3.2 Посадки с зазором

Посадки с зазором предназначены для обеспечения подвижности в соединениях, обычно, с невысокими требованиями центрирования. Они используются в плунжерных парах, в подшипниках скольжения и т.д.

Рассмотрим расчет посадок с зазором на примере подшипника скольжения. Цель расчета подшипников скольжения (рис. 3.3) заключается в нахождении предельных зазоров, обеспечивающих максимальную долговечность подшипника при известном диаметре сопряжения.

Рисунок 3.3 – Зазор в подшипнике скольжения:

1 – цапфа подшипника, 2 – вкладыш

Первое положение - подшипник находится в состоянии покоя (рис. 3.3). В этом состоянии цапфа вала (1) под действием нагрузки (R) опирается в нижней точке на вкладыш (2), в зазоре (S) между ними находится масло. При вращении цапфы (1) с угловой скоростью ω за счет разности давлений она всплывает во вкладыше, при этом толщина масленой пленки колеблется от минимальных значений - h до максимальных - S-h. Разница давлений на поверхности цапфы возникает при вовлечении масла в движение в канале переменного сечения.

Разность давлений Δp при определенных условиях компенсирует активную силу R. (3.15)

где

l - длина сопряжения;

d - номинальный диаметр;

R - модуль нагрузки (например вес вала);

- проекция сопряжения на плоскость.

Выражение (14.1) представляет собой уравнение равновесия. Сила давления - при некоторых условиях равна активной силе - R, т.е. силы уравновешиваются и цапфа всплывает в масленом пространстве.

Из жидкостной теории смазки следует, что минимальная толщина пленки зависит от величины исходного зазора (S), от геометрии сопряжения l и d, от величины нагрузки, от физико-химических свойств масла (в данном случае от динамической вязкости масла μ) и от угловой скорости вращения ω:

.

Данная зависимость позволяет рассчитать минимальную толщину масленой пленки. Доказано, что зависимость для гладких цилиндрических соединений носит универсальный характер. Изобразим эту зависимость (рис. 3.4).

Рисунок 3.4 – Зависимость толщины пленки от величины зазора

Видно, что эта зависимость имеет максимум. Если зазор будет превышать максимальный или будет меньше минимального, то будет недостаточным перепад давлений для создания компенсирующего усилия и цапфа вала опустится в нижнюю точку вкладыша, т.е. подшипник разрушится. Таким образом существует довольно узкий коридор, в котором реализуется эффект жидкостной смазки. Задача заключается в том, чтобы выбрать такую посадку с зазором, которая обеспечивала бы максимальный ресурс подшипника. Величина минимальной толщины пленки (h) с ресурсом связана однозначно: чем больше h, тем больше ресурс. Из всего вышесказанного было бы логично назначить зазор равный , при котором h, следовательно, и ресурс были бы максимальным, но не возможно изготовить деталь с точно заданным зазором и всегда будет иметь место некоторая погрешность. Меньший зазор, чем обеспечит больший ресурс, а больший зазор обеспечит меньший ресурс. Это объясняется тем, что при работе подшипник изнашивается. Износ направлен в сторону увеличения зазора. В этом случае, если изготовить подшипник с зазором , то он будет работать по износу только на участке 2-3, если же выбрать зазор , то подшипник будет изнашиваться всю разрешенную область 1-2-3.

Не возможно идеально точно изготовить подшипник, поэтому в мировой практике используется следующее правило: при выборе параметров посадки с зазором рекомендуется выдерживать соотношение:

. (3.16)

Отличие не должно превышать 10% в меньшую сторону.

Рассмотрим подробнее поправку на шероховатость . Пусть вал находится в состоянии движения (второе положение) (рис. 3.3) . У любой детали есть некоторые неровности поверхности, высота которых для отверстия и для вала. За счет того, что масленая пленка попадает и внутрь неровностей, функциональный зазор S_f необходимо уменьшить на величину поправки на шероховатости, чтобы шероховатый вал функционировал также как и гладкий.

. (3.17)

При назначении посадок таких подшипников следует выполнять проверку:

, (3.18)

т.е. минимальная толщина масленой пленки должна быть больше суммы высот шероховатостей вала и отверстия. Иначе будет происходить износ шероховатостей, который приводит к изменению эквивалентного диаметра, а значит и функционального зазора.

Поправка на шероховатость (рис. 3.5):

. (3.19)

Рисунок 3.5 – Поправка на шероховатость при посадке с зазором

Для того чтобы понять принцип выбора зазора, обратимся к схеме полей допуска посадки с зазором (рис. 3.6).

Рисунок 3.6 – Параметры посадки с зазором

Известно, что в большинстве случаев наиболее вероятный диаметр детали находится в середине допуска. Тогда следует выбирать такую посадку с зазором, у которой средний стандартный зазор приметно равнялся бы функциональному оптимальному зазору

,

т.е. эквивалентный шероховатый вал имел бы такой средний начальный зазор, который соответствовал бы функциональному зазору.

Примеры применения посадок с зазором.

1. Посадки вида (скользящие) применяют обычно для неподвижных разъемных соединений с частой разборкой (установка сменных зубчатых колес в станках, пресс на оправках и т.д.)

2. Посадки вида (посадки движения) обеспечивают герметичность подвижных соединений (плунжерная пара).

3. Посадки вида (ходовые) и (легкоходовые) используются для вращающихся деталей под нагрузкой (подшипники скольжения).

4. Посадки вида (широкоходовые) предназначены для обеспечения вращения деталей с компенсацией температурных деформаций.