ная с легких серий, находят его динамическую грузоподъемность и проверяют выполнение условия С [С], где [С] - значение динамической грузоподъемности по табл. ПЗ —П5 приложения или по каталогу.
Если это условие не выполнено, то переходят от легкой серии к средней или тяжелой (при том же диаметре цапфы d). Если подшипник по своим габаритам применить в данном узле нет возможности, то следует перейти к другому типу подшипника (например, от шариковых к роликовым) или к другой схеме расположения их на валу. При осложнениях в выборе радиально-упорных подшипников (при наличии больших осевых нагрузок и др.) рекомендуется переходить на подшипники с большим углом контакта ( = 2636°). В некоторых случаях может оказаться, что все эти меры не дадут желаемого эффекта, тогда следует увеличить диаметр посадочного места и проверить подшипник большего номера.
Если [С] значительно выше С даже при применении подшипника легкой серии (что часто имеет место для тихоходных валов редукторов с цилиндрическими прямозубыми колесами и для валов колес червячных редукторов), то диаметр цапфы вала уменьшать ни в коем случае не следует, так как он определен из расчета на прочность; расчетная долговечность подшипника будет намного больше регламентированной.
Выбор радиально-упорных шариковых и конических роликовых подшипников ведут в другой последовательности:
а) учитывая условия эксплуатации, конструкцию узла, диаметр цапфы, намечают типоразмер подшипника;
б) выполняют эскизную компоновку узла, определяют точки приложения радиальных реакций (размер а, который зависит от е);
в) определяют суммарные реакции опор; г) вычисляют эквивалентные шп рузки подшипников (коэффициенты Х и
Y зависят от величины е, для нахождения которой необходимо знать типоразмер подшипника);
д) по таблицам приложения или по каталогу определяют динамическую грузоподъемность намеченного подшипника;
е) по эквивалентной нагрузке и динамической грузоподъемности вычисляют теоретическую долговечность подшипника, которая не должна быть меньше требуемой; если это условие не обеспечивается, то выбирают подшипники других серий и увеличивают диаметр цапфы вала.
Примеры подбора подшипников приведены в гл. XII.
4.8. ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ
Исходными данными для проектирования опор скольжения служат следующие показатели: нагрузка на опору - ее величина, направление и график изменения; частота вращения вала: диаметр цапфы, определяемый из предшествующего расчета вала и его конструкции; условия эксплуатации,
В соответствии с этими данными конструктор намечает тип подшипника, руководствуясь стандартами и нормалями: определяет основные размеры его, выбирает материал вкладыша, виды смазывания.
191
В курсовых проектах, выполняемых в техникумах, подшипники скольжения проектируют для опор валов редукторов в виде встроенных в корпус конструкций. Материал вкладышей выбирают из группы антифрикционных сплавов (табл. 9.26 и 9.27), порошковой металлокерамики (пористые бронзо- и железографит).
9.26. Антифрикционный чугун для подшипников скольжения
Марка |
Твердость, НВ |
р], МПа |
v, м/с |
pv , МПа м/с |
|
|
|
|
|
АЧС-1* |
180-240 |
0,05 |
2 |
0,1 |
|
|
9 |
0,2 |
1,8 |
|
|
|
|
|
АЧС-2* |
190-229 |
0,1 |
3 |
0,3 |
|
|
6,0 |
0,75 |
4,5 |
АЧС-3 |
160-190 |
0,1 |
3 |
0,3 |
|
|
6 |
0,75 |
4,5 |
АЧВ-1* |
210-260 |
0,5 |
5 |
2,5 |
|
|
12 |
1 |
12 |
АЧВ-2 |
167-197 |
0,5 |
1 |
2,5 |
|
|
12 |
5 |
12 |
|
|
|
|
|
* Термообработка вала — закалка или нормализация.
Примечание. Для уменьшения износа вала следует выбирать марку чугуна, имеющую твердость ниже, чем у вала.
