Расчёты валов и осей

Основным критерием работоспособности валов и осей являются сопротивление усталости материала и жёсткость. Расчёт валов выполняется в два этапа: предварительный (проектный) и окончательный (проверочный).  Проектировочный расчёт вала выполняют как условный расчёт только на кручение для ориентировочного определения посадочных диаметров. Исходя из условия прочности на кручение 

получим формулу проектировочного расчёта

где М_k – крутящий момент в расчётном сечении, Н*м;  Н/мм2 – допускаемое напряжение при кручении Проверочный расчет для валов - расчёт на сопротивление усталости - является основным расчётом на прочность. Основными нагрузками на валы являются силы от передач через насаженные на них детали: зубчатые или червячные колёса, звёздочки, шкивы. Проверочный расчет вала производится с применением гипотез прочности.Условие прочности в этом случае имеет вид:

где М_экв — так называемый эквивалентный момент. При гипотезе наибольших касательных напряжений (иначе — тре¬тья гипотеза)

При гипотезе потенциальной энергии формоизменения (иначе — пятая гипотеза)

где в обеих формулах М_к и М„ — соответственно крутящий и суммарный изгибающий моменты в рассматриваемом сечении вала. Числовое зна¬чение суммарного изгибающего момента равно геометрической сумме изгибающих моментов, возникающих в данном сечении от вертикально и горизонтально действующих внешних сил, т. е.

14

Подшипник скольжения, опора или направляющая механизма или машины, в которой трение происходит при скольжении сопряжённых поверхностей. По направлению восприятия нагрузки различают радиальные и осевые (упорные) П. с. В зависимости от режима смазки П. с. делятся на гидродинамические и гидростатические, газодинамические и газостатические (роль смазки выполняет воздух или нейтральный газ), с твёрдой смазкой. Существует множество конструктивных типов П. с.: самоустанавливающиеся, сегментные, самосмазывающиеся и др.

Радиальные П. с. обычно выполняются в виде втулки, двух или более вкладышей, полностью или частично охватывающих вал. Такие П. с. работают главным образом в режиме жидкостного или полужидкостного трения. Смазка подводится через отверстия во вкладышах (рис. 1, а), кольцевые или местные винтовые канавки и карманы, находящиеся в зоне разъёма (рис. 1, б).Радиальные П. с. применяются в буксовых узлах вагонов, в опорах двигателей внутреннего сгорания, турбогенераторов и др. П. с. тяжело нагруженных опор (например, валков прокатных станов) имеют диаметры от 140 до 1200 мм,относительный зазор, т. е. отношение разности диаметров отверстия втулки и шейки вала к диаметру отверстия втулки (см. рис. 1, а)   , принимается равным 0,0003—0,002, а отношение    равным 0,6—0,9. При этих условиях обеспечивается работа в диапазонах относительных скоростей скольжения от 0,2 до 60 м/сек и удельных давлений 5—25 Мн/м² (50—250 кгс/см²). В форсированных двигателях внутреннего сгорания удельные давления на П. с. могут достигать 30—35 Мн/м² (300—350 кгс/см²). Высокоскоростные П. с. жидкостного трения выполняются с жёсткими вкладышами (рис. 2, а, б, в) или самоустанавливающимися в виде качающихся (рис. 2, г), свободных (рис. 2, д) и кольцеобразных "плавающих" (рис. 2, е) вкладышей.

Осевыми П. с. являются простые подпятники, сегментные упорные подшипники (рис. 3); по характеру работы к ним относят также торцовые уплотнения, ползуны и крейцкопфы. Сегментный упорный П. с. состоит из неподвижных или качающихся опорных подушек, образованных набором секторов, и упорного диска или кольца на вращающемся валу. Подушки имеют небольшой наклон к плоскости упорного диска. Способность самоустанавливаться обеспечивается пружинами, качающимися опорами, гидравлической системой или упругим деформированием. Упорные П. с. широко используются в опорах турбо- и гидрогенераторов. В П. с. крупных гидрогенераторов диаметр диска может достигать 4,5 м и нести нагрузку до 4000 тс.

Гидро- и газодинамические подшипники работают в режиме, при котором поверхности трения разделяются слоем жидкости или газа в результате действия давления, возникающего в вязком смазочном слое вследствие относительного движения поверхностей. В гидро- и газостатическом П. с. полное разделение поверхностей трения деталей, находящихся в относительном движении или покое, осуществляется смазочным материалом, поступающим под внешним давлением в зазор между поверхностями. Существуют также П. с., называемые гидростатодинамическими, которые часть времени, например при пуске, работают как гидростатические, а в основном режиме — как гидродинамические.

Расчёт П. с., работающих в режиме разделения поверхностей трения смазочным слоем, производится на основе гидродинамической теории смазки. При расчёте определяются минимальная толщина смазочного слоя (обычно измеряемая в мкм), давление в смазочном слое, температура и расход смазочных материалов. Изготовляют П. с. из металлических и неметаллических подшипниковых антифрикционных материалов.

15

Подшипники качения состоят из двух колец, тел качения (различной формы) и сепаратора (некоторые типы подшипников могут быть без сепаратора), отделяющего тела качения друг от друга, удерживающего на равном расстоянии и направляющего их движение. По наружной поверхности внутреннего кольца и внутренней поверхности наружного кольца (на торцевых поверхностях колец упорных подшипников качения) выполняют желоба — дорожки качения, по которым при работе подшипника катятся тела качения.

В некоторых узлах машин в целях уменьшения габаритов, а также повышения точности и жёсткости применяют так называемые совмещённые опоры: дорожки качения при этом выполняют непосредственно на валу или на поверхности корпусной детали.

Имеются подшипники качения, изготовленные без сепаратора. Такие подшипники имеют большое число тел качения и большую грузоподъёмность. Однако предельные частоты вращения бессепараторных подшипников значительно ниже вследствие повышенных моментов сопротивления вращению.

В подшипниках качения возникает преимущественно трение качения (имеются только небольшие потери на трение скольжения между сепаратором и телами качения), поэтому по сравнению с подшипниками скольжения снижаются потери энергии на трение и уменьшается износ. Закрытые подшипники качения (имеющие защитные крышки) практически не требуют обслуживания (замены смазки), открытые — чувствительны к попаданию инородных тел, что может привести к быстрому разрушению подшипника.

Динамическая грузоподъемность упорных и упорно-радиальных подшипников — центральная постоянная осевая нагрузка, которую группа идентичных подшипников может выдержать в течение расчетного срока службы, исчисляемого в 1 млн. оборотов одного из колец подшипника. Эквивалентная динамическая нагрузка упорных и упорно-радиальных подшипников — центральная постоянная осевая нагрузка, которая при приложении ее к подшипнику с вращающимся тугим кольцом и неподвижным свободным обеспечивает такой же рас-четный срок службы, как и при действительных условиях нагружения вращения.

Статическая грузоподъемность — статическая радиальная нагрузка, которой соответствует общая остаточная деформация тела качения и колец в наиболее нагруженной зоне контакта, равная 0,0001 диаметра тела качения. В радиально-упорных однорядных подшипниках статическая грузоподъемность относится к радиальной составляющей нагрузки, вызывающей радиальное смещение колец подшипника относительно друг друга.