книги из ГПНТБ / Хандельсман Ю.М. Камневые опоры

положения оои, -причем при -вертшеальном положении он в несколь­ ко раз -меньше, чем при горизонтальном. При одинаковом объеме масла, размещаемом в зазорах открытых и закрытых опор, удель­ ная -маслоемкость последних в несколько раз больше за счет рез­ кого снижения смачиваемой поверхности подвижного элемента. По •этой же причине в так-их опорах снижается -механическая деструк­ ция масла, а резкое повышение вязкости (при минусовых темпера­ турах) оказывает меньшее влияние на фрикционные характеристи­ ки опор. Плавный переход цилиндрической рабочей части цапфы к утолщенной, по сравнению с резким изменением сечения цапфы у заплечика, обеспечивает повышенную прочность закрытых опор к изгибающим нагрузкам.

Характеристики и область применения закрытых опор зависят от сочетания основных и дополнительных форм применяемых кам­ ней (табл. 28). В табл. 28 с помощью пятибалльных оценок сде­ ланапопытка выразить эту зависимость. Как и в табл. 23, боль­ шей нагрузке, большей скорости, наименьшей чувствительности к перекосу соответствует -наибольший балл. Заметим, что и здесь сде­ ланные оценки весьма условны. Несущая способность, -допустимый перекос оси, удельная маслоемкость и другие характеристики зави­ сят не только от основной и дополнительной форм камней, но и от конкретных значений радиуса оливажа, радиуса пяты цапфы, ради­ ального зазора и других параметров опор. Поэтому таблица мо­ жет служить только для предварительного выбора камней на пер­ вой стадии проектирования.

Как и в открытых опорах, высота рабочей части цапфы, зазор между камиями, осевой зазор и размеры других элементов изме­ няются с диаметром отверстия сквозного камня. В табл. 29 даны примерные значения указанных величин для камней Д, X и У; при проектировании они могут претерпевать изменения в соответствии с конкретными условиями работы опор. Например, расстояние меж­

Рис. 42. Конструкции цапф цилиндрических закрытых опор

па удельную маслоемкость п надежность фиксации масла, поэтому его окончательное значение устанавливается расчетом смазки опор.

При выборе внешних диаметров камней обычно руководствуютются конструктивными соображениями (габаритные размеры узла, удобство и возможность монтажа и пр.), но при этом следует пом­ нить, что если опора работает со смазкой, то при прочих равных условиях всегда предпочтительны камни с большими внешними диаметрами. Кроме того, для размещения большей дозы смазки в капиллярных зазорах 'Между сквозными и накладными камнями камень, размещаемый плоской поверхностью к зазору, следует вы­ бирать несколько большего диаметра, чем камень со сферической поверхностью ('Примерное соотношение диаметров 1 : 1,2). Если ка­ пиллярный зазор образован двумя выпуклым« поверхностями одно­ го радиуса, то внешние диаметры камней могут быть одинаковыми. При разных радиусах внешний диаметр камня с меньшей кривизной должен быть несколько больше, чем с большей кривизной.

Взакрытых опорах конструкции цапф более разнообразны, чем

воткрытых (рис. 42). На рис. 42, а изображена цапфа оси баланса

часов. Она изготовлена за одно целое с осью. -При изготовлении цапфы отдельно от оси она снабжается заходной фаской, умень­ шающей ее перекос при запрессовке. Удобен монтаж цапфы с ко­ нической державкой [49]. Резьбу державки делают свободной, что

обеспечивает базировку по конической поверхности. Державку ис­ пользуют и при изготовлении цапфы. Она позволяет многократно снимать цапфу для измерения при обработке и вести обработку на разных станках с минимальной погрешностью базировки. При та­ кой конструкции державки удобно изготовлять цапфы из твердого сплава, корунда и других особо твердых материалов.

Если необходим демонтаж цапф при сборке прибора без по­ терн точности центрирования, коническую державку снабжают резь­ бовой оправкой, наружную поверхность которой под запрессовку обрабатывают при базировании всего устройства на утолщенную часть цапфы (рис. 42,6). Для устранения биения подвижной систе­ мы относительно цапф ее обрабатывают при базировании на кони­

базе может быть спроектировано противоударное устройство. Пере­ ходную часть цапфы от рабочего участка до оси иногда выполняют по параболе, однако такая равнопрочная цапфа сложна в изготов­ лении (рис. 42,0). При необходимости обеспечения циркуляции жидкости через отверстие камня при сохранении высокой точности центрирования сечение цапфы делают некруглым (рис. 42, е).