Смазывание — непрерывное, жидким смазочным материалом высокой вязкости, в основном смазочными маслами марок И-40А, И-50А, И-70А. В зависимости от толщины смазочного слоя, образующегося между трущимися поверхностями, различают следующие виды смазок:
гидродинамическая смазка, осуществляемая при высокой скорости скольжения, сравнительно небольшой удельной нагрузке и соответствующей вязкости смазочного масла;
гидростатическая смазка, применяемая для опор, несущих большую нагрузку при малой скорости скольжения; смазочная жидкость, подаваемая под давлением, разделяет трущиеся поверхности при любом режиме работы; расчет опор для этих двух видов смазки см. [17];
граничная и полужидкостная смазки характеризуются тем, что тонкий слой жидкого смазочного материала, образующийся между трущимися поверхностями, не отделяет их полностью друг от друга; такой процесс происходит в опорах при малой скорости скольжения, например, в периоды пуска и останова, при реверсе и колебаниях нагрузки. Указанные особенности типичны для опор валов редукторов. Для уменьшения сил трения и ограничения изнашивания трущихся поверхностей проектируемый подшипник должен удовлетворять двум условиям: удельная нагрузка на единицу расчетной поверхности вкладыша не должна превышать допускаемой величины:
192
|
|
|
|
|
(9.16) |
9.27. Бронза для вкладышей подшипников скольжения |
|||||
|
|
|
|
|
|
Марка |
Заготовка |
р], МПа |
|
pv , МПа м/с |
|
|
|
|
|
|
|
БрО5Ц5С5 |
Отливки |
|
6 |
|
10 |
БрОФ 6,5-0,15 |
Отливки |
|
15 |
|
15 |
|
|
|
|
|
|
БрА9ЖЗЛ |
Пруток, |
поковка |
20 |
|
12 |
|
Отливки |
|
|
|
|
БрА10ЖЗМц2 |
Пруток, |
поковка |
20 |
|
15 |
БрАЖС7-1, 5-1,5 |
Отливки |
|
8 |
|
12 |
Примечание. Буквы означают элементы, входящие в сплав: О — олово, Ц — цинк, |
С — свинец, Ф — фос- |
||||
фор, Ж — железо. Мц — марганец; цифры означают процентное содержание элементов в сплаве. |
|||||
|
|
|
|
|
|
второе условие связано с ограничением нагрева: произведение величины р на скорость скольжения v не должно превышать значения:
|
pv < [pv] . |
(9.17) |
Здесь р – в МПа (соответствует численно |
Н/мм2); нагрузка на подшипник F |
|
— в |
Н; проекция опорной поверхности |
на плоскость, перпендикулярную |
вектору F, А — в мм2. Значения [p] и [pv] приведены в табл. 9.26 и 9.27. |
||
|
Опорная поверхность кpyглоцилиндрических подшипников, несущих |
|
радиальную нагрузку (рис. 9.51,а; 9.52 |
и 9.53), А = bd; средние значе- |
|
ния |
b = (0,5 l,2)d. При больших значениях b вкладыши надо выполнять са- |
|
моустанавливающимися. |
|
|
193
Опорная поверхность подшипника, несущего осевую нагрузку (рис. 9.51, б)
При проверке кольцевой опорной поверхности по фактору pv определяют среднюю скорость скольжения vcp на приведенном радиусе пяты
(9.18)
Вкладыш подшипника, нагружаемого радиальной и осевой силами, вы-
полняют с буртиком (рис. 9.54) толщиной s = 0,03d + (13) мм; высота буртика
Н =1,2d + (35) мм.
194
Посадка вкладыша в корпус – с натягом: |
сопряжение с валом – с |
зазором: |
|
Для предотвращения проворачивания вкладыша ставят закрепительную втулку или штифт (рис. 9.55) диаметром d1 0,2d и длиной l 0,3d. Диаметр болтов или шпилек, крепящих крышку подшипника, d2 0,3d, но не меньше М 10 во избежание повреждения резьбы при нерегулируемой затяжке гайки.
Пример. Рассчитать подшипник скольжения вала червячного колеса редуктора (рис. 9.56); радиальная нагрузка на подшипник Fr = 11 кН, осевая Fa = 4,4 кН, диаметр цапфы вала d = 80 мм, частота вращения п =115 об/мин.
Рис. 9.56. Червячный редуктор с ведомым валом на подшипниках скольжения
Решение. Принимаем ширину вкладыша b0 = 0,8d = 0,8 80 = 64 мм; учитывая фаски, примем рабочую ширину вкладыша b = 60 мм: для определения скорости скольжения вычисляем предварительно угловую скорость вала
Скорость скольжения v = 0,5d = 0,5 . 12 . 80 . 10-3 = 0,48 м/с. Среднее давление на рабочую поверхность вкладыша
195
Произведение
По табл. 9.27 выбираем материал для вкладыша — антифрикционный чугун АЧС-1, для которого при v = 2 м/с имеем
при v = 0,2 м/с имеем [р] = 9 МПа; [pv] = 1,8 МПа . м/с.
