2. Расчет и выбор посадок с зазором

   1. Определение предельных функциональных зазоров

   2. Определение конструктивных зазоров

   3. Выбор посадки

   4. Построение схемы расположения полей допусков

   5. Определение параметров шероховатости R_a или R_z и наиболее приемлемых технологических процессов при обработке деталей

   6. Выполнение эскизов деталей и соединения с указанием шероховатости поверхностей и предельных отклонений

   7. Выбор универсальных средств измерения

Ключевые слова

Наименьшая толщина масляного слоя

Функциональный допуск посадки

Конструктивный допуск посадки

Коэффициент запаса точности

Коэффициент смятия шероховатости поверхности

Шероховатость поверхности

Одним из наиболее распространенных видов подвижных соединений является соединение типа вал-подшипник скольжения, которые работают в условиях сухого, граничного, полужидкостного и жидкостного трения.

Наибольшая долговечность подшипников скольжения достигается при жидкостном трении, тогда смазка полностью отделяет цапфу вала от вкладыша подшипника, а трение между металлическими поверхностями заменяется трением между слоями смазочного материала.

На основе гидродинамической теории смазки расчет посадок для подшипников скольжения заключается в определении наибольшего и наименьшего функциональных зазоров и конструктивного допуска посадки, определяемого с помощью коэффициента запаса прочности. Выбор посадки сводится к назначению квалитетов точности отверстия и вала и основного отклонения в зависимости от заданной системы посадки.

Рассмотрим методику решения задачи на примере. Соединение диаметром d_n и длиной l работает под радиальной нагрузкой R в условиях жидкостного трения с относительной частотой вращения вала n. Отверстие и вал имеют установившуюся шероховатость поверхностей после приработки соответственно R_ZD и R_Zd. Исходные данные приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1

Исходные данные

Параметр	Обозначение	Значение
Номинальный диаметр соединения Длина цапфы Шероховатость поверхности отверстия Шероховатость поверхности вала Частота вращения вала Радиальная нагрузка на подшипник Система изготовления Марка масла	dn l RZD RZd n R СН И-Л-А-32 (И-20)	150 мм 180 мм 4.0 мкм 3,2 мкм 600 мин –1 60 кН – –

Решение

2.1. Определение предельных функциональных зазоров

2.1.1. Определяем наименьшую толщину масляного слоя, необходимую для обеспечения жидкостного трения в подшипнике скольжения:

h_min = k_O ∙ (R_zd +R_zD); (2.1)

где k_O = 2,0 – коэффициент запаса надежности по толщине масляного слоя;

h_min = 2∙ (3,2 + 4,0) ≈ 14мкм.

2.1.2. Угловую скорость вращения вала определяем по формуле

; (2.2)

ω = (3,14∙600)/30 = 63 мин ^–1.

2.1.3. Конструктивные коэффициенты, учитывающие соотношение геометрических параметров соединения l / d, выбираем по таблице 2.2.

Таблица 2.2

Коэффициенты к и m, по Поздову И.Н.

l / d	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	1,1	1,2
к	0,255	0,355	0,452	0,539	0,623	0,690	0,760	0,723	0,880
m	0,356	0,472	0,568	0,634	0,698	0,705	0,760	0,823	0,880

При l= 180∙10^-3м и d_n= 150∙10^-3м, l / d= 180/150 = 1,2.

По таблице 2.2: к = 0,88; m = 0,88.

2.1.4. Среднее давление, приходящееся на поверхность цапфы, определяем по формуле

р = 60000/ (0,18∙0,15) = 2,2∙10⁶ Па.

2.1.5 Вязкость масла определяем при наибольшей реальной рабочей температуре, так как с увеличением температуры вязкость масла уменьшается, при этом несущая способность снижается и наибольший функциональный зазор в посадке уменьшается.

Рабочую температуру и динамическую вязкость масла И-Л-А-32 ГОСТ 17479.4 – 87 (старое обозначение И – 20 ГОСТ 20799 – 75) определяем по таблице 2.3: t= 50^°, μ₅₀= 0,016 Па∙с.

Таблица 2.3

Динамическая вязкость масел μ, Па∙с

Масло*	ГОСТ	Температура, °С
		0	20	40	50**	60	70	80	90	100***
Индустриальное: И-Л-А-22 И-Л-А-32 И-Л-А-46 И-Л-А-68 И-Л-А-100	17479.4–87	0,157 0,248 0,585 1,070 2,060	0,044 0,064 0,126 0,207 0,298	0,018 0,024 0,044 0,061 0,079	0,011 0,016 0,027 0,038 0,044	0,008 0,011 0,018 0,024 0,032	0,006 0,008 0,014 0,017 0,021	0,005 0,006 0,009 0,012 0,014	0,004 0,005 0,008 0,009 0,011	0,003 0,004 0,005 0,007 0,008
Турбинное: Тп-22 Тп-30 Тп-46	9972–74	0,415 0,776 1,575	0,085 0,145 0,270	0,032 0,043 0,075	0,019 0,027 0,047	0,013 0,018 0,030	0,009 0,013 0,020	0,007 0,009 0,014	0,005 0,007 0,010	0,004 0,005 0,008
Моторное: М-8-В1 М-10-В1 М-12-Г1 М-16-В2	17479.1–85	– – – –	– – – –	– – – –	– – – –	– – – –	0,018 0,026 0,031 0,060	0,012 0,018 0,021 0,037	0,009 0,013 0,014 0,023	0,007 0,009 0,011 0,015

^*Цифрой в данных обозначениях указан класс вязкости масла.

^**Нормированная рабочая температура индустриального и турбинного масла.

^***Нормированная рабочая температура моторного масла.

2.1.6. определяем наибольший и наименьший функциональные зазоры, при которых обеспечивается жидкостное трение в соединении:

; (2.4)

S_Fmax = 293∙10^-6 м = 293мкм;

S_Fmin = 31∙10^-6 v = 31 мкм.

В ряде случаев при значениях S_Fmax > 500 мкм происходит увеличение биения вала о втулку, что приводит к значительным пластическим деформациям поверхности трения и поломке сборочной единицы. Рекомендуется ограничивать S_Fmax : не более 500 мкм.