Борис Ляпунов - Борьба за скорость

Слабое место шарикоподшипника — сепаратор. Это тонкое кольцо с гнездами для шариков, которые не дают им «рассыпаться» как попало между верхним и нижним кольцами подшипника.

Разрез мощной советской паровой турбины высокого давления .

Шарики истирают гнезда сепаратора — и в конце концов он разрушается. Неизбежна авария. Конечно, в этом виноват не один сепаратор: тут и нагрев, и порча трущихся поверхностей, которые начинают «шелушиться». Но все же главное зло в сепараторе, и на него пришлось обратить особое внимание.

Подобрали материал, на который можно положиться. Часто применяют теперь пластмассу — текстолит — и легкие сплавы. Укрепляя слабое место подшипника, отказались от штамповки и от клепки — начали сепаратор делать цельным, гнезда сверлить и отделывать с предельной тщательностью.

С другой стороны, попробовали подшипник еще упростить.

В некоторых образцах избавились от сепаратора. Попытались отказаться от внутреннего кольца. Вместо него на валу сделали желобки, в которых и катятся шарики. Эти подшипники применяются в шпинделях, где скорость вращения доходит до сотни тысяч оборотов в минуту.

Таким путем приспосабливали подшипники качения для работы при больших скоростях.

И в простых и в сложных машинах можно встретить другой подшипник — подшипник скольжения, который должен работать при малых и при больших нагрузках, при низких и высоких скоростях.

Нагрев — враг и этого подшипника.

Высокоскоростные шарикоподшипники .

Исчерпаны ли все средства борьбы с врагом подшипника — перегревом? Нет. К такому выводу пришел советский ученый профессор А. К. Дьячков. Он нашел новый путь для того, чтобы продлить жизнь подшипника скольжения, отодвинуть предел скорости, когда нагрев не позволяет подшипнику работать.

Нам нетрудно понять, что это значит для техники больших скоростей.

Во многих машинах нагрев получается гораздо более сильным, чем может выдержать шарикоподшипник. Не только потому, что растут обороты, нагрузки, растет трение, нагревается вязкая смазка. Многие скоростные машины работают при высоких температурах.

Например, подшипники газовых турбин нагреваются почти до 200 с лишним градусов. Вот почему смазку к ним подают под сравнительно большим давлением. Но даже и этого оказывается мало, и подшипники еще дополнительно охлаждают воздухом.

И не в одних только турбинах тяжело приходится работать подшипнику. Во всех тепловых двигателях, — а их мы найдем всюду, — есть нагрев. Моторы автомобилей, тракторов, танков, — всех машин, где тепло служит человеку, — нагреваются при работе. А в связи с ростом скорости нагрев становится грозным врагом, не только тепловых двигателей, но и всех быстроходных машин, где служат подшипники скольжения.

Как можно увеличить отвод тепла, избежать опасного перегрева? Только ли тем, что повышать давление масла?

После нескольких лет упорной работы нашел ответ на этот вопрос А. К. Дьячков.

Нужно заставить масло само бороться с нагревом: не только смазывать, но и охлаждать подшипник. На первый взгляд — парадокс: масло, которое, нагреваясь, разжижается и теряет несущую способность, должно продлить жизнь подшипника!

Но такова диалектика развития техники. Врага машины при известных условиях можно сделать другом, помощником.

Заглянем внутрь подшипника. Мы говорили о том, что местная толщина масляного слоя между шипом и подшипником — величина переменная. Против отверстия, откуда подается смазка, может оказаться узкое место, где масляный слой всего меньше. Тогда масло, входя в подшипник, неизбежно сначала должно пройти через это самое узкое, самое тесное место. Только потом оно попадает в более широкое «русло» — расширяющееся расстояние между трущимися поверхностями.

Дьячков обратил внимание на то, что подшипник не нагревается всюду одинаково. Возникают «горячие зоны», где происходит перегрев. А здесь-то, как мы знаем, и таится опасность. Падает прочность и стойкость против коррозии подшипникового сплава.

Сколько тепла от нагретого подшипника может масло забрать и унести с собой? Очевидно, тем больше, чем больше пройдет его через подшипник за одно и то же время. Увеличить же подачу масла мешает «ловушка», узкое место у смазочного отверстия. Увеличивая давление, мы помогаем маслу быстрее пройти через это узкое место.

Больше масла пройдет через подшипник, значит, больше оно унесет с собой тепла.

Но можно и избежать «ловушки», сделав так, чтобы масло не попадало сразу в самую узкую часть зазора. Для этого место смазочного отверстия нужно выбрать там, где толщина зазора самая большая. Масло, не задерживаясь, быстрее будет проходить через зазор, а это позволит отводить больше тепла.

Однако нельзя, введя масло в подшипник, хотя бы и наилучшим образом, на этом, кончить и предоставить его превратностям судьбы.

Узкие места еще могут встретиться ему на пути от смазочного отверстия до выхода из подшипника. Причина этого в самой работе машины. Трудно даже перечислить все, что приходится переносить ее частям.

Они подвергаются действию нагрузок и нагрева, которые к тому же не бывают все время постоянны и одинаковы в разных местах. «Сложное напряженное состояние», — так кратко говорят об этом ученые-прочнисты.

Но если трудно все это назвать, то легко указать, к чему оно приводит. К изменению формы деталей: прямая деталь может изогнуться, изогнутая — выпрямиться, круглое отверстие — превратиться в эллиптическое. Прямой вал местами «выпучивается» вверх, местами — вниз.

Конечно, такие изгибы, впадины, выпучивания незаметны для глаза. Лишь чувствительные приборы замечают эти изменения на сотые доли миллиметра, всего на десятки микрон.

Но для подшипника микрон вещь немалая. Точность изготовления его — 0,2 микрона. Лишь на две десятых микрона можно допустить отклонение от правильной формы. А для больших скоростей нужна еще большая точность. Незаметные, неопасные раньше неровности, которые и увидеть-то можно только в микроскоп, весьма ощутительно дают о себе знать плохой работой, а возможно и аварией подшипника.

Здесь же речь идет о десятках микрон. Изогнется вал в подшипнике— и толщина смазочного слоя может уменьшиться. Появляется «узкое место». Масло перестает течь равномерно, скопляется там, а с ним скопляется и тепло. На больших оборотах, при высоких нагрузках возникает перегрев, возникает опасность аварии.