за пръстеновидна пета)

където ;

Условие за незагряване

                                                                                           .                                                                   (5.12)

където е приведена периферна скорост;

            - радиус на триене

                                                                                                                                               (5.13)

Фиг. 5.4. Разпределение на налягането при аксиален плъзгащ лагер

а-при цяла пета; б-при пръстеновидна пета

При аксиалните лагери [p] и [pv] се избират с 30...40% по-малки от тези при радиалните лагери.

При цяла пета налягането се разпределя по равнораменна хипербола, като в центъра на петата се получава  (фиг. 5.4 а). В действителност налягането се пре­раз­пределя заради пластични деформации около центъра на петата.

При пръстеновидната пета разпределението на налягането е по­ка­зано на фиг. 5.4 б. То има крайна стойност () и следователно то­зи случай е по-благоприятен.

 

             

Хидродинамични лагери

Стремежът на конструкторите на този тип плъзгащи лагери е да обезпечат режим на течно триене в лагера, което предполага плъзгащите се повърхнини да бъдат напълно разделени една от дру­га чрез слой от флуид (мазилно вещество). Това гарантира ма­лък коефициент на триене между работните повърхнини на ла­ге­ра и малко топлоотделяне. Връзката между коефициента на трие­не  и комплексния фактор на режима  на работа на лагера, по­зната като крива на Джерси-Щрибек, е показана на фиг. 5.5,

където  е динамичен вискозитет на флуида в ;

Фиг 5.5. Крива на Джерси-Щрибек

             - ъглова скорост, ;

Фиг. 5.6. Контакт между реални повърхнини на плъзгащ лагер

а - смесено триене; б -полутечно триене

Граничната стойност на дебели­на­та на слоя флуид в лагера, по експери­ментални изследвания, е 0.1...0.3 и всич­ки молекули от него изпитват въз­действие на силовите полета, създа­вани от контактните повърхнини на триещите се детайли. В тези условия под­вижността на молеку­ли­те на флу­и­да е ограничена и те при­добиват свойс­тва, междинни на свойствата на теч­ните и твърдите тела. Съпротивлението на дви­­жение в лагера ще за­ви­си както от качеството на мазилното ве­щество, така и от ма­те­риала на триещите се повърхнини.

 

При режим на работа на лагера между точките  и  (фиг. 5.5) ще се наблюдава режим на гранично триене (зони А, фиг. 5.6 б). С увели­чаване на ъгло­вата скорост на вала коефи­ци­ен­та на триене ряз­ко пада (фиг. 5.5, участък bc), във връзка с вкарването на флуид под налягане (хидро­динамично налягане) под шийката на вала и образуването на полутечно триене. Последното се харак­тери­зира с на­личие на участъци с гранично (зони А, фиг. 5.6 б) и течно три­ене, при което раз­сто­янието между работните повърхнини на лагера и шийката е по-голяма от дебелината на граничния слой.

В този случай силата на триене ще се определя от две състав­ля­ва­­­щи: силата от взаимодействието на повърхнините и от вътреш­но­то триене във флуида.

иг. 5.7. Възникване на хидродинамично налягане

В участъка  лагера рабо­ти в режим на течно триене.  Коефициентът на течно трие­не практически не превишава 0.0005.

При хидродинамичните ла­­ге­ри налягането  се създава благо­да­рение на високата скорост на плъз­гане (), наличието на клиновидно пространство и мазил­но вещество (фиг. 5.7) и се определя от уравнението на Рейнолдс

                                                                                                                                                                                                                                        (5.14)

където  е динамичен вискозитет на маслото, N.s/m2,

            v  -  скорост на плъзгане,

            - хлабина в сечението с максимално налягане.

Фиг. 5.8. Положението на шийката на вала в хидродинамичен лагер.

На фиг. 5.8 е показано поведението на шийката на вала при въртене с различна ъглова скорост.

При покой () шийката на вала се опира в работната по­върх­­нина на лагера и е налице директен контакт, защото маслото е из­тласкано (фиг. 5.8 а).

При започване на въртене шийката има стремеж да се изкачи на ъгъл  по работната повърхнина на лагера (фиг. 5.8 б) и последния ­ра­боти в режим на гранично триене (фиг. 5.6 а). Полепналото по ва­ла масло се увлича и нагнетява в клиновидното пространство.

При увеличаване на  количеството масло нараства и поради съз­далото се вътрешно хидродинамично налягане  в течността за­почва отделянето на шийката (изместване на оста и на ъгъл , фиг. 5.8 в) и лагерът работи в режим на течно триене. Най-малката хлабина между лагера и шийката ще бъде по линията

.                                                                                   (5.15)

където  е радиална хлабина  в лагера (- диаметрална хлабина);

            - абсолютно преместване на геометричната ос на ший­ката на вала в лагера;

            - относителен ексцентрицитет.

Теоретично оптимални условия за работа на лагера се обез­печават в точка  (виж фиг. 5.5), тъй като на този режим съот­вет­ства минимален коефи­циент на триене .

Хидродинамичното на­­лягане в лагера зависи освен от комплексния фа­к­тор на режима  и от от­ношението  на гео­ме­тричните параметри на лагера (фиг. 5.9).

Фиг. 5.9. Разпределение на хидродинамичното налягане в плъзгащ лагер

От технологична глед­на точка е целесъобразно при избора на широчина  на лагера да се съблюдава условието . По-големите стой­нос­ти на практика не благоприятстват получаването на по-високо хидродинамично налягате заради несъосност на шийката в лагера и грешки при изработването им.

Диаметралната хлабина  в лагера се избира в зависимост от диаметъра на шийката на вала

(),                                      

където  e диаметър на шийката на вала, .

 Изместването на оста на шийката ще зависи не само от изменението на честота на въртене (виж фиг. 5.8), но и от съот­ношението  на лагера (фиг. 5.10). Колкото това съотношение е по-близ­ко до безкрайност, толкова тази траектория ще се приближава към полуокръжност с диаметър  (е диаметър на работната повърхнина на лагера) и център върху директрисата на външната сила , приложена при  върху шийката.

От казаното следва, че хидродинамичните лагери могат да се из­полз­ват само при машини, към които не се предявяват изисквания към висока точност на въртене на оста на вала при променлива честота на въртене на същия.

