3. Определение диаметра пальца шарнира из условия износостойкости

3.1 Предварительный расчёт диаметра пальца

В шарнирном сопряжении рассматриваемых машин и устройств, где усло­вия износостойкости неблагоприятны, реализуется граничный режим трения скольжения. Простейшим критерием оценки износостойкости при проверочном расчете (когда известны размеры деталей) служит давление p, МПа, на рабочей поверхности пальца:

(1)

где F _max – максимальная нагрузка на палец, Н, по гистограмме, рис.2, и Прил. 1,2;

l, d – длина и диаметр трущейся поверхности пальца, мм;

[р] – допускаемое давление, табл.2;

0,9 – коэффициент, введенный для учета сокращения рабочей длины l,

посредине которой выполнена кольцевая проточка шириной l₁ = 0,1l для

подвода консистентной смазки.

При проектировочном расчете (когда размеры деталей предстоит определить) задают отношение l/d , (Прил.). Тогда из формулы (1) в первом приближении определяют диаметр пальца:

(2)

3.2 Проверка шарнира по критерию износостойкости

При наличии относительных перемещений в шарнире определяют окружную скорость V, мм²/с, на его рабочей поверхности:

V = 0,5 d, (3)

где  – угловая скорость, 1/с, (Прил.).

При V ≠ 0 вторым критерием оценки износостойкости служит мощность сил трения, МП ∙ мм/с, приходящаяся на единицу площади рабочей поверхности шарнира:

f pV  ≤ [f pV], (4)

где f – коэффициент трения, табл. 2;

р – давление по формуле (1);

V – окружная скорость по формуле (3);

[f pV] – допустимая мощность сил трения, для металлических сопряжений, ориентировочно принимают: [f pV] = 150...250 МПа ∙ мм/с.

При несоблюдении условия по формуле (4) в шарнире следует предусмотреть втулку из антифрикционного материала, например, из бронзы, что позволяет снизить коэффициент трения f и, тем самым, уменьшить работу сил трения.

Толщину стенки втулки S назначают равной:

S ∕ d = 0,5…0,1

Окончательное значение диаметра пальца d устанавливается в ходе проверочного расчета по п. 5.

Таблица 2

Допускаемые удельные давления [p] в шарнире по условию износостойкости

Условия работы шарнирного узла	Допускаемые удельные давления [p] , Н/мм2	Коэффициент трения f
Средние скорости скольжения при полной наг­рузке на шарнир и Nц > 10 (например, шар­нир рессорного молота). Малые скорости скольжения без нагрузки; нагрузка прикладывается после остановки шарни­ра (например, механизмы машин литья под дав­лением).	6,0.. .8,0 35... 40	0,1 0,12

Окончательная величина d определяется путем округления полученного значения до ближайшего большего стандартного из ряда нормальных линейных размеров.

Нормальные линейные размеры, мм (выписка из ГОСТ 6636-69) 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9,10, 12, 14, 15, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 45, 48, 50, 52, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 105, 110, 120, 125,130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200, 210, 220, 240, 250, 260, 280, 300, 320, 340, 380, 400, 420, 450, 480, 500…

Рис.2. Гистограмма нагрузки на шарнир

Рис.3. Коэффициенты чувствительности материала к асимметрии цикла [3]