книги из ГПНТБ / Зиновьев, Владимир Андреевич. Детали машин учебник для немеханических специальностей высших технических учебных заведений

при которой прогиб теоретически получается бесконечно большим,

называется критической. Так как критическая скорость зависит

только от упругих свойств вала (т. е. величины Р) и массы вращаю­

чается бесконечно большим, практика показывает, что при быстром переходе через критическую скорость перевод вала на работу в за­ критической зоне является возможным, а в закритической зоне работа вала происходит более спокойно, чем в докритической, и тем спокойнее, чем угловая скорость вращения больше. В настоящее время угловые скорости вращения валов до величины 10 сокр и

2сокр)

80 Детали для передачи вращательного движения

получается меньшим начального эксцентрицитета, чего в докрити-

ческой зоне не может быть ни при какой угловой скорости.

на опоры вала от центробежной силы при 3400 и 24 000 оборотах вала в минуту. Прогиб вала у под действием силы Р, приложенной в середине между опо­ рами, может быть определен по следующей известной из курса сопротивления

В обоих случаях давления на опоры вала приблизительно одинаковы.

82 Детали для передачи вращательного движения

устранения возможности сдвига вала в осевом направлении под действием случайных незначительных сил, то шейка ограждается наваренными заплечиками или привернутыми к валу установочными кольцами (фиг. 52, б).

Пята, расположенная на торцовой части вала, может быть сплош­ ной, кольцевой пли гребенчатой. Недостатком сплошной пяты

(фиг. 53, а) является то, что износ трущихся поверхностей полу­ чается неравномерным из-за большой разности линейных скоростей на поверхности соприкосновения. Недостаток этот полностью не

устраняется, по может быть уменьшен при применении кольцевой пяты (фиг. 53, б). В машино­

строении, где это оказывает­ ся возможными целесообраз­ ным, изнашивающиеся части

делаются сменными. Поэтому

кольцевая пята обыкновенно делается сменной с кониче­

ским хвостом, входящим в

коническое углубление вала.

Так как на конической по­

верхности соприкосновения хвоста пяты с валом полу­ чается большая сила трения, то пята вращается с валом как одно

целое без каких-либо добавочных креплений.

При большой осевой силе для получения большей опорной по­ верхности применяется гребенчатая пята (фиг. 53, в) с несколькими параллельными кольцевыми опорными поверхностями. Изготовле­ ние подобных конструкций является затруднительным, так как при сопряжении (подвижном или неподвижном) двух деталей по несколь­ ким поверхностям чрезвычайно трудно достигать одинаково точного прилегания по всем поверхностям соприкосновения.

Расчет шипа и кольцевой пяты

Рассчитать шип значит определить его основные размеры — диаметр d и длину I.

Из расчета вала, который производится до расчета шипа, сила Р, прижимающая шип к опоре, бывает известной и потому при расчете шипа является заданной. Известно также число оборотов п вала в минуту. Кроме этих двух точно известных величии, мы распола­ гаем сведениями об устройстве, в состав которого входит вал с под­ лежащим расчету шипом. Руководствуясь этими сведениями и спра­ вочными данными, мы выбираем величину так называемого удель­ ного давления, т. е. давления силы на единицу опорной поверх­ ности, которая может быть допущена при расчете. Полная поверх­ ность, па которую шип оказывает давление, равна 0,5 л dl, но так как

давление по поверхности распределяется неравномерно (в середине

84 Детали для передачи вращательного движения

мальных условиях. Мы должны уяснить себе, что следует преду­ смотреть для обеспечения нормальных условий работы шипа.

От опорной поверхности в окружающее пространство тепло уходит по следующим путям:

1)опорная поверхность — шип — вал — воздух;

2)опорная поверхность — неподвижные металлические части

устройства — воздух.