Предимството на този тип лагери е, че в установен режим на работа осигуряват течно триене в лагера, имат висока товаро­но­си­мост и демпфираща способност. Като недостатък може да се отбе­ле­жи топлоотделянето в лагера, породено от загубата на мощност от течно триене в лагера и изместването на оста на шийката на вала при промяна на честотата  на въртене.

 

 

Фиг. 5.10. Криви на изместване на оста на шийката на вала при увеличаване на честотата на въртене и комплексния фактор на режима

Хидростатични лагери

 

Хидростатичните лагери (ХСЛ) представляват плъзгащи лагери, работещи в режим на течно триене. Работните повърхнини на лагера са отделени от шийката на вала чрез маслен слой, създаден от външен източник за подвод на масло в лагера под налягане. В зависимост от предназначението си могат да бъдат радиални, аксиал­ни и радиално-аксиални.

.

На фиг. 5.11 е показан радиален ХСЛ и начина на захранване на лагера с масло под налягане. Лагерът се състои от втулка 6 с изработени в нея носещи джобове (камери) 1-4, равно­мерно разпределени по вът­реш­ната й повърхнина. Към всеки от тях се подава масло под налягане през дросели 7, служещи за настройка на статичните характеристики на лагера. Подаденото масло създава в лагера налягане p, разпределението на което е показано на фиг. 5.11 а, б. При работа на лагера без натоварване (фиг. 5.11 а) ос­та на шийката на вала 5 застава съосно на втулката. При натоварване на вала се извършва преразпределяне на налягането, породено от премес­т­ва­не­то на вала, до настъпване на равновесие между силата, създадена в лагера и външното натоварване F.

Фиг. 5.11. Радиален хидростатичен лагер . Разпределение на налягането в лагера:а - без натоварване на вала; б - след натоварване на вала

ХСЛ може да има три или повече носещи джоба. При малък брой джобове стабилността и товароносимостта на лагера в раз­лич­ните на­правления са раз­­­лични. Кога­то но­сещите джо­бо­ве са шест или по­вече, тази неед­но­род­ност изчезва, а при четири джоба тя е сравнително малка.

Предимствата на ХСЛ пред оста­на­лите плъзгащи лагери са:

1. Позволяват ви­­сока точност на въртене, която зна­чително превишава точността на изра­ботване на лагера и шийката на вала. Високата точност на въртене се дъл­жи на осред­ня­ва­щия ефект на мас­ления слой, който намалява 3...4 пъти грешката от изра­ботване на работните повърхнини на шийката и лагера.

2. Обезпечават висока плавност при тръгване и спиране на вала и при много ниски скорост на въртене.

3. Имат висока товароносимост и статична стабилност и са вибро­устойчиви.

4. Могат да се използват като устройство за микропреместване или като измервателни преобразуватели на сила в налягане, а от там в електрически сигнал за системите за адаптивно управление.

5. Възможност за управление на динамичните характеристики на лагера без да се въздейства на статичните му характеристики.

6. Имат продължителен срок на експлоатация, при който ХСЛ запазват първоначалните си характеристики.

 

Недостатъците на ХСЛ са:

1. Необходимост от хидроагрегат за подаване на масло под наля­гане към лагера и щателното му събиране след излизане от лагера и връщане в хидроагрегата.

2. Необходимост от филтриране на маслото (с филтри непро­пус­кащи частици с размери ).

3. Необходимост от хидроакумулатор, обезпечаващ аварийно за­хран­ване на лагера с масло под налягане до принудителното спиране на въртенето на вала.

4. Топлоотделяне от течно триене в лагера и загубите за пре­кар­ване на маслото през лагера.

 

Аеростатични и аеродинамични лагери

 

При аеростатичните лагери шийката на вала е отделена от работ­ната повърхнина на лагера посредством слой от газообразно вещество (най-често въздух) под налягане, създавано от външен из­точ­ник за налягане. При аеродинамичните лагери отделянето на ший­ката на вала от работната повърхнина на лагера става за сметка на аеродинамичната подемна сила, възникваща при въртенето на вала с висока честота.

Основното преимущество на газообразното вещество - малкият вискозитет - позволява да се създават устройства, работещи с ви­со­ки честоти на въртене или направляващи на тежконатоварени ма­ши­­ни и прибори, работещи с малки скорости на плъзгане. Нечувст­ви­телността  на газовете към високи и ниски температури обезпе­ча­ва надеждна работа на лагерите в турбодетонаторите, пред­наз­на­чени за втечняване на хелия при температури близки до абсолют­ната нула, и при помпи, прехвърлящи разтопени метали от един съд в друг. Газовото мазане се използва както в лагерите, имащи нато­вар­ване няколко нютона (при жироскопите), така и в лагери с натоварване няколко килонютона. При захранване с газ с повишено налягане относителното натоварване на лагера достига 1...1,2 MPa.

Друго важно свойство на газа е неговата свиваемост. Тя отстранява характерното за течното мазане явление кавитация (разкъс­ване на мазилния слой с образуване на ямички).

При бавновъртящи се възли газовият мазилен слой осреднява  по­гре­шността на формата на шийката и лагера 10... 20 пъти. Това поз­во­лява с аеростатичните лагери да се получи точност на въртене .

Свиваемостта  на газовото мазилно вещество има и отри­ца­телни страни - тя може да стане причина за възникване на вибрации, тъй като еластичният газов слой е подобен на пружина със слабо демпфиране.

Максималната периферна скорост на шийката на вала в съвре­мен­­ните газови лагери достига vmax = 300...350 m/s (за разра­бо­тените в ЭНИМС - Москва пневмошпиндели vmax = 150...190 m/s , при чес­то­тата на въртене на шийката на вала n=300 000 min-1).

Максималната честота на въртене, достигната на практика с бормашина с газови лагери, е n = 650 000 min-1.

Горната граница на честотата на въртене  се определя от дина­мич­ната неустойчивост, възникваща при появяване на вихрово дви­жение на вала.

