Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образование учреждение высшего профессионального образования

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра «Механического оборудования, деталей машин и технологии металлов»

В.Н. Абрамов, В.Н. Мещерин

ВАЛЫ И ПОДШИПНИКИ

Учебное пособие

Для студентов, изучающих средства механизации и автоматизации подъемно-транспортных, строительных и дорожных работ, их технологического оборудования и комплексов на их базе

Москва 2013

УДК 621.81

Абрамов В.Н., Мещерин В.Н. Валы и подшипники: Учебн. пос. / Моск. гос. строит. ун-т/ М. : МГСУ, 2013. - 59с.

В учебном пособии рассматриваются вопросы определения нагрузок на валы и подшипниковые узлы с учетом их конструкции и типа подшипника. Решена задача нагружения двух спаренных конических подшипников.

Приведен пример расчета валов и подшипников для одного из вариантов приводов при частореверсировном режиме нагружения.

Учебное пособие может быть использовано студентами при изучении валов и подшипников и для курсового проектирования по дисциплинам Детали машин и Детали машин и основы конструирования, а также использовано аспирантами и инженерами, занимающиеся проектированием и эксплуатацией приводов машин.

Ил. 16 , табл.2 , библ.сп. 7

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. Общие положения

2. Расчет валов и подшипников редуктора

   1. Исходные сведения

   2. Проверочный расчет валов и подшипников

      1. Расчет входного (первого) вала редуктора

      2. Расчет промежуточного (второго) вала редуктора

      3. Расчет выходного (третьего)вала редуктора

Библиографический список

Приложение

1.Общие положения

Предварительная конструктивная проработка валов и подшипниковых узлов выпол­няется на стадии эскизного проекта редуктора с использованием рекомендаций [1...5] и других источников. Окончательное конструктивное исполнение этих узлов определяется по результатам расчета валов и подшипников по критериям их работоспособности. При известных нагрузках на валы эти расчеты можно произвести, составив расчетную схему каждого вала.

На сборочных чертежах и схемах подшипники качения в осевых разрезах изображает­ся, как правило, упрощенно по ГОСТ 2.420-69. Рекомендуемые разно­видности упрощенного изображения подшипников качения на сборочных чертежах при­ведены в табл.1. Для студентов предпочтительно изображать подшипники комбини­рованно, то есть в одной половине выполнить разрез конструкции подшипника без фасок и сепаратора, а во второй половине - условное контурное очертание. Оно выполняется сплошными основными линиями, внутри которых проводятся сплошные тонкие линии - диа­гонали (верхние рисунки в табл.1).

Валы устанавливаются на подшипниковых узлах по схемам "враспор", "врастяжку" и с одной или двумя плавающими опорами (см. главу 7 [3]). Каждая из рассматриваемых схем установки подшипников имеет свои преимущества, недостатки и область примене­ния.

Расчетные схемы валов и осей редукторов представляются в виде балок на шарнир­ных опорах. Плавающие опоры, воспринимающие только радиальные нагрузки, заменяют шарнирно-подвижными опорами. Положение шарнирной опоры для радиальных подшип­ников принимаются в середине ширины подшипника.

Для радиально-упорных подшипников расстояние "а" от точки приложения радиальной реакции до торца подшипника (рис. 1) может быть определено по форму­лам:

а) Шарикоподшипники радиально-упорные однорядные

б) Роликоподшипники конические однорядные радиально-упорные.

.

Значения В, Т, d, D, е принимаются по таблицам параметров подшипников.

а б

Рис.1

Проведенные расчеты показывают, что при незначительной погрешности можно принять а ≈ В для подшипников типа 36000 и а ≈ Т для подшипников типа 7000.

Для составления расчетных схем валов целесообразно нарисовать объемную схему редуктора c нагружением колес и валов типа приведенной на рис 2. На этом рисунке условно изображены валы, подшипники и средние сечения колес по делительным или начальным диаметрам, к кото­рым приложены соответствующие силы в зонах зацепления. Согласно заданию на курсовой проект по деталям машин к тихоходному валу приложена сила от цепной передачи, которая может быть и горизонтальной. При выборе направления сил учитывается направление вращения валов и наклон зубьев и витков в элементах передач, а так же взаиморасположение цепной передачи и редуктора. При отсутствии специальных требований червяк имеет правое направление витков, а чер­вячное колесо - правое направление зубьев. Наклон зубьев цилиндрических колес целесо­образно выбирать с учетом частичного взаимного уравновешивания осевых сил. Положе­ние вектора силы , действующей от соединительной муфты на быстроходный вал на рис.2 не фиксируется, так как оно имеет случайный характер. Примеры объемных схем редуктора приведены и на других рисунках этого пособия.

