74. Подшипники скольжения. Общие сведения и классификация

Опорный участок вала называют цапфой. Форма рабочей поверх­ности подшипника скольжения, так же как и форма цапфы вала, может быть цилиндрической, плоской, коничес­кой или шаровой. Цапфу, передающую радиальную нагрузку, называют шипом, если она расположена на конце вала, и шейкой при расположении в середине вала. Цапфу, передающую осевую нагрузку, называют пятой, а опору (подшип­ника) — подпятником.

Пример конструктивного оформления подшипника изо­бражен на рис. Основ­ным элементом подшипника является вкладыш 1 с тон­ким слоем антифрикционно­го материала на опорной по­верхности. Вкладыш устана­вливают в специальном кор­пусе подшипника 2 или непо­средственно в корпусе ма­шины (станине, раме и т. д.).

Область применения подшипников скольжения в современном машиностроении сократилась в связи с распространением подшип­ников качения. Однако значение подшипников скольжения в со­временной технике не снизилось. Их применяют очень широко, и в целом ряде конструкций они незаменимы. К таким подшип­никам относятся: 1) разъемные подшипники, необходимые по услови­ям сборки, например для коленчатых валов; 2) высокоскоростные подшипники ( 30 м/с), в условиях работы которых долговечность подшипников качения резко сокращается (вибрации, шум, большие инерционные нагрузки на тела качения); 3) подшипники прецизион­ных машин, от которых требуется особо точное направление валов и возможность регулировки зазоров; 4) подшипники, работающие в особых условиях (воде, агрессивных средах и т. п.), в которых подшипники качения неработоспособны из-за коррозии; 5) подшип­ники дешевых тихоходных механизмов и некоторые другие.

75. Условия работы и виды разрушения подшипников скольжения

Вращению цапфы в подшипнике противодействует момент сил трения. Работа трения нагревает подшипник и цапфу. От поверх­ности трения теплота отводится через корпус подшипника и вал, а также уносится смазывающей жидкостью. Для любого установив­шегося режима работы подшипника существует тепловое равнове­сие: теплоотдача равна тепловыделению. При этом устанавливает­ся определенная температура. Чем больше тепловыделение и хуже условия теплоотдачи, тем выше температура теплового равнове­сия. Эта температура не должна превышать некоторого предель­ного значения, допускаемого для данного материала подшипника и сорта масла. С повышением температуры понижается вязкость масла и увеличивается вероятность заедания цапфы в подшипни­ке. В конечном результате заедание приводит к выплавлению вкладыша. Перегрев подшипника является основной причиной его раз­рушения.

Работа подшипника сопровождается износом вкладыша и цапфы, что нарушает правильную работу механизма и самого подшипника. Если износ превышает норму, то подшипник бракуют. Интенсив­ность износа, связанная также с работой трения, определяет долго­вечность подшипника.

При действии переменных нагрузок (например, в поршневых двигателях) поверхность вкладыша может выкрашиваться вследст­вие усталости. Усталостное выкрашивание свойственно подшип­никам с малым износом и наблюдается сравнительно редко. В слу­чае действия больших кратковременных перегрузок ударного харак­тера вкладыши подшипников могут хрупко разрушаться. Хрупкому разрушению подвержены малопрочные антифрикционные матери­алы, такие, как баббиты и некоторые пластмассы.

76. Расчет подшипников, работающих при полужидкостном трении.

К таким подшипникам относятся подшипники грубых тихоходных механизмов, машин с частыми пусками и остановками, неустанови­вшимся режимом нагрузки, плохими условиями подвода масла и т. п. Эти подшипники рассчитывают:

а) по условному давлению — подшипники тихоходные, работа­ющие кратковременно с перерывами:

б) по произведению давления на скорость — подшипники средней быстроходности:

где — радиальная нагрузка на подшипник; — диаметр цапфы (вала); — длина подшипника; — окружная скорость цапфы.

Расчет по [ ] в приближенной форме предупреждает интенсив­ный износ, перегрев и заедание. Допускаемые величины [р] и [ ], определенные из опыта эксплуатации подобных конструкций.

77. Расчет радиальных подшипников жидкостного трения.

При расчете подшипника обычно известны диаметр цапфы , нагрузка и частота вращения n (или ). Определяют длину подшипника , зазор , сорт масла ( ). Большинством из неизвест­ных параметров задаются, основываясь на рекомендациях, вырабо­танных практикой, и затем проверяют запас надежности подшип­ника по режиму жидкостного трения. В таком случае можно пред­ложить следующий порядок расчета:

1. Задаются отношением . Распространенные значения = 0,5...1. Короткие подшипники ( < 0,4) обладают малой грузо­подъемностью. Длинные подшипники ( > ) требу­ют повышенной точности и жестких валов.

2. Выбирают относительный зазор. При этом используют част­ные рекомендации для аналогичных конструкций или эмпирическую формулу, по которой средняя величина относительного зазора

где — окружная скорость цапфы.

Для валов сравнительно малых диаметров (до 250 мм) зазор желательно согласовать с одной из стандартных.

