3.5 Расчёт и выбор канатного блока
Определим усилие [8], действующее на канатный блок, по формуле:
где
-
нагрузка, действующая на кронштейн
канатного блока;
-
коэффициент перегрузки;
-
коэффициент динамичности.
-
коэффициент, зависящий от угла между
ветвями каната.
Разрывное усилие в каждой из двух ветвей каната определяется по формуле:
где
- допускаемый коэффициент запаса
прочности для каната.
По
найденному значению усилия
выбираем канатный блок с диаметром
ролика, равным Ø200 мм.
Для проверки оси канатного блока на прочность по нормальным напряжениям определим момент инерции относительно нейтральной оси по формуле:
где
- радиус оси канатного блока.
Момент сопротивления поперечного сечения равен:
Максимальные нормальные напряжения, возникающие в опасном поперечном сечении при изгибе, определяются по формуле:
где
- максимальный изгибающий момент;
-
интенсивность распределённой нагрузки;
-
длина оси.
Эпюра изгибающих моментов приведена на рисунке 9.
Рисунок 9 – Эпюра изгибающих моментов
Выбранное сечение оси обеспечивает работоспособность установки.
Окончательно выбираем ось диаметром Ø40 мм.
3.6 Анализ работы пары трения вал-подшипник
Анализ узла. В данной паре трения применяем шариковый радиальный сферический подшипник качения типа 215 ГОСТ 8338-75.
В качестве материала для подшипника качения выбираем сталь ШХ15 по ГОСТ 801-78, материал вала – сталь 45 по ГОСТ 1050-2013.
Контактное нормальное напряжение равно:
где
- радиальная нагрузка на подшипник
качения;
-
количество тел качения в ряду;
-
диаметр шарика.
Определим скорость скольжения:
где
- окружная скорость вала канатного
барабана;
-
угловая
скорость барабана
канатного;
-
число оборотов барабана канатного;
-
средний диаметр подшипника;
-
внутренний и наружный диаметры подшипника.
Выбор смазочного материала. Смазка в подшипниках и подшипниковых узлах применяется для уменьшения трения, возникающего между поверхностями качения, между бортами колец и торцами роликов, а также возникающего вследствие упругих деформаций в точках контакта колец и тел качения под действием нагрузки; для отвода тепла, выделяющегося при трении элементов подшипников; для предотвращения образования коррозии на поверхностях деталей подшипников; для заполнения зазоров между неподвижными и вращающимися деталями уплотняющих устройств и предотвращения проникновения в подшипниковый узел пыли, а также для уменьшения шума при работе подшипников.
При выборе марки минерального масла для подшипникового узла необходимо учитывать размеры подшипника и частоту его вращения, величину нагрузки, действующей на подшипник, рабочую температуру подшипникового узла и состояние окружающей среды.
Т.к.
средний диаметр подшипника равен
и число
оборотов барабана канатного равно
,
то
по номограмме «а»
на рисунке 8.1 [9] определяем кинематическую
вязкость масла при рабочей температуре:
По номограмме «б» рисунке 8.1 находим вязкость минерального масла при эталонных температурах:
Выбираем индустриальное масло типа ИТД-1000 ГОСТ 17479.4-87 с вязкостью 900…1100 мм2/с при эталонной температуре 400С. Альтернативным видом смазки рекомендовано применять пресс-солидол С СКа4/5-1 ГОСТ 4366-76.
Технические
требования на дефектацию.
Установим
минимальный допустимый натяг
из зависимости:
где
- момент сопротивления для подшипников
качения;
-
момент
трения, зависящий от типа подшипника
(т.к.
,
т.е.
);
-
коэффициент,
зависящий от типа подшипника и условий
смазывания (см. таблицу 4.6 [9]);
-
момент трения, зависящий от нагрузки
на подшипник;
-
справочные коэффициенты, взятые из
таблицы 4.7 [9];
-
молекулярная составляющая коэффициента
трения;
-
длина посадочной поверхности;
-
уменьшение натяга при прессовой сборке;
;
;
- модуль упругости.
Назначим
для данной пары трения с диаметром вала
переходную посадку
Величина контурного давления для шарикоподшипника качения равна:
где
- упругие постоянные контактирующих
тел;
-
радиус шара.
