7 Общемашиностроительные детали

7.1 Классификация валов и осей.

На валах и осях размещают вращающиеся детали: зубчатые колеса, шкивы, барабаны и т. п. Вал отличается от оси тем, что передает вращающий момент от одной детали к другой, а ось не передает. Вал всегда вращается, а ось может быть вращающейся или невращающейся.

Различают валы прямые, коленчатые и гибкие.

Прямой вал

Коленчатый вал Гибкий вал

Наибольшее распространение имеют прямые валы.

Коленчатые валы применяют в поршневых машинах.

Гибкие валы допускают передачу вращения при больших перегибах (например, в зубоврачебных бормашинах).

Коленчатые и гибкие валы относят к специальным деталям и не изучают в настоящем курсе.

По конструкции различают валы и оси гладкие и фасонные или ступенчатые а также сплошные и полые.

Образование ступеней связано с закреплением деталей на валу или самого вала в осевом направлении, а также с возможностью монтажа детали при посадках с натягом. Полыми валы изготовляют для уменьшения массы или в тех случаях, когда через вал пропускают другую деталь, подводят масло и пр.

Прямые валы изготовляют преимущественно из углеродистых и легированных сталей. Чаще других применяют сталь Ст5 для валов без термообработки; сталь 45 или 40Х для валов с термообработкой (улучшение); сталь 20 или 20Х для быстроходных валов на подшипниках скольжения, у которых цапфы цементируют для повышения износостойкости.

7.2 Подшипники

Подшипники служат опорами для валов и вращающихся осей. Они воспринимают радиальные и осевые нагрузки, приложенные к валу, и сохраняют заданное положение оси вращения вала. Во избежание снижения КПД механизма потери в подшипниках должны быть минимальными.

Подшипники классифицируют по виду трения и воспринимаемой нагрузке.

По виду трения различают:

- подшипники скольжения

- подшипники качения.

По воспринимаемой нагрузке различают подшипники:

радиальные — воспринимают радиальные нагрузки;

упорные — воспринимают осевые нагрузки;

радиально-упорные и упорно-радиальные — воспринимают радиальные и осевые нагрузки.

Подшипники скольжения.

Опорный участок вала называют цапфой. Форма рабочей поверхности подшипника скольжения, так же как и форма цапфы вала, может быть

- цилиндрической;

- плоской;

- конической;

- шаровой;

Цапфу, передающую радиальную нагрузку, называют:

шипом, если она расположена на конце вала

шейкой при расположении в середине вала.

Цапфу, передающую осевую нагрузку, называют пятой, а опору (подшипника) ‑ подпятником.

Подпятники работают обычно в паре с радиальными подшипниками. Большинство радиальных подшипников могут воспринимать также и небольшие осевые нагрузки (фиксируют вал в осевом направлении). Для этого вал изготовляют ступенчатым с галтелями, а кромки подшипника закругляют.

Основным элементом в подшипнике является вкладыш с тонким слоем антифрикционного материала на опорной поверхности. Вкладыш устанавливают в специальном корпусе подшипника 2 или непосредственно в корпусе машины.

Область применения подшипников скольжения:

- разъемные подшипники, необходимые по условиям сборки, например для коленчатых валов;

- высокоскоростные подшипники (v > 30 м/с), в условиях работы которых долговечность подшипников качения резко сокращается (вибрации, шум, большие инерционные нагрузки на тела качения);

- подшипники прецизионных машин, от которых требуется особо точное направление валов и возможность регулировки зазоров;

- подшипники, работающие в особых условиях (воде, агрессивных средах и т. п.), в которых подшипники качения неработоспособны из-за коррозии;

- подшипники дешевых тихоходных механизмов и некоторые другие.

Подшипники качения

Преимущества:

‑ меньше зависят от смазки

‑ упрощаются система смазки и обслуживания подшипника

‑ уменьшается возможность разрушения при кратковременных перебоях в смазке

‑ конструкция подшипников качения позволяет изготовлять их в массовых количествах как стандартную продукцию, что значительно снижает стоимость производства.

Недостатки:

‑ отсутствие разъемных конструкций

‑ сравнительно большие радиальные габариты

‑ ограниченная быстроходность

‑ низкую работоспособность при вибрационных и ударных нагрузках и при работе в агрессивных средах.

Основные типы подшипников качения:

По форме тел качения

‑ шариковые

‑ роликовые

Радиальные шариковые подшипники ‑ наиболее простые и дешевые, допускают небольшие перекосы вала (до 0,25°) и могут воспринимать осевые нагрузки, но меньшие радиальных.

Радиальные роликовые подшипники допускают значительно большие нагрузки, чем шариковые, не воспринимают осевые нагрузки и плохо работают при перекосах вала.

В роликовых цилиндрических и конических подшипниках с бочкообразными роликами концентрация нагрузки от неизбежного перекоса вала существенно снижается. Аналогичное сравнение можно провести и между радиально-упорными шариковыми и роликовыми подшипниками.

Самоустанавливающиеся шариковые и роликовые подшипники применяют в тех случаях, когда допускают значительный перекос вала (до 2…3°), имеют сферическую поверхность наружного кольца и ролики бочкообразной формы. Эти подшипники допускают небольшие осевые нагрузки.

Игольчатые подшипники позволяет уменьшить габариты (диаметр) при значительных нагрузках, воспринимают только осевые нагрузки и плохо работают при перекосе оси.