3. Выбирают сорт масла и его среднюю рабочую температуру. Вязкость масел и области их применения установлены ГОСТом. При этом учитывают практику эксплуатации подобных машин.

4. Подсчитывают коэффициент нагруженности подшипника.

5. Определяют критическое значение толщины масляного слоя, при которой нарушается режим жидкостного трения

6. Определяют коэффициент запаса надежности подшипника по толщине масляного слоя:

Коэффициент запаса надежности учитывает возможные отклонения расчетных условий от эксплуатационных (по точности изготовле­ния, нагрузке, температурному режиму и т. д.).

78. Подшипники качения. Общие сведения и классификация

Применение подшипников качения позволило заменить трение скольжения трением качения. Трение качения существенно меньше зависит от смазки. Условный коэффициент трения качения мал и близок к коэффициенту жидкостного трения в подшипниках скольжения ( 0,0015...0,006). При этом упрощаются система смазки и обслуживания подшипника, уменьшается возможность разруше­ния при кратковременных перебоях в смазке (например, в периоды пусков, резких изменений нагрузок и скоростей). Конструкция под­шипников качения позволяет изготовлять их в массовых количест­вах как стандартную продукцию, что значительно снижает сто­имость производства. Отмеченные основные качества подшипников качения обеспечили им широкое распространение. Производство подшипников качения ведущими промышленными странами исчисляется сотнями миллионов штук в год.

К недостаткам подшипников качения следует отнести отсутствие разъемных конструкций, сравнительно большие радиальные габа­риты, ограниченную быстроходность, связанную с кинематикой и динамикой тел качения (центробежные силы, гироскопические моменты и пр.), низкую работоспособность при вибрационных и ударных нагрузках и при работе в агрессивных средах (например, в воде).

По форме тел качения они разделяются на шариковые и роликовые, по направлению воспринимаемой нагрузки — на радиальные, упор­ные, радиально-упорные и упорно-радиальные.

Радиальные шариковые подшипники (1) — наибо­лее простые и дешевые. Они допускают небольшие перекосы вала (до 1/4°) и могут воспринимать осевые нагрузки, но меньшие радиальных. Эти подшипники широко распространены в машиностроении.

Радиальные роликовые подшипники (4) благодаря увеличенной контактной поверхности допускают значительно большие нагрузки, чем шариковые. Однако они не воспринимают осевые нагрузки и плохо работают при перекосах вала. В роликовых цилиндрических и конических подшипниках с бочкообразными роликами концентрация нагрузки от неизбежного перекоса вала существенно снижается. Аналогичное сравнение можно провести и между радиально-упорными шариковыми 3 и роликовыми 5 подшипниками.

Самоустанавливающиеся шариковые 2 и роликовые 6 подшипники применяют в тех случаях, когда допускают значительный перекос вала (до 2...3⁰).

Они имеют сферическую поверхность наружного кольца и ролики бочкообразной формы. Эти подшипники допускают небольшие осевые нагрузки. Применение игольчатых подшипников 7 позволяет уменьшить габариты (диаметр) при значительных нагрузках. Упорный подшипник 8 воспринимает только осевые нагрузки и плохо работает при перекосе оси.

По нагрузочной способности (или по габаритам) подшипники разделяют на размерные серии. Стандартом предусматривается семь серий диаметров: сверхлегкая (2 серии), особолегкая (2 серии), легкая, средняя, тяжелая и пять серий ширин: особоузкая, узкая, нормальная, широкая и особоширокая. Функциональные возможности и ресурс подшипника зависят от точности его изготовления. Согласно ГОСТ 520 — 89 установлены следующие основные классы точности в порядке повышения точности: 0, 6, 5, 4, 2, Т — для шариковых радиальных и радиально-упорных, а также роликовых радиальных; 0, 6, 5, 4, 2 — для упорных и упорно-радиальных; О, 6Х, 6, 5, 4, 2 — для роликовых конических. Предусмотрены два дополнительных класса точности (8 и 7) более низкие, чем класс точности 0 (нормальный). Такие подшипники могут изго­тавливаться только по заказу потребителя для применения в неот­ветственных узлах. Класс точности регламентирует величины предельных отклонений размеров, формы и расположения деталей подшипника. В зависимости от наличия требований к уровню вибраций, величине момента трения и других дополнительных технических требований подшипники разделяют на три категории — А, В и С.

Категория ..........................................А В С

Класс точности ............................5, 4, 2, Т О, 6Х, 6, 5 8, 7, 0, 6

Обычно к лодшипникам категории С не предъявляется никаких специальных требований. Следует отметить, что с повышением точности подшипника возрастает его стоимость.

Все подшипники качения изготовляют из высокопрочных подшипниковых сталей с термической обработкой, обеспечивающей высокую твердость.

79. Практический расчет (подбор) подшипников качения

Основные критерии работоспособности и расчета. Можно отметить следующие основные причины потери работоспособности подшипников качения.

Усталостное выкрошивание наблюдается у подшипников после длительного времени их работы в нормальных условиях.

Износ наблюдается при недостаточной защите от абразивных частиц (пыли и грязи). Износ является основным видом разрушения подшипников автомобильных, тракторных, горных, строительных и многих подобных машин.