Условием реализации упругопластического контакта (УПК) является следующее неравенство:
где
-
упругая постоянная;
-
коэффициент Пуассона (для стали 45 по
ГОСТ 1050-2013);
-
твёрдость тела подшипника;
-
комплексная характеристика шероховатости
для более твёрдого из контактирующих
тел.
Условие выполняется, а, следовательно, реализуется упругопластический контакт.
Технология ремонта изношенной детали. В данном сопряжении происходит усталостное изнашивание, которое проявляется при качении в виде местных очагов разрушения (питтинг) и в отделении микрообъёмов поверхности при трении скольжения за счёт усталости поверхностных слоёв. Повышение износостойкости в условиях усталостного изнашивания достигается снижением удельной нагрузки на контакте, выбором материала с повышенным сопротивлением усталости, повышением класса чистоты обработки, применением жидких смазочных материалов с высоким классом чистоты.
На посадочных поверхностях подшипников качения распространена фреттинг-коррозия. Этот вид изнашивания проявляется в соединениях (подвижных и неподвижных) при колебаниях контактирующих поверхностей с малыми амплитудами 0,025...2,5 мм. Повреждения поверхностей вследствие фреттинг-коррозии служат концентраторами напряжений и снижают предел выносливости. В случае усталостного разрушения на фреттинг-коррозию как первопричину указывает характерный язычок металла.
Предотвратить или замедлить развитие процесса фреттинг-коррозии возможно путем:
- нанесения на поверхность контакта слоя меди, кадмия, ПТФЭ (политетрофторэтилен);
- повышения твёрдости одной из деталей;
- увеличения натяга соединения;
- увеличения шероховатости поверхности, если устраняется проскальзывание;
- фосфатирования поверхности и покрытия её парафином;
- покрытия поверхности свинцовыми белилами или их смесью с MoS2;
- смазывания контактирующих поверхностей маслами с противоизносными присадками.
Одним из методов восстановления работоспособности и соответствующего уровня надёжности является замена непригодных подшипников. Этот метод применяется при облегченном доступе и малом времени для замены.
Технологический процесс ремонта включает следующие операции:
- разборка;
- промывка;
- дефектация;
- замена дефектных деталей;
- сборка;
- регулировка;
- испытания;
- приработка.
Приработку производят на специальных нагрузочных стендах. Осуществление этой операции позволяет существенно повысить (в 2…10 раз) срок службы.
В данном узле трения нагруженной является одна часть детали – часть поверхности неподвижного кольца подшипника качения. При разборке необходимо повернуть кольцо подшипника на соответствующий угол, чтобы нагрузить другую часть кольца, т.е. требуется перед разборкой зафиксировать взаиморасположение деталей подшипника кернением.
После разборки подшипника детали промываются в керосине вручную и готовятся к визуальной или инструментальной дефектоскопии.
После промывки детали подвергаются визуальному осмотру и инструментальному контролю с целью выявления дефектов, возникших в процессе эксплуатации узла. Для выявления развившихся трещин применяют ультразвуковую дефектоскопию. Для этого необходимо обеспечить плотный контакт излучателя и приёмника с поверхностью излучаемой детали. В качестве среды, улучшающей контакт, применяется минеральное масло. Кривизна излучателя и поверхности исследуемой детали должна быть одной и той же.
Определение величины износа осуществляется микрометрированием с использованием микрометра, индикатора, штангенциркуля и др.
Подшипники с признаками шелушения или выкрашивания рабочих поверхностей, с тяжёлым ходом и ненормальным шумом к дальнейшей эксплуатации не допускаются. При ремонтах целесообразнее заменять не подшипники, а узлы, в которые входят подшипники качения. При смене подшипников или подшипниковых узлов следует заменить уплотнительные прокладки, проверить зазоры между валом и корпусом, а также соосность отверстий и чистоту посадочных поверхностей. От качества выполнения посадки подшипников на вал или в корпус зависят долговечность и надежность
работы машины. Сборку подшипниковых узлов можно осуществлять
различными способами:
- с помощью ручных, пневматических и гидравлических прессов;
- подогревом подшипников в горячем минеральном масле;
- охлаждением вала с применением твердой углекислоты;
- индукционным нагревом.