Для уменьшения позиционного перепада момента трения в за­ крытых опорах стремятся снизить трение при горизонтальном по­ ложении оси (оптимальный радиус оливажа) и повысить при вер­ тикальном. Однако, как показали исследования, изменение радиуса оливажа в широких пределах [ п = ( 1 —8 ) cl] незначительно (4—20%) сказывается на величине момента трения горизонтальной осп [48]. Увеличение момента трения вертикальной оси за счет уве­ личения радиуса притупления пяты цапфы (вплоть до плоской пя­ ты) также ие устраняет полностью позиционного перепада трения. Плоская пята при малейшем перекосе оси нарушает устойчивость трения.

Одинаковый момент трения при любом положении оси в про­ странстве обеспечивает .применение накладного камня с наклонной выточкой [13]. При вертикальном положении осп, за счет наклонной выточки камня (рис. 43, а), часть осевой нагрузки прижимает цап­ фу к оливированному отверстию камня, повышая момент трения. Формула для определения оптимального угла наклона выточки при­ водится ниже. Камень с наклонной плоской выточкой, устраняя позиционный перепад момента трения, позволяет также регулш ровать осевой зазор в опоре перемещением накладки вдоль вы­ точки.

Для тех же целей 'может быть применен накладной камень со сферической выточкой (рис. 43,6). Касание поверхности пяты цап­ фы со сферической выточкой по сравнению с плоской позволяет сни­ зить контактные напряжения, а с изменением положения точки ка­ сания пяты цапфы на выточке меняется угол наклона касательной, что создает возможность регулировки момента трения.

В работе [571 описан способ снижения позиционного перепада трения за счет образования на пяте цапфы кольцевого выступа (рис. 43, в). Такой способ при п//-ц = 0,9 и г2/гп= 0,7 существенно снижает перепад трения. Он опробован на опорах оси баланса на-

Рис. 45. Неразборные конструкции цилиндрических закрытых опор

ручных часов и показал хорошие результаты. Коническое углубле­

прибора предпочтительнее применять разборные конструкции за­ крытых опор. Они хорошо вымываемы, более удобны для замены смазки п контроля состояния рабочих поверхностен. Если прибор имеет свободные размеры в осевом направлении, применяют конст­ рукцию опоры, показанную на рис. 44, а или аналогичную. Мень­ шую протяженность в осевом направлении имеет подпятник, за­ крепленный винтами (рис. 44, б). Широкое распространение в при­ борах времени имела конструкция закрытых опор с накладкой, за­ крепляемой винтами в плате прибора (рис. 44, в). Однако из-за трудности устранения перекоса накладного камня к сферической поверхности сквозного, приводящего к нарушению фиксации масла, закрытая опора с накладкой заменяется противоударными н маслоудержпвающимн опорами. Очень малые габаритные размеры имеет "разборная опора, изображенная на рис. 44, г. Запорный винт опоры может быть заменен плоской пружиной, '‘дополнительно уменьшаю­ щей габаритные размеры опор.

В разборных опорах возможна осевая регулировка с изменением

дусматривается дополнительное крепление (законтривание) винта.

Меньшие габаритные размеры имеют оправы для осевой регулиров­ ки перепрессовкой (рнс. 45, б). Очень малые осевые размеры и удоб­ ное крепление имеет конструкция, изображенная на рис. 45, в, но

еенедостаток состоит в невозможности осевой регулировки. Момент трения цилиндрических опор при радиальной нагрузке

рассчитывают по формуле (рнс. 46, о)

Коэффициент трения в цапфе fn определяется трением материа­ лов опоры (f), а также зависит от распределения нормальных ре­ акций по площади контактной поверхности отверстия камня [17]

fti = K f>

где к — величина, зависящая от закона распределения нормальных реакций в отверстии камня.

При относительно большом радиальном зазоре цапфа под влия­ нием силы трения Кц смещается в подшипнике, как показано на

Рис. 46. Схемы к расчету цилиндрических опор

рис. 46, б, отчего полная реакция в цапфе Ra отклоняется на угол трения V от нормальной реакции R n. Поэтому

Rn = Rn cos v;

fil = f COS V.

Сравнивая предыдущее значение f„ с последним, находим, что x = cos v, но учитывая, что f= tg ѵ, получаем

Іц = к f = f cos v = sin v,

T. e. коэффициент трения в цапфе fa при относительно большом за­ зоре почти равен коэффициенту трения материалов f.

При очень малом радиальном зазоре полагают, что удельное

давление равномерно распределяется по поверхности соприкоснове-

я

ния цапфы. При этом х = — и /ц=1,57 /, т. е. благодаря заклинива­

ющему действию боковых сторон отверстия камня fa будет на 57% больше, чем /. Таким образом, на fn оказывает значительное влия­ ние относительный зазор. Его влияние экспериментально подтверж­ дено на двух типоразмерах опор с камнями основной формы X (ди­ аметр цапф 0,4 и 0,7 мм). При r\=dj2 относительный зазор ф из-

зволяет рассчитать оптимальное значение г\. Для этого можно вос­ пользоваться формулой (33).

