Методички / Конструирование деталей машин

УДК 621.81 (075.8) Г554

Глухов Б.В. Игнатюгин В.Ю. Конструирование деталей машин: Учебное пособие. – Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 2011. – 125 с.

ISBN

Содержится материал по расчёту и конструированию подшипников качения и прессовых соединений, конструированию подшипниковых узлов, валов, корпусных деталей и элементов передач в рамках курсового проекта по дисциплине «Детали машин и основы конструирования». Приведены минимально необходимые справочные материалы и вопросы для подготовки к защите курсового проекта.

Данное пособие предназначено для студентов специальности «Подъемнотранспортные, строительные и дорожные машины и оборудование» и других механических специальностей дневной и заочной форм обучения.

Утверждено редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия.

О т в е т с т в е н н ы й р е д а к т о р д-р техн. наук, проф. В.Н. Анферов

Р е ц е н з е н т ы:

Кафедра «Теория механизмов и машин и детали машин» Новосибирской государственной академии водного транспорта, завкафедрой д-р. техн. наук, проф.

А.М.Барановский,

канд. техн. наук, проф., завкафедрой "Машиноведение" Новосибирского государственного педагогического университета В.М.Потапов.

Предисловие

Конструирование машин и их деталей – творческий процесс. Принятые конструктивные решения должны отвечать эксплуатационным, технологическим и экономическим требованиям. При этом каждая конструкторская задача имеет, как минимум, два решения. Настоящее учебное пособие является пособием по курсовому проектированию деталей машин, второй, заключительной, частью учебного пособия [7]. В нём использован многолетний педагогический и конструкторский опыт авторов. Также оно является переизданием методических указаний [12] с существенным их дополнением.

Для решения серьёзных конструкторских задач необходимо иметь теоретические знания и начальные сведения по конструированию. В процессе курсового проектирования студент приобретает навыки выбора машиностроительных материалов, расчёта и назначения конструктивных элементов, пользования стандартами и справочными материалами, осваивая таким образом «азбуку конструирования».

Приведенные в работе примеры расчёта предназначены для облегчения решения конструкторских задач. Пособие содержит вопросы для подготовки к защите проекта. Ключевые положения и термины при изложении материала выделены либо курсивом, либо жирным курсивом.

1.ПОДШИПНИКИ КАЧЕНИЯ

1.1.Выбор типа подшипников

Подшипниковые узлы комплектуются из деталей высокой точности изго-

товления и монтажа, которые требуют строгого выполнения правил эксплуата-

ции. Первым ответственным шагом конструктора является назначение типа под-

шипника, пользуясь исходными данными и предварительно принятыми конструк-

тивными решениями.

На выбор типоразмера подшипника влияют:

1)величина и направление нагрузок (радиальные Fr1 и Fr2 и осевая Fa в Н);

2)диаметр шейки вала d, мм, совпадающий с диаметром отверстия внутреннего кольца подшипника;

3)частота вращения одного из колец подшипника п в об/мин; для подшипников сателлитов планетарных редукторов – относительная частота вращения;

4)сведения о наличии или отсутствии вращения наружного кольца подшипника,

влияющие на выбор кинематического коэффициента V;

5)необходимый ресурс Lh в часах;

6)характер нагрузки (спокойная, умеренные толчки и др.), учитываемый коэф-

фициентом режима нагрузки Kб;

7)температура окружающей среды;

8)особые требования к подшипнику, предъявляемые конструкцией узла машины

или механизма и условиями его эксплуатации (самоустанавливаемость для ком-

пенсации перекосов вала или корпуса, плавающие валы или опоры, повышение жёсткости и точности вращения, класс точности подшипника и т.п.).

Несущая способность подшипника, выражаемая динамической С и статической С0 грузоподъёмностью (в ньютонах), зависит от следующих факторов:

1)формы тел качения (роликоподшипники имеют бóльшую площадку контакта

исоответственно бóльшую грузоподъёмность);

2)числа тел качения, размещаемых между кольцами;

3)числа рядов; два ряда и более могут нести, естественно, бóльшую нагрузку;

4)ширины подшипника В, наружного диаметра D, диаметра тел качения dw при неизменном внутреннем диаметре d; с ростом номера серии они увеличиваются и повышают несущую способность;

5)точности изготовления подшипника; с повышением точности уменьшается разница в диаметрах тел качения и распределение нагрузки по ним приближается

ктеоретической; при отсутствии особых требований принимают класс точности 0 (нормальный) по ГОСТ 520.