В нереверсивном приводе задается направление вращения выходного вала привода (конвейера, дробилки и т. д.) и с учетом схемы привода определяется требуемое направление вращение входного (быстроходного) вала редуктора и двигателя. В курсовом проекте студент самостоятельно выбирает направле­ние вращения быстроходного вала редуктора и задается направлением зубьев колес в косозубых передачах.

В приводах с частым реверсированием целесообразно рассмотреть реакции в опорах и изгибающие моменты валов при их вращении в двух направлениях с целью последующего расчета на прочность валов и подшипников редуктора по наихудшему варианту.

На рис.2 видно, что при реверсировании привода изменяется направление окружной и осевой сил в косозубых и червячных передачах. В учебных проектах расчеты валов и подшипников допускается проводить только для одного варианта направления вращения валов.

Для валов, опирающихся на радиально-упорные подшипники, осевая нагрузка опреде­ляется не только соответствующими составляющими сил в зацеплении.

В радиально-упорных подшипниках при действии на них радиальных нагрузок возникают внутренние осевые составляющие , определяемые по формулам:

где для конических однорядных роликоподшипников

для однорядных шариковых радиально-упорных подшипников

- вспомогательный коэффициент влияния осевой нагрузки, принимаемый для конических роликоподшипников из таблиц параметров подшипников, а для радиально-упорных подшипников – по табл. 17.8[3], или табл. 7.2[4].

Рис.2

Для определения осевых нагрузок в опорах с радиально-упорными подшип­никами учитывают все осевые силы, действующие на вал, т.е. сумму внешних осевых нагрузок , приложенных к валу, и осевые составляющие от ради­альных нагрузок . Рекомендации по определению с учетом схемы установки и усло­вия нагружения приведены в табл.2. В верхней части каждойсхемы установки пока­заны радиальные нагрузки на подшипники и их осевые составляющие .

Общая осевая нагрузка на опору, полученная из условия нагружения, условна показана в нижней части каждой схемы.

Рассмотрим часто встречающуюся конструкцию узла вала, который имеет одну плавающую опору Б (рис 3.) и вторую опору А с двумя радиально-упорными подшипниками, которые воспринимают все осевые нагрузки.

.Установленные "враспор" рядом два радиально-упорных подшипника (опора А на ри­с. 3,а) имеют практически одну точку опоры в середине между этими подшипника­ми. Установка рассматриваемых подшипников "врастяжку" (опора А на рис. 3, б) ве­дет к разнесению их опорных точек, что требует увеличения точности изготовления рас­точек в корпусе под опоры А и Б, ухудшает условия работы подшипников и усложняет их расчет. Поэтому конструкция опоры А по рис. 3,б обычно не используется.

Рекомендации по определению радиальной и осевой нагрузок, воспринимаемых каждым из двух радиально-упорных подшипников (1 и 2), установленных "враспор" в одной опоре А (рис.3,а), приведены в табл.2.

Схемы установок в табл.3 отлича­ются направлением суммарной внешней осевой силы , из-за которой суммарная ра­диальная нагрузка на опору А неравномерно распределяется на подшипники 1 и 2 этой опоры. Полагаем, что подшипники опоры А не специально подобранный комплект (и не двухрядный подшипник). Тогда при относительно больших значениях силы практически всю радиальную и осевую нагруз­ку воспринимает только один из подшипников (1 или 2) в зависимости от направления си­лы .

На рис. 3 дан вариант узла вала с консистентной смазкой подшипни­ков опор А и Б при верхнем расположением червяка. Параметры радиальных шарикоподшипников с одной и двумя защитными шайбами, которые могут быть использованы в опоре Б (рис.3) и в других опорах приводов, даны в приложении.