3 курс Детали Приборов и ОК [препод. Ясовеев. курсачи, задачи, лекции] / Новая папка (2) / Экзамен / 125193_Shpora_detali_mashin_i_osnovy_konstruirovaniya / 7

60.Опоры валов и осей.

Опоры валов и осей передают нагрузки от вращающихся частей на корпус или плату. Точность действия и надежность работы механизмов во многом зависят от особенностей конструкций опор, значения и стабильности возникающих в них сопротивлений вращению.

Опоры, предназначенные для восприятия радиальной или комбинированной нагрузки, принято называть подшипниками, а опоры, воспринимающие осевые нагрузки – подпятниками. По характеру взаимодействия элементов опоры можно разделить на три основные группы: опоры трения скольжения, опоры качения и специальные опоры(с упругими элементами, магнитные и др.)

Выбор того или иного типа опоры определяется в основном условиями работы, габаритными ограничениями, требуемой долговечностью, стоимостью.

Опоры валов и осей:

1.Опоры трения скольжения

а) опоры граничного трения с вкладышами из пористого материала, пропитанного смазкой.

б) опоры сухого трения - втулочные, на кернах, подпятниках, и др.

в) опоры жидкостного трения- гидростатические и гидродинамические

г)газовые опоры - аэростатические и аэродинамические

2. Опоры трения качения.

а) стандартные подшипники качения

б) миниатюрные и совмещенные подшипники.

в) высокоскоростные подшипники.

3. специальные опоры

а) магнитные опоры

б) ртутные опоры

в) опоры трения упругости

г) опоры «Роламайт»

5 1.Опоры скольжения.

ОС применяют при необходимости получить небольшие радиальные размеры.

В основном применяют цилиндрические подшипники скольжения:

Для снижения момента трения и износа соприкасающихся элементов цапфы-вала1 и корпуса-2 применяют вкладыши 3, изготавливаемые из антифрикционных материалов.

По виду трения различают подшипники скольжения с сухим, граничным и жидкостным трением.

В основном конструкции подшипников сухого трения выполняют с вкладышем из антифрикционных самосмазывающихся синтетических материалов. Обычно принимают отношения длины l подшипника и толщины δ стенки вкладыша к диаметру цапфы (цапфа – часть валика соприкасающаяся с опорой.) d в пределах l/d͌ от 0,6…0,5;δ/d от 0,07…0,1.

В подшипниках жидкостного трения поверхности

полностью разделены слоем смазки.

Расчет

Для подшипников сухого и граничного трения может быть использован приближенный метод расчета – по удельному давлению, на теплостойкость и допускаемое значение момента трения. Условие работоспособности по удельному давлению:

F- нагрузка на опору; d, l – диаметр и длина вкладыша, мм; [p]- допускаемое давление, МПа.

Критерий теплостойкости предусматривает обеспечение нормального теплового режима работы опоры.

v - расчетная скорость скольжения, м/с; n - частота вращения цапфы валика, об/мин, [pv] - допускаемое значение критерия теплостойкости, МПа*м/c.

Момент трения на контактной поверхности цапфы валика.

fц- приведенный коэффициент трения в цапфе.

Температура рабочей зоны подшипника, определяют из условия, что механическая энергия преобразуется в теплоту, которая должна быть отведена и рассеяна во внешней среде.

Выбор посадки

Выбор посадки в соединении вала с подшипником обусловлен получением необходимого зазора.

Опоры на центрах

Используют преимущественно в приборах, когда необходимо получить малый момент трения, а валики (или оси) воспринимают небольшую нагрузку (до 20Н), вращаясь с малой скоростью.

При назначении размеров элементов опоры могут быть использованы след рекомендации: d=0,5…1,5мм; L~3d; 2α=60° ; D=2…8d; 2β=90°.

О поры на центрах рассчитывают на прочность по контактным напряжениям на рабочем пояске. Момент сил трения .

Опоры на кернах

П редназначены для восприятия осевой нагрузки, передаваемой вращающимся стержням 1 через собственно керн 2 на подпятник 3.

