ВАЛЫ ОСИ ПОДШИПНИКИ МУФТЫ Подшипники и их

ВАЛЫ, ОСИ, ПОДШИПНИКИ, МУФТЫ

Подшипники и их виды

Подши пник (от слова шип) — изделие, являющееся частью опоры или упора, которое поддерживает вал, ось или иную подвижную конструкцию с заданной жёсткостью. Фиксирует положение в пространстве, обеспечивает вращение, качение или линейное перемещение (для линейных подшипников) с наименьшим сопротивлением, воспринимает и передаёт нагрузку от подвижного узла на другие части конструкции. Изобрел подшипник в 1829 году чешский лесник Йозеф Рессел.

Основные типы подшипников По принципу работы все подшипники можно разделить на несколько типов: подшипники качения; подшипники скольжения; газостатические подшипники; газодинамические подшипники; гидростатические подшипники; гидродинамические подшипники; магнитные подшипники.

Подшипники качения Устройство однорядного радиального шарикоподшипника: 1) внешнее кольцо; 2) шарик (тело качения); 3) сепаратор; 4) дорожка качения; 5) внутреннее кольцо.

Подшипники качения состоят из двух колец, тел качения (различной формы) и сепаратора (некоторые типы подшипников могут быть без сепаратора), отделяющего тела качения друг от друга, удерживающего на равном расстоянии и направляющего их движение. По наружной поверхности внутреннего кольца и внутренней поверхности наружного кольца (на торцевых поверхностях колец упорных подшипников качения) выполняют желоба — дорожки качения, по которым при работе подшипника катятся тела качения. В некоторых узлах машин в целях уменьшения габаритов, а также повышения точности и жёсткости применяют так называемые совмещённые опоры: дорожки качения при этом выполняют непосредственно на валу или на поверхности корпусной детали. Имеются подшипники качения, изготовленные без сепаратора. Такие подшипники имеют большое число тел качения и большую грузоподъёмность. Однако предельные частоты вращения бессепараторных подшипников значительно ниже вследствие повышенных моментов сопротивления вращению. В подшипниках качения возникает преимущественно трение качения (имеются только небольшие потери на трение скольжения между сепаратором и телами качения), поэтому по сравнению с подшипниками скольжения снижаются потери энергии на трение и уменьшается износ. Закрытые подшипники качения (имеющие защитные крышки) практически не требуют обслуживания (замены смазки), открытые — чувствительны к попаданию инородных тел, что может привести к быстрому разрушению подшипника.

Подшипники скольжения Коренной подшипник скольжения, коленвала двигателя с заливкой баббитом.

Подшипник скольжения — опора или направляющая механизма или машины, в которой трение происходит при скольжении сопряжённых поверхностей. Радиальный подшипник скольжения представляет собой корпус, имеющий цилиндрическое отверстие, в которое вставляется рабочий элемент — вкладыш, или втулка из антифрикционного материала и смазывающее устройство. Между валом и отверстием втулки подшипника имеется зазор, заполненный смазочным материалом, который позволяет свободно вращаться валу. Расчёт зазора подшипника, работающего в режиме разделения поверхностей трения смазочным слоем, производится на основе гидродинамической теории смазки. При расчёте определяются: минимальная толщина смазочного слоя (измеряемая в мкм), давления в смазочном слое, температура и расход смазочных материалов. В зависимости от конструкции, окружной скорости цапфы, условий эксплуатации трение скольжения бывает сухим, граничным, жидкостным и газодинамическим. Однако даже подшипники с жидкостным трением при пуске проходят этап с граничным трением. Смазка является одним из основных условий надёжной работы подшипника и обеспечивает: низкое трение, разделение подвижных частей, теплоотвод, защиту от вредного воздействия окружающей среды и может быть: жидкой (минеральные и синтетические масла, вода для не металлических подшипников), пластичной (на основе литиевого мыла и кальция сульфоната и др. ), твёрдой (графит, дисульфид молибдена и др. ) и газообразной (различные инертные газы, азот и др. ).

Примеры подшипников Радиально-упорный шариковый подшипник Самоустанавливаю щийся двухрядный радиальный шариковый подшипник Радиальный роликовый подшипник

Радиально-упорный шариковый подшипник с четырёхточечным контактом Радиально-упорный роликовый подшипник (конический)

Коленчатый вал Кривошип (красный), поршни (серые) в цилиндрах (синие) и маховик (чёрный)

Коленчатый вал — деталь (или узел деталей в случае составного вала) сложной формы, имеющая шейки для крепления шатунов, от которых воспринимает усилия и преобразует их в крутящий момент. Составная часть кривошипно-шатунного механизма (КШМ). Основные элементы коленчатого вала: Коренная шейка — опора вала, лежащая в коренном подшипнике, размещённом в картере двигателя. Шатунная шейка — опора, при помощи которой вал связывается с шатунами (для смазки шатунных подшипников имеются масляные каналы). Щёки — связывают коренные и шатунные шейки. Передняя выходная часть вала (носок) — часть вала на которой крепится зубчатое колесо или шкив отбора мощности для привода газораспределительного механизма (ГРМ) и различных вспомогательных узлов, систем и агрегатов. Задняя выходная часть вала (хвостовик) — часть вала соединяющаяся с маховиком или массивной шестернёй отбора основной части мощности. Противовесы — обеспечивают разгрузку коренных подшипников от центробежных сил инерции первого порядка неуравновешенных масс кривошипа и нижней части шатуна.