Для вычисленной выше скорости скольжения v = 0,48 м/с находим методом интерполирования значение [рv] = 1,54 МПа . м/с, следовательно,
Условия (9.16) и (9.17) выполнены.
Осевая сила Fa = 4,4 кН воспринимается торцовой поверхностью вкла-
дыша. Принимаем толщину вкладыша s = 0,3d (13) мм = 0,03 • 80 + 2,6 мм = 5 мм; высота буртика H = 1,2s + (35) мм = 1,2 • 5 + 4 = 10 мм.
Наружный диаметр буртика D = d + 2Н = 80 + 2 . 10 = 100 мм. Внутренний диаметр кольцевой торцовой поверхности вкладыша опреде-
ляем с учетом радиуса галтели = 2 мм d0 = d + 2 = 80 + 2 • 2 = 84 мм. Опорная поверхность торца Aт = 0,25 (D2 — d20) = 0,25 х 3,14 (1002 - 842)
= 2300 мм2; среднее давление
Приведенный радиус торцовой поверхности по формуле (9.18)
Скорость скольжения на приведеном радиусе
Следовательно,
Методом интерполирования находим при vт = 0,54 м/с значение [pv] = 1,48 МПа . м/с, следовательно,
Для торцовой поверхности вкладыша условия р р и pv [pv] также выполнены.
196
ГЛАВА X
КОНСТРУИРОВАНИЕ ДЕТАЛЕЙ РЕДУКТОРОВ
§10.1. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЗУБЧАТЫХ
ИЧЕРВЯЧНЫХ КОЛЕС И ЧЕРВЯКОВ
Конструкции цилиндрических и конических зубчатых колес представлены на рис. 10.1-10.5; рекомендации по определению размеров отдельных элементов колес даны в табл. 10.1.
Зубчатые колеса состоят из обода, несущего зубья; ступицы, насаживаемой на вал, и диска, соединяющего обод со ступицей.
Зубчатые цилиндрические стальные колеса малых диаметров выполняют обычно коваными (см. рис. 10.1); при диаметрах до 500 мм — коваными или штампованными (см. рис. 10.2); при больших диаметрах — литыми с диском (см. рис. 10.3) или со спицами.
Штампованные заготовки по форме соответствуют готовым деталям; механическая обработка нерабочих поверхностей не требуется.
Для заполнения полостей штампа разогретым металлом и выемки заготовки полость должна иметь уклоны не менее 5° (см. рис. 10.2, г) и радиусы закруглений r 0,05h + 1 мм;
R 2,5r + 1 мм
Рис. 10.1. Цилиндрическое зубчатое кованое колесо при da 200 мм
Зубчатые конические стальные колеса при диаметрах до 500 мм изготовляют ковкой или штамповкой (см. рис. 10.4); при диаметрах, больших 300 мм, конические колеса можно изготовлять либо из стального, либо из чугунного литья (см. рис. 10.5).
Шестерни конструируют в двух исполнениях: отдельно от вала (насадная шестерня) и за одно целое с валом (вал-шестерня; рис. 10.6).
197
198
199
10.1. Определение размеров зубчатых металлических колес
(см. рис. 10.1 – 10.5)
Вал-шестерню выполняют в тех случаях, когда расстояние от впадины зуба до шпоночного паза оказывается меньше указанного на рис. 10.7.
Витки червяков выполняют в большинстве случаев за одно целое с валом (рис. 10.8): фрезерованием при d0 > df1 или нарезанием на токарных станках при d0 < df1; чем обеспечивается свободный выход резца.
Червячные колеса изготовляют обычно составными: венец — бронзовый, центр — чугунный, чугун марки СЧ 15. Венцы соединяют с центрами либо посадкой с натягом (рис. 10.9, а и б), либо болтами, поставленными без зазора в отверстия из-под развертки (рис. 10.9, в).
Обод червячного колеса, выполненного целиком из чутуна (без насадного венца), показан на рис. 10.9, г
Натяг бронзового вениа на чугунном центре во время работы червячного колеса уменьшается, так как коэффициент линейного расширения бронзы больше, чем чугуна. Во избежание смещения венца относительно центра на стыке устанавливают 4-6 винтов (рис. 10.9, а и д), их
200