ВАЛЫ И ОСИ На валах и осях размещают вращающиеся детали: зубчатые колеса, шкивы, барабаны и т. п. Вал отличается от оси тем, что передает вращающий момент от одной детали к другой, а ось не передает. Вал всегда вращается, а ось может быть вращающейся или невращающейся.
ВАЛЫ И ОСИ
ВАЛЫ И ОСИ
ВАЛЫ И ОСИ Валы различают прямые, коленчатые и гибкие. Наибольшее распространение имеют прямые валы. Коленчатые валы применяют в поршневых машинах. Гибкие валы допускают передачу вращения при больших перегибах.
ВАЛЫ И ОСИ По конструкции различают валы и оси гладкие и фасонные или ступенчатые, а также сплошные и полые. Образование ступеней связано с закреплением деталей на валу или самого вала в осевом направлении. Полыми валы изготовляют для уменьшения массы или когда через вал пропускают другую деталь, подводят масло.
ВАЛЫ И ОСИ При проектном расчете обычно известны вращающий момент Мк или мощность Р и частота вращения n, нагрузка и размеры основных деталей, расположенных на валу. Валы рассчитывают на прочность, жесткость и колебания.
ВАЛЫ И ОСИ Расчет осей является частным случаем расчета валов при Мк =0. Для выполнения расчета вала необходимо знать его конструкцию места приложения нагрузки, расположение опор и т. п. На практике обычно используют следующий порядок проектного расчета вала:
ВАЛЫ И ОСИ 1. Предварительно оценивают средний диаметр вала из расчета только на кручение при пониженных допускаемых напряжению. Предварительно оценить диаметр проектируемого вала можно, также ориентируясь на диаметр того вала, с которым он соединяется
ВАЛЫ И ОСИ 2. После оценки диаметра вала разрабатывают его конструкцию. 3. Выполняют проверочный расчет выбранной конструкции и если необходимо, вносят исправления. При этом учитывают, что диаметр вала является одним из основных параметров, определяющих размеры и нагрузочную способность подшипников.
ВАЛЫ И ОСИ На практике нередки случаи, когда диаметр вала определяется не прочностью самого вала, а прочностью подшипников. Поэтому расчеты вала и подшипников взаимосвязаны.
ВАЛЫ И ОСИ Расчет на прочность. На практике установлено, что для валов основным видом разрушения является усталостное. Статическое разрушение наблюдается значительно реже. Для валов расчет на сопротивление усталости является основным. Расчет на статическую прочность выполняют как проверочный.
ВАЛЫ И ОСИ Расчет на жесткость. Упругие перемещения вала отрицательно влияют на работу связанных с ним деталей: подшипников, зубчатых колес, поэтому, прогибы валов должны быть не выше предельных, определяемых конструктивными особенностями передачи.
ВАЛЫ И ОСИ От прогиба вала в зубчатом зацеплении возникает концентрация напряжений по длине зуба. При больших углах поворота в подшипнике может произойти защемление вала. В делительных и отсчетных механизмах упругие перемещения снижают точность измерений.
ВАЛЫ И ОСИ Расчет на колебания. Целью данного расчета является определение частоты вращения, при которой наступает резонанс. Так как даже при ничтожно малой неуравновешенности в условиях резонанса можно ожидать разрушения машины.
ВАЛЫ И ОСИ Причем, за критической зоной центр тяжести несбалансированной массы приближается к геометрической оси вращения. Это явление используют в высокоскоростных механизмах, когда для сохранения устойчивости устанавливают гибкий вал с низкой собственной частотой колебаний.
ПОДШИПНИКИ Подшипники служат опорами для валов и вращающихся осей. Они воспринимают радиальные и осевые нагрузки, приложенные к валу, и сохраняют заданное положение оси вращения вала. От качества подшипников в значительной степени зависят работоспособность и долговечность машин.
ПОДШИПНИКИ Подшипники классифицируют по виду трения и воспринимаемой нагрузке. По виду трения различают: подшипники скольжения, у которых опорный участок вала скользит по поверхности подшипника; подшипники качения, у которых трение скольжения заменяют трением качения шариков или роликов.
ПОДШИПНИКИ По воспринимаемой нагрузке различают подшипники: радиальные — воспринимают радиальные нагрузки; упорные — воспринимают осевые нагрузки; радиально-упорные — воспринимают радиальные и осевые нагрузки.