Термические сопротивления, которые преодолеваются теплом

при переходе в окружающую среду, невелики па всех участках

за исключением последнего — от наружных поверхностей устрой­ ства в воздух. Законы, управляющие движением тепла на этом участке, сложны, и изучение их выходит за рамки курса деталей машин. Достаточно лишь принять во внимание, что при определении количества тепла, переходящего в воздух от металлической поверх­ ности какого-либо устройства, надо учитывать влияние большого числа разных факторов. Из этого, однако, пе следует, что мы при­ ходим к невозможности рассчитывать шипы на нагревание: в кон­ кретных типах разных устройств условия передачи тепла окружаю­

щей среде известны, и мы можем использовать накопленные практи­

кой данные, получившие отражение в справочниках. Следует только уяснить себе, что должны представлять собой эти справочные дан­ ные и как ими надлежит пользоваться при определении основных размеров шипа.

Чем меньше будет выделяться тепла па единицу площади опор­ ной поверхности в единицу времени, тем температура на опорной поверхности при прочих равных условиях будет меньше. Коли­ чество тепла, выделяющегося на 1 см2 опорной поверхности, равно

либо определенного типа можно считать постоянной и величину коэффициента трения /. Что же касается множителя (pv), то в лю­ бом определенном устройстве он может принимать разные значения (размерность его — кГм/см2 сек). Физический смысл его выявляется,

если эту размерность представить в следующем виде:

кГм/сек : см2,

т. е. мощность силы трения на 1 см2 опорной поверхности.

Таким образом выявляется, что шип будет работать в нормаль­ ных условиях, если величина (pv) пе будет превышать некоторой допустимой величины.

Обращаясь к справочникам, можно установить, что допустимая величина (pv) для разных устройств колеблется в очень широких

Это объясняется тем, что в разных устройствах условия передачи тепла в окружающее пространство различны. Выше было упомянуто, что эти условия находятся в зависимости от многих факторов, а

одним из главных факторов является скорость воздуха у теплоот­ дающей поверхности. У опоры трансмиссионного вала скорость воздуха незначительна, поэтому и допустимая величина (pv) может быть принята сравнительно небольшой. У опор осей паровозов скорость воздуха значительно выше, поэтому и величина (pv) может быть принята большей. Для опор валов паровых турбин эта величина принимается весьма значительной потому, что каждая опора вала в паровой турбине охлаждается очень большим количеством масла (несколько кубических метров в час), проводимого через опорную

Таким образом, из расчета шипа на нагревание мы получаем

только его длину. Полученный результат на первый взгляд может показаться неожиданным: диаметр шипа на температурный режим опорной поверхности влияния не оказывает, несмотря на то, что с увеличением диаметра увеличивается линейная скорость и, следо­

вательно, количество тепла, выделяющегося в единицу времени. Однако не следует забывать, что с увеличением диаметра точно во столько же раз увеличивается и поверхность охлаждения.

Так как от величины диаметра зависит расход мощности на прео­ доление силы трения, то диаметр должен быть возможно меньшим.

Было бы ошибочным определять величину диаметра только из равенства

которое уже было положено в основу расчета. Полученный таким образом диаметр гарантировал бы только невыдавливание смазки,

но не гарантировал бы прочности шипа.

86 Детали для передачи вращательного движения

С некоторым приближением шип можно рассматривать, как кон­ сольную балку с равномерно распределенной по длине нагрузкой.

Определенным таким образом диаметром гарантируется проч­ ность шипа на изгиб, но размер диаметра, принимаемый к испол­ нению, должен быть не меньше определяемого по удельному давлению.

Кольцевую пяту нет необходимости рассчитывать на прочность. Расчет ее на нагревание, так же как и расчет шипа, производится по допустимой величине (pv). Линейная скорость v на опорной по­

§ 9. ОПОРЫ ВАЛОВ И ОСЕЙ

Подшипники скольжения

Конструктивные формы. Опоры для шипов и шеек называются

подшипниками, для пят — подпятниками. Опоры для валов, как и всякие другие механические устройства и приспособления, полу­ чают более или менее сложные конструктивные формы в зависимости от требований, которым они должны удовлетворять.

Подшипник прежде всего должен представлять собой такую опору для вала или оси, в которой вал или ось могли бы вращаться

без перемещений под действием сил в радиальном направлении.