Фиг. 5.12. Радиален аеростатичен лагер

На фиг. 5.12 е показана принципната схема на радиален аеро­ста­ти­чен лагер. Газът (въздухът) от външен източник постъпва под на­ля­­гане в кръговите канали 1 на лагера 6, откъдето чрез два ре­да дросели 2, монтирани във всеки един от отворите 3, влиза в ра­бот­­ното пространство 5 на лагера и създава аеростатичен въз­ду­шен слой, който отделя шийката на вала от лагера. Въздухът изтича от ра­ботното пространство на лагера в осово направление в атмос­фе­ра­та­.

Подемната сила в лагера се образува по аналогия на тази, раз­гледана при хидростатичните лагера. При отсъствие на натоварване валът заема централно положение в лагера. При натоварване на вала се изменя полето на налягането поради изменението на съпро­тивлението на изтичане на въздуха през лагера (заради ексцен­трич­ното разположение на вала).

 

 

 

Магнитни лагери

 

Магнитните лагери имат редица достойнства: използват се при ви­соки скорости, висока точност на въртене, малък разход на енер­гия и малко нагряване, отсъствие на износване, отсъствие на необ­хо­­димост от мазане и уплътняване, възможност за работа във вакуум, при ниски и високи температури.

За общото машиностроене се използват основно електро­маг­нит­ни лагери. Перспективни в това отношение са лагери с импулсно електрическо захранване. Последните използват електрическа енер­гия за начално намагнитване или размагнитване на постоянните магнити. Степента на намагнитването се определя от дължината на електрическия импулс и силата на тока.

В транспортното машиностроене магнитните лагери се очаква да изиграят важна роля в по-нататъшното развитие на железниците (влакове на магнитна "възглавница"). За сега са известни само експериментални образци на такъв вид транспортно средство.

 

5.3. Търкалящи лагери

 

Едно от основните изисквания, предявявани към лагерите, е ми­ни­ма­лен коефициент на триене. В това отношение газовите лаге­ри им­ат несъмнено предимство пред търкалящите (загубите в газовите ла­­­гери са от вътрешното триене в газовия слой, което е не­зна­чи­тел­но), но те съществено отстъпват на последните по отно­шение на то­ва­ро­носимост.

На фиг. 5.13 е показана конструкцията на сачмен търкалящ ла­гер. Лагерът се състои от външна и вътрешна гривна 1 и 2, между кои­то са разположени търкалящите се тела 3. За предпазване на тър­калящите се тела 3 от триене едно в друго лагерът е снабден със се­паратор 4, който съществено намалява загубите от триене.

Приведеният коефициент на триене , получен като отно­шение на момента на триене в лагера към произведението на реак­цията в опо­рата и радиуса на отвора на лагера, достига до 0.002 - за ед­но­ред­ни сачмени лагери при радиално натоварване и 0.01 за иглени и ко­нус­ни лагери. Загубената в лагера мощност отива за интензивно цик­лично предеформиране на материала на работната повърхнина на лагера, натрупване в него на напрежения на умора и нагряване на работните елементи.

Независимо от това  търкалящите лагери се явяват основен  вид

лагери  за въртящи се и осцилиращи машинни елементи.

Фиг. 5.13. Търкалящ лагер

Предимство  на търкалящите лагери е, че позволяват да се заме­ни триенето при плъзгане с триене при търкаляне. Това  опростява системата за мазане, намалява възможността за разрушаване на лагера при кратковременно прекъсване на мазането (при резки изменения на натоварването и чес­то­та­та на въртене). Конструкцията на лаге­рите позволява да се произвеждат ма­сово  в големи количества като стан­дартизирана продукция, което прави производството им икономически из­годно. В сравнение с плъзгащите лаге­ри търкалящите имат по-малки раз­ме­ри в осово направление (2...3 пъти), позволяват ре­монтопригодност на възе­ла и оценка на остатъчната им дълго­трайност .

Като недостатъци на търкалящите лагери следва да се отбележат: сравни­телно големи габарити в радиално нап­равление; малка радиална стабил­ност и като следствие склонност към въз­ник­ване на колебание на вала заради преминаване на търкалящите се тела през натоварената зона; ограничена бързо­ходност, свързана с ки­не­ма­ти­ката и динамиката на търка­лящите се тела (от цен­тро­беж­ни си­ли, жи­ро­скопични моменти и др.); ниска работоспособност при ви­брационни и ударни натовар­вания и при работа в агресивни среди; по-голямо съпро­тивление при въртене заради триенето меж­ду тър­ка­лящите се тела, лагерните гривни и сепаратора и хидравлични загуби.

 

Класификация на търкалящи лагери

Търкалящите лагери могат да бъдат класифицирани по следните признаци:

 1. По формата на търкалящите се тела - сачмени (фиг. 5.14) и рол­кови (фиг. 5.15); според  формата на ролките се делят на лагери с къси цилиндрични ролки (фиг. 5.15 а), с бъчвообразни ролки (фиг. 5.15 б), с иглени ролки (фиг. 5.15 в), с конусни ролки (фиг. 5.15 г, е),  с вити ролки (фиг. 5.15 д).

 2. По направление на възприеманите относно оста на вала сили - радиални, възприемащи основно натоварванията, действащи пер­пен­ди­кулярно на оста на въртене на лагера (фиг. 5.14 а...г и фиг. 5.15 а...д); радиално-аксиални, възприемащи едновременно дейст­ващите радиални и осови натоварвания (фиг. 5.14 в, г и фиг. 5.15 г), аксиално-радиални, възприемащи осовите натоварвания и едновременно действащите с тях незначителни радиални нато­варвания (фиг. 5.14 д); аксиални, възприемащи само осови сили (фиг. 5.14 е и фиг. 5.15 е).

Фиг. 5.14. Сачмени лагери

3. По способността им да се самонагаждат - самонагаждащи се (фиг. 5.14 б и фиг. 5.15 б), допускащи завъртане на оста на вът­решната гривна спрямо оста на външната гривна и несамон­агаж­дащи се.

4. По броя на редовете на търкалящите се тела в осово направление - едноредни (фиг.5. 14 а, в... е и фиг. 5.15 а, в...е); дву­ред­ни (фиг. 5.14 б и фиг. 5.15 б) и многоредни.