Карданный вал Карданово соединение (шарнир Гука)

Карда нная передача — конструкция, передающая крутящий момент между валами, пересекающимися в центре карданной передачи и имеющими возможность взаимного углового перемещения. Широко используется в различных областях человеческой деятельности, когда трудно обеспечить соосность вращающихся элементов. Подобные функции может выполнять также зубчатая муфта. Название передача получила от имени Джероламо Кардано, который описал её в XVI в. (но, скорее всего, не изобретал). В автомобиле карданный вал служит для передачи крутящего момента от коробки передач (раздаточной коробки) к ведущим мостам в случае классической или полноприводной компоновки. Также используется в травмобезопасной рулевой колонке для соединения рулевого вала и рулевого исполнительного механизма (рулевого редуктора или рулевой рейки). Карданная передача имеет существенный недостаток — несинхронность вращения валов (если один вал вращается равномерно, то другой — нет), увеличивающуюся при увеличении угла между валами. Это исключает возможность применения карданной передачи во многих устройствах, например, в трансмиссии переднеприводных автомобилей. Отчасти этот недостаток может быть скомпенсирован использованием на одном валу парных шарниров, повернутых на четверть оборота друг относительно друга. Однако там, где требуется синхронность, как правило, используется не карданная передача, а Шарнир равных угловых скоростей (ШРУС) — более совершенная, однако и более сложная конструкция того же назначения.

Распределительный вал Компьютерная анимация распределительного вала, управляющего движением клапанов

Распределительный вал — основная деталь газораспределительного механизма (ГРМ), служащего для синхронизации впуска или выпуска и тактов работы двигателя. В современных автомобильных двигателях, как правило, расположен в верхней части головки блока цилиндров и соединён со шкивом или зубчатой звёздочкой коленвала ремнём или цепью ГРМ соответственно и вращается с вдвое меньшей частотой, чем последний (на 4 -тактных двигателях). В прошлом была широко распространена схема с нижним расположением распределительного вала. Составной частью распредвала являются его кулачки, количество которых соответствует количеству впускных и выпускных клапанов двигателя. Таким образом, каждому клапану соответствует индивидуальный кулачок, который и открывает клапан, набегая на рычаг толкателя клапана. Когда кулачок «сбегает» с рычага, клапан закрывается под действием мощной возвратной пружины. Двигатели с рядной конфигурацией цилиндров и одной парой клапанов на цилиндр обычно имеют один распределительный вал (в случае четырёх клапанов на каждый цилиндр, два), а V-образные и оппозитные — либо один в развале блока, либо два, по одному на каждый полублок (в каждой головке блока). Двигатели, имеющие 3 клапана на цилиндр (чаще всего два впускных и один выпускной), обычно имеют один распредвал на головку блока, а имеющие 4 клапана на цилиндр (2 впускных и 2 выпускных) имеют 2 распредвала в каждой головке блока. Но бывают и исключения, к примеру, двигатель Mitsubishi Lancer модели 4 G 18 (с рядным расположением 4 -ех цилиндров) имеет 4 клапана на цилиндр и 1 распределительный вал. Современные двигатели иногда имеют системы регулировки фаз газораспределения, то есть механизмы, которые позволяют проворачивать распредвал относительно приводной звездочки, тем самым изменяя момент открытия и закрытия (фазу) клапанов, что позволяет более эффективно наполнять рабочей смесью цилиндры на разных оборотах.

Ось

Ось (слово «ось» происходит от древнерусского). В настоящее время серединная линия. в алгебре, геометрии: ось -линия, например, ординат в геометрии: ось - воображаемая линия; в технике: ось - деталь машины, предназначенная для соединения и закрепления деталей между собой. Оси бывают вращающиеся и неподвижные. В отличие от вала, ось не предназначена для передачи крутящего момента.

Муфта Му фта — устройство (деталь машины), предназначенное для соединения друг с другом концов валов и свободно сидящих на них деталей и передачи крутящего момента. Служат для соединения двух валов, расположенных на одной оси или под углом друг к другу. Муфта передаёт механическую энергию без изменения её величины.

