Условный расчет подшипников

Основными видами разрушения подшипников скольжения являются абразивный износ и заедание вкладышей и цапф.

Абразивный износ возникает при граничном трении в результате попадания абразивных частиц между цапфой и вкладышем.

Заедание появляется при перегреве подшипника.

Критерием работоспособности подшипников скольжения является их износостойкость и способность сопротивляться заеданию.

Условный расчет подшипников скольжения проводят по среднему давлению на рабочей поверхности p и удельной работе сил трения pv.

Расчет по среднему давлению обеспечивает достаточную износостойкость, а расчет по удельной работе сил трения – отсутствие заедания. Должны выполняться следующие условия:

p = F_r /(l∙d) ≤ [p]; pv ≤ [pv],

где F_r – радиальная нагрузка на подшипник, Н;

d – диаметр цапфы, мм;

l – длина цапфы, мм;

v = ω∙ d/2000– скорость скольжения в подшипнике, м/с.

Для подшипников, работающих в режимах граничного или полужидкостного трения, относительный зазор выбирают из диапазона

ψ = Δ/d = 0,001…0,002,

где Δ – диаметральный зазор. Верхнюю границу диапазона принимают при обильной подаче смазки.

Для подшипников жидкостного трения относительный зазор определяют по формуле

ψ = Δ/d = 0.8·10^-3 v^0.25.

УСЛОВНЫЙ РАСЧЕТ ПОДШИПНИКОВ

Основные виды разрушения – абразивный износ и заедание вкладышей и цапф.

Абразивный износ возникает при граничном трении в результате попадания абразивных частиц между цапфой и вкладышем.

Заедание появляется при перегреве подшипника.

Условный расчет подшипников скольжения проводят по среднему давлению на рабочей поверхности p и удельной работе сил трения pv.

Расчет по среднему давлению обеспечивает достаточную износостойкость, а расчет по удельной работе сил трения – отсутствие заедания. Должны выполняться следующие условия:

p = F_r /(l∙d) ≤ [p]; pv ≤ [pv],

где F_r – радиальная нагрузка на подшипник, Н;

d – диаметр цапфы, мм; l – длина цапфы, мм;

v = ω∙ d/2000 – скорость скольжения в подшипнике, м/с.

l/ d=0,8...1,2.

Для подшипников, работающих в режимах граничного или полужидкостного трения, относительный зазор выбирают из диапазона

ψ = Δ/d = 0,001…0,002,

где Δ – диаметральный зазор. Верхнюю границу диапазона принимают при обильной подаче смазки.

Для подшипников жидкостного трения относительный зазор определяют по формуле

ψ = Δ/d = 0.8·10^-3 v^0.25.

При известном значении ψ вычисляют коэффициент посадки m_п = 1000 ψ ,

округляют его до ближайшего числа из следующего ряда:

m_п ………6 7.5 9 12 13 17 21.5 23

По числу m_п выбирают посадку.

Посадки H7/f6 H7/f7 H7/f8 H7/e8 H7/f9 H7/d8 H7/d9 H7/c8

ПОДШИПНИКИ ЖИДКОСТНОГО ТРЕНИЯ

РАСЧЕТ ПОДШИПНИКОВ ЖИДКОСТНОГО ТРЕНИЯ

Минимальная толщина масляного слоя h_min находится на линии центров О О₂:

h_min = (Δ – e) = Δ (1 – ε),

где ε = e / Δ – относительный эксцентриситет;

h_min > h_кр k_h = (R_Z1 + R_Z2 + y₀) k_h ,

где R_Z1 и R_Z2 – параметры шероховатости рабочих поверхностей соответственно вала и вкладыша;

y₀ – прогиб цапфы во вкладыше.

k_h – коэффициента запаса обеспечивающий, устойчивую работу подшипника в режиме жидкостного трения k_h = 1.2…1.5.

Далее: – выбирают смазку,

- определяют несущую способность подшипника жидкостного трения,

- определяют расход масла,

- проводят тепловой расчет подшипника.

ШПОНОЧНЫЕ И ШЛИЦЕВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Шпонки служат для передачи крутящего момента от вала к установленным на нем деталям (шкивам, зубчатым колесам, муфтам и т. д.) или, наоборот, от этих деталей к валу.

Различают напряженные и ненапряженные шпоночные соединения.

В напряженных соединениях напряжения на рабочих поверхностях шпонки создаются при монтаже до передачи крутящего момента. Напряженные соединения реализуют клиновыми шпонками.

Все остальные типы шпонок реализуют ненапряженные соединения.

Напряженные соединения

ПРИЗМАТИЧЕСКИЕ

СЕГМЕНТНЫЕ

Сегментные шпонки являются наиболее технологичными с точки зрения изготовления и сборки соединения

К недостаткам соединения относится глубокий паз на валу, существенно ослабляющий прочность вала, и сравнительно малая длина шпонки, ограничивающая ее нагрузочную способность.

КЛИНОВЫЕ ШПОНКИ

Клиновые шпонки имеют уклон 1:100 по грани, взаимодействующей со ступицей. Такой же уклон выполняют в пазу ступицы.

Шпонки могут иметь головку, которая служит для выбивания шпонки из паза.

Достоинства: передача осевого усилия и крутящего момента

Недостаток: несоосность вала и ступицы.

Область применения: сокращается: тихоходные валы с частой разборкой - сборкой.

РАСЧЕТ ПРИЗМАТИЧЕСКИХ ШПОНОК

Стандартные шпонки изготавливают из калиброванных стальных прутков с пределом прочности не менее 590 МПа,

Предел прочности шпонок < пределов прочности сопрягаемых деталей.

В случае неподвижных соединений для стальных ступиц при нереверсивном приводе принимают [σ_см] = 150МПа, при реверсивном приводе – [σ_см] = 120МПа. Для чугунных ступиц снижают указанные напряжения на 20…30 МПа.

При работе с малыми толчками [σ_см] уменьшается на 1/3.

При ударной нагрузке – на 2/3.

В подвижных соединениях допускаемые напряжения существенно снижают, принимая с целью уменьшения износа [σ_см]= 20…30 МПа.

Если σ_см> [σ_см], то допускается установка двух шпонок под углом 180°, однако более рациональным вариантом является переход к шлицевому соединению.

ШЛИЦЕВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Достоинствами шлицевых соединений по сравнению со шпоночными являются: более высокая нагрузочная способность, лучшее центрирование соединяемых деталей, меньшая концентрация напряжений в материале вала.

Способы центрирования

твердость поверхности твердость поверхности

ступицы < 350 НВ ступицы > 350 НВ

В соединениях, требующих высокой точности центрирования, используют центрирование по одному из диаметров. Наиболее технологичным является центрирование по наружному диаметру, которое рекомендуют при твердости внутренней поверхности ступицы до 350 НВ. Если внутренняя поверхность ступицы имеет твердость больше 350 НВ, то выполняют центрирование по внутреннему диаметру .

Центрирование по боковым поверхностям зубьев используется для передачи больших переменных и ударных нагрузок, когда не требуется высокая точность центрирования.

РАСЧЕТ ШЛИЦЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

где T – передаваемый крутящий момент, Н×м; K_з=0,7…0,8– коэффициент неравномерности распределения нагрузки между зубьями, зависящий от условий работы и точности изготовления.

СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Сварные соединения образуются за счет сил молекулярного сцепления в результате местного нагрева соединяемых деталей. Эти соединения являются наиболее распространенным типом неразъемных соединений.