ПЕРЕДАЧА ВИНТ-ГАЙКА 3 страница

Диаметры вала под подшипники качения принимают с учетом размещения на них подшипников заданной долговечности и в соответствии со стандартными диаметрами их внутренних колец (35, 55, 65, 70 мм).

Если выходной конец ведущего вала соединяется муфтой с валом электродвигателя диаметром , то рекомендуется принимать .

Окончательно размеры вала определяют после подбора подшипников, когда выявятся необходимые размеры цапф.

Проверочный расчет.Валы при работе испытывают циклически изменяющиеся напряжения. В этом случае, как установлено практикой, основной вид разрушения валов — усталостное разрушение. Поэтому для валов расчет на сопротивление усталости является основным расчетом на прочность.

Проверочный расчет вала выполняют по его расчетной схеме. При составлении расчетной схемы валы рассматривают как прямые брусья, лежащие на шарнирных опорах. При выборе типа опоры необходимо учитывать, что перемещения валов весьма малы, и если подшипник допускает хотя бы небольшой наклон или перемещение цапфы, его считают шарнирно-неподвижной или шарнирно-подвижной опорой. Подшипники, воспринимающие одновременно радиальные и осевые силы, рассматривают как шарнирно-неподвижные опоры, а подшипники, воспринимающие только радиальные силы, как шарнирно-подвижные.

Основными нагрузками на валы являются силы от передач через насажанные на них детали: зубчатые или червячные колеса, звездочки, шкивы. Эти силы распределены по ширине венца колеса, длине ступицы, ширине подшипника и т. п. На расчетных схемах силы и вращающие моменты изображают как сосредоточенные, приложенные в полюсе зацепления и середине ступиц звездочки, шкива.

Силы трения в подшипниках не учитывают, силами тяжести валов, осей и насажанных на них деталей обычно пренебрегают.

Вследствие вращения вала напряжения изгиба в различных точках его поперечного сечения изменяются по симметричному циклу, даже при постоянной нагрузке, а напряжения кручения — по отнулевому циклу.

Упрощённый расчёт на сопротивления усталости имеет вид

где - эквивалентный момент по гипотезе наибольших касательных напряжений; - допускаемое напряжение на изгиб при симметричном цикле изменения напряжений.

Уточнённый расчёт заключается в определении фактического коэффициента запаса прочности в предположительно опасных сечениях с учётом характера изменения напряжений, влияния абсолютных размеров и упрочнения поверхностей.

Значительно повысить, применив тот или иной метод поверхностного упрочнения: азотирование, поверхностную закалку ТВЧ, вибрационное обкатывание и другие методы упрочняющей обработки поверхностей.

Расчет на жесткостьпроизводят, если упругое перемещение валов (например, длинные валы, ходовые винты и шпиндели станков и др.) влияет на работоспособность связанных с ними деталей. Для обеспечения требуемой жесткости вала выполняют его расчет на изгибную и крутильную жесткость. Изгибная жесткость валов определяется условиями правильной работы зубчатых передач и подшипников. Под действием нагрузок возникают прогибы валов и повороты их сечений под зубчатыми колесами и в подшипниках. Стрела прогиба валаи его поворот под зубчатым колесом приводят к увеличению межосевого расстояния передачи, вызывают перекос колеса, повышенную концентрацию нагрузки по ширине зубчатого венца и, как следствие, усиленное изнашивание и даже излом зубьев. Поворот вала в подшипниках вызывает неравномерное распределение нагрузки по их ширине и особенно по длине роликов, что может вызвать защемление тел качения и кромочное разрушение роликов.

Обычно валы редуктора на жесткость не проверяют, так как расстояние между опорами сравнительно невелико. Исключение представляет червячный вал, проверка которого на жесткость обязательна.

3.11.3.Проектировочный расчет.Ось рассматривают как балку, свободно лежащую на двух опорах и нагруженную сосредоточенными силами, вызывающими изгиб. Поэтому проектировочный расчет осей на статическую прочность выполняют аналогично расчету балок с шарнирными опорами обычными методами сопротивления материалов. По конструкции оси составляют расчетную схему. Определяют реакции опор и строят эпюру изгибающего момента . Устанавливают опасное сечение, для которого требуемый диаметр оси определяют из условия прочности на изгиб

где — максимальный изгибающий момент; — допускаемое напряжение изгиба.