Момент трения в опорах открытого типа при осевой нагрузке (опорными поверхностями являются торцевая поверхность камня и

са оси, который, как упоминалось, вызывает изменение плеча дей­

Следует заметить, что в этом случае, как и при расчете по фор­ муле (18), момент трения в цапфе Мц близок к истинному только при отсутствии перекоса оси. Из-за большой чувствительности тре­ ния плоской пяти к перекосу ее применяют редко.

Если на ось одновременно действует радиальная и осевая силы, то момент трения в цапфе Мц складывается из момента, рассчитан­ ного по формуле (17), и соответствующего момента трения на пяте [формулы (18, 19, 23)]. При действии только силы тяжести инте­ гральный момент трения закрытых опор при произвольном положе­ нии оси в пространстве не превосходит момента трения в цапфе А4Ц, рассчитанного по формуле (17). В зависимости от размеров заплечика цапфы момент трения в цапфе Мц вертикальной оси открытых опор может быть существенно больше момента трения, рассчитан­ ного по формуле (17).

Для получения одинакового момента трения в цапфе Л4Ц как при горизонтальном, так и при вертикальном положении оси за­ крытых опор угол а наклона скошенной поверхности или угол ка­

в цапфе Мц зависит от направления вибрации, частоты и амплиту­ ды. Он изменяется от положения оси в пространстве, скорости вра­ щения оси и зазора. При сравнительно больших скоростях враще­ ния (от 25 до 5 об/сѳк) вибрация увеличивает момент трения в цап­ фе Л1ц. При малых скоростях (ниже 5 об/сек) вибрация уменьшает

Рис. 49. Зависимость от-

Мд

ношения -— от степе-

Мст

ни перегрузки при вибра­ ции с различной часто­ той X

момент трения в цапфе Мц. На рис. 49 показана зависимость от­ ношения момента сил трения при вибрации Мд к моменту сил тре­ ния при отсутствии вибрации Л40т от величины перегрузки N при разных частотах. При направлении вибрации перпендикулярно к оси момент трения в цапфе Л4Ц меньше, чем при направлении ви­ брации вдоль оси. При радиальном зазоре до 5 мкм резкого скачка изменения момента трения в цапфе Л4Ц при перегрузке lg не на­ блюдается. Увеличение зазора на 5 мкм приводит к значительному скачку изменения момента трения в цапфе Л4Ц при перегрузке lg (А1д/Л4от«0,5 при скорости вращения 300 об/мин). Дальнейшее увеличение зазора до 2 0 мкм и более оказывает меньшее влияние.

Расчет цилиндрических опор на прочность. При монтаже и ди­ намических воздействиях опоры могут воспринимать значительные нагрузки. В общем случае при определении объемной прочности ци­ линдрических опор проводят расчет максимальных напряжений из­ гиба, среза и сжатия, которые сравниваются с допустимыми для применяемых материалов.

Расчет на изгиб проводят по формуле

GI

и влияние шероховатости поверхности. При малых диаметрах цапф эти факторы могут заметно снижать прочность. Расчет цилиндриче­

ских опор на срез и сжатие проводят по формулам общего машино­ строения.

Расчет на контактную прочность проводят по наибольшей ве­ личине эквивалентного напряжения, которое изменяется с глубиной залегания рассматриваемой точки. Однако установлено, что макси­ мальные значения эквивалентных напряжений зависят главным об­ разом от величины наибольшего давления в контакте q0 [27]. Это позволяет вести расчет по величине наибольшего давления, сравни­ вая его фактическое значение с допускаемым.

При действии силы в радиальном направлении (см. рис. 46, а) для цилиндрических опор с оливированным отверстием камня q0 оп­ ределяют по формуле

1 <7о = пр — (26)

Я

где 2 к — сумма главных кривизн соприкасающихся поверхностей,

2 А = k n + 12/ г + & 2 1 + 2 і А

причем Ац и А22 принадлежат первому телу, а А21 и А22 — второму; главные кривизны положительны, если соответствующий центр кри­ визны расположен внутри рассматриваемого тела; яр — коэффици­ ент; его значения в зависимости от аргумента

“ = T J У ( Й1 1 — *1 2 ) 2 + ( * 2 1 — М 2 + ( * 1 1 — * и ) (*21—*22) cos 2 1

приведены в табл. 30; £ — угол между плоскостями кривизн Ап и А2і.

1 SA

В случае контакта цилиндрической цапфы с оливированным от­ верстием камня главные кривизны отверстия камня в месте сопри­ косновения с цапфой

ПО