Если никаких дополнительных требований пет, опора для шипа может представлять собой простое цилиндрическое отверстие в стенке рамы или корпуса устройства, в состав которого входит вал или ось (фиг. 54). Такая опора будет обладать единственным

достоинством — простотой устройства, а следовательно, и малой стоимостью. Смазка поверхности трения при такой опоре будет несколько затруднительной.

При износе трущихся поверхностей придется заменять деталь с отверстием для шипа, возможно, дорогую и крупную, или вал,

или и то, и другое вместе. Область применения такого рода

Фиг» 54. Фиг. 55.

где вал подвергается действию только незначительных сил и редко приводится в действие, т. е. в таких случаях, когда с износом и по­

терями па трение считаться не приходится. Поэтому для изготовле­ ния опор нет необходимости применять специальные материалы.

При проектировании разного рода механических устройств целесообразно, где это возможно без значительного усложнения конструкции и значительного увеличения стоимости, изнашиваю­ щиеся детали или части деталей предусматривать сменными. В соот­ ветствии с этим принципом, представляющим дополнительное тре­ бование к опоре, опору для шипа можно выполнить в виде отдель­ ной детали, которая в зависимости от того, к какой поверхности она будет прикрепляться, будет иметь разные формы, принципиально не отличающиеся одна от другой. На фиг. 55, а изображена конст­ руктивная схема подшипника, прикрепляемого к вертикальной

поверхности, а на фиг. 55, б — к горизонтальной.

В этих схемах подшипников указанный выше принцип не осу­ ществлен до конца: изнашивается не весь подшипник, а лишь его опорная поверхность. Приняв это во внимание и поставив себе целью устранение необходимости смены всего подшипника, при­ ходим к дальнейшему усложнению: опорную поверхность полу­

чаем внутри тонкостенного полого цилиндра, запрессованного в несменном корпусе подшипника (фиг. 56). Из такого усложнения

88 Детали для передачи вращательного движения

конструкции подшипника может быть извлечена и другая выгода: сменный легкий тонкостенный цилиндр, называемый вкладышем,

может быть выполнен из материала более подходящего для опоры, чем чугунный корпус подшипника, хотя бы и более дорогого. Обык­

новенно вкладыш изготовляется из бронзы. Бронза является ма­ териалом более подходящим для опоры, чем чугун: она мягче чу­ гуна и потому скорее прирабатывается к валу; кроме того, коэф­ фициент трения' стали по бронзе меньше, чем стали по чугуну.

Наилучшие результаты достигаются при применении вкладыша с нанесенным на внутреннюю поверхность тонким слоем баббита,

представляющего собой сплав олова (в дешевых сортах — свинца), сурьмы и меди. Баббит является материалом значительно более мягким, чем чугун или бронза, легкоплавким и с высокими антифрикционными свойствами. Лег­ коплавкость баббита дает возмож-

ность легко соединять его с внут-

ренней поверхностью вкладыша и лег­

Фиг. 57.

ко заменять износившийся слой. На внутренней поверхности вкладыша делаются выточки в форме ласточкина хвоста, благо­ даря которым залитый в расплавленном виде баббит хорошо удер­ живается на внутренней поверхности вкладыша после остывания. После обточки внутренняя поверхность вкладыша имеет вид, пока­

занный в продольном разрезе на фиг. 57. Удаление износившегося

слоя баббита производится нагреванием вкладыша до температуры плавления баббита; выплавленный баббит может быть использован для нанесения нового слоя. Вкладыши с баббитовым слоем получили

очень широкое применение.

Рассмотренные выше подшипники могут быть опорами только для шипов. Установка какого-либо из таких подшипников в неко­ тором расстоянии от конца вала была бы нецелесообразной даже

в таких редких случаях, когда она могла бы оказаться возможной, так как для замены износившегося вкладыша пришлось бы демонти­ ровать не только подшипник, но и все сидящие на валу детали между концом вала и местом установки подшипника.

Подшипник, предназначенный для шейки, должен быть разъ­ емным. Удовлетворить этому новому требованию к опоре можно

только путем дальнейшего усложнения ее формы. Разъемными долж­ ны быть и вкладыш, и корпус. Верхняя половина разъемного вкла­