Проверочный расчет.Расчет осей на сопротивление усталости и изгибную жесткость — частный случай расчета валов при крутящем моменте .

ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ.

3.12.1. Подшипники являются опорами валов и вращающихся осей. Они воспринимают нагрузки, приложенные к валу (оси), и передают их на корпус машины. От качества подшипников в значительной степени зависит надежность машин. По виду трения они делятся на подшипники скольжения и подшипники качения.

В подшипниках скольжения поверхность цапфы вала (оси) скользит по поверхности подшипника. При этом возникает трение скольжения, которое приводит к повышенному износу и нагреву. Для уменьшения трения между поверхностями скольжения вводят смазку.

Достоинства ПС:

· сохраняют работоспособность при очень высоких угловых скоростях валов;

· смягчают толчки, удары и вибрации вследствие демпфирующего действия масляного слоя;

· обеспечивают установку валов с высокой точностью;

· дают возможность изготовлять разъемные конструкции;

· имеют минимальные радиальные размеры;

· допускают работу с загрязненной смазкой;

· специальные ПС способны работать в воде;

· обеспечивают бесшумность работы.

НедостаткиПС:

· сравнительно большие потери на трение и особенно при пуске;

· необходимость постоянного ухода вследствие высоких требований к смазке и опасности перегрева;

· большой расход смазки и необходимость постоянного контроля её наличия;

· большие осевые габариты.

Применяют в высокоскоростных машинах (центрифуги, шлифовальные станки и др.), когда долговечность подшипников качения резко сокращается; для валов, например коленчатых, когда по условиям сборки требуются разъемные подшипники; при работе в химически агрессивных средах и воде, в которых подшипники качения неработоспособны; для валов, воспринимающих ударные и вибрационные нагрузки; при близко расположенных валах, когда требуются малые радиальные размеры подшипников; в тихоходных малоответственных механизмах и машинах.

13.12.2. Конструкции подшипников скольжения весьма разнообразны. Во многом они зависят от конструкции машины, в которой устанавливается подшипник. Основные элементы подшипников корпус и вкладыш (втулка). Часто подшипник не имеет специального корпуса. При этом вкладыш размещают непосредственно в станине или раме машины, например подшипники двигателей, станков, редукторов и т. п.

В большинстве случаев подшипники скольжения валов устанавливают в специальные корпуса, которые бывают двух видов: неразъемные и разъемные.

В неразъемныхкорпусах подшипников вкладыш обычно представляет собой втулку из антифрикционного материала, запрессованную в корпус. Они просты по конструкции и дешевы. Однако имеют крайне ограниченное распространение, так как не дают возможности компенсировать износ втулки. Применяют для опор тихоходных валов с небольшой нагрузкой (сельскохозяйственные машины, транспортеры и др.).

Разъемный корпуссостоит из основания и крышки, соединенных винтами, шпильками или болтами. Имеет два вкладыша (втулка, разрезанная по диаметру), которые устанавливают в корпус и в крышку и предохраняют от проворачивания штифтом. Разъем облегчает монтаж или даже является необходимым условием сборки, позволяющей регулировать зазор в подшипнике, либо ремонтировать подшипник путем повторных расточек вкладыша при износе. Корпуса подшипников могут быть выполнены либо заодно с какой-нибудь деталью машины — рамой, кожухом, шатуном, либо в виде отдельного изделия. Материалом для корпусов служит серый чугун, обладающий хорошими литейными свойствами. Преимущественное применение получили в общем и особенно в тяжелом машиностроении.

Встроенные подшипники (рис. 15.5) устанавливают непосредственно в корпусе машины. Такое устройство характерно для подшипников некоторых

К ПС относятся также подшипники с самоустанавливающимися вкладышами. Для компенсации непараллельности осей вала и расточки в корпусе, вызванных погрешностями и деформациями, неточностью монтажа при большой длине цапфы, используют вкладыши со сферическими выступами, самоустанавливающиеся благодаря сопряжению с корпусом по сферической поверхности, обеспечивая тем самым равномерное распределение нагрузки в подшипнике.

