Материал: Механика. Учебное пособие. Рукин Ю.Б., Нилов В.А

ников; равномерность распределения давления по длине контактных поверхностей подшипников скольжения; отсутствие недопустимого перекоса колец шарикоподшипников.

Параметрами, характеризующими стержень жесткости на изгиб осей и валов является:

max – угол наклона поперечного сечения, вала или оси; Y – наибольший прогиб оси или вала.

Для обеспечения требуемой жесткости на изгиб оси или

Y [Y].

Действительные значения прогибов Y и углов наклона их упругой линии определяются по известным формулам сопротивления материалов. Для упрощения расчетов можно пользоваться готовыми формулами, рассматривая ось или вал, имеющими постоянное сечение приведенного диаметра. Такие формулы приводятся в таблицах справочной и учебной литературы.

Действительные значения и Y сравниваются с допускаемыми. Существуют следующие нормы: прогиб максимальный

[Y] (0,0002 0,0003)l;

в месте установки зубчатых колес

[Y] (0,01 0,03)m,

где l – расстояние между опорами; m – модуль зацепления.

Угол наклона под шестерней [ ] 0,001 рад; в подшипниках скольжения [ ] 0,001 рад; в радиальном шарикоподшипнике [ ] 0,01 рад. Для других подшипников даны другие значения. Расчет на жесткость производит только после расчета валов и осей на прочность, когда форма и размеры их известны.

Потребная крутильная жесткость валов определяется: различными критериями. Статические упругие угловые деформации кинематических цепей могут сказываться на точно-

94

сти работы машин: например, точных винторезных и зуборезных станков, делительных машин и т.п. В связи с этим углы закручивания длинных ходовых рядов тяжелых станков ограничиваются величиной =5на 1 м длины. Для вала-шестерни достаточная крутильная жесткость может привести к увеличеннию концентрации нагрузки по длине. Для большинства валов жесткость на кручение не имеет существенного значения, и расчет не производят. Когда же деформация кручения валов должна быть ограничена, то валы рассчитывают на жесткость при кручении. При этом угол закручивания цилиндрического участка вала длиной l мм под действием крутящего момента Mк определяется:

103 М кl .

GJ0

l

Обозначив: GJ0 , получим

Мк ,

где G – модуль сдвига, МПа;

J0 – полярный момент инерции вала, мм4;

– податливость цилиндрического участка вала; Mк – крутящий момент, Нм.

Если рассчитывается участок, ослабленный шпоночным пазом, то вводится коэффициент понижения жесткости K

где t – глубина шпоночной канавки; n=0,5 – одна шпонка;

n=1,0 – две шпонки под углом 90 ; n=1,2 – две шпонки под углом 120 .

95

Податливости или углы закручивания отдельных ступеней ступенчатого вала складываются. При этом прибавляют дополнительную податливость каждого переходного участка:

32 lф

Напрессованные ступицы можно рассматривать как работающие совместно с валами. При этом вводят дополнительные податливости. Для одного перехода:

где e=(0,25 0,33)d ; d – диаметр вала под ступицей; D – диаметр ступицы.

6. ПОДШИПНИКИ, МУФТЫ

6.1. Подшипники

Опоры вращающихся осей и валов называют подшипниками. Они поддерживают валы и вращающиеся оси, воспринимают и передают на раму или станину действующие на эти детали силы. Подшипники, воспринимающие нагрузки, направленные перпендикулярно к геометрической оси вала, называют радиальными, а подшипники, воспринимающие осевые нагрузки, называют упорными. Если геометрическая ось вала

96

расположена вертикально, то упорные подшипники называют подпятниками. Подшипники, воспринимающие одновременно радиальные и осевые нагрузки, называют радиальноупорными.

По виду трения между рабочими поверхностями различают подшипники скольжения и подшипники качения.

Подшипники качения имеют следующие преимущества перед подшипниками скольжения: меньшие потери на трение, особенно в период пуска; незначительный нагрев подшипникового узла; меньший расход смазочных материалов; возможность взаимозаменяемости и более простое обслуживание.

Кнедостаткам подшипников качения следует отнести: пониженную долговечность при высоких угловых скоростях и больших нагрузках; ограниченную способность воспринимать ударные и вибрационные нагрузки; неразъемность в радиальном направлении; большие размеры по диаметру; высокую стоимость при мелкосерийном производстве.

Подшипники скольжения имеют следующие преимущества перед подшипниками качения: хорошо работают при весьма высоких частотах вращения вала; надежно работают в условиях ударных и вибрационных нагрузок (вследствие демпфирующего действия масляного слоя в зазорах подшипников); небольшие радиальные размеры; возможность разъемного исполнения, что необходимо при сборке коленчатых валов; способность работать в воде и агрессивных средах, где подшипники качения непригодны.

Кнедостаткам подшипников скольжения можно отнести значительные потери на трение при пуске и в условиях несовершенной смазки; сравнительно большие осевые размеры; необходимость тщательного ухода и наблюдения в работе вследствие высоких требований к смазке и опасности перегрева. Подшипники скольжения применяют для высокоскоростных валов – до десятков тысяч оборотов в минуту (центрифуги, сепараторы, турбины); для валов слишком большого диаметра, где стандартные подшипники качения не изготавливаются; для опор, подвергающихся интенсивным ударным и виб-

97

рационным нагрузкам (молоты, поршневые машины); в случаях, когда подшипники по условиям сборки должны быть разъемными (для коленчатых валов); в случаях работы подшипников в воде или агрессивных средах; при особо высоких требованиях к точности работы вала (шпиндели станков и т.д.); в тихоходных машинах.

6.1.1. Подшипники скольжения

Конструкции подшипников скольжения в значительной степени определяются конструкцией машины, в которой их устанавливают. Подшипники скольжения бывают неразъемные и разъемные. Неразъемные подшипники проще по конструкции и дешевле разъемных, но они неудобны при сборке и разборки осей или валов, а также не позволяют компенсировать увеличение зазора в подшипниках по мере их износа. Чтобы полностью не заменять подшипник при износе, в корпус неразъемного подшипника запрессовывают втулки, а в корпус разъемного помещают вкладыши, которые периодически заменяются.

Материал вкладыша должен соответствовать следующим требованиям: быть антифрикционным, хорошо прирабатываться, иметь достаточную механическую и усталостную прочность, хорошую пластичность и теплопроводность. Вкладыши изготавливают из чугуна, бронзы, пластмасс, дерева и других материалов.

Для понижения потерь на трение и предохранения от быстрого износа деталей на их трущиеся поверхности необходимо подавать смазку. В подшипниках скольжения различают трение следующих видов: сухое, граничное и жидкостное.

При сухом трении сопряженные детали соприкасаются своими поверхностями без слоя смазки. В этом случае возникает интенсивный износ контактных поверхностей и большие потери энергии.

Граничное трение характеризуется наличием на поверхности трения пленки масла толщиной 0,1–4 мкм. При граничном трении нарушается непрерывность масляного слоя и в от-

98