5. По формата на отвора на вътрешната гривна - с  цилиндричен (фиг. 5.14 и фиг. 5.15) или конусен  отвор.

Фиг. 5.15. Ролкови лагери

6. По габаритните размери в осово направление (серии) - особено лека (1),  лека(2), лека широка (3), средна (4), средна широка (5) и тежка (6) (фиг. 5.16).

7. По производствен клас на точност - в света има две основни системи за регламентиране на точността на търкалящите лагери. Първата е систе­ма­та на ISO (класове Р0; Р6; Р5; Р4; Р2), въз­приета и в България с БДС 4842-87, втората - AFBMA, която се използва от много амери­кански, западноевропейски и японски фирми. Нормален е първият клас (Р0), а при оста­налите с намаляване на цифрата се повишава точността им. В табл. 5.2 е направена съпос­тавка на класовете на точност.

Освен дадените в табл. 5.2 знаци за класове на точност фирмите производителки въвеж­дат и други, ко­ито обикновено регла­ментират високи точ­нос­ти на въртене и по-ши­роки допускови зо­ни за изработване.

 

Фиг. 5.16. Серии на лагерите

Такива са класовете UP, съответстващ по до­пусковата зона за изработване на лагера на Р4, а по точност на въртене на Р2; SР, съот­вет­с­тващ по допусковата зона за изработване на лагера на Р5, а по точност на въртене на Р4; HG - по точност, съгласно произ­вод­ст­ве­на­­та програма на фирмата FAG - Германия, се намира меж­ду класовете на точност Р4 и Р2, съответстващ по допускова зона за изра­бот­ване на лагера на Р4, а по точност на въртене на Р2.

 

Таблица 5.2. Съпоставка на класовете на точност според различните системи

Клас на точност

ISO

ГОСТ

AFBMA

 

БДС, DIN,

 

 

Нормален

Висок

Особено висок

Свръх висок

Свръх точен

Р0

Р6

Р5

Р4

Р2

0

6

5

4

2

ABEC1

АВЕС3

АВЕС5

АВЕС7

АВЕС9

 

В табл. 5.3 е показана взаимовръзката между точ­ността на лагерите и тяхната себестойност, като за база за сравнение е приет лагер с клас на точност Р0.

 

Таблица 5.3. Сравнителна оценка

клас на точност

Р0

Р6

Р5

Р4

биене в

20

10

5

3

относителна цена

1

1.3

2

4

8. Според предназ­на­че­ни­е­­то на лагерите - с общо пре­д­наз­начение (произвеждат се ма­со­во и от тях се селектират лагери с различен клас на точ­ност) и специални (напри­мер за транспортното маши­но­строене, фиг. 5.17 и др.).

 

Условно означение на    търкалящи лагери

Условното означение  на търкалящите лагери зависи от възприетата от производителя система за означаване на търка­лящи лагери и от въве­дените допълнително от него специфични знаци.

Означението на лагера е съставено от цифри или комбинация от цифри и латински бук­ви, които показват типа и серията на лаге­ра, ви­да на сепаратора и инфор­мация за останалите монтажни ра­з­мери.

Фиг. 5.17. Лагеруване на вагонна ос със специален лагер

В тази връзка, преди да се пристъпи към из­би­ра­не на лагера, тряб­ва да се изучи внима­телно ка­та­лога на фир­мата про­из­во­дител в частта му, ка­сае­ща услов­ното озна­че­ние на търкалящите ла­ге­ри. Не се допуска меха­нич­на замяна на лагери от различни фирми про­из­водителки при съв­па­да­не на техните озна­че­ния, докато не се на­пра­ви сравнение за вло­же­ния смисъл в озна­че­нията на лагерите.

 

Товароносимост на лагерите и гранична честота на въртене

Лагерите от различните типове и серии имат различна товароносимост () и честота на въртене (фиг. 5.18). Лагерите от по-тежките серии имат по-големи габарити и маса m, затова не мо­гат да бъдат бързоходни, но имат по-голяма товароносимост С. Го­рната граница на честота на въртене се определя от въз­ник­ва­щ­и­те в лагера центробежни сили, натоварващи го допълнително, от ви­да на мазането и топлинните процеси в лагера, изменящи първо­на­чал­ната настройка на лагера.

За особено високи честоти на въртене е целесъобразно из­полз­ва­не­то на лагери от особено лека и лека серия. При недос­та­тъчна то­ва­роносимост на лагеруването, за високи честоти на вър­тене, се из­полз­ват по няколко сачмени лагера от лека серия, но спец­иално комплектовани за работа в пакет от производителя. Изискването за комплектоване на пакета от няколко лагера е продиктувано от условието биенето  на всеки един от лагерите да бъде еднопосочно и диаметрите на лагерите да бъдат едни и същи

В противен слу­чай търкалящите лагери ще изпит­ват вътрешно ди­намично натовар­ване, тъй като посо­ката на от­кло­нение в ради­ално направление на всеки един от тях ще бъде слу­чайна и разно­по­сочна, което мо­же да ги разру­ши при гранич­ните на­то­вар­ва­ния или сглоб­ка­та ще бъ­де различна за всеки един от лагерите от пакета.

Фиг. 5.18. Сравнителни характеристики на радиални сачмени лагери и радиално-аксиални ролкови лагери от различни серии при d=80mm.

1 - маса m; 2 - динамична товароносимост С; 3 - гранична честота на въртене n

За целта ла­ге­ри­те са  мар­ки­ра­ни  по външ­ни­те грив­­ни (фиг. 5.19) и при мон­таж не тряб­­ва да се про­ме­­ня место­поло­же­­нието им. При за­явка за заку­пу­ва­не на пакета от лагери се от­ра­зя­ва схемата за раз­по­лагане на лаге­ри­те (О; Х; Т; T-­O).

Когато се ра­бо­­­ти с пакет от ла­­гери трябва да се има в предвид, че граничната му честота  на въртене е по-ниска  от тази (ng) на съставящите я лагери и зависи от схемата на разположение на същите и предварителната стегнатост (UL - лека; UМ - средна; US - висока, съгласно означенията на фир­ма­та FAG) на лагерите в пакета  и начина на мазане (табл. 5.4).