Подшипники скольжения используют для восприятия радиальных и осевых нагрузок, а иногда и для их сочетания. Опора для восприятия только осевой нагрузки называется подпятником — это кольцо из чугуна, бронзы или другого антифрикционного материала с прорезанными по торцу смазочными канавками.

Вкладыш— основная деталь подшипника скольжения, непосредственно воспринимающая передаваемую цапфой нагрузку. Наиболее просты по конструкции неразъемные вкладыши — втулки, изготовленные из антифрикционного материала. Толщина стенки вкладыша . Разъемные вкладыши изготовляют из двух частей со стыком в плоскости разъема подшипника. Их выполняют без буртиков, с одним и с двумя буртиками. Толщина стенки вкладыша , где —диаметр цапфы вала, мм. Вкладыши без буртиков применяют при действии на подшипник только радиальнойнагрузки. При наличии кроме радиальной также односторонней или двусторонней осевой нагрузки используют вкладыши с одним или двумя упорными буртиками. Два буртика вкладышей не только воспринимают осевую нагрузку, но и одновременно фиксируют вкладыши от осевых смещений относительно корпуса.

Материал вкладышей должен обладать низким коэффициентом трения, отсутствием склонности к заеданию, высокой теплопроводностью и сопротивляемостью хрупкому разрушению при действии ударных нагрузок, достаточно высокой износостойкостью. Изнашиваться должен вкладыш, а не цапфа вала, так как замена вала значительно дороже вкладыша. Долговечность вкладыша увеличивается с увеличением твердости поверхности цапфы вала, поэтому последнюю, как правило, обрабатывают до высокой твердости.

Бронзы обладают наилучшими антифрикционными свойствами, высокие механические характеристики, но сравнительно плохо прирабатываются, вызывают повышенное изнашивание цапф, поэтому применяются в паре с закаленными цапфами. Бронзы широко применяют в крупносерийном и массовом производстве.

Антифрикционные чугуны обладают хорошими антифрикционными свойствами благодаря включениям свободного графита, но прирабатываются хуже, чем бронзы. Применяют в тихоходных и умеренно нагруженных машинах.

Баббиты — одни из лучших материалов для подшипников скольжения. Они хорошо прирабатываются, мало изнашивают вал, стойки против заедания, но дороги и по прочности уступают чугуну и бронзе. Баббитом заливают только рабочую поверхность вкладышей (с увеличением толщины слоя сопротивление усталости уменьшается. Прочность вкладышей обеспечивается более высокими механическими свойствами основы из стали или чугуна. Применяют для ответственных подшипников при тяжелых и средних режимах работы (компрессоры и др.).

Металлокерамическиевкладыши изготовляют прессованием при высоких температурах порошков бронзы или железа с добавкой графита, меди, олова или свинца. Большое преимущество таких вкладышей—высокая пористость, которая используется для насыщения горячим маслом. Вкладыши, пропитанные маслом, могут долго работать без подвода смазки. Применяют в тихоходных механизмах в местах, труднодоступных для подвода масла.

Пластмассовыевкладыши (фторопласт, текстолит, капрон, нейлон и др.) имеют очень низкий коэффициент трения и высокую износостойкость (в 5...6 раз выше, чем у бронзы). Вкладыши из пластмасс хорошо прирабатываются, устойчивы против заедания. Применяют в подшипниках гидротурбин, насосах, химической промышленности, машинах, работающих в пыльной среде.

Резиновые вкладыши (слой резины — обкладку помещают внутри стальной втулки) применяют главным образом в подшипниках, работающих в воде. Достоинства: высокая податливость, компенсирующая неточность изготовления, пониженная чувствительность к попаданию на рабочую поверхность вкладыша твердых частиц.

13.12.3. Смазываниеподшипников скольжения предназначено для снижения потерь мощности на трение, предохранения от коррозии, уменьшения износа и увеличения отвода теплоты, образующейся при работе подшипника. Для нормальной работы подшипников исключительно важно создать надежную смазку, что обеспечивается рациональным выбором и подводом к подшипнику смазочного материала.

