3357

дельных 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 твѐрдых тел отсутствует и наблюдается трение в самом слое смазки.

6.1.2.Подшипники качения

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

Подшипник качения (рис. 6.1) состоит из наружного 1 и внутреннего 3 колец с дорожками качения, тел качения (шариков или роликов) 2 и сепараторов 4, служащих для разделения

инаправления тел качения. В большинстве случаев внутреннее кольцо насаживается на вал и вращается с ним, а наружное запрессовывается в корпус и является неподвижным.

По виду тел качения различают подшипники шариковые

ироликовые, по числу рядов тел качения – однорядные и многорядные, по нагрузочной способности подшипники делят на несколько серий.

Рис. 6.1

99

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 температуре 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).

100

6.2. Муфты

Муфтами называют устройства для соединения деталей валов, труб, стержней и т.д. Основное назначение муфт – передача крутящего момента между валами. Наряду с передачей крутящего момента муфты отдельных типов могут выполнять

идругие функции (компенсировать погрешности изготовления

имонтажа валов, обеспечивать соединение и разъединение валов во время работы машины, предохранять детали от поломок при перегрузках и т.д.).

По назначению и управляемости муфты можно разделить на постоянно замкнутые, сцепные управляемые, сцепные самоуправляемые (автоматические).

Постоянно замкнутые муфты служат для постоянного соединения валов. Их разделяют на жесткие, компенсирующие и упругие.

Жесткие муфты соединяют валы как одно целое. Их применяют при точной соосности валов в тихоходных приво-

дах (рис. 6.2).

Рис. 6.2

Компенсирующие муфты служат для соединения валов с неточно совмещенными геометрическими осями. В зависимости от конструкции они компенсируют радиальные, осевые и угловые смещения валов, вызванные неточностью их изготовления и сборки (рис. 6.3, 6.4).

101

Рис. 6.3

Рис. 6.4

Упругие муфты (втулочно-пальцевые, с резиновой звездочкой, с упругой торообразной оболочкой, со змеевидной пружиной) (рис. 6.5) компенсируют смещения валов и смягчают динамические нагрузки.

Сцепные управляемые муфты предназначены для соеди-

нения и разъединения валов во время работы машины. По принципу работы их делят на две группы: а) кулачковые и зубчатые; б) фрикционные (дисковые и конические) (рис. 6.6).

Сцепные самоуправляемые муфты автоматически разъ-

единяют или соединяют валы в зависимости от изменения режима работы: скорости вращения валов (центробежные), величины крутящего момента (предохранительные, рис. 6.7) , направления вращения (обгонные, рис. 6.8).

102

Рис. 6.5

Рис. 6.6

Рис. 6.7. Предохранительная муфта со срезным штифтом

103

Рис. 6.8

Основной характеристикой муфт является передаваемый крутящий момент. Муфты подбирают по ГОСТу по большему диаметру соединяемых валов и расчетному моменту Mр:

Mp=KM,

где M – номинальный крутящий момент на валу; K – коэффициент динамичности режима нагрузки. Коэффициент K учитывает дополнительные динамические нагрузки от толчков и ударов. Для приводов от электродвигателя принимают: при спокойной нагрузке K=1.15–1.4; при переменной K=1.5–2, при ударной K=2.5–4.

104

6.2.1. Волновые передачи

Кинематически волновые передачи представляют собой планетарные передачи с одним из колес, выполненным в виде гибкого вала. Как и планетарная, волновая передача состоит из трех основных звеньев (рис. 6.9): неподвижного жесткого колеса 2 с внутренними зубьями, гибкого колеса 1, представляющего собой упругий тонкостенный стакан, основание которого соединено с ведомым валом 4, и генератора волн 3, деформирующего в радиальном направлении гибкое колесо 1. На обоих колесах 1 и 2 нарезаны зубья одинакового модуля, однако число зубьев неодинаково – у гибкого колеса число зубьев Z 1 на два меньше, чем у жесткого Z2. Наибольшее распространение получили передачи с числом волн 2. В свободном состояний (без генератора 3) колеса находятся в центрическом положении с равномерным зазором между зубьями жесткого и гибкого колеса. Установленный внутри гибкого колеса генератор волн деформирует гибкое колесо в радиальном направлении, придавая ему эллипсообразную форму.

