где t – глубина шпоночной канавки; n=0,5 – одна шпонка;

n=1,0 – две шпонки под углом 90°;

n=1,2 – две шпонки под углом 120°.

Податливости или углы закручивания отдельных ступеней ступенчатого вала складываются. При этом прибавляют дополнительную податливость каждого переходного участка:

d1

r – радиус галтели;

∆d=d2 – d1 –разность диаметров большей и меньшей ступеней вала.

Напрессованные ступицы можно рассматривать как работающие совместно с валами. При этом вводят дополнительные податливости. Для одного перехода

где e=(0,25÷0,33)d ; d – диаметр вала под ступицей; D – диаметр ступицы.

7.ПОДШИПНИКИ, МУФТЫ

7.1.Подшипники

Опоры вращающихся осей и валов называют подшипниками. Они поддерживают валы и вращающиеся оси, воспринимают и передают на раму или станину действующие на эти детали силы. Подшипники, воспринимающие нагрузки, направ-

108

ленные перпендикулярно к геометрической оси вала, называют радиальными, а подшипники, воспринимающие осевые нагрузки, называют упорными. Если геометрическая ось вала расположена вертикально, то упорные подшипники называют подпятниками. Подшипники, воспринимающие одновременно радиальные и осевые нагрузки, называют радиально-упорными.

По виду трения между рабочими поверхностями различают подшипники скольжения и подшипники качения.

Подшипники качения имеют следующие преимущества перед подшипниками скольжения: меньшие потери на трение, особенно в период пуска; незначительный нагрев подшипникового узла; меньший расход смазочных материалов; возможность взаимозаменяемости и более простое обслуживание.

К недостаткам подшипников качения следует отнести пониженную долговечность при высоких угловых скоростях и больших нагрузках; ограниченную способность воспринимать ударные и вибрационные нагрузки; неразъемность в радиальном направлении; большие размеры по диаметру; высокую стоимость при мелкосерийном производстве.

Подшипники скольжения имеют следующие преимущества перед подшипниками качения: хорошо работают при весьма высоких частотах вращения вала; надежно работают в условиях ударных и вибрационных нагрузок (вследствие демпфирующего действия масляного слоя в зазорах подшипников); небольшие радиальные размеры; возможность разъемного исполнения, что необходимо при сборке коленчатых валов; способность работать в воде и агрессивных средах, где подшипники качения непригодны.

К недостаткам подшипников скольжения можно отнести значительные потери на трение при пуске и в условиях несовершенной смазки; сравнительно большие осевые размеры; необходимость тщательного ухода и наблюдения в работе вследствие высоких требований к смазке и опасности перегрева. Подшипники скольжения применяют для высокоскоростных валов – до десятков тысяч оборотов в минуту (центрифуги, сепараторы, турбины); для валов слишком большого ди а-

109

метра, где стандартные подшипники качения не изготавливаются; для опор, подвергающихся интенсивным ударным и вибрационным нагрузкам (молоты, поршневые машины); в случаях, когда подшипники по условиям сборки должны быть раз ъ- емными (для коленчатых валов); в случаях работы подшипников в воде или агрессивных средах; при особо высоких треб о- ваниях к точности работы вала (шпиндели станков и т.д.); в тихоходных машинах.

7.1.1. Подшипники скольжения

Конструкции подшипников скольжения в значительной степени определяются конструкцией машины, в которой их устанавливают. Подшипники скольжения бывают неразъемные и разъемные. Неразъемные подшипники проще по конструкции и дешевле разъемных, но они неудобны при сборке и разборки осей или валов, а также не позволяют компенсировать увеличение зазора в подшипниках по мере их износа. Чтобы полностью не заменять подшипник при износе, в корпус неразъемного подшипника запрессовывают втулки, а в корпус разъемного помещают вкладыши, которые периодически заменяются.

Материал вкладыша должен соответствовать следующим требованиям: быть антифрикционным, хорошо прирабатываться, иметь достаточную механическую и усталостную прочность, хорошую пластичность и теплопроводность. Вкладыши изготавливают из чугуна, бронзы, пластмасс, дерева и других материалов.

Для понижения потерь на трение и предохранения от быстрого износа деталей на их трущиеся поверхности необходимо подавать смазку. В подшипниках скольжения различают трение следующих видов: сухое, граничное и жидкостное.

При сухом трении сопряженные детали соприкасаются своими поверхностями без слоя смазки. В этом случае возникает интенсивный износ контактных поверхностей и большие потери энергии.

Граничное трение характеризуется наличием на поверхности трения пленки масла толщиной 0,1–4 мкм. При гранич-

110

ном трении нарушается непрерывность масляного слоя и в отдельных местах происходит непосредственное соприкосновение выступов неровностей трущихся поверхностей.

Жидкостное трение имеется, когда сопряженные поверхности при относительном движении полностью разделены достаточно толстым слоем смазки (4–70 мкм). В этом случае непосредственный контакт тв рдых тел отсутствует и наблюдается трение в самом слое смазки.

7.1.2.Подшипники качения

Внастоящее время подшипники качения являются основным видом опор в различных областях машиностроения. Подшипники качения стандартизованы в широком диапазоне

типоразмеров.

Подшипник качения (рис. 7.1) состоит из наружного 1 и внутреннего 3 колец с дорожками качения, тел качения (шариков или роликов) 2 и сепараторов 4, служащих для разделения и направления тел качения. В большинстве случаев внутреннее кольцо насаживается на вал и вращается с ним, а наружное запрессовывается в корпус и является неподвижным.

Рис. 7.1

По виду тел качения различают подшипники шариковые и роликовые, по числу рядов тел качения – однорядные и мно-

111

горядные, по нагрузочной способности подшипники делят на несколько серий.

Кольца, шарики и ролики изготавливают из специальных шарико-подшипниковых хромистых сталей ШХ6, ШХ9, ШХ15 с последующей термообработкой, из малоуглеродистых сталей с последующей цементацией и закалкой. Сепараторы чаще всего штампуют из мягкой углеродистой стали или цветных металлов.

Смазка подшипников качения существенно влияет на их долговечность, уменьшает трение, способствует отводу тепла, предохраняет от коррозии и т.д. Подшипники качения смазывают пластичными и жидкими минеральными смазками.

Пластичные смазки применяют для подшипников, работающих при окружной скорости поверхности вала до 10 м/с и температуре до 120 °С.

Жидкая смазка применяется при любых скоростях и тем-

пературе узла подшипника до 150 °С, жидкие смазки имеют лучшие эксплуатационные свойства, чем пластичные (меньше коэффициент трения, лучший отвод тепла и т.д.), но они требуют применения довольно сложных уплотняющих устройств.

Подшипники качения выходят из строя по следующим причинам: усталостное выкрашивание рабочих поверхностей деталей подшипника; образование вмятин на беговых дорожках колец, возникающих под действием больших динамических и статических нагрузок; абразивный износ колец и тел качения в плохо защищенных от пыли и грязи подшипниках; разрушение колец, тел качения и сепараторов при перегрузках и перекосах колец.

Основными причинами выхода из строя подшипников качения являются усталостное выкрашивание при переменных нагрузках и пластические деформации при статическом нагружении. В соответствии с этим расчет подшипников производят на долговечность по динамической грузоподъемности и на статическую грузоподъемность (для предупреждения остаточных пластических деформаций).

112