Строительные машины 2 Принципы устройства (стр. 6 из 45)
/ — сердечник; 2 — первый слой навивки; 3 — второй слой; 4 — третий слой; 5 — четвертый слой; 6 — пятый слой
При расчете на выносливость валов и осей учитывают характер изменения напряжений, усталостные характеристики материалов, влияние концентрации напряжений, качество изготовления и т. д. Обычно расчет при этом сводится к определению запаса прочности в зависимости от указанных параметров.
Гибкие валы. Для передачи движения между деталями, расположенными так, что жесткую связь нельзя осуществить (например, для привода вибраторов, механизированных инструментов и других механизмов), применяют гибкие валы (рис. 1.27). Их делают из нескольких слоев проволоки, плотно намотанных на сердечник, причем каждый слой имеет противоположное направление навивки. Первый, третий и пятый слои имеют правую навивку, второй и четвертый — левую. Направление навивки наружного слоя противоположно тому, которое должен иметь вал при работе, чтобы проволока не раскручивалась, а также чтобы при вращении вала внутренние слои вала уплотнялись. Броня, покрывающая гибкий вал, вместе с Ним не вращается. Она защищает вал от повреждений, удерживает на нем консистентную смазку и предохраняет рабочих от захвата валом.
Подшипники. Подшипники служат опорами валов и осей. Различают подшипники скольжения и качения.
П о д ш и п н и к и с к о л ь ж е н и я . В зависимости от величины и направления нагрузок, возникающих на валах, применяют подшипники радиальные, которые могут воспринимать нагрузки, зправленные радиально, и упорные, которые могут воспринимать Усилия как направленные вдоль оси, так и радиальные.
Поверхность цапфы в радиальных подшипниках скользит относильно его внутренней поверхности. Уменьшение сил трения между трущимися поверхностями создается слоем смазки. При работе цапфа занимает в подшипнике эксцентричное положение, и поэтому смазка между поверхностями подшипника и цапфы принимает форму клина (рис. 1.28, а). Цапфа, вращаясь, увлекает смазку в узкий зазор, где создается масляная подушка, поддерживающая цапфу. Слой масла, разделяющий цапфу и подшипник, создается также, если в зазор подается масло при помощи масляного насоса. На рис 1.28, а изображена эпюра гидродинамических давлений по окружности подшипника. На рис. 1.28, б и в показаны подшипники скольжения. Они состоят из корпуса, вкладыша и устройства для смазки. Корпус подшипника, показанный на рис. 1.28, б, цельный. В него впрессован цилиндрический вкладыш. На рис. 1.28, в приведен подшипник с разъемным корпусом и вкладышем, состоящим из двух половин. Цельные корпуса применяют для валов небольших диаметров. Разъемные корпуса облегчают монтаж валов, позволяют производить регулировку диаметра. На рис. 1.28, г показан упорный подшипник.
Рис. 1.28. Подшипники скольжения:
/ — корпус; 2 — вкладыш; 3 — масленка; 4 — болт крепления подшипника; 5 — крышка;
6 — болт крепления крышки; 7 — опорный вкладыш; 8 — стопорный штифт
Вкладыши обычно делают биметаллическими. На чугунную, стальную, а в ответственных конструкциях бронзовую основу наносится антифрикционный: материал — баббит, свинцовистая бронза и т.д.
Ненаплавляющиеся антифрикционные материалы (антифрикционные чугуны, текстолит, прессованная древесина) применяют для изготовления сплошных вкладышей, которые применяют в индивидуальном и мелкосерийном производстве наряду с биметаллическими вкладышами. Нанесение мягких антифрикционных материалов, главным образом баббита, осуществляется заливкой. Толщина слоя заливки 0,5 ¸ 1,5 мм в зависимости от диаметра вкладыша. При уменьшении толщины слоя заливки увеличивается усталостная прочность баббитового слоя. Важным размером в подшипнике является длина l; ее обычно выбирают в пределах 0,5 ¸ 0,9 диаметра цапфы d.
Подшипники скольжения рассчитывают на допускаемое удельное давление р, величина которого должна быть меньше допускаемых величин, зависящих от материала заливки и ее толщины:
p = p / dl£ [p] (1.26)
Например, для подшипников с заливкой из оловянных баббитов [р] = 20 кгс/см2 (2 МПа), а с заливкой из бронзы [р] = 200 кгс/см2 (20 МПа).
При работе температура подшипников не должна превышать 50 °С. Подшипники скольжения ответственного назначения рассчитывают на жидкостное трение, которое основано на том, что масляный слой между цапфой и вкладышем воспринимает всю нагрузку (см. рис. 1.28, а). Подшипники скольжения устанавливают для валов большой массы, когда требуется разборка подшипника, либо когда последний работает в агрессивных средах, или при большом загрязнении.