Важнейшими свойствами смазочного материала, определяющими его смазывающую способность, являются вязкость и маслянистость.

Вязкость, или внутреннее трение жидкостей,—свойство сопротивляться сдвигу одного слоя жидкости по отношению к другому. Зависит от окружной скорости валов, м/с, и температуры нагрева масла, °С.

Маслянистость (смачиваемость, липкость)—способность смазочного материала к образованию и удержанию на поверхности трения трущихся деталей машин тонких пленок масла.

Вязкость — индивидуальное качество данного масла, а маслянистость зависит от свойств не только масла, но и цапфы вала и вкладышей подшипников.

Смазочные материалы подразделяются на жидкие, пластичные, т. е. густые (мази), твердые.

Жидкие масла— основной смазочный материал подшипников. Они равномерно распределяются по трущимся поверхностям, обладают малым внутренним трением, хорошо работают в значительном диапазоне температур, оказывают охлаждающее действие. Жидкие масла бывают минеральные и органические. Минеральные масла— продукты перегонки нефти (индустриальные масла различных марок и др.). Преимущественно применяют для подшипников. Органические масла— растительные (льняное, касторовое и др.) и животные (костный жир и др.) — обладают высокими смазывающими свойствами, но они дороги и находят применение лишь в специальных случаях.

Пластичныесмазочные материалы (солидол, консталин и др.) изготовляют загущением жидких минеральных масел специальными загустителями. Применяют в подшипниках с небольшим тепловыделением и при отсутствии необходимости отвода теплоты с помощью масла. Они хорошо заполняют зазоры, герметизируя узел трения. Применяются в широком диапазоне температур и режимов эксплуатации. Особенность этих смазочных материалов — удерживаться на вертикальной плоскости, что имеет важное значение для смазки подшипников вертикальных валов.

Вода—применяется для смазывания подшипников с вкладышами из текстолита, ДСП и некоторых других пластмасс. При резиновых обкладках вкладышей допустима смазка только водой.

Твердые смазочные материалы(графит, тальк, слюда и др.). Применяют при высоких и низких температурах, в агрессивных средах, при глубоком вакууме, когда по условиям работы подшипников нельзя применить жидкие и пластичные материалы (текстильная, пищевая и другие области промышленности). Твердые смазочные материалы эффективны также и в обычных условиях в качестве добавки к жидким маслам для увеличения протвозадирной стойкости, которая достигается образованием прочной пленки на металлических поверхностях, защищающей их от схватывания.

Газообразные смазочные материалы(воздух, газ и др.) применяют в подшипниках быстроходных и малонагруженных валов (шпиндели шлифовальных станков, центрифуги и др.). Достоинство воздушной смазки — небольшие потери мощности в подшипниках на трение и теплообразование, так как вязкость воздуха очень низкая.

Смазочный материал подводится к подшипнику по ходу вращения цапфы (чаще всего сверху) в зазор ненагруженной зоны вкладыша. Распределение его по длине вкладыша осуществляется смазочными канавками. В местах стыка вкладышей на их внутренней поверхности делают неглубокие карманы-холодильники А, которые охлаждают смазочный материал, распределяют его по длине цапфы и собирают продукты изнашивания. Чтобы ограничить поток масла в направлении к торцам вкладыша, карманы не доводят до торцов.

Подшипники скольжения, расположенные в стенках корпусов, смазывают жидким маслом. Для подвода смазочного материала после запрессовки вкладыша сверлят отверстия.

Виды смазывания весьма разнообразны. Периодическое смазывание, при котором жидкая смазка подается к поверхности трения через пресс-масленку под давлением с помощью шприца, а пластичная смазка — колпачковой масленкой, заполненной смазкой, которая выдавливается подвертыванием колпачка. Фитильное смазывание обеспечивает непрерывностьподачи жидкого смазочного материала к поверхности трения с помощью фитиля. Смазывание кольцом — наиболее совершенный способ непрерывногосмазывания подшипников. Осуществляется свободно висящим на цапфе кольцом. От силы трения между цапфой и кольцом последнее вращается, захватывая из ванны масло, и подает его на цапфу.