Подшипники скольжения Опорный участок вала называют цапфой. Форма рабочей поверхности подшипника скольжения, так же как и форма цапфы вала, может быть цилиндрической, плоской, конической или шаровой.
Подшипники скольжения Цапфу, передающую радиальную нагрузку, называют шипом, если она расположена на конце вала, и шейкой при расположении в середине вала. Цапфу, передающую осевую нагрузку, называют пятой, а опору подшипника — подпятником. Подпятники работают обычно в паре с радиальными подшипниками
Подшипники скольжения
Подшипники скольжения
Подшипники скольжения
Подшипники скольжения Иногда применяют и шаровые подшипники. Эти подшипники допускают перекос оси вала, т. е. обладают свойством самоустановки. Их применяют преимущественно как шарниры в рычажных механизмах с периодическим поворотом в пределах ограниченных углов.
Подшипники скольжения
Подшипники скольжения
Подшипники скольжения Основным элементом подшипника является вкладыш 1 с тонким слоем антифрикционного материала на опорной поверхности. Вкладыш устанавливают в специальном корпусе подшипника 2 или непосредственно в корпусе машины (станине, раме)
Подшипники скольжения
Подшипники скольжения применяют очень широко, и в целом ряде конструкций они незаменимы. К таким подшипникам относятся: 1) разъемные подшипники, необходимые по условиям сборки, например для коленчатых валов; 2) высокоскоростные подшипники (v>30 м/с), в условиях работы которых долговечность подшипников качения резко сокращается;
Подшипники скольжения 3) подшипники прецизионных машин, от которых требуется особо точное направление валов и возможность регулировки зазоров; 4) подшипники, работающие в особых условиях (воде, агрессивных средах и т. п. ), в которых подшипники качения неработоспособны из-за коррозии; 5) подшипники дешевых тихоходных механизмов и некоторые другие.
Подшипники скольжения Вращению цапфы в подшипнике противодействует момент сил трения. Работа трения нагревает подшипник и цапфу. С повышением температуры уменьшается вязкость масла и увеличивается вероятность заедания цапфы в подшипнике. В конечном результате заедание приводит к выплавлению вкладыша. Перегрев подшипника является основной причиной его разрушения.
Подшипники скольжения Работа подшипника сопровождается износом вкладыша и цапфы, что нарушает правильную работу механизма и самого подшипника. Интенсивность износа, связанная также с работой трения, определяет долговечность подшипника.
Подшипники скольжения Работа трения является основным показателем работоспособности подшипника. Трение определяет износ и нагрев подшипника, а также его КПД. Для уменьшения трения подшипники скольжения смазывают. В зависимости от режима работы подшипника в нем может быть полужидкостное или жидкостное трение.
Подшипники скольжения При жидкостном трении рабочие поверхности вала и вкладыша разделены слоем масла, толщина h которого больше суммы высот Rz шероховатостей поверхностей. При полужидкостном трении условие не соблюдается, в подшипнике будет смешанное трение — одновременно жидкостное и граничное.
Подшипники скольжения Граничным называют трение, при котором трущиеся поверхности покрыты тончайшей пленкой масла, образовавшейся в результате действия молекулярных сил и химических реакций активных молекул масла и материала вкладыша.
Подшипники скольжения В подшипниках скольжения материал вкладыша должен иметь: 1) малый коэффициент трения и высокую сопротивляемость заеданию в периоды отсутствия режима жидкостного трения (пуски, торможение и т. п. );
Подшипники скольжения 2) достаточную износостойкость наряду со способностью к приработке. Износостойкость вкладыша должна быть ниже износостойкости цапфы, так как замена вала обходится значительно дороже, чем замена вкладыша; 3) достаточно высокие механические характеристики и особенно высокую сопротивляемость хрупкому разрушению при действии ударных нагрузок.
Подшипники скольжения Вкладыши изготовляют из самых разнообразных материалов: Бронзы оловянные, свинцовые, кремниевые, алюминиевые и прочие обладают достаточно высокими механическими характеристиками, их широко применяют в крупносерийном и массовом производстве.
Подшипники скольжения Чугун обладает хорошими антифрикционными свойствами благодаря включениям свободного графита, но прирабатывается хуже, чем бронзы. Его применяют в тихоходных и умеренно нагруженных подшипниках.
Подшипники скольжения Баббит на оловянной, свинцовой и других основах является одним из лучших материалов для подшипников скольжения. Он хорошо прирабатывается, не окисляет масло, мало изнашивает вал, стоек против заедания но имеет сравнительно низкую температура плавления (применяют до 110 °С), хрупкость и высокая стоимость.