Фиг. 5.19. Разположение на лагерите в пакета

 Лагерите от по-висок клас на точност (без Р0) имат маркиров­ка на челото на вът­решната гривна за най-голямата дебелина на същия (фиг. 5.20). Това определя местопо­ложе­нието на максимума на радиалното биене на ла­гера и дава възможност при монтаж да се извършва компенсация на радиалното биене чрез дефазиране (за изваждане) на мак­си­му­мите на радиалното биене, породено от геометричните неточности на шийката на вала и вътрешната гривна.

Таблица 5.4. Гранична честота на въртене  на пакет от сачмени  лагери от серия В

Схема на разполажение

UL

UM

US

0.85 ng

0.75 ng

0.5 ng

0.8  ng

0.7 ng

0.5 ng

0.75 ng

0.55 ng

0.35 ng

0.65 ng

0.4 ng

0.25 ng

0.65 ng

0.4 ng

0.25 ng

Фиг. 5.20

Предварителната стегнатост на лагери­те определя ста­тич­на­та им стабилност. В за­­висимост от типа на ла­гера тя се пос­тига по раз­лични начини. За сач­мените лагери, за да се пос­тигне обоз­на­че­но­то върху опа­ков­ката пред­варително нато­вар­ване в лагера в монтирано състо­яние, не се изискват допъл­ни­тел­ни сред­ства. Лагерите са така кон­стру­и­ра­ни, че при осовото им притискане с определена сила в тях възниква необходимото пред­варително на­товарване. Осовото натоварване на лагерния пакет (това важи и за единични лагери) трябва да бъде съгласно предпи­санията на произ­водителя и да се прилага равно­мерно по перифе­рията на лагер­ните гривни, в противен случай се нарушава нормалната работа на лагерите и се увеличава рязко загубата на мощност от триене в тях.

 

При необходимост лагери от един клас (по предварително на­то­­варване) могат да се изпол­зват в друг клас например лагер UL вместо UM, без да е необ­ходима доработка на лагерите или замя­ната им. За целта е необходимо между два от лаге­рите да се поста­вят междинни втулки между вътрешните и външните им гривни с пред­варително подбрана (по каталожни данни) широчина на втул­ките.

При ролковите лагери предварителното натоварване се осъ­щест­вява чрез подбор на подходяща сглобка (за лагери с цилиндрични ролки) и чрез осово предварително натоварване на лагера (за конус­но- ролкови лагери).

 

Избор на търкалящи лагери

 

При избор на търкалящи лагери се изхожда от един от следните критерии:

1. Изискване за дълготрайност;

2. Изискване за товароносимост;

3. Изискване за статична стабилност;

4. Изискване за точност;

5. Изискване за точност и статична стабилност.

Това определя типът на лагера, тъй като при конструктивното оформяне на последния са заложени точно определени характе­ристики (възможности по съответните изисквания).

При еднакъв диаметър на отвора за монтаж на лагера конструк­торът има възможност да избира различни видове лагери с различ­ни диаметри на вътрешните им отвори (фиг. 5.21). Това дава въз­можност да се изменя товароносимостта и статичната стабилност на системата вал - лагер, като се съчетават с изискванията за точ­ност на въртене на вала.

Фиг. 5.21. Влияние на серията  на лагера на диаметъра на шийката на вала

На фиг. 5.21 е показано сравнение на габаритните размери на лагери на фирмата FAG от серията В70; В72 и В719 при една­къв диаметър на отвора в корпуса за лагера. Предим­ството  на тънко­стенните лагери В719 се състои в това, че при даден външен диаметър на отвора за лагера в корпуса, валът има по-висока стабилност, защото с увеличаване на диаметъра му се увеличава в четвърта степен статичната му стабилност. От друга страна самият лагер има по-висока статична стабилност  заради по-големия брой сачми в него.

Ролковите лагери имат по-голяма товароносимост и статична стабилност от сачмените, но по-ниска точност на въртене.

След определяне на типа на лагера изборът на търкалящия лагер се   свежда  до  определяне  на  статичната   или   динамичната  му товароносимост,  при зададена дълготрайност на лагера.

Търкалящите лагери на винтови крикови, кранови куки и др., които имат честота на въртене n<1 min-1 или извършват осци­ли­ращо движение, се изчисляват по статична товароносимост С0.

При честота на въртене  min-1 търкалящите лагери се изби­рат по динамична  товароносимост С. При  от 1 до 10 min-1  се

прие­ма =10 min-1.

Условието при избора на лагера е потребната това­ро­носимост (статична или динамична) да бъде по-мал­ка или равна на товароно­си­мостта по каталожни данни.

 

Избор на търкалящи лагери по статична товароносимост

Съгласно БДС ISO 76 основна статична радиална товаро­но­си­мост  e статично радиално натоварване, което съот­ветства на изчислено контактно напрежение в центъра на най-нато­варената зо­на на контакт между търкалящото се тяло и пътя на търкаляне от:

- 4600 MРa за сферични сачмени лагери;

- 4200 МРа за всички видове радиални и радиално-аксиални  сач­мени лагери;

- 4000 МРа за всички радиални и радиално-аксиални ролкови ла­гери.

Основна статична аксиална товароносимост  е статично централно аксиално натоварване, което съответства на изчисленото контактно напрежение в центъра на най-натоварената зона на кон­такт между търкалящото се тяло и пътя на търкаляне от:

- 4200 Мра за аксиални и аксиално-радиални сачмени лагери;

- 4000 Мра за аксиални и радиално-аксиални ролкови лагери.

Еквивалентно статично радиално натоварванее статично радиално натоварване, което предизвиква в центъра на най-нато­ва­рената зона на контакт между търкалящото тяло и пътя на търка­ляне същото контактно напрежение, което възниква в условията на действителното натоварване.

Еквивалентно статично аксиално натоварване  е статично централно аксиално натоварване, което предизвиква в центъра на най-натоварената зона на контакт между търкалящото тяло и пътя на търкаляне същото контактно напрежение, което възниква в условията на действителното натоварване.

В цитирания стандарт са дадени формули за определяне на разгледаните параметри.

На практика се работи по емпирични зависимости от каталога на фирмата производителка със съответните указания за избор на коефициентите за определяне на статичната товароносимостна лагера.

Фирмата FAG - Германия в каталозите си за избор на лагери пред­лага статичната товароносимост  да се определя от израза

                                                                                                              (5.16)

където  е коефициент на сигурност -  =1.5...2.5  при високи из­исквания за плавна работа;

      =1.0...1.5 при нормални изисквания;

      =0.7...1 при ниски изисквания

            Р0 - еквивалентно статично натоварване.

            - основна статична товаро­носимост

Тъй като в общия случай върху търкалящия лагер могат да действат както радиални  сили, така и аксиални натоварвания , еквивалентното статично натоварване се определя от зависимостта

    [kN],                                 

където  са коефициенти, чиито стойности зависят от типа на лагера и са дадени в каталога на фирмата производителка на лагери;

За радиални ролкови лагери зависимостта е

, [kN],                                                                                                    (5.17)

а за аксиални лагери

, [kN].                                                                                                    (5.18)

При определянето на еквивалентното натоварване и товаро­но­си­мостта на пакет от лагери фирмата производителка дава съответ­на­та зависимост, отчитайки разположението на лагерите (О, Х, Т или Т-О).

Температурата, при която работи търкалящият лагер също оказ­ва влияние, тъй като якостите свойства на елементите на лагера се понижават. За отчитане на тези фактори се въвежда коефициент на сигурност  и зависимостта (5.14) придобива следния вид

                                                                                 (5.19)

където e коефициент, отчитащ възможността за кратковременно пре­товарване на лагера (от 1 до 1.5, в зависимост от отговорността на лагерния възел).

Таблица 5.5. Стойности на коефициента

Максимална работна температура на лагерния възел, 0С

150

200

250

300

1.0

1.2

1.4

1.6

              - намаляване на якостните свойства на материалите, от които са изработени еле­­ментите на лагера при повишаване на тем­­­пературата. Стой­но­стите на  са даде­ни в табл. 5.5.

 

Избор на търкалящи лагери по динамична товароносимост

 

Основните понятия и начинът на избиране на търкалящи лагери по динамична товароносимост са регламентирани от БДС ISO 281.

Под дълготрайност L на един лагер се разбира броят на завър­та­нията на едната гривна спрямо другата до началото на разруша­ва­не­то на някоя от гривните или търкалящо се тяло вследствие на умора на материала.

Процентът лагери, достигнали или превишили определената дълготрайност, определя надеждността  на лагерите.

Основна дълготрайност L10 на определен лагер или група лагери от един и същ тип, работещи при еднакви условия на експлоатация, е дълготрайността при 90% надеждност.

Коригирана изчислителна дълготрайност е дълготрайността, изчислена на база на основната дълготрайност при зададена на­дежд­ност (100-n) % за специални качества на лагера и специфични работни условия.

Основна динамична товароносимост С е постоянно стационарно натоварване, при което лагерът достига дълготрайност L10=1 (един милион завъртания).

Номинален ъгъл на контакт  е ъгълът между равнина, перпен­дикулярна на оста на лагера и направлението на резултантната на нормалните контактни сили между външната лагерна гривна и търкалящото се тяло.

Еквивалентно динамично натоварване (радиално или аксиално) е постоянно натоварване Р, под действието на което лагерът има същата дълготрайност както в условията на реално натоварване.

Използването на понятието еквивалентно натоварване се налага от обстоятелството, че едновременно върху един търкалящ лагер могат да действат както радиални , така и аксиални  натоварвания.

В зависимост от типа на лагера еквивалентното динамично натоварване се изчислява по следните зависимости:

за радиални сачмени и ролкови лагери

;                                                                                          (5.20)

за радиални ролкови лагери ()

                                                                                                       (5.21)

за аксиални лагери ()

,                                                                                                     (5.22)

където X и Y са коефициенти, чиито стойности зависят от типа на лагера, ъгъла на контакта  и отношението на аксиалното към  ра­ди­ално натоварване. Стойностите им се дават в каталога на фир­мата производителка на лагери;

      - коефициент, отчитащ коя от гривните на лагера се върти по отношение на натоварването. При въртяща се вътрешна гривна V=1, а при въртяща се външна гривна V=1,2.

      - радиална компонента на натоварващо усилие, [kN];

            - аксиална компонента на натоварващо усилие, [kN].

При определянето на еквивалентното натоварване и товаро­но­симостта на пакет от лагери фирмата производителка дава съот­вет­ната зависимост, отчитайки разположението на лагерите (О, Х, Т или Т-О).

 

Определяне на изчислително аксиално натоварване за радиално-аксиални лагери

 

                        а                                                          б

Фиг. 5.22. Схеми за лагеруване на вал с радиално-аксиални търкалящи лагери

При лагеруване на валове на двойка едноредни радиални сач­ме­ни или ролкови лагери (фиг. 5.22), има особеност при определянето на изчислителното натоварване .  Радиалните натоварвания  и  пораждат действащи върху вала допълнителни аксиални сили . Тези сили имат тенденция да увеличават хлабината на лаге­рите, предават се през вала и влияят на общата картина на нато­ва­р­ването. В тази връзка е прието такива лагери да се монтират срещу­по­ложно обърнати и се вземат конструктивни мерки за запазване на първоначалната сглобка в лагера (виж фиг. 5.22). Лагеруването на фиг. 5.22 б има по- висока ъглова стабилност от това на фиг. 5. 22 а. Първото се използва основно за лагеруване на вретена на метало­ре­жещи машини, а второто в ходовата част на транспортните средс­т­ва.

Големината на допълнителните аксиални сили S може да се определи по зависимостта:

за сачмени радиално-аксиални лагери

                                                                                                                 ;                                                                                             (5.23)

за ролкови радиално-аксиални лагери с конусни ролки

                                                                                                 .                                                                                     (5.24)

Стойностите за “ е “ се вземат от каталога на фирмата про­изводителка за съответните лагери.

В зависимост от схемата на разположение на лагерите (фиг. 5.22) и  съ­от­но­ше­ни­ето на силите  и  се определя изчислителното аксиално натоварване на всеки от лагерите, с което по-нататък се ра­­боти за изчисляване на еквивалентното динамично натоварване (по 5.18).

В цитирания стандарт са дадени формули за определяне на раз­гле­даните параметри.

На практика се работи по емпирични зависимости от каталога на фирмата производителка със съответните указания за избор на  коефициентите за отчитане на конструк­тивните особености на лагерите.

Изборът на търкалящи лагери по динамична или статична това­ро­носимост се извършва за предварително зададена от потребителя дълготрайност на лагера и изчислена товароносимост С така, че Стабл табл  е товароносимост на лагера избран  по каталог).

Фирмата FAG - Германия в своя каталог за лагери предлага ос­нов­на­та дълготрайност  на лагера да се определя по зависи­мостта

  [106 оборота]                                                                        (5.24)

където  за сачмени лагери;

            - за ролкови лагери.

При постоянна честота на въртене  (min -1) на вала основната дълготрайност може да се определи в часове ()

 (часа)                                                                              (5.25)

от 5.24 и 5.25 се получава

 

или за краткост на записа

.                                                                                               (5.26)

където                                                                                      е коефициент на дълготрайност;

                                                                                                - коефициент на честотата на въртене.

От (5.26) се изчислява динамичната товароносимост на лагера

               , N.                                                                                                                  (5.27)

Влиянието на работната температура и режима на работа се отчита чрез съответните коефициенти  в израза (5.27)

              , N.                                                                                                            (5.28)

Стойностите на коефициентите са дадени в съответните ката­лози на фирмите производителки на търкалящи лагери.

Освен основната дълготрайност  на търкалящите лагери мо­же да бъде определена коригирана изчислителна дълготрайност

                                                                                                         (5.29)

където коефициентът  отчита използваните материали и техно­ло­гия, а  - отклоненията от нормалните условия на експлоатация. Стой­ностите на коефициентите са дадени в каталозите на фирмите производителки на търкалящи лагери.

 

 

Избор на сглобки на търкалящи лагери

 

Търкалящите лагери са стандартни елементи с пълна взаимо­за­ме­няемост по присъединителните размери B, d и D. За получаване на стегнатост се използват допускови зони по БДС 1488-77: k6; m6; n6 (K7; N7; M7). За получаване на хлабина се използват допус­ко­ви зони h6;6; g6; (H7; H8;; G7) (допусковите зони в скоби са за от­вори).

При избора на сглобката трябва да се изхожда от изискването за статична стабилност  на лагерния възел и точност на въртене  на вала. Двете изисквания са взаимно противоположни. За постигане на висока точност на въртене  изследванията показват, че вътреш­ната гривна на лагера трябва да е монтирана със стегнатост 0...5, а външната гривна да е монтирана с хлабина 0...5(и в двата слу­чая е за предпочитане долната граница. За постигане на висока ста­бил­ност и товароносимост  е необходимо да се използва горната граница на посочените стойности за стегнатост на вътрешния пръс­тен на лагера и долната граница на хлабината за външния пръстен или малка стегнатост (1...3 ). Изследванията на ролкови лагери показва, че животът на лагера ( ) е най-голям при стегнатост в ла­гера 0...3 . От казаното става ясно, че независимо от взаимо­за­меняемостта на търкалящите лагери при отговорни случаи трябва да се предписват точно определени стойности на стегнатостта или хла­бината в съответната сглобка. Това изисква предварително из­мер­ване на диаметрите и широчината на лагера и задаване на съот­ветните размери на насрещните елементи или селектиране на тър­ка­лящите лагери преди монтаж. Редица фирми предпочитат втория начин, като селекцията се извършва по договореност между купу­ва­ча и продавача за сметка на съответната търговска отстъпка. Върху чертежите е за предпочитане да се записват препоръчаните по-горе стой­ности, а не да се означават сглобките с приетите стандартни оз­начения, тъй като анализът на допусковите полета на лагерите по­казва, че те са достатъчно големи и вероятността сглобката на ла­ге­ра да се окаже най-благоприятната е много малка.

 

Изисквания за точност на изработване на елементите на лагерния възел

 

Търкалящите лагери са високоточни машинни елементи. Само ко­гато точността на насрещните детайли (шийката на вала и отвора в корпуса за монтаж на лагера) съответства на точността на лагерите могат да се използват напълно всички качества на тър­ка­ля­щите лагери като малко триене, висока стабилност и висока точ­ност.

В табл. 5.6 и табл. 5.7 са дадени препоръчителните стойности на фирмата FAG (Германия) за точност на геометричната форма на шийката на вала или оста и отвора в корпуса.

 

Таблица 5.6. Точност на геометричната форма и разположение  на шийката на вала

 

                                                                    

 

Номинален размер на вала d

10

10

18

18

30

30

50

50

80

80

120

120

180

180

250

За лагери от клас  Р4                                            Отклонение в

Отклонение от номиналния размер

+2

-2

+2.5

-2.5

+3

-3

+3.5

-3.5

+4

-4

+5

-5

+6

-6

+7

-7

Отклонение от цилиндричност    

0.6

0.8

1

1

1.2

1.5

2

3

Челно биене             

1

1.2

1.5

1.5

2

2.5

3.5

4.5

Съосност              

8

8

8

8

8

8

8

8

Клас на грапавост

0.4

0.4

0.4

0.4

0.4

0.4

0.4

0.4

За лагери от клас HG и Р2                                  Отклонение в

Отклонение от номиналния размер

+1.25

-1.25

+1.5-1.5

+2

-2

+2

-2

+2.5

-2.5

+3

-3

+4

-4

+5

-5

Отклонение от цилиндричност    

0.4

0.5

0.6

0.6

0.8

1

1.2

2

Челно биене             

0.6

0.8

1

1

1.2

1.5

2

3

Съосност              

6

6

6

6

6

6

6

6

Клас на грапавост

0.2

0.2

0.2

0.2

0.2

0.2

0.2

0.2

 

Гривните на търкалящите лагери са тънкостенни елементи. Те лес­но се нагаждат по формата на съответните пасвани повърхнини и се променя кръглостта на пътя на търкаляне на търкалящите се тела.

От изследвания, проведени в техническия университет в г. Аахен (Германия), е известно, че в зависимост от предварителната стег­на­тост в лагера (NN3013) податливостта расте силно при увеличаване на некръглостта на пътя на търкаляне на търкалящите се тела.   

 

Таблица 5.7. Точност на геометричната форма и разположение на отворите  за лагерите

 

                                             

 

Номинален размер на вала d

10

10

18

18

30

30

50

50

80

80

120

120

180

180

250

За лагери от клас  Р4                                            Отклонение в

Отклонение от номиналния размер

+2

-2

+2.5

-2.5

+3

-3

+3.5

-3.5

+4

-4

+5

-5

+6

-6

+7

-7

Отклонение от цилиндричност    

0.6

0.8

1

1

1.2

1.5

2

3

Челно биене             

1

1.2

1.5

1.5

2

2.5

3.5

4.5

Съосност              

8

8

8

8

8

8

8

8

Клас на грапавост       

0.4

0.4

0.4

0.4

0.4

0.4

0.4

0.4

За лагери от клас HG и Р2                                  Отклонение в

Отклонение от номиналния размер

+1.25

-1.25

+1.5-1.5

+2

-2

+2

-2

+2.5

-2.5

+3

-3

+4

-4

+5

-5

Отклонение от цилиндричност    

0.4

0.5

0.6

0.6

0.8

1

1.2

2

Челно биене             

0.6

0.8

1

1

1.2

1.5

2

3

Съосност              

6

6

6

6

6

6

6

6

Клас на грапавост

0.2

0.2

0.2

0.2

0.2

0.2

0.2

0.2

 

Податливи и недостатъчно стабилни корпуси се деформират от натоварващото усилие и неблагоприятно влияят на разпределението на усилието в лагера, а с това и на податливостта.

Видът на радиалната сглобка, съосността на отворите и перпен­ди­кулярността на челата на отворите спрямо оста на лагера опреде­лят прекосяването на вътрешната гривна на търкалящия лагер или ший­ката на вала спрямо външнната гривна или отвора в корпуса. Това влияе на триенето в търкалящите лагери, а от тук и на работ­ната температура на лагерния възел и на податливостта му.

На формата на пътя на търкаляне в лагера може да окажат вли­яние и вин­то­вете на капачките за фиксиране на външния пръстен на ла­ге­рите в аксиално направление или неплоскостността  на челото на ка­пачката.

 

Мазане на търкалящи лагери

Моментът на триене в търкалящите лагери се определя от типа на лагера, от натоварването, честотата на въртене и мазането на лагера. Най-голямо влияние на триенето в търкалящите лагери има ма­за­нето. На практика най-малко триене се достига чрез мазане с грес.

При мазане с масло голяма роля играе наред с вискозитета и ко­ли­чест­вото на масло подвеждано към лагера, а също така от­веж­да­нето на отработеното масло извън лагера.

В табл. 5.8 са показани начините за мазане и мазилното вещест­во в зависимост от диапазона на честотата на въртене, изразена чрез параметъра n.d (min-1.mm)  за различни типове лагери.

 

Таблица 5.8. Начини и средства за мазане на търкалящи лагери

 

Мазилно средство

 

Начин за мазане

Параметър за частота на въртене

 (n.d)  в  min-1.mm

Твърда смазка

Цял живот

1500

 

Допълнително

 

 

   Цял живот

0,5.106;

Грес

Допълнително

1.106 за особено подходящи греси

 

Чрез впръскване

 

 

В маслена баня

0,5.106

Масло

(по-голямо количество)

Оборотно мазане чрез собствен добив на лагерите или специални добивни елементи

Трябва да се определи за всеки случай поотделно

 

Оборотно мазане с помпа

1.106

 

Чрез впръскване на масло

До 4.106  изпитано

 

Масло

Импулсно мазане

Капково мазане

1,5.106

Зависи от типа на лагера, вискозите-­

(минимално

Маслена мъгла

та и количеството на маслото и

количество)

Маслено - въздушно мазане

конструктивното изпълнение

 

Въздушно - маслено мазане

 

Обикновено търкалящите лагери са дисперсионно консервирани (мас­ло с фреон - по данни на фирмата FAG). Консервацията е по­носима от всички сред­ства за мазане и не трябва да се отмива при монтаж.

В зависимост от типа на лагера разхода на мажещото средство може да бъде много различен. При аксиалния лагер, при мазане с ма­сло, се наблюдава силно  центро­фуги­ра­що действие  и разходът на масло е около 100 пъти по-голям, отколкото при радиален лагер за обез­печаване на минимално триене.

Изборът на мазилното вещество се опре­деля от честотата на вър­тене и виждането на конструктора за рационално мазане. За пред­почитане е мазане с грес, ако от други съображения не се налага мазане с масло или по друг начин.

При мазане с грес от съществено зна­чение за нормалната работа на лагера е количеството грес в лагера.

При първоначално гресиране на лагери с общо предназначение, при ­n.d<50­­­­000min1.mm, свободното лагерно пространство се запълва с грес. Ако пространството около лагера е по-голямо, се поставя задър­жаща   шайба   така,  че  в  близост  до  лагера  да  има  винаги допълнително количество грес (от изхвърлената от него при първоначалното му въртене) или се добавя грес в самата кутия около лагера. При по-високоскоростни лагери (n.d>50000 min-1.mm) се запълва само 20...30% от свободното лагерно про­стран­ство, за да се оси­гури по-лесно разпределяне на греста при първо­начално пускане на лагерния възел.

Фиг. 5.23. Конструктивни мерки за задържане на греста в близост до пътя на търкаляне в лагера

Ако се прави мазане за целия период на екс­плоатация (за цял живот) на лагера, тряб­ва да се осигури присъствие на грес в близост до лагера. Тази грес гарантира уве­личаване на продължителността на мазане, защото при по-висока температура се отделя масло от нея и то прониква в лагера.

При въртене на външната гривна на лагера се запълва с грес само 15% от свобод­но­то лагерно пространство.

Ако експлоатационната температура на ла­гера е по-висока, трябва да се предвиди за­дър­­­жане на допълнителното количество грес око­ло лагера (фиг. 5.23) чрез шайби, оформящи затворени пространства от двете страни  на лагера с обем  3...5  пъти  обема на греста в лагера.