Условные обозначения подшипников качения содержат информацию о вну-

треннем диаметре подшипника d, его серии, типе, конструктивных особенностях и классе точности. Все перечисленные характеристики обозначаются цифрами. В

общем обозначении:

цифры, отсчитываемые справа, обозначают:

1-я и 2-я, помноженные на 5, дают d (см. пример ниже);

3-я и 7-я (чаще только 3-я) – серию подшипника; например, 2 – легкая серия, 3

– средняя и т.д.,

4-я – тип подшипника (см. ниже);

5-я и 6-я – конструктивные особенности;

8-я – класс точности, который указывают перед обозначением подшипника че-

рез черточку: 0 – нормальный класс, 6 – повышенный, 5 – высокий и т.д. Нули,

стоящие в обозначении слева, в том числе класс точности, не показывают.

Тип подшипника зашифрован цифрой (четвёртой справа):

тип 0000 - шарикоподшипник радиальный однорядный; например, в обозначе-

нии подшипника 180208 цифра 0 на четвёртом месте справа соответствует ради-

альному шарикоподшипнику легкой серии (2) с внутренним диаметром d = 40 мм

(последние две цифры 08 × 5) с двумя защитными шайбами (8) и двусторонним уплотнением (1); класс точности – нормальный (0 слева опущен);

тип 1000 - шариковый радиальный двухрядный сферический подшипник;

тип 2000 - роликоподшипник с короткими цилиндрическими роликами (напри-

мер, буксовые подшипники подвижного состава);

тип 3000 - роликоподшипник радиальный сферический двухрядный;

тип 4000 - роликоподшипник игольчатый;

тип 5000 - роликоподшипник с витыми роликами;

тип 6000 - шарикоподшипник радиально-упорный;

тип 7000 - конический роликоподшипник (радиально-упорный);

тип 8000 - упорный шарикоподшипник;

тип 9000 - упорный роликоподшипник.

В общем случае без обоснований можно принимать шарикоподшипник ради-

альный однорядный типа 0000, выпускаемый как изделие массового производства и наиболее дешёвый. Такие подшипники следует принимать для цилиндрических редукторов и в конструкциях с небольшими осевыми нагрузками. Относительные характеристики подшипников наиболее распространённых типов приведены в табл. 1.

Таблица 1. Сравнительная характеристика подшипников качения

1.2.Выбор схемы расположения подшипников

В цилиндрических косозубых редукторах при угле наклона зубьев 15° возни-

кают небольшие осевые силы, которые могут восприниматься радиальными ша-

рикоподшипниками (схема на рис. 1, а), имеющими естественные бурты на до-

рожках качения колец подшипников. Осевая нагрузка Fa воспринимается при

этом только фиксированной опорой. Другая, «плавающая», опора воспринима-

ет только радиальную нагрузку, обычно меньшую по величине, для облегчения

Рис. 1. Схемы расположения подшипников

Вал с одной фиксированной и одной плавающей опорой называется фик-

сированным. В редукторах с раздвоенной ступенью и шевронных проектируют

плавающие валы, например, по схеме рис. 1, б.

Для восприятия радиальной и значительной осевой нагрузки в червячных и конических редукторах используют радиально-упорные подшипники. Особен-

ность таких конструкций – одностороннее восприятие осевой нагрузки. На рис.

1, в изображена схема постановки конических роликоподшипников «враспор».

Осевую нагрузку в данной схеме воспринимает подшипник 1. В каждом ради-

ально-упорном подшипнике при действии радиальной нагрузки возникает осе-

вая составляющая S, связанная с конструкцией подшипника, где поверхность контакта наклонена под углом контакта α к оси подшипника. Для роликопод-

шипников осевая составляющая

где е – коэффициент осевого нагружения [11]; для радиально-упорных кониче-

ских подшипников он приведен в табл. 2.

Таблица 2. Коэффициенты для радиально-упорных конических подшипников с углом контакта α = 12°

В общем случае осевую нагрузку для подшипника, на который направлена осевая

сила Fa, определяют суммированием, а осевая нагрузка другой опоры равна соб-

ственной осевой составляющей S. При выборе схемы расположения радиально-

упорных подшипников («враспор» или «врастяжку») следует учитывать, что осевую нагрузку желательно направлять на менее нагруженный радиальной нагрузкой подшипник для уменьшения разницы в приведенных нагрузках на подшипники.

Немаловажную роль также играет возможность использования принятого способа ре-

гулирования радиально-упорных подшипников, а также тот факт, что при постановке врастяжку повышается устойчивость вала от действия радиальных нагрузок за счёт бóльшего расстояния между точками их приложения.

Для длинных валов червяка (L > 350 мм) с целью компенсации тепловых де-

формаций используют схему рис. 1, д со сдвоенным (или двухрядным) радиально-

упорным подшипником в одной опоре и радиальным подшипником в плавающей опоре. Подшипник в фиксированной опоре 2 рассматривают как двухрядный, а

осевые составляющие S не рассчитывают. Подшипниковые узлы червяков средних и тяжелых редукторов могут включать и упорные подшипники (рис. 1, е).