15. Основные критерии работоспособности валов и осей. Проектные расчеты валов и осей.
Критерии работоспособности валов и осей
Валы и вращающиеся оси при работе испытывают циклически изменяющиеся напряжения. Основным критерием их работоспособности являются сопротивление усталости и жесткость. Сопротивление усталости оценивается коэффициентом запаса прочности, а жесткость – прогибом в местах посадки деталей и углами закручивания сечений. Практикой установлено, что основной вид разрушения валов и осей быстроходных машин носит усталостный характер. Расчетными силовыми факторами являются крутящие и изгибающие моменты.
Расчёты валов и осей
Основным критерием работоспособности валов и осей являются сопротивление усталости материала и жёсткость. Расчёт валов выполняется в два этапа: предварительный (проектный) и окончательный (проверочный).
Проектировочный расчёт вала выполняют как условный расчёт только на кручение для ориентировочного определения посадочных диаметров.
Ориентировочный расчет (кручение)
Из условия прочности:
Диаметр вала определяется по формуле:
Приближенный расчет (изгиб + кручение)
Строим эпюру эквивалентных моментов:
Определяем диаметры вала в сечениях.
где
где
16. Подшипники скольжения: общие сведения, область применения, расчет. Общие сведения Валы и вращающиеся оси монтируют на опорах, которые определяют положение вала или оси, обеспечивают вращение, воспринимают положение вала или оси, обеспечивают вращение, воспринимают нагрузки и передают их основанию машины. Основной частью опор являются подшипники, которые могут воспринимать радиальные, радиально-осевые и осевые нагрузки; в последнем случае опора называется подпятником, а подшипник носит название упорного. Подшипники вращающихся осей некоторых транспортных средств с преобладающей вертикальной нагрузкой называют буксами. Подшипники скольжения, в которых цапфа вала скользит по опорной поверхности. Конструкции подшипников скольжения Подшипник состоит из корпуса 1, вкладышей 2, смазывающих устройств 3 (рис.3.2.1.а).
Рисунок 3.2.1 Конструкции подшипников скольжения Основным элементом подшипника скольжения является вкладыш, который устанавливают в корпусе подшипника или непосредственно в в станине или раме машины. Достоинства подшипников скольжения 1. Надежно работают в высокоскоростных приводах. 2. Способны воспринимать большие ударные и вибрационные нагрузки. 3. Бесшумность работы. 4. Сравнительно малые радиальные размеры. 5. Разъемные подшипники допускают установку на шейки коленчатых валов. 6. Простота конструкции. 7. Для тихоходных машин могут иметь весьма простую конструкцию.
Недостатки подшипников скольжения 1. В процессе работы требуют постоянного надзора из-за высоких требований к смазыванию и опасности перегрева; перерыв в подаче смазочного материала ведет к выходу из строя подшипника. 2. Имеют сравнительно большие осевые размеры. 3. Значительные потери на трение в период пуска и при несовершенной смазке. 4. Большой расход смазочного материала. Принцип работы подшипника скольжения В подшипниках скольжения может быть полужидкостная и жидкостная смазка, переходящая последовательно одна в другую по мере возрастания угловой скорости вала от нуля до определенного значения. Вращающийся вал увлекает смазочный материал в клиновой зазор между цапфой и вкладышем и создает гидродинамическую подъемную силу, вследствие которой цапфа всплывает по мере увеличения скорости.
Область применения подшипников скольжения Подшипники скольжения применяют: - в высокоскоростных машинах (центрифуги, шлифовальные станки и др.), когда долговечность подшипников качения резко сокращается; - для валов, например коленчатых, когда по условиям сборки требуются разъёмные подшипники; - при работе в химически агрессивных средах и воде, в которых подшипники качения неработоспособны; - для валов, воспринимающих ударные и вибрационные нагрузки; при близко расположенных валах, когда требуются малые радиальные размеры подшипников; - в тихоходных малоответственных механизмах и машинах.
Расчет подшипников скольжения |
|
,
Н·мм
,
мм,
- допускаемое напряжение изгиба, МПа,
,
МПа,
- предел выносливости материала вала
при симметричном цикле нагружения,
МПа;
-
требуемый коэффициент запаса прочности;
-
коэффициент концентрации напряжений;
Расчет подшипников скольжения ведут обычно упрощенно:
Осуществляют проверку вкладыша подшипника на износ по среднему давлению, обеспечивающему невыдавливание смазки:
,
где F – радиальная нагрузка на подшипник, Н;
d – диаметр цапфы вала, мм;
l – длина вкладыша или цапфы вала, мм
p, [p] – расчетное и допускаемое среднее давления, МПа.
Значения допускаемого среднего давления для различных материалов вкладыша подшипника даны в таблице.
Осуществляют проверку на нагрев:
,
где
- допускаемое произведение среднего
давления на окружную поверхность цапфы.
Окружная скорость определяется по формуле:
,
где n – частота вращения вала.
17. Подшипники качения.
Плюсы: 1) малые потери на трение (небольш расход смаз материала); 2) сравнительно небольш стоим; 3) выслкая степеь взаимозаменяемости; 4) не требуют особого внимания и ухода.
Минусы: 1) неработосп-ные в воде и агресс средах, а также при низких и высок t; 2) малонад при высок скоростях; 3) чувствительны к ударным и вибрац нагрузкам.
Классиф-ция:
- по форме тел качения: ролики; короткие цилиндрические, длинные цилинд (игольчатые); сферические; витые.
- по кол-ву рядов тел качения: однорядные, двухрядные, 4-рядные.
- по хар-ру восприн нагрузки (см выше).
- по способности самоустанавливаться: самоуста-щиеся, несамоуст-щиеся.
- по габар размерам: разл серии диаметров (0,8,9,1,7,2,3,4,5) и серии ширин (7,8,9,0,1,2,3,4,5,6).
Обозначения подшипников:
Dвн от 20 до 450 мм.
Впереди от осн-го обозн-я может быть указан класс точноти, группа рад зазора, момент трения и категория подшипника. Справамогут быть проставлены мат-лы деталей, смз мат-л и др. параметры.
0 - радиальный шариковый подшипник;
1 - радиальный шариковый сферический подшипник;
2 - радиальный роликовый подшипник;
3 - радиальный роликовый сферический подшипник;
4 - радиальный игольчатый подшипник;
5 - радиальный роликовый подшипник;
6 - радиально-упорный шариковый подшипник;
7 - радиально-упорный роликовый конический подшипник;
8 - упорный или упорно-радиальный шариковый подшипник;
9 - упорный или упорно-радиальный роликовый подшипник.
Основные причины выхода из стоя: 1) осн видом разрушения явл-ся усталостное выкрашивание рабочих пов-тей осн дорожек и тел качения (набл-ся после длит работы); 2) пластич деформ-ции, вмяины ( статическая перегрузка); 3) раскалывание колец и теле качения; 4) разркшение сепараторов (под действием центробежных сил).