3365

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 диаметра, 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 разъемными (для коленчатых валов); в случаях работы подшипников в воде или агрессивных средах; при особо высоких требованиях к точности работы вала (шпиндели станков и т.д.); в тихоходных машинах.

6.1.1. 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 необходи-

109

мо 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 граничном 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 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.

Кольца, шарики и ролики изготавливают из специальных шарико-подшипниковых хромистых сталей ШХ6, ШХ9, ШХ15 с последующей термообработкой, из малоуглеродистых сталей с

110

последующей цементацией и закалкой. Сепараторы чаще всего штампуют из мягкой углеродистой стали или цветных металлов.

Рис. 6.1

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.

111

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).

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 приводах (рис. 6.2).

Рис. 6.2

112

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).

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).

113

Рис. 6.5

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).

114

Рис. 6.7. Предохранительная муфта со срезным штифтом

Рис. 6.8

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

115

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.

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 Z1 на два меньше, чем у жесткого Z2. Наибольшее распространение получили передачи с числом волн 2. В свободном состоянии (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.

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 на-

116

ходится 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).

Рис. 6.9. Схема волновой 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)

Знак минус указывает на разные направления вращения ведущего и ведомого звеньев.

При неподвижном гибком колесе

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

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 недопусти-

118