Значения коэффициента полезного действия подшипников скольжения зависят от потерь на трение поверхностей скольжения. В условиях полужидкостной смазки КПД одной пары радиальных подшипников скольжения принимают =0,96...0,98.

13.12.4. Работа подшипников скольжения сопровождается главным образом абразивным изнашиванием вкладышей и заеданием. В случае действия кратковременных перегрузок ударного характера вкладыши подшипников могут хрупко разрушаться. Хрупкому разрушению подвержены малопрочные антифрикционные материалы, такие, как баббиты и некоторые пластмассы. Усталостное выкрашивание поверхности вкладыша при действии переменных нагрузок (двигатели внутреннего сгорания и т. п.) наблюдается сравнительно редко.

Абразивное изнашиваниевкладышей происходит вследствие попаданий со смазочным материалом на трущиеся поверхности абразивных частиц (пыли, грязи) и неизбежного трения при пуске и останове. Если износ превышает норму, вкладыш заменяют.

Заеданиепроисходит при перегреве подшипника. Вследствие трения нагреваются цапфа, вкладыш и масло. С повышением температуры понижается смазочная способность масла, которая связана с прочностью тонкой масляной пленки на поверхностях трения. При повышении температуры в рабочей зоне подшипника до некоторого критического значения эта пленка разрушается. Возникает трение без смазки (металлический контакт), что влечет за собой дальнейшее повышение температуры и заедание (схватывание) поверхностей трения. Заедание приводит к выплавлению подшипника. Подшипник выходит из строя. Так как износ и заедание являются причинами выхода из строя подшипников, то основными критериями работоспособности и расчета подшипников скольжения являются износостойкость и теплостойкость.

Расчет наизносостойкость итеплостойкость выполняют как проверочный, когда известны диаметр цапфы, который определяют при проектировочном расчете вала, и ширина вкладыша , которую назначают по рекомендации: .

Расчет подшипников выполняют условно по двум показателям: среднему давлению

между цапфой и вкладышем и произведению . Расчет по гарантирует невыдавливание смазки и представляет собой расчет на износостойкость. Расчет по гарантирует нормальный тепловой режим, т. е. отсутствие заедания, и представляет собой расчет на теплостойкость. Для ограничения износа и нагрева необходимо выполнить условия

, ,

где — радиальная нагрузка на подшипник; — окружная скорость цапфы. Допускаемые значения установлены опытным путем

Если при расчете данные условия не выполняются, то надо изменить материал или ширину вкладыша и повторить расчет.

ПОДШИПНИКИ КАЧЕНИЯ.

Подшипник качения — это готовый узел, который состоит из наружного 1 и внутреннего 3 колец с дорожками качения А, тел качения 2 (шариков или роликов) и сепаратора 4, разделяющего и направляющего тела качения. Внутреннее кольцо устанавливают на валу (оси), а наружное — в корпусе. Таким образом, цапфа вала и корпус разобщены телами качения. Это позволило заменить трение скольжения трением качения и существенно снизить коэффициент трения. Основные стандартные размеры подшипника: и — внутренний и наружный диаметры; —ширина колец.

ДостоинстваПК:

· малые потери на трение;

· высокий КПД (до 0,995) и незначительный нагрев;

· высокие надежность и нагрузочная способность;

· малые габаритные размеры в осевом направлении;

· невысокая стоимость вследствие массового производства;

· высокая степень взаимозаменяемости, что облегчает монтаж и ремонт машин;

· простота в эксплуатации и малый расход смазки.

НедостаткиПК:

· пониженная долговечность при ударных и вибрационных нагрузках вследствие большой жесткости подшипника;

· большое рассеивание долговечности из-за неодинаковых зазоров в собранном подшипнике, неоднородности материала и термической обработки деталей;

· ограниченная быстроходность из-за чрезмерного нагрева и опасности разрушения сепараторов от действия центробежных сил;

· ненадежность при работе в агрессивных средах (например, в воде);

· относительно большие радиальные размеры;

· неразъемность конструкции;

· шум при больших оборотах.

Применяют ПК во всех отраслях машиностроения иприборостроения. Это самые массовые стандартизованные изделия. Их изготовляют на специализированных подшипниковых заводах с наружным диаметром 1,0...2600 мм и массой 0,5 г...3500 кг.