Острие керна имеет закругление радиусом r_к=0,01…0,15 мм, а радиус сферического очертания опорной поверхности подпятника r_п=(4…8)r_к .

Расчет опор на прочность проводят по контактным напряжениям. Момент сил трения при нагружении осевой силой F.

Где f- коэффициент трения ~ 0,7…0,1;

a=1,11(кубический корень из(FE_пр^-1/(r_п^-1-r_к^-1))) -радиус поверхности контакта,мм; E_пр –приведенный модуль упругости.

52.Опоры качения.

Устройство простейшего шарикоподшипника:

Внутреннее кольцо насаживают на цапфу валика, а наружное кольцо устанавливают в корпус механизма; между кольцами помещены тела качения-шарики, относительное расположение которых фиксируется сепаратором.

Разновидности:

1. Радиальные подшипники способны воспринимать одновременно с основной радиальной нагрузкой F_rn и небольшую осевую F_хп.

2. Радиально-упорные подшипники применяют при действии на опору комбинированной нагрузки, в которой осевая составляющая

3. Сферические подшипники находят применение в опорах, в которых 2 вероятны значительные перекосы валов (до 3°) вследствие изгибных деформаций и монтажных погрешностей. Сферические подшипники способны воспринимать преимущественно радиальную нагрузку F_rn и лишь небольшую осевую.

4. Упорные подшипники предназначены для восприятия чисто осевой нагрузки и удовлетворительно могут работать при сравнительно небольших частотах вращения.

5. Роликовые подшипники при одинаковых размерах с шариковыми выдерживают большие нагрузки, но их точность и предельные частоты вращения ниже, чем у шарикоподшипников.

Серии подшипников

Основной размер подшипников качения, по которому осуществляют их выбор по каталогам- это диаметр d внутреннего кольца. Другие размеры (диаметр D наружного кольца и его ширина В) для одного и того же значения d могут изменяться в зависимости от выбранной размерной серии. Стандартом установлены следующие серии подшипников: сверхлегкая; особо легкая; легкая; легкая широкая; средняя; средняя широкая; тяжелая7. При этом с увеличением габаритов нагрузочная способность подшипников растет, а быстроходность снижается.

Расчет

Расчет подшипников качения предполагает проверку или определение долговечности Lh, которая характеризует вероятный ресурс работы подшипника в зависимости от нагрузки, скорости, температуры и других факторов, а также определение момента трения. При расчетах по динамической грузоподъемности обычно задаются требуемой долговечностью работы L_h (ч) (в первом приближении 5 ... 7 тыс.ч ) и проверяют выбранный подшипник по условию L_h≤ L_{h max}.

L_h=60n 10^-6 L_{h mах}

L=(C/F_э)^p,

где С – динамическая грузоподъемность, F_э – эквивалентный расчет динамической нагрузки, р – степенной показатель (р=3 – для шариков подшипников, р=10/3 – для роликов подшипников)

Условие работоспособности опоры качения:

L_h ≤ [1O⁵/(6n)] (C/Fэ)^P,

C_р=(6*10^-5*nL_h)^1/PF_э≤C

Эквивалентная нагрузка для радиальных и радиально-упорных:

F_э= (XK_кF_r+ YF_x)K_бK_T

для упорных подшипников:

F_э=F_x K_б K_Т,

где F_r и F_x – радиальная и осевая нагрузки, X и Y – коэффициенты радиальной и осевой нагрузок, К_К кинематический коэф-т; К_σ - динам. коэф-т безопасности, К_T - температурный коэф-т ( =1 если Т≤125 и =1,25 при Т=200⁰С).

При расчете радиально-упорных подшипников:

F_x∑=F_x±R_{опры лев}±R_{опоры прав}

R_опоры=eF_r – для роликов

R_опоры=0,83eF_r – для шариков

e=0,95 при β=36⁰

e=0,68 при β=26⁰

Если n≤1 об/мин, то расчет производится только на статическую грузоподъемность:

F₀=max[(x₀F_r+yF_x); F_r]≤C₀

Важным параметром, влияющим на точность является момент трения:

M_f=M_f0+k(1,25F_r+1,5F_x), где k=(0,005 - 0,01)мм