9.4. Плавающие детали

В узлах трения скольжения эти детали встречаются в виде плавающих пальцев, плавающих втулок и шайб. Пояс­ним примерами.

Сочленение поршневого пальца с шатуном производят: за­креплением пальца в бобышках поршня или в шатунной голов­ке; установкой пальца с возможным поворотом как в бобышках поршня, так и в шатунной головке. Палец такой конструкции называется плавающим. При работе механизма плавающий па­лец под действием сил трения со стороны шатуна поворачивает­ся. Угловое перемещение шатуна слагается из углового переме­щения относительно пальца и поворота пальца в бобышках, поэтому скорость пальца в каждом из этих перемещений при­мерно вдвое меньше, чем при закрепленном пальце. Во столько же раз уменьшается и тепловыделение в каждом из сопряжений пальца. Снижается скорость изнашивания пальца и вкладышей, а износ поверхности пальца распределяется равномерно. Одна­ко наиболее важным преимуществом плавающего пальца явля­ется высокая надежность узла: палец, заевший в шатуне, мо­жет вместе с ним качаться в бобышках поршня, а палец, заев­ший в бобышках, не препятствует качанию шатуна. Чтобы плавающий палец не вызывал местного износа или задира зер­кала цилиндра, свободу его осевого перемещения ограничивают заглушками или упорными пружинными кольцами, вставляемы­ми в проточки бобышек. Если поршень выполнен из чугуна, то, как правило, предусматривают бронзовые вкладыши, запрессо­вываемые в бобышки.

Известны конструкции быстроходных опор из набора пла­вающих чередующихся бронзовых и стальных втулок или только стальных втулок, покрытых с обеих сторон баббитом. При кон­струировании подобных опор руководствовались следующим. Количество выделяющейся в гидродинамическом подшипнике теплоты прямо пропорционально квадрату угловой скорости вала. При плавающих втулках снижается угловая скорость, и если даже принять, что суммарное тепловыделение будет при­мерно таким же, как и в обычном подшипнике, то и тогда в каждом масляном зазоре тепловыделение будет меньше, и ус­ловия работы будут способствовать большей надежности. При подводе масла с торца подшипника увеличивается скорость циркуляции масла, поскольку течение его в этом случае проис­ходит по нескольким параллельным путям. Это способствует лучшему отводу теплоты.

Имеются конструкции упорных подшипников с плавающими упорными шайбами. Такая конструкция из попеременно распо­ложенных стальных закаленных к бронзовых шайб с клиновид­ными скосами приведена на рис. 9.12.

Плавающие элементы в узлах машин предусматриваются также для компенсации тепловых деформаций. На рис. 9.13 показан опорный узел на нерегулируемых подшипниках каче­ния. Если подшипники закрепить жестко на валу и в корпусе, то удлинение вала при повышении температуры узла в процессе его работы вызовет уменьшение осевого зазора в подшипниках и последующее защемление тел качения между кольцами, что снизит долговечность подшипников. Такая угроза устраняется применением плавающих опор. В этом случае только один под­шипник жестко закрепляют на валу и в корпусе, фиксируя вал вдоль оси, другие же подшипники устанавливают в корпус, расточенный по калибру С, так, что при жестком закреплении на валу они могут свободно перемещаться (плавать) в осевом направлении. При двух опорах в качестве плавающей выбирают наименее нагруженную, чтобы легче реализовать принцип пла­вания. В многоопорном вале следует жестко закреплять в кор­пусе наиболее нагруженную опору.

Рис. 9.12. Пята для восприятия осе­вого давления крыльчатки

Рис. 8.13. Опорный узел с шарико­подшипниками:

1— закрепленная опора; 2 — плавающая опора

Лекция 10 Эксплуатация машин в связи с обеспечением износостойкости деталей

10.1. . Замена внешнего трения внутренним трением упругого элемента

Кинематические пары с жесткими звеньями для отно­сительно небольших линейных, угловых или совместных переме­щений в ряде случаев могут быть заменены неподвижными со­единениями с промежуточным элементом высокой упругости, что имеет ряд преимуществ. Взаимное смещение звеньев в про­цессе их работы достигается за счет деформации специальной эластичной детали; при этом внешнее трение скольжения или качения заменяется внутренним трением упругого элемента из резины. Это соединение выполняется в виде резинометалличе-ского шарнира.

Крепление резины к металлам осуществляется вулканиза­цией соприкасающейся с металлом резиновой смеси, склеивани­ем или сцеплением путем предварительного сжатия резины при монтаже металлических поверхностей шарнира. Резина легко вулканизуется к стали, чугуну, латуни и алюминиевым сплавам. Наиболее прочно резина скрепляется с латунями определенного состава. Некоторые ингредиенты резины или клея для ее креп­ления могут вызвать корродирование стали и чугуна, поэтому одним из наиболее распространенных способов крепления рези­ны является вулканизация смеси в контакте с латунированной поверхностью металлической арматуры.

По способу изготовления различают шарниры, вулканизо­ванные в сборе, закатанные и сборные. Закатанные шарниры встречаются только в виде резинометаллических.

На рис. 10.1 изображен шарнир, применяемый в подвеске автомобиля. Резиновое кольцо 3, надетое на внутреннюю втул­ку /, вводится в тонкостенную стальную трубу, которую затем раскатывают, в результате чего уменьшается диаметр трубы при некотором увеличении ее длины и создается необходимое сцепление между резиной и металлической арматурой. Края трубы после раскатки завальцовывают. Наружную втулку 2 запрессовывают в проушину листовой рессоры; внутреннюю втулку закрепляют при сборке неподвижно между стенками кронштейна рамы.

Конструкция шарнира в виде резинового башмака (рис. 10.2) встречается в креплениях рессор автомобилей. Концы рес­соры зажаты в таких вкладышах. Удлинение рессоры при ее прогибе компенсируется деформацией резины.

Резинометаллические втулки обладают не только радиаль­ной, но в малых пределах также осевой и даже угловой подвиж­ностью. Все шесть степеней подвижности имеют универсальные шарниры со сферической резиновой прокладкой.

Резинометаллические шарниры нашли применение в узлах подвески автомобилей и тракторов, в мягких карданах, в гусеницах тягачей, сочленениях вагонных и локомотивных рам с их поворотными тележками и т. п. По сравнению с обычными рези-нометаллические шарниры имеют следующие преимущества: отсутствует изнашивание от внешнего трения, что исключает абразивное изнашивание деталей; отпадает необходимость в смазывании и установке уплотняющих устройств; упрощается обслуживание; уменьшается масса; в узлах подвески амортизи­руются удары, что способствует бесшумности хода; в упругих карданах помимо смягчения ударов при резком увеличении кру­тящего момента происходит гашение вибраций и демпфирование крутильных колебаний. Отсутствие смазочного материала в шар­нирах имеет особое значение для машин пищевой и текстильной промышленности.