Рис. 6.9 Схема волновой передачи

105

При этом по большей оси эллипса зубья зацепляются на полную рабочую высоту, а по малой оси – между вершинами зубьев образуется зазор.

Передаточное число одноступенчатого волнового редуктора достигает UP 60...300 и более. Это основной качествен-

ный показатель волновых передач, выгодно отличающий их от других зубчатых передач, в том числе и планетарных. К тому же нужно отметить, что в зацеплении у волновой передачи находится одновременно 25 30% зубьев. Это и обеспечивает высокие кинематическую точность и нагрузочную способность на единицу массы. Еще одним положительным качеством волновой передачи является ее высокая демпфирующая способность (в 4 - 5 раз больше, чем у обычной зубчатой передачи).

К недостаткам волновых передач можно отнести ограниченные частоты вращения ведущего вала генератора волн при больших диаметрах колес, мелкие модули зубчатых колес (0,15 - 2,0 мм), сложность изготовления гибкого колеса и генератора волн в индивидуальном производстве. Однако при серийном изготовлении в специализированном производстве волновые передачи дешевле планетарных.

Волновые передачи могут работать в качестве редуктора (КПД 80 – 90 %) и мультипликатора (КПД 60 – 70 %). В первом случае ведущим звеном является генератор волн, во втором – вал гибкого или жесткого колеса.

При неподвижном жестком колесе передаточное число волновой передачи определяется выражением (рис. 6.9).

где n1, n2 , n3 – частота вращения ведущего и ведомых звеньев;

106

0 при отсутствии бокового зазора (если зубчатые венцы наре-

заны без смещения производящего контура) должно равняться полуразности диаметров начальных (делительных) окружностей:

Иногда применяют в качестве кинематической волновую передачу с двумя зубчатыми венцами на гибкой оболочке, соответствующую планетарной с двумя внутренними зацеплениями. КПД такой передачи низкий 2 5% , а передаточное число велико U 3600 9000.

Экспериментальные исследования показывают, что волновые передачи становятся неработоспособными по следующим причинам:

1.Разрушение подшипников генератора волн от нагрузки в зацеплении или из-за значительного повышения температуры. Повышение температуры может вызвать недопустимое уменьшение зазора между генератором волн и гибким зубчатым венцом, что в свою очередь может привести к недопустимому изменению первоначальной формы генератора волн, гибкого и жесткого зубчатого венцов.

2.Проскок генератора волн при больших крутящих моментах (по аналогии с предохранительной муфтой). Это явление наступает тогда, когда зубья на входе в зацепление упираются один в другой поверхностями вершин. При этом генератор волн сжимается, а жесткое колесо распирается в радиальном направлении. Для предотвращения проскока радиальное

107

упругое перемещение предусматривают больше номинального,

азацепление собирают с натягом.

3.Поломка гибкого колеса от трещин усталости, появляющихся вдоль впадин зубчатого венца. С увеличением толщины гибкого колеса напряжения в нем от полезного передаваемого момента уменьшаются, а от деформирования генератора волн уменьшаются. Поэтому есть оптимальная толщина.

Долговечность гибкого элемента легко обеспечивается

пустимый крутящий момент связан с податливостью звеньев.

7. РАСЧЕТ ПРОСТЕЙШИХ ОСЕСИММЕТРИЧНО НАГРУЖЕННЫХ ТОНКОСТЕННЫХ ОБОЛОЧЕК ВРАЩЕНИЯ

Оболочкой называется тело, ограниченное двумя криволинейными поверхностями, расстояние между которыми – толщина оболочки – мало по сравнению с любыми другими размерами тела. Поверхность, делящая толщину оболочки пополам, называется срединной поверхностью.

Часто тонкостенный сосуд имеет форму тела вращения и представляет собой монолитно соединенные между собой оболочки цилиндрической, конической или сферической формы.

Сосуд находится под воздействием внутреннего гидростатического давления жидкости или газа, направленного по нормали к поверхности оболочки, как правило, симметрично относительно оси вращения y (Рис.7.1.а). Если поверхность оболочки не имеет резких изломов и переходов, а нагрузка осесимметрична, то допускают, что стенки сосуда будут испытывать двухстороннее растяжение с равномерным распределением напряжений по толщине оболочки.

108