Рис. 1.29. Классификация подшипников качения
П о д ш и п н и к и к а ч е н и я (рис. 1.29, а). Они состоят из наружного / и внутреннего 2 колец с дорожками качения 3. Между кольцами в дорожках качения устанавливаются шарики пли ролики 4, которые катятся по Дорожкам. Чтобы ролики или шарики находились на одинаковом расстоянии один от другого, в подшипниках предусмотрены сепараторы 5, представляющие собой штампованные кольца с отверстиями для роликов или шариков.
Широко используются роликовые подшипники (при малых диаметрах.роликов они называются игольчатыми).
Подшипники качения можно разделить на три типа: 1) радиальные, принимающие радиальные нагрузки и допускающие небольшие осевые нагрузки; 2) радиально-упорные, воспринимающие как радиальные, так и осевые нагрузки, но величина последних не должна превышать 0,7 от разности между допускаемой и действующей радиальными нагрузками; 3) упорные, воспринимающие только осевые нагрузки.
На рис. 1.29, б дана классификация подшипников качения.
Шариковые подшипники применяют в передачах с малыми и средними нагрузками. Роликовые подшипники устанавливают в передачах с большими нагрузками, так как их грузоподъемность почти в два раза больше, чем у шариковых. Однако они хуже работают при больших числах оборотов. Максимально допускаемая частота вращения для них почти в два раза меньше, чем для шариковых подшипников.
Подшипники выбирают по нагрузкам, действующим на них. Нагрузки могут быть постоянными, переменными, с ударами, толчками, с разным соотношением величин осевых и радиальных нагрузок и т. д. Условия нагружения могут быть также различными: может вращаться внутреннее или наружное кольцо.
Расчет подшипников ведут на их долговечность. Срок службы определяют в зависимости от так называемой динамической грузоподъемности G и эквивалентной динамической нагрузки Р.
Динамическая грузоподъемность для радиального или радиальноупорного подшипника есть постоянная радиальная нагрузка, которую группа подобных подшипников (с неподвижным наружным кольцом) может выдержать в течение расчетного срока службы, исчисляемого в 1 млн. оборотов внутреннего кольца. Величина G зависит от среднего диаметра ролика или шарика Dт, числа роликов или шариков z в одном ряду, i — числа рядов тел качения в подшипнике и от среднего диаметра d0.
Для радиальных и радиально-упорных подшипников (шариковых)
G = f0 ( i cos a)0,7 z 2/3 Dт
где f0 — коэффициент динамической грузоподъемности, зависящий от геометрии деталей подшипника, точности изготовления и материала; а — угол между линией действия нагрузки на шарик или ролик и плоскостью, перпендикулярной оси подшипника.
Эквивалентная нагрузка Р, воспринимаемая радиальным или радиальноупорным подшипником, — это постоянная радиальная нагрузка, при которой долговечность подшипника с вращающимся внутренним и неподвижным внешним кольцами такая же, что и при фактических условиях нагружения и вращения. Эквивалентную динамическую нагрузку определяют по формуле
P = ( Vx Fr + yF0 ) kгkт, где Fr, F0 — соответственно радиальная и осевая нагрузки; V — коэффициент, учитывающий, какое из колец (внутреннее или наружное) вращается; х, у — коэффициенты, учитывающие влияние радиальной и осевой нагрузок и зависящие от типа подшипника; kr, kT — коэффициенты, учитывающие влияние динамических нагрузок и температурного режима.
Расчет номинальной долговечности подшипников (млн. об/мин) производится по следующим формулам: для шариковых подшипников
L=(G/P)3;
(1,27)
для роликовых подшипников
L = (G/P)10/3;
(1.28)
долговечность подшипников Lп = 106 / 60n * L ;
(1.29) где п — частота вращения подшипника, об/мин.
Для эксплуатации подшипников важно установить их без Перекосов, чтобы температурные деформации валов не вызывали дополнительных нагрузок. Кроме того, их необходимо смазывать и предохранять от загрязнения.
Радиально-упорные подшипники устанавливают так, чтобы можно было производить осевую регулировку, что осуществляется обычно перемещением одного кольца относительно другого.
Смазка подшипников может быть консистентной или жидкой. При работе на консистентной смазке температура не должна превышать 100° С. Жидкую смазку используют там, где КПД должен быть значительным. Допускаемая температура в этом случае может достигать 120 и даже 150° С. Чтобы подшипники не загрязнялись и масло не вытекало из корпусов, устанавливают манжеты.
В подшипниках качения по сравнению с подшипниками скольжения сила трения в 5—10 раз меньше.