Разрушение сепараторов дает значительный процент выхода из строя подшипников качения, особенно быстроходных.

Раскалывание колец и тел качения связано с ударными и вибрационными перегрузками, неправильным монтажом, вызыва­ющим перекосы колец, заклинивание и т. п. При нормальной эксплуатации этот вид разрушения не наблюдается.

Остаточные деформации на беговых дорожках в виде лунок и вмятин наблюдаются у тяжелонагруженных тихоходных подшип­ников.

Современный расчет подшипников качения базируют только на двух критериях:

1. расчет на статическую грузоподъемность по остаточным деформациям;

2) расчет на ресурс (долговечность) по усталостному выкрашиванию. Расчеты по другим критериям не разработаны, так как эти критерии связаны с целым рядом случайных факторов, трудно поддающихся учету.

Различают подбор подшипников по динамической грузоподъемности для предупреждения усталостного разрушения (выкрашивание), по статической грузоподъемности для предупреждения остаточных деформаций.

Различают подбор подшипников по динамической грузоподъем­ности для предупреждения усталостного разрушения (выкрашивание), по статической грузоподъемности для предупреждения оста­точных деформаций.

Выбор подшипников по динамической грузоподъемности С (по заданному ресурсу или долговечности) выполняют при частоте вращения При в расчет принимают .

Условие подбора:

С (потребная) < С (базовая).

Базовая динамическая грузоподъемность С — это такая постоян­ная стационарная сила, которую подшипник может воспринимать в течение 1 млн. оборотов без появления признаков усталости не менее чем у 90% из определенного числа подшипников, подверга­ющихся испытаниям

Динамическая грузоподъемность и ресурс связаны эмпирической зависимостью

где — ресурс, млн. оборотов; — эквивалентная динамическая нагрузка (см. ниже); для шариковых и для роли­ковых подшипников; — коэффициент долговечности (см. ниже); — обобщенный коэффициент совместного влияния качества металла и условий эксплуатации.

Эквивалентная динамическая нагрузка для радиальных и ради-ально-упорных подшипников есть такая условная постоянная ста­ционарная радиальная сила которая при приложении ее к подшип­нику с вращающимся внутренним кольцом и с неподвижным на­ружным обеспечивает такую же долговечность, какую подшипник имеет при действительных условиях нагружения и вращения. Для упорных и упорно-радиальных подшипников соответственно будет — постоянная центральная осевая сила при вращении одного из колец:

-

где — радиальная и осевая силы; — коэффициенты ради­альной и осевой сил; — коэффициент вращения, зависящий от того, какое кольцо подшипника вращается относительно внешней нагрузки (при вращении внутреннего кольца наружного =1,2); — коэффици­ент безопасности, учитывающий характер нагрузки: спокойная — 1, умеренные толчки = 1,3.„1,5, с сильными толчками (удара­ми) =2,5...3; — температурный коэффициент.

Проверка и подбор подшипников по статической грузоподъемно­сти. Статическую грузоподъемность используют для подбора подшипников при малых частотах враще­ния , когда число циклов нагружений мало и не вызывает усталостных разрушений, а также для проверки подшипников, рас­считанных по динамической грузоподъемности. Условие проверки и подбора

где — эквивалентная статическая нагрузка; — статическая грузоподъемность.

Под статической грузоподъемностью понимают такую стати­ческую силу, которой соответствует общая остаточная деформа­ция тел качения и колец в наиболее нагруженной точке контакта, равная 0,0001 диаметра тела качения. При этом под С₀ понимают радиальную силу для радиальных и радиально-упорных подшип­ников, осевую силу для упорных и упорно-радиальных. Значения Со указаны в каталогах для каждого типоразмера подшипника

80-84. МУФТЫ

Общие сведения, назначение и классификация

М

уфтами в технике называют устройства, которые служат для соединения концов валов, стержней, труб, электрических проводов и т. д. Рассмотрим только муфты для соединения валов. Потреб­ность в соединении валов связана с тем, что большинство машин компонуют из ряда отдельных частей с входными и выходными валами, которые соединяют с помощью муфт. Соедине­ние валов является общим, но не единственным назначением муфт. Так, например, муфты используют для включения и выключения исполнительного механизма при непрерывно работающем двига­теле (управляемые муфты); предохранения машины от перегрузки (предохранительные муфты); компенсации вредного влияния несо­осности валов (компенсирующие муфты); уменьшения динамичес­ких нагрузок (упругие муфты) и т. д.

В современном машиностроении применяют большое количест­во муфт, различающихся по принципу действия и управления, на­значению и конструкции. Классификация муфт по этим признакам представлена ниже в виде схемы. В электрических и гидравлических муфтах, указанных на этой схеме, используют принципы сцепления за счет электромагнитных и гидродинамических сил. Эти муфты изучают в специальных курсах. В курсе «Детали машин» изучают только механические муфты.

Широко применяемые муфты стандартизованы. Основной пас­портной характеристикой муфты яв­ляется величина вращающего моме­нта, на передачу которого она рассчитана.