Подшипники скольжения В целях повышения прочности подшипников применяют так называемые биметаллические вкладыши, у которых на стальную основу наплавляют тонкий слой антифрикционного материала — бронзы, серебра, сплава алюминия и других сплавов и металлов.
Подшипники скольжения Пластмассы на древесной или хлопчатобумажной основе, а также дерево, резина и другие материалы могут работать при водяной смазке. Поэтому их применяют в гидротурбинах и насосах в химическом машиностроении. Пластмассы выдерживают ударные нагрузки и могут компенсировать перекос цапфы.
Подшипники скольжения Хорошо зарекомендовали себя пластмассы типа капрона, фторопласта. Тонкий слой этих пластмасс наносят на рабочую поверхность металлического вкладыша. Как показывают исследования, такие вкладыши менее чувствительны к нарушению смазки и выдерживают значительные нагрузки.
Подшипники скольжения В последнее время широкое распространение имеют металлокерамические вкладыши, получаемые прессованием при высоких температурах порошков бронзы или железа с добавлением графита, меди, олова или свинца. Большим преимуществом таких вкладышей является высокая пористость.
Подшипники скольжения Металлокерамический подшипник, пропитанный маслом, может в течение длительного времени работать без подвода масла. Пополнение масла производится периодической пропиткой или погружением вкладыша в масляный резервуар, образованный в корпусе подшипника. Расход масла при этом уменьшается до 10 раз.
Подшипники качения. Применение подшипников качения позволило заменить трение скольжения трением качения. Трение качения существенно меньше зависит от смазки. Условный коэффициент трения качения мал и близок к коэффициенту жидкостного трения в подшипниках скольжения f « 0, 0015. . . 0, 006.
Подшипники качения. Для подшипников качения упрощаются система смазки и обслуживание подшипника, уменьшается возможность разрушения при кратковременных перебоях в смазке (например, в периоды пусков, резких изменений нагрузок и скоростей). Конструкция подшипников качения позволяет изготовлять их в массовых количествах как стандартную продукцию.
Подшипники качения. К недостаткам подшипников качения следует отнести отсутствие разъемных конструкций, сравнительно большие радиальные габариты, ограниченную быстроходность, связанную с кинематикой и динамикой тел качения (центробежные силы, гироскопические моменты), низкую работоспособность при вибрационных и ударных нагрузках и при работе в агрессивных средах.
Подшипники качения. По форме тел качения подшипники разделяются на шариковые и роликовые, по воспринимаемой нагрузке на радиальные, упорные, радиально-упорные и упорно-радиальные.
Подшипники качения. Радиальные шариковые подшипники — наиболее простые и дешевые. Они допускают небольшие перекосы вала (до 1/4°) и могут воспринимать осевые нагрузки, но меньшие радиальных.
Подшипники качения.
Подшипники качения. Радиальные роликовые подшипники благодаря увеличенной контактной поверхности допускают значительно большие нагрузки, чем шариковые. Однако они не воспринимают осевые нагрузки и плохо работают при перекосах вала.
Подшипники качения.
Подшипники качения. В роликовых цилиндрических и конических подшипниках с бочкообразными роликами концентрация нагрузки от неизбежного перекоса вала существенно снижается. Аналогичное сравнение можно провести и между радиально-упорными шариковыми и роликовыми подшипниками.
Подшипники качения.
Подшипники качения. Самоустанавливающиеся шариковые и роликовые подшипники применяют в тех случаях, когда допускают значительный перекос вала (до 2. . . 3°). Они имеют сферическую поверхность наружного кольца и ролики бочкообразной формы. Эти подшипники допускают небольшие осевые нагрузки.
Подшипники качения.
Подшипники качения. Применение игольчатых подшипников позволяет уменьшить габариты (диаметр) при значительных нагрузках.
Подшипники качения.
Подшипники качения. Упорный подшипник воспринимает только осевые нагрузки и плохо работает при перекосе оси.
Подшипники качения.
Подшипники качения. По нагрузочной способности (или по габаритам) подшипники разделяют на размерные серии. Стандартом предусматривается семь серий диаметров: сверхлегкая (2 серии), особолегкая (2 серии), легкая, средняя, тяжелая и пять серий ширин: особоузкая, нормальная, широкая и особоширокая.