взгляды проектирования систем вал-подшипник:выбор материала для частей системы и запросы к коэффициенту трения

Содержание

Оглавление:
стр.
1. Валы и оси. Конструкции и предназначение 3
2. Материалы, аспекты трудоспособности и расплата валов и осей 5
3. Подшипники скольжения 7
4. Подшипники качения 11
5. Коэффициент трения в подшипнике на разных режимах работы 14
Беллетристика 17




















1. Валы и оси. Конструкции и назначение

Валы - предусмотрены для передачи вращающего момента и в большинстве случаев для поддержания крутящихся совместно с ними сравнительно подшипников разных подробностей машин. Валы, несущие на себе подробности, чрез какие передается вращающий момент, воспринимают от данных подробностей перегрузки и, следственно, работают сразу на изгиб и скручивание.([2],c. 269)При действии на поставленные на валах подробности(конические зубчатые колеса, червячные колеса и т. д. )осевых нагрузок, валы особо работают на натяжение либо стягивание. Некие валы не поддерживают крутящиеся подробности(карданные валы каров, соединительные валки прокатных станов и т. п. ), потому эти валы работают лишь на скручивание. Сообразно назначению распознают валы передач, на которых ставят зубчатые колеса, звездочки, муфты и остальные подробности передач, и коренные валы, на которых ставят не лишь подробности передач, однако и остальные подробности, к примеру маховики, кривошипы и т. д.
Оси представляют собой прямые стержни, а валы распознают прямые, коленчатые и эластичные(рис. 1). Обширно распространены прямые валы. Коленчатые валы в кривошипно-шатунных передачах служат для преображения возвратно-поступательного движения во вращательное либо напротив и используются в поршневых машинках(движки, насосы). Эластичные валы, представляющие собой многозаходные витые из проволок пружины кручения, используют для передачи момента меж узлами машин, меняющими родное условное состояние в работе(механизированный аппарат, приборы дистанционного упраления и контроля, зубоврачебные бормашины и т. п. ). Оси и валы в большинстве случаев посещают круглого непрерывного, а время от времени кольцевого поперечного сечения.
Участки осей и валов, которыми они опираются на подшипники, именуют при восприятии радиальных нагрузок цапфами, при восприятии осевых нагрузок пятами. Концевые цапфы, работающие в подшипниках скольжения, именуют шипами(рис. 2,а), а цапфы, расположенные на неком расстоянии от концов осей и валов, шеями(рис. 2,б). Цапфы осей и валов, работающие в подшипниках скольжения, посещают цилиндрическими(рис. 2,а), коническими(рис. 2,в)и сферическими(рис. 2,г). ([2],c. 270). Наиболее известные цилиндрические цапфы, этак как они более элементарны, комфортны и дешевы в изготовлении, аппарате и работе. Конические и сферические цапфы используют сравнимо изредка, к примеру для регулирования зазора в подшипниках четких машин методом перемещения вала либо вкладыша подшипника, а время от времени для осевого фиксирования оси либо вала. Сферические цапфы используют тогда, когда вал кроме вращательного движения обязан исполнять угловое смещение в аксиальный плоскости. Цилиндрические цапфы, работающие в подшипниках скольжения, традиционно совершают некоторое количество наименьшего поперечника сообразно сопоставлению с соседним участком оси либо вала, чтоб благодаря заплечикам и буртикам оси и валы разрешено было укреплять от осевых смещений. Цапфы осей и валов для подшипников качения практически постоянно исполняют цилиндрическими. Сравнимо изредка используют конические цапфы с малым углом конусности для регулирования зазоров в подшипниках качения упругим деформированием колец. На неких осях и валах для фиксирования подшипников качения вблизи с цапфами предугадывают резьбу для гаек либо кольцевые выточки для фиксирующих пружинных колец.







Набросок 1 Оси и валы: а), б), в), г) прямые валы и оси;
д) коленчатый вал; е) эластичный вал.





