Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

zhingarovskiy_a.n._izuchenie_mehanicheskih_peredach_2008

.pdf
Скачиваний:
67
Добавлен:
02.03.2016
Размер:
6.69 Mб
Скачать

31

Работа передачи из-за потерь на трение сопровождается выделением тепла внутри корпуса. Это тепло затем рассеивается стенками корпуса в окружающее пространство. Поэтому масло в корпусе, валы и внутренние кольца подшипников, установленные на валах, теплее более холодного корпуса и сопрягающихся с ним наружных колец подшипников.

Обозначим для разогретой работающей передачи температуру вала tв (она более высокая) и температуру корпуса tк (она более низкая). Разность этих температур t = tв – tк может составить от 10 0С для цилиндрических редукторов до 50 0С и более для редукторов червячных по причине их сравнительного низкого КПД. Если принять, что коэффициенты линейного расширения β для стального вала и чугунного корпуса одинаковы, то, очевидно, что вал от разницы температур t удлинится больше, чем корпус на длине А (см. рисунок 1.13 а). Разность удлине-

ний вала и корпуса изменит осевое перемещение вала по сравнению с перемещением его на холодной машине на величину

ΔS = β∙t∙A,

(1.2)

где β – коэффициент линейного расширения для вала и корпуса; t – разница температур вала и корпуса в 0С;

А – расстояние между серединами подшипников, в мм. Представление о величине S можно получить, задавшись

β = 11∙10-6 мм/мм 0С; t = 30 0C; А = 500 мм. Для этих данных расчёт по формуле (1.2) даёт

ΔS

11

10

6

 

30

500

0,165

мм.

Теперь разберёмся, в какую сторону меняется осевая игра стального вала в чугунном корпусе при установке подшипников враспор. Для этого посмотрим внимательно на рисунок 1.13. Очевидно, что, если вал теплее корпуса, то осевая игра для случаев установки подшипников

враспор меняется в сторону уменьшения на величину

S

.

 

 

Для частного случая по рисунку 1.13 а с радиальными шарикоподшипниками это уменьшение осевой игры не только не должно приводить к крайнему состоянию, когда вал защемляется, но и не должно нарушать правильное взаимодействие деталей шарикоподшипника, при котором кольца взаимно не смещены в осевом направлении. Следовательно, собственная осевая игра подшипника а затрагиваться не должна, а изменение осевой игры вала должно происходить за счёт размера Е. Это условие соблюдается, если при максимальной разнице температур вала и корпуса сохраняется соотношение Е > S .

На практике можно с некоторым запасом назначать в качестве нормы осевую игру вала на холодной машине

S а +2S.

Если величина S назначена не более 1 мм, то потребуется скорее

32

а – опоры вала образованы нерегулируемыми радиальными шарикоподшипниками; б, в – опоры вала образованы регулируемыми радиально-упорными ро-

ликовыми и шариковыми подшипниками соответственно; 1 – вал; 2 – крышка проходная привертная; 3 – прокладка; 4 - ша-

рикоподшипник радиальный; 5 – корпус зубчатой передачи; 6 – крышка глухая привертная; 7 – манжета уплотнительная; 8 – крышка подшипника закладная; 9 – винт регулировочный; 10 – шайба стопорная; 11 – шайба нажимная.

Рисунок 1.13 – Осевая фиксация валов в двух опорах. Подшипники поставлены враспор

33

всего её регулировка при сборке машины за счёт подбора прокладок соответствующей толщины (см. позицию 3 на рисунке 1.13 а). Об этом должно быть обязательно сказано в соответствующем пункте технических требований чертежа, например такой записью: "Осевое перемещение вала поз. 1 от 0,8 до 1,2 мм".

При назначении большей величины S она может быть получена автоматически после сборки при достаточной точности соответствующих размеров сопрягаемых деталей. В этом случае норму осевой игры можно не указывать в чертеже, но обоснована она должна быть обязательно.

1.3.6.2 Обратимся теперь к рисункам 1.13 б,в. На них представлены распространённые конструкции осевой фиксации валов в двух опорах на радиально-упорных шариковых и роликовых подшипниках, поставленных также враспор. Конструкции применяются в конических, гипоидных, червячных передачах, когда зубчатые колёса расположены между опорами. Используют их и в цилиндрических косозубых редукторах, особенно если углы наклона зубьев β превышают 15 – 200, в связи с чем осевые нагрузки составляют значительную часть основных нагрузок – радиальных.

Радиально-упорные подшипники, как вы узнали из пункта 1.3.5, относятся к безусловно регулируемым (см. также рисунок 1.11).

Оптимальное взаимодействие тел качения с дорожками на кольцах у этих подшипников достигается при устранении осевых и одновременно радиальных зазоров. Но если на холодной машине отрегулировать ра- диально-упорные подшипники, установленные враспор, на нулевую осе-

вую игру вала, то при нагреве машины весьма вероятно произойдёт защемление вала с повреждением подшипников и других деталей. Опасность аварии увеличивается при увеличении разности температур

вала и корпуса t и расстояния между подшипниками А, т.е. в соответствии с формулой (1.2).

Поэтому радиально-упорные подшипники регулируют на холодной машине, предусматривая некоторую осевую игру вала. Она должна быть

несколько больше разности удлинений вала и корпуса

S

, вычисляемой

 

 

по формуле (1.2). Ориентировочно осевую игру вала, опирающегося на радиально-упорные подшипники, поставленные враспор (см. рисунок 1.13 б,в), следует регулировать на величину осевой игры S=ΔS+(0,05… …0,2) мм или с учётом формулы (1.2)

ΔS = β∙t∙A +(0,05…0,2) мм.

Эта приближённая рекомендация для подшипников с отверстиями

диаметром

d

=30…60 мм и расстоянием между ними до 500 мм.

 

Для регулирования осевой игры в конструкциях по рисункам 1.13 а и 1.13 в предусмотрены прокладки 3 между фланцами крышек и корпусом. Увеличение толщины пакета прокладок (или одной прокладки)

34

отодвигает крышки от корпуса и увеличивает осевую игру вала; уменьшение толщины прокладок игру вала уменьшает.

В конструкции по рисунку 1.13 б применены закладные крышки, которые относительно корпуса не передвигаются. Здесь для регулировки осевой игры в глухой крышке 8 предусмотрен регулировочный винт 9, который через нажимную шайбу 11 при регулировке воздействует на внешнее кольцо подшипника. Шайба стопорная 10 фиксирует от самоотвинчивания винт 9.

Обратимся теперь к рисунку 1.14. На нём представлены ещё два варианта исполнения осевой фиксации валов в двух опорах.

На верхнем рисунке 1.14 а вал-шестерня коническая 2 опирается на два радиально-упорных конических роликоподшипника 3, поставленные враспор. Вспомните признак этой установки: осевые силы от вала передаются корпусу (или неподвижно соединённым с ним деталям)

внешними торцами наружных колец подшипников.

На валу 2 внутренние кольца подшипников 3 зажаты между гайкой 4 и буртом на валу 2. Наружные кольца своими внешними торцами упираются справа в бурт стакана 5, а слева – в крышку 6, которая вместе с набором прокладок 7 участвует в регулировке осевой игры вала 2.

Прокладка 8 используется при регулировке правильности зацепления конической зубчатой пары.

На нижнем рисунке 1.14 б вал-шестерня коническая 9 опирается на два радиально-упорных конических роликоподшипника 10, поставлен-

ных врастяжку. Отличие установки врастяжку от установки

враспор состоит в том, что осевые силы передаются от вала корпусу (или неподвижно соединённым с ним деталям) внутренними торцами наружных колец подшипников. Всмотритесь в эти особен-

ности на рисунке 1.14, постарайтесь их запомнить, чтобы узнавать на рисунках и в редукторах, имеющихся в лаборатории.

На валу 9 внутренние кольца подшипников 10 закреплены (но не зажаты, как на рисунке 1.14 а!) между регулировочной гайкой 11 и буртом справа на валу 9. Наружные кольца подшипников 10 своими внутренними торцами упираются справа и слева в выступ стакана 12, который вместе с крышкой 13 привинчен к корпусу 1. Осевая игра вала 9

здесь регулируется гайкой 11. Крышка 13 и прокладка 14 в регулировке подшипников не участвуют. Прокладки 15 используются при регулировке правильности зацепления конической зубчатой пары.

Изучая иллюстрации на рисунке 1.13, мы установили, что разница тепловых деформаций вала и корпуса на отрезке А между подшипниками (см. также рисунок 1.14 а), установленными враспор, ведёт к умень-

шению осевой игры вала. Противоположная картина наблюдается при установке подшипников врастяжку. Совершенно очевидно (см. рисунок

1.14 б), что если на отрезке А вал 9 удлинится больше, чем стакан 12 и корпус 1, имеющие более низкую температуру, то осевая игра вала увеличивается. Поэтому на холодной машине нужно устанавливать

35

1 – корпус; 2 – вал-шестерня; 3 – роликоподшипник радиальноупорный; 4 – гайка; 5 – стакан; 6 – крышка проходная привертная; 7, 8 – прокладки регулировочные; 9 – вал-шестерня; 10 – роликоподшипник радиально-упорный; 11 – гайка регулировочная; 12 – стакан; 13 – крышка проходная привертная; 14 – прокладка уплотнительная; 15 - прокладка регулировочная; - угол контакта.

Рисунок 1.14 – Осевая фиксация валов в двух опорах. Подшипники установлены враспор и врастяжку

36

минимальную (иногда нулевую) осевую игру вала в расчёте на её увеличение при нагреве машины

Конические зубчатые колёса в обоих вариантах по рисунку 1.14 нагружаются в зацеплении радиальной силой Q и осевой силой Fa. От этих сил на подшипники передаются опорные реакции R1 и R2. Но при одинаковом расстоянии А между подшипниками в варианте установки подшипников враспор расстояние между точками приложения реакций

R1 и R2 меньше, а плечо

а

1

действия силы Q больше, чем в варианте

 

установки подшипников врастяжку, т.е. l1 < l2 и

a

1

a

2

. Поэтому при оди-

 

 

наковой силе Q подшипники, установленные врастяжку, нагружаются меньшими радиальными силами R1 и R2, а радиальная и угловая жёсткость комплекта подшипников оказывается значительно большей. Это весьма существенное преимущество установки подшипников врастяжку при консольном приложении нагрузки к валу. Второе преимущество - возможность уменьшить габариты передачи за счёт уменьшения расстояния А между подшипниками. Величину А просто определить графи-

чески, вычислив сначала величину l из установленного практикой соот-

ношения l/a =2,5…3.

Установка подшипников врастяжку широко применяется в конических и гипоидных передачах для валов с консольным расположением зубчатых колёс.

На этом мы закончили знакомство с валами первой группы, фиксированными от осевого перемещения в двух опорах с подшипниками, установленными враспор или врастяжку.

1.3.6.3 Валы второй группы, фиксированные в одной опоре, иллюстрированы рисунком 1.15. По рисунку 1.15 а в корпусе 1 гнезда подшипников обработаны гладкими и одинаковыми по диаметру. Это конструктивно наиболее простой и желательный вариант для обработки соосных отверстий. Правая опора вала 2 содержит радиальный шарикоподшипник 3. Его наружное кольцо установлено с весьма малым осевым зазором (или зажато) между буртом стакана 4 и крышкой 5, которые вместе крепятся болтами к корпусу 1. Внутреннее кольцо подшипника 3 зажато между буртом вала 2 и гайкой 6. Правая опора с подшипником 3

воспринимает свою долю радиальной нагрузки и всю нагрузку осевую. Поэтому она является фиксирующей.

Левая опора осевую нагрузку воспринимать не может, так как наружное кольцо её подшипника 7 установлено в корпусе с зазором и его перемещение в корпусе ничем не ограничивается. Внутреннее кольцо удерживается от сдвига по валу посадкой с натягом. Опора воспри-

нимает только свою долю радиальной нагрузки и является плавающей.

Конструкция по рисунку 1.15 б отличается от предыдущей отсут-

37

ствием стакана с буртом. Последний заменён здесь стопорным кольцом

8.

38

1 – корпус передачи; 2 – вал; 3 – шарикоподшипник радиальный; 4 – стакан; 5 – крышка глухая привертная; 6 – гайка фиксирующая; 7 – шарикоподшипник радиальный; 8, 9 – кольцо стопорное; 10 – кольцо мазеудерживающее; 11 – прокладка уплотнительная; 12 – подшипник радиально-упорный конический; 13 – гайка фиксирующая; 14 – крышка глухая привертная; 15 – прокладка регулировочная; 16 – крышка проходная привертная; 17 – манжета уплотнительная.

а, б – фиксирующие опоры образованы радиальными шарикоподшипниками; в – фиксирующая опора образована сдвоенными радиаль- но-упорными роликоподшипниками.

Рисунок 1.15 – Иллюстрация фиксации вала в одной опоре

39

Замена более дорогого стакана дешёвым стопорным кольцом не только удешевляет конструкцию, но и позволяет использовать в фиксирующей опоре больший по размеру, а значит, более грузоподъёмный и долговечный подшипник.

Подшипник левой плавающей опоры установлен на вал с натягом, но для подстраховки дополнительно закреплён на валу от сдвига стопорным кольцом 9. Подшипниковые узлы по рисунку 1.15 б рассчитаны на смазывание их пластичной смазкой, которая защищена мазеудерживающими кольцами 10 от вымывания её маслом, залитым в корпус. Прокладки 11 на рисунках 1.15 а и 1.15 б являются уплотнительными, но толщина их должна подбираться достаточно тщательно, чтобы ограничить перемещение наружных колец подшипников 3 в заданных пределах и вместе с тем обжать прокладки для достижения герметичности.

