8.2 Выбор материалов направляющих
Основными критериями при выборе материалов для деталей направляющих поступательного движения с трением скольжения служат требуемая долговечность механизма и характеристика трения. Для уменьшения износа и сил трения желательно применить различные материалы для ползуна и направляющих планок. Находят применение комбинации материалов сталь-бронза, сталь-латунь, сталь-чугун и т.д., однако для неответственных направляющих возможно и применение одноименных материалов для трущихся поверхностей, при этом желателен перепад твердости, т.е. одна из деталей делается закаленной, другая незакаленной.
Наиболее часто встречается сочетание сталь-бронза. При невысоких требованиях к износостойкости выбор марки бронзы и стали, а так же термообработка стальных деталей не имеет существенного значения. На первый план выступают стоимость и дефицитность бронзы той или другой марки, сталь же применяется со средним содержанием углерода (например, стали 30, 40 или 45, ГОСТ 1050-60).
8.3 Пример расчёта направляющих скольжения.
где L=115 мм – длина направляющей или расстояние между опорами;
µ=0.15 – коэффициент трения (сталь по стали);
l =40 мм – высота (плечо) на которой приложена нагрузка;
Условие незаклинивания:
,
По результатам расчетов можно утверждать, что заклинивания не произойдёт.
Выполним проверку направляющих на прочность:
где [p]=5…10 МПа – допустимое давление для масляного слоя;
F = 500 Н– – поперечная сила, действующая на направляющие;
S = 600 мм2– площадь опорных поверхностей направляющих.
МПа,
Условие прочности масляного слоя выполняется.
8.4 Направляющие качения
В направляющих качения предусматривают планки с дорожками, заполняемыми телами качения: шариками, роликами или иглами. При перемещениях деталей по этим направляющим тела качения катятся по дорожкам. Тела качения выбирают из применяемых тел в подшипниках качения.
Основными достоинствами направляющих качения являются малые силы сопротивления движению (меньшие до 20 раз, чем в направляющих скольжения), малая их зависимость от скорости перемещения и незначительная разница между силами трения покоя и движения. В связи с этим на направляющих качения могут быть достигнуты как быстрые, так и весьма медленные равномерные перемещения, и установочные перемещения высокой точности.
К недостаткам направляющих качения относят большую сложность изготовления, чем направляющих скольжения, необходимость термической обработки дорожек качения до высокой твердости, повышенные требования к защите от загрязнений.
Направляющие качения применяют, если необходимо:
1) уменьшить силы сопротивления движению для перемещения деталей вручную и для перемещения тяжелых деталей;
2) медленно и равномерно перемещать или точно устанавливать детали;
3) перемещать детали с высокой скоростью.
По форме тел качения направляющие разделяют на:
– шариковые, применяемые при малых нагрузках;
– роликовые, применяемые при значительных нагрузках;
– игольчатые, применяемые при ограниченных по высоте габаритах и средних нагрузках;
– роликовые на осях, применяемые при малых нагрузках, больших ходах и нестесненных габаритах (обычно в качестве вспомогательных).
По направлению воспринимаемых нагрузок направляющие разделяют на: разомкнутые плоские и угловые (рисунок 8.5,а); замкнутые в одной плоскости; замкнутые в двух плоскостях (рисунок 8.5,б-г); цилиндрические.
Несущая способность роликовых направляющих больше, чем шариковых (с плоскими гранями), имеющих те же габаритные размеры; жесткость больше в 2,5-3,5 раза.
При перемещении
деталей по направляющим качения со
скоростью
движение тел качения сводится к
поступательному перемещению (вместе с
сепаратором) со скоростью
и к вращению вокруг собственной оси.
а) |
б) |
в) |
г) |
Рисунок 8.5 Направляющие качения, примеры конструкций
Материалы тел качения - подшипниковые стали типа ШХ 15.
Оптимальные материалы направляющих – закаленные до высокой твердости (HRC 58-63) сталь ШХ15, хромистые и другие легированные стали, цементированные на достаточную глубину.
Расчеты направляющих качения производят по формулам Герца. Наибольшее контактное напряжение в роликовых направляющих
,
(8.7)
в шариковых направляющих с плоскими рабочими гранями
,
(8.8)
где Q – сила на наиболее нагруженный ролик или шарик;
E – приведенный модуль упругости материала; МПа.
r – радиус ролика или шарика мм;
b –длина ролика, мм.
Конструкцию и типоразмеры направляющих выбирают по справочной литературе [2,3].