Классификация по видам управления: Управляемые — сцепные, автоматические Неуправляемые — постоянно действующие. Классификация по группам муфт (механические): Жёсткие (глухие) муфты: втулочные (по ГОСТ 24246 -80) ; фланцевые (по ГОСТ 20761 -96); продольно-свёртные (по ГОСТ 23106 -78). Компенсирующие муфты — компенсируют радиальные, осевые и угловые смещения валов: шарнирные муфты — угловое смещение до 45° (по ГОСТ 5147 -97) зубчатые; цепные (по ГОСТ 20742 -93). Упругие муфты — компенсация динамических нагрузок: муфты с торообразной оболочкой (по ГОСТ 20884 -93); втулочно-пальцевые (по ГОСТ 21424 -93); Муфты со звёздочкой (по ГОСТ 14084 -93). Сцепные муфты — соединение или разъединение валов или валов с установленными на них деталями: муфты кулачково-дисковые (по ГОСТ 20720 -93); кулачковые муфты; фрикционные; центробежные. Самоуправляемые (автоматические) муфты: обгонные муфты — передача вращения только в одном направлении; центробежные — ограничение частоты вращения; предохранительные муфты — ограничение передаваемого момента (с разрушающимся элементом и автоматические). Гидравлические (гидродинамические). Электромагнитные и магнитные. На текстильных застёжках.

Фланцевая муфта в действии

Муфта фланцевая — жёсткая (глухая) муфта постоянного соединения, которая состоит из двух выполненных в виде фланцев полумуфт, насаженых на концы валов и соединённых между собой болтами. Полумуфты ведущая и ведомая и выполнены в виде дисков, которые установлены на концах валов с использованием шпоночного соединения. Обе полумуфты жёстко скреплены между собой с помощью равномерно размещённых по кругу болтов. Болты муфты могут устанавливаться с зазором (вариант I), или без зазора (вариант II). В первом случае момент Mр передаётся за счёт момента сил трения, возникающих в плоскости контакта полумуфт от усилия затяжки болтов, которые в этом случае подвергаются лишь деформации растяжения, а в другом случае — непосредственно болтами, которые подвергаются деформации среза. Если болты в муфте установлены с зазором, то по расчётам масса муфты будет намного большей, чем для варианта болтов без зазора для одного и того же крутящего момента. Однако болты, устанавливаемые без зазора, требуют повышенной точности изготовления для них отверстий в полумуфтах и сами болты должны иметь большую точность изготовления.

Зубчатая муфта

Зубчатая муфта — жёсткая компенсирующая муфта, которая состоит из полумуфт с внешними зубчатыми венцами, и разъёмной обоймы с двумя внутренними зубчатыми венцами. Эти устройства предназначены для передачи крутящего момента между двумя валами, оси которых не являются коллинеарными. Иными словами, зубчатая муфта обеспечивает компенсацию осевого, радиального и углового смещения валов. Это достигается за счёт того, что её зубчатое зацепление изготовляют с гарантированным боковым зазором и с возможностью свободного осевого смещения сопряжённых зубьев, а сами зубья имеют бочкоподобную форму со сферической внешней поверхностью. Компенсация отклонений от соосности валов сопровождается проскальзыванием зубьев. Зубчатые муфты выполняют ту же функцию, что и карданная передача. Способность компенсировать угловое смещение у зубчатых муфт, как правило, ограничена величиной 4 -5°. В то же время, карданная передача способна обеспечивать компенсацию и бо льших угловых смещений. Существует тип зубчатых муфт, предназначенных для соединения двух номинально коаксиальных валов. Такие муфты способны компенсировать небольшие отклонения от соосности, такие как погрешности при установке валов, смещения в процессе эксплуатации.

Центробежная муфта, ведущая полумуфта: 1 — грузик; 2 — держатель; 3 — пружина

Центробежная му фта — муфта, предназначенная для автоматического сцепления (или расцепления) валов при достижении ведущим валом заданной скорости вращения. Может использоваться как сцепная (цилиндрическая) или предохранительная муфта. Центробежные муфты могут использоваться: для облегчения управления (сцепление и расцепление муфты происходит автоматически при достижении определённой частоты вращения); для разгона механизмов машин, имеющих значительные моменты инерции, двигателями с малыми пусковыми моментами (например, асинхронных с короткозамкнутым ротором); для повышения плавности пуска; для предотвращения слишком большого разгона (в этом случае муфта должна быть нормально замкнутой, то есть соединять валы при частоте вращения, не превышающей некоторого граничного значения). эти муфты способны предохранять двигатель внутреннего сгорания от остановки или резкого снижения оборотов, когда выходной вал резко тормозится. Однако в некоторых центробежных муфтах используются силы трения, и поэтому в таких муфтах велики потери энергии. Кроме того, такие муфты нежелательно использовать для передачи больших вращающих моментов (из-за возможности проскальзывания).