На величину осевой игры вала по рисункам 1.15 а и 1.15 б разность температур вала и корпуса практически не влияет. Если за-

жать крышкой 5 наружное кольцо шарикоподшипника 3 фиксирующей опоры, то осевая игра вала будет минимальной и равной осевой игре а этого подшипника (о порядке её величины смотрите на с. 28). Если же оставить наружному кольцу некоторую свободу осевого перемещения, увеличив толщину прокладки 11, то осевая игра вала соответственно прибавится. Таким образом, можно считать, что осевая игра вала здесь в связи с тепловыми деформациями вала и корпуса специально не регулируется.

Радиальные шарикоподшипники по иллюстрациям 1.15 а и 1.15 б ограничены в восприятии осевой нагрузки. При значительной её величине по сравнению с радиальной нагрузкой фиксирующую опору выполняют из комплекта двух максимально сближенных радиально-упорных роликовых или шариковых подшипников, установленных враспор или врастяжку. На рисунке 1.15 в фиксирующая опора содержит два роликоподшипника 12, установленных враспор. Их внутренние кольца сжаты между собой и зафиксированы на валу 2 гайкой 13, а наружные кольца находятся в стакане и поджимаются крышкой 14. Регулировка этой па-

ры подшипников является обязательной и выполняется на весьма малую осевую игру вала с учётом малого расстояния между подшипни-

ками. В регулировке участвует крышка 14 и прокладки 15. Плавающая опора, как и в предыдущих вариантах, выполнена здесь на радиальном шарикоподшипнике. При недостаточной радиальной грузоподъёмности шарикоподшипника в плавающей опоре его обычно заменяют более грузоподъёмным цилиндрическим радиальным роликоподшипником.

Пример его монтажа на валу и в корпусе можно посмотреть на рисунке

1.17а.

Осевая игра валов, фиксированных в одной опоре, весьма мало чувствительна к тепловым деформациям вала и корпуса. Поэтому этот способ фиксации применяют при значительной длине валов и большой разнице температур вала и корпуса, например, в автомобиль-

40

ных коробках передач, для червячных валов и валов с коническими колёсами, расположенными между опорами, реже – для валов цилиндрических редукторов.

1.3.6.4 Валы третьей группы не имеют фиксирующих опор. Все их опоры плавающие. Поэтому валы эти не могут воспринимать осевые силы и, перемещаясь вдоль оси, самоустанавливаются относительно другого вала, зафиксированного в корпусе от осевых перемещений. Такая самоустановка необходима в шевронных передачах или в аналогичных по свойствам передачах с раздвоенный косозубой ступенью (см. схемы на рисунках 1.1 в, е).

На рисунках 1.16 а, б, в показаны три возможных варианта взаимодействия зубьев шевронной пары. Пусть ведущим является колесо с зубьями 1 (светлыми). Это колесо закреплено на ведущем плавающем валу. Каждый его зуб 1 изображён между парой зубьев 2 (затемнённых) ведомого колеса. Это колесо закреплено на ведомом валу, зафиксированном от осевого сдвига одним из известных вам способов.

Нормальное взаимодействие зубьев показано на рисунке 1.16 а. Здесь полностью зацепляются оба (правый и левый) полушеврона каждого из колёс. При этом все силы в зацеплении распределяются между полушевронами поровну, а осевые силы Fa / 2, направленные противоположно, взаимно уравновешиваются и не передаются на опоры валов.

В реальной зубчатой паре существуют, однако, неизбежные погрешности в геометрии углового и окружного расположения зубьев. Изза этого в какой-то момент в зацеплении могут оказаться зубья только одного полушеврона, например правого, по рисунку 1.15 б. Возникающая при этом неуравновешенная осевая сила Fa моментально сдвигает зуб 1 ведущего колеса, установленного на плавающем валу, и восстанавливает правильное взаимодействие колёс, показанное на рисунке 1.16 а. Таким образом, осевая фиксация плавающего вала осуществляется не в его опорах, а зубьями шевронной пары.

Для тех, кто собирается проектировать шевронную передачу, оценим минимально возможный осевой сдвиг плавающего вала, иллюстрированный рисунком 1.16 в. Забежим вперёд, откроем описание лабораторной работы №3 и для передач с немаленьким межосевым расстоянием от 250 до 315 мм, и распространённым видом сопряжения В, найдём из таблицы 3.7 норму минимального бокового зазора jn min = 0,21

мм. С учетом допуска максимальный боковой зазор составит jn max 2jn min = 2∙0,21= =0,42 мм. Из соотношений рисунка 1.16 г находим, что максимальный осевой сдвиг js плавающего вала относительно фиксированного может составить js = jn max / sin . При распространённых углах наклона зубьев β = 400 получим js = 0,42 : 0,64 0,66 мм. Получилось, как видим, не так уж много.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.