4.9. Расчет валов на колебания

Для большинства быстроходных осей и валов причинами, вызыва­ющими колебания, являются силы от неуравновешенности установленных на них деталей, если частота действия этих сил равна частоте вращения вала. При совпадении или кратности частоты возмущающих сил и частоты собственных колебаний вала наступает РЕЗОНАНС, при котором амплитуда колебаний вала резко возрастает и может достиг­нуть такого значения, при котором вал разрушится. Соответству­ющие резонансу угловую скорость и частоту вращения называют КРИТИЧЕСКИМИ и .

Различают следующие виды колебаний осей и валов: попереч­ные или изгибные; угловые или крутильные и изгибно-крутильные. В курсе деталей машин рассматриваются, только поперечные колебания, ос­тальные — в специальных курсах.

Расчет осей или валов на поперечные колебания заключается в проверке условия: отсутствия резонанса при установившемся режиме работы.

Исследованиями установлено, что для отсутствия резонанса скорость вращения оси или вала при установившемся; движении должна быть меньше или больше критической скорости.

Критическая угловая скорость оси или вала может быть опре­делена из соотношения

,

где — прогиб вала от действия веса установленных на нем деталей. Например, для простейшей схемы, когда на валу симмет­рично относительно опор установлена деталь весом со смещенным центром тяжести на величину для этого слу­чая:

.

Критическое число оборотов равно

.

О приближения скорости вращения вала к критической можно судить по появлению сильной вибрации вала. При продолжительной работе в области резонанса, разрушение вала неизбежно.

Большинство осей и валов работают в ДОКРИТИЧЕСКОЙ ОБЛАСТИ. Для уменьшения опасности резонанса повышают их жесткость и при­нимают частоту их вращения . При больших ско­ростях вращения применяют валы (турбин, центрифуг), работа­ющие в ЗАКРИТИЧЕСКОЙ ОБЛАСТИ. Валы изготавливают повышенной податливости. Кроме того, принимают .

5. Подшипники

5.1. Подшипники качения

Увеличение чисел оборотов и мощностей современных машин при одновременной снижении их веса во многом зависит от состояния подшипников, грузоподъемности и срока их службы. Поэтому в развитии машиностроения и приборостроения подшипниковая промыш­ленность занимает одно из важнейших мест.

Для авиационной промышленности нужны новые подшипники, в т. ч. работающие при высоких температурах. Необходимо увеличить ресурсы авиационных подшипников в 4 - 6 раз по сравнению с су­ществующими.

Приборостроение развивается в направлении повышения точности уменьшения габаритов и веса приборов. Основными требованиями к приборным подшипникам являются: повышение числа оборотов до 100 тыс. об/мин, и выше, снижение момента трения до 0,01  0,03, надежная работа при внешних температурах. Эти подшипники должны обеспечивать бесшумную и безвибрационную работу приборов.

5.1.1. Общие сведения

Подшипники качения — это опоры вращающихся, или качающихся деталей, использующие элементы качения (шарики или ролики) и работающие на основе трения качения. Подшипники качения состоят из следующих деталей:

- наружного кольца;

- внутреннего кольца;

- тел качения (шариков или роликов)

- сепараторов, разделяющих тела качения.

Подшипниковые узлы, кроме подшипников качения, имеют корпу­сы с крышками, устройства для крепления колец, защитные и сма­зочные устройства. В настоящее время подшипники качения являют­ся основными видами опор в машиностроении.

Достоинства подшипников качения по сравнению с подшипниками скольжения:

• меньше моменты сил трения и теплообразование, значительно меньше в 5  10 раз пусковой момент;

• меньше расход смазочных материалов, простота ухода;

• большая несущая, способность на единицу ширины подшипника;

• большая надежность против заедания и пожарная безопасность (устранение горения букс вагонов при переходе на роликоподшип­ники).

Недостатки подшипников качения:

• ограничение срока службы, особенно при больших скоростях и нагрузках. Это вызвано возникновением высоких контактных напря­жений, вызывающих усталостное выкрашивание на рабочих поверх­ностях колец и тел качения;

• большое рассеивание сроков службы в каждой партии подшипни­ков при одинаковых нагрузках и скоростях. В настоящее время оно достигает 10 - 15 кратного рассеивания. Это вызвано неодно­родностью качества металла термической обработкой неправильной эксплуатацией;

• нерентабельность мелкосерийного и штучного производства;

• меньшая способность гасить колебания.