35) Проверка валов на статическую прочность

Проверка валов на статическую прочность ведётся для предупреждения пластических деформаций в период действия пиковых нагрузок (например, в период пуска) по эквивалентным напряжениям:

где

; ;

(М_И)_П; (Т)_П – суммарный изгибающий и крутящий моменты в опасном сечении при перегрузках.

Можно находить _ИП, _П следующим образом:

;

Здесь _umax, _max- максимальное напряжение изгиба и кручения, найденные при расчёте вала на усталостную прочность;

К – коэффициент перегрузки. «К» определяют следующим образом:

Здесь Р_тр – требуемая мощность двигателя (определяется при энергетическом расчёте привода);

Рдв – номинальная мощность выбранного двигателя;

- кратность максимального момента выбранного двигателя (приведена в каталогах на электродвигатели).

Предельное допускаемое напряжение _n  0,8_Т.

36) Подшипники

Подшипники служат опорами валов и осей. Они воспринимают радиальные и осевые нагрузки, приложенные к валу, и передают их на корпус и раму машины. Во избежание снижения КПД механизма потери мощности в подшипниках должны быть минимальными (0,99). От качества подшипников в значительной степени зависит работоспособность и долговечность машины.

Подшипники различают по виду трения и по характеру воспринимаемой нагрузки.

По виду трения подшипники делятся на две группы:

1. Подшипники скольжения, у которых опорный участок вала – цапфа, которая скользит по поверхности подшипника;

2. Подшипники качения, у которых трение скольжения заменяется трением качения посредством установки шариков или роликов между опорными поверхностями подшипника и вала.

По второму признаку все подшипники делят на:

1. Радиальные подшипники, воспринимающие все радиальные нагрузки;

2. Упорные подшипники, воспринимающие все осевые нагрузки;

3. Радиально-упорные подшипники, воспринимающие радиальные и осевые нагрузки.

Все эти типы подшипников широко применяются в машиностроении.

Подшипники скольжения

Применение. Область применения подшипников скольжения в современном машиностроении значительно сократилась в связи с широким распространением подшипников качения. Однако в ряде областей подшипники скольжения сохраняют своё преимущество. В настоящее время подшипники скольжения применяют в следующих случаях:

1. Для валов и осей, требующий весьма точной установки;

2. Для весьма быстроходных валов (до десятков тысяч оборотов в минуту), в условиях работы которых долговечность подшипников качения очень мала;

3. Для валов очень большого диаметра, для которых не изготавливают стандартных подшипников качения;

4. Для валов, у которых по условиям сборки подшипники должны быть разборными (коленчатые валы);

5. Для валов, работающих в особых условиях (в воде, кислоте и пр.), где подшипники качения неработоспособны;

6. Для валов, воспринимающих ударные и вибрационные нагрузки;

7. Для валов тихоходных в неответственных машинах.

Конструкции подшипников скольжения и их материалы

По конструкции подшипники скольжения весьма разнообразны. Конструкция подшипника в значительной степени определяется конструкцией машины. По конструкциям различают разъёмные и неразъёмные подшипники

У неразъёмного подшипника корпус и вкладыш цельные. Основная деталь подшипника – вкладыш, который имеет вид втулки. Вкладыш запрессовывается в корпус.

Корпус разъёмного подшипника обычно состоит из двух частей: основания и крышки, прикреплённой к основанию болтами или шпильками. Вкладышей здесь два: верхний и нижний.

Часто подшипники скольжения вообще не имеют корпуса: вкладыш размещают непосредственно в детали (например, в звёздочке) или раме. Корпус подшипника обычно делают из чугуна. Исключительно важно правильно выбрать материал вкладыша. Этот материал должен иметь:

1. малый коэффициент трения и высокую сопротивляемость заеданию;

2. достаточную износостойкость наряду со способностью к приработке;

3. достаточно высокие механические характеристики и особенно высокую сопротивляемость хрупкому разрушению при ударных нагрузках.

Вкладыши изготавливают из самых разнообразных материалов.

Бронзы обладают достаточно высокими механическими характеристиками, но плохо прирабатываются и способствуют окислению масла. Бронзы широко применяют в серийном и массовом производстве.

Чугун обладает хорошими антифрикционными свойствами, но прирабатывается хуже, чем бронзы. Его применяют в тихоходных и умеренно нагруженных подшипниках.

Баббит на оловянной, свинцовой и других основах является одним из лучших материалов для вкладышей. Он хорошо прирабатывается, не окисляет масло, мало изнашивает вал, стоек против заедания. Отрицательным свойством баббита является его хрупкость. Кроме того, он дорог. Баббитом заливают только рабочую поверхность вкладыша на толщину 1…10 мм. При этом сам вкладыш изготавливают из бронзы или чугуна.

Пластмассы на древесной или хлопчатобумажной основе, а также дерево, резина и другие материалы могут работать на водяной смазке. Хорошо зарекомендовали себя пластмассы типа капрона. Тонкий слой этих пластмасс наносят на рабочую поверхность металлического вкладыша.

Условия работы и виды разрушения подшипников скольжения

Вращению вала в подшипнике противодействует момент трения. Работа трения нагревает подшипник и вал. От поверхности трения теплота отводится через корпус подшипника и вал, а также уносится смазочной жидкостью. Для любого установившегося режима работы подшипника существует тепловое равновесие: теплоотдача равна тепловыделению. При этом устанавливается определённая температура. Чем больше тепловыделение и хуже условия теплоотдачи, тем выше температура. Эта температура не должна превышать некоторого предельного значения, допускаемого для данного материала подшипника и сорта масла. С повышением температуры понижается вязкость масла и увеличивается вероятность заедания цапфы в подшипнике. В конечном результате заедание приводит в выплавлению вкладыша. Перегрев подшипника является основной причиной его разрушения.

Работа подшипника сопровождается износом вкладыша и цапфы, что нарушает правильную работу подшипника и механизма. Интенсивность износа определяет долговечность подшипника.

При действии переменных нагрузок поверхность вкладыша может выкрашиваться вследствие усталости. В случае действия больших кратковременных перегрузок ударного характера вкладыши могут раскалываться.

Таким образом, работа трения является основным показателем работоспособности подшипника, а также его КПД. Для уменьшения трения подшипники смазывают. В зависимости от режима работы подшипника в нём может быть полужидкостное и жидкостное трение.

При жидкостном трении рабочие поверхности вала и вкладыша разделены слоем масла. При полужидкостном тернии в подшипнике имеет место в некоторых точках контакт вала и вкладыша.

Для работы подшипника самым благоприятным является режим жидкостного трения.

Практический расчёт подшипников скольжения

В инженерных расчётах полагают, что подшипники работают в условиях полужидкостного трения (худший случай). Эти подшипники рассчитывают:

1) по условному давлению

;

2) по произведению давления на скорость

;

где: Fr – радиальная нагрузка на подшипник;

d – диаметр вала;

l – длина подшипника;

v – окружная скорость вала.

Расчёт по P_mv в приближённой форме предупреждает интенсивный износ, перегрев, заедание. Допускаемые значения P_m и P_mv, определённые из опыта эксплуатации, даются в справочной литературе.