КлассификацияПК:

· по направлению действия воспринимаемой нагрузки: радиальные, упорные, радиально-упорные и упорно-радиальные;

· по форме тел качения — на шариковые и роликовые;

· роликовые ПК могут быть с роликами цилиндрическими коротким, коническим, бочкообразными, игольчатыми витыми (изготовляют навиванием из стальной полосы);

· по числу рядов тел качения — на одно-, двух-, четырех- и многорядные.

· по способности самоустанавливаться — на самоустанавливающиеся (сферические) и несамо-устанавливающиеся.

В зависимости от нагрузочной способности и габаритных размеров при одном и том же внутреннем диаметре подшипники разделяют на серии:

· по радиальным размерам — сверхлегкие, особо легкие, легкие, средние и тяжелые серии;

· по ширине — особо узкие, узкие, нормальные, широкие и особо широкие серии.

Преимущественное распространение имеют подшипники легкой и средней серий нормальной ширины, как наиболее дешевые.

Материалы.Тела качения и кольца изготовляют из высокоуглеродистых хромистых подшипниковых сталей с термообработкой до твердости 61...66 HRC₃ и последующими шлифованием и полированием. Сепараторы чаще всего штампуют из низкоуглеродистой листовой стали. Для быстроходных подшипников (окружная скорость 10...15 м/с) изготовляют массивные сепараторы

из бронзы, латуни, текстолита, капрона и т. п.

3.13.2. 1) Шариковые радиальныеподшипники — наиболее простые и дешевые, предназначены для восприятия радиальной нагрузки, но, имея желобчатые дорожки качения, могут воспринимать и осевуюнагрузку. Они обладают большой быстроходностью, фиксируют вал в двух направлениях и допускают небольшие перекосы колец (до 15'). Это самые распространенные подшипники в машиностроении. Их собирают путем эксцентричного смещения внутреннего кольца в наружном.

Шариковые радиальные сферическиеподшипники предназначены в основном для восприятия радиальной нагрузки, но могут воспринимать и небольшую осевую нагрузку. Дорожка качения на наружном кольце выполнена по сфере, что обеспечивает нормальную работу (самоустановку) подшипника даже при значительном (до 2...3°) перекосе колец. Применяют для валов, подверженных значительным прогибам; при установке подшипников в разных корпусах и т. п.

Роликовые радиальныеподшипники с короткими цилиндрическими роликами воспринимают только радиальную нагрузку, допускаютосевое взаимное смещение колец, требуют точной соосности посадочных мест, в противном случае ролики работают кромками и - подшипники быстро разрушаются. Применяют для коротких жестких валов, а также в качестве «плавающих» опор (для валов шевронных передач и др.). Грузоподъемность их составляет в среднем 1,7 грузоподъемности шариковых радиальных подшипников.

Роликовые радиальные подшипники с игольчатыми роликами обладают высокой радиальной грузоподъемностью при небольших радиальных габаритах. Осевую нагрузку не воспринимают. Весьма чувствительны к прогибам и несоосности посадочных мест. Их применяют в опорах, требующих компактности в радиальном направлении. Для максимального уменьшения радиальных размеров опор при высокой грузоподъемности применяют подшипники без колец. Свободные иглы без сепаратора перекатываются соответственно по обработанным поверхностям вала и корпуса с твердостью дорожек качения более 61HRC₃.

Роликовые радиальныеподшипникис витыми роликамипредназначены для восприятия радиальных нагрузок, в том числе и ударного характера, при небольших частотах вращения.

2)Шариковые радиально-упорные подшипники способны воспринимать комбинированные радиально-осевые нагрузки. Осевая грузоподъемность их зависит от угла контакта . Стандартные подшипники имеют угол =12; 26 и 36°. С увеличением угла осевая грузоподъемность возрастает за счет уменьшения радиальной, одновременно снижается и быстроходность подшипников. Подшипники воспринимают осевую нагрузку только в одном направлении. Для восприятия осевых нагрузок в обоих направлениях их устанавливают парно. Применяют для жестких быстроходных валов.

<1 2 345 6 7 >

Дата добавления: 2015-11-28; просмотров: 828;