Набросок 2 Цапфы осей и валов.

2. Материалы, аспекты трудоспособности и расплата валов и осей

Оси и валы производят из углеродистых и легированных конструкционных сталей, этак как они владеют высочайшей прочностью, возможностью к поверхностному и объемному упрочнению, легкостью получения прокаткой цилиндрических заготовок и хороше обрабатываемостью на станках. Для осей и валов без термообработки употребляют углеродистые стали СтЗ, Ст4, Ст5, 25, 30, 35, 40 и 45. Оси и валы, к которым предъявляют завышенные запросы к несущей возможности и долголетии шлицев и цапф, исполняют из среднеуглеродистых либо легированных сталей с усовершенствованием 35, 40, 40Х, 40НХ и др. Для повышения износостойкости цапф валов, крутящихся в подшипниках скольжения, валы совершают из сталей 20, 20Х, 12ХНЗА и остальных с следующей цементацией и закалкой цапф. Серьезные тяжелонагру-женные валы производят из легированных сталей 40ХН, 40ХНМА, 30ХГТ и др. Тяжелонагруженные валы трудной формы, к примеру, коленчатые валы движков, совершают еще из измененного либо ^высокопрочного чугуна.([4], c. 336)
Главные аспекты трудоспособности осей и валов крепкость и твердость. Крепкость осей и валов определяют размером и нравом напряжений, появляющихся под воздействием сил, работающих со стороны поставленных на их подробностей машин. Переменные сообразно размеру либо течению силы, деятельные на оси и валы, вызывают переменные напряжения. Неизменные сообразно размеру и течению силы вызывают в неподвижных осях неизменные напряжения, а во крутящихся осях и валах переменные напряжения. Крутящиеся совместно с осями и валами перегрузки(к примеру, центробежные силы)вызывают неизменные напряжения.
Неподвижные оси, в которых появляются неизменные напряжения, рассчитывают на статическую крепкость. В следствии угрозы усталостного разрушения оси и валы быстроходных машин рассчитывают на противодействие усталости. Тихоходные оси и валы, работающие с перегрузками, рассчитывают не лишь на противодействие усталости, однако и на статическую крепкость. При проектировании осей и валов для подготовительного определения размеров и принятия соответственной конструкции их рассчитывают на статическую крепкость, а потом совсем на противодействие усталости. В отдельных вариантах оси и валы рассчитывают не лишь на крепкость, однако и на твердость.
Предпосылкой выхода из строя отдельных быстроходных валов имеют все шансы существовать колебания. В согласовании с сиим такие валы особо рассчитывают на колебания.
При расчете оси либо вала на крепкость, твердость и колебания сочиняют расчетную схему. Силы, деятельные на оси и валы со стороны расположенных на их подробностей, определяют этак же, как в передачах. При составлении расчетной схемы принимают, что подробности передают осям и валам силы и моменты в центре собственной ширины. При расчете осей и валов на крепкость и твердость свою массу их, массу расположенных на их подробностей(за исключением томных маховиков и т. п. ), а еще силы трения, появляющиеся в опорах, не учитывают.
При расчете на изгиб крутящиеся оси и валы разглядывают как балки на шарнирных опорах. Более распространены двухопорные оси и валы. В случае, когда в всякой опоре ставят сообразно 2 подшипника качения, за центры шарнирных опор принимают середины внутренних подшипников. Для длинноватых подшипников скольжения центры относительных шарнирных опор рекомендуется воспринимать на отдаление 0,25. . . 0,3 длины подшипника, однако не наиболее пятидесяти процентов его поперечника от кромки подшипника со стороны нагруженного просвета. Для неподвижных осей любая отдельная защита принимается как заделка либо как шарнир в зависимости от конструкции опоры.

Выдержка

Подшипник скольжения является парой вращения, он состоит из опорного участка вала(цапфы)и поэтому подшипника, в котором скользит шейка. В качестве опор крутящихся осей и валов подшипники скольжения употребляются в конструