Справочники. Словари. Энциклопедии

 Энциклопедический словарь юного техника

Очень мало таких машин, в которых не было бы вращающихся частей — различных колес, рычагов, барабанов. Одни свободно вращаются на своих осях, другие прочно закреплены на валу и, вращаясь вместе с ним, передают движение другим деталям механизма. Между соприкасающимися поверхностями вращающихся деталей колеса, валов и осей и т. д. и опор, на которые они опираются, возникает трение. Трение препятствует свободному вращению деталей. Часто это играет положительную роль в технике, именно благодаря трению работают тормоза. Но трение имеет и отрицательные последствия — оно нагревает металл, вызывает его износ и может привести к поломке поверхности   вкладышей. Так сухое   трение заменяется жидкостным.

При больших частотах вращения даже трение жидкостного скольжения вызывает сильный нагрев подшипника. Его надо охлаждать, и эта обязанность также поручается маслу. В одних подшипниках устраивают масляную ванну, а на вал надевают кольца, которые, вращаясь, подают свежее масло из ванны на шейку машины. Как бороться с ненужным трением?

Вспомните: волочить какой-либо тяжелый предмет по скользкой, мокрой глине значительно легче, чем по сухому, шероховатому асфальту. А если приходится волочить по асфальту, то лучше подкладывать под предмет какие-нибудь катки. На языке техники это значит, что уменьшить трение можно, заменив сухое трение жидкостным трением скольжения   или  трением   качения.

Опорные участки вала — их называют шипами или шейками — протачивают, шлифуют и помещают в специальные опоры — подшипники, которые разделяются на 2 основные группы: подшипники скольжения и подшипники качения.

Подшипники скольжения состоят из корпуса с отверстием и запрессованной в него втулки, а чаще— из разъемного корпуса и вкладышей. При сборке вал кладется отшлифованными шейками на нижние половинки вкладышей и накрывается верхними половинками.

Благодаря тому что трущиеся детали делают всегда из разных материалов (валы — из черных металлов, вкладыши — из бронзы или другого сплава), трение значительно снижается. Но этого мало. На внутренней поверхности вкладышей имеются бороздки, по которым растекается смазка. Как только вал начинает вращаться, он затягивает под шейки частицы масла. Постепенно между валом и вкладышами образуется масляная пленка, она приподнимает  вал,  и  он   вращается,  уже   не  касаясь вала. В другие подшипники непрерывно подают масло при помощи специальных насосов. Масло одновременно и смазывает трущиеся поверхности, и охлаждает их. Как видите, обеспечить надежную работу подшипников скольжения не так-то просто: они требуют повседневного ухода.

Значительно надежнее и удобнее в эксплуатации подшипники качения. В таких подшипниках стальные шарики (шариковые подшипники) или ролики (роликовые подшипники) катятся по канавкам колец, поставленных между вращающимся валом и неподвижной опорой. На преодоление трения в шариковых подшипниках тратится всего несколько тысячных долей общей нагрузки на вал. Смазывать их надо густым маслом только при очередных ремонтах машины.

Решая вопрос о том, какому виду подшипников отдать предпочтение, надо учитывать, что подшипники скольжения плохо работают при трогании с места, пока не образовалась масляная пленка (к тому же при резких толчках на валу эта пленка легко нарушается). Подшипники качения, наоборот, хорошо работают при трогании с места. Но и у них есть недостаток: они плохо переносят очень большие нагрузки, когда давление на шарики или ролики оказывается чрезмерно большим. Поэтому для каждого узла машины подбирается соответствующий тип подшипника. И это необходимо учитывать, когда строишь различные модели.

В обычных электродвигателях, как правило, устанавливают шариковые подшипники; в редукторах подъемных кранов, в колесных парах железнодорожных вагонов — роликовые. А в любом автомобиле много различных видов подшипников: коленчатый вал опирается на подшипники скольжения, полуоси передних колес — на шариковые, вал ведущей шестерни главной передачи — на конические роликовые и т. д.

Для мощных авиационных двигателей, гигантских прокатных станов и других машин, валы которых испытывают очень большие и часто изменяющиеся нагрузки, применяют игольчатые подшипники. У них между кольцами находятся обильно смазанные гонкие стальные иглы. Сначала такой подшипник работает как роликовый — иглы катятся по поверхности колец. При увеличении скорости вала иглы перестают катиться и вместе с маслом образуют внутреннее кольцо, которое скользит между стальными кольцами подшипника. Игольчатый подшипник сочетает достоинства подшипников скольжения и подшипников качения.

Уменьшить трение можно и другими способами. Вы, вероятно, слышали о судах на воздушной подушке. Нагнетаемый сильным вентилятором поток воздуха поступает под днище судна и создает там давление, приподнимающее судно над водой. Увлекаемое воздушным винтом, такое судно легко скользит по поверхности воды как бы на воздушной подушке.

На опытах по электричеству в школе вам, наверное, приходилось видеть, как под действием магнитного поля металлическое кольцо приподнимается над сердечником сильного электромагнита. Оно как бы лежит на невидимой магнитной подушке.

Значит, воздушная и магнитная подушки могут уменьшать трение в различных механизмах. Подшипники с воздушным трением находят применение в небольших воздушных,(или газовых) турбинах, приводимых в движение сжатым воздухом. Эти турбины имеют очень большие частоты вращения, необходимые для создания прочной воздушной подушки между вращающимися частями и опорой. Здесь воздух одновременно приводит в движение турбину, «смазывает» ее и охлаждает. Идут опыты по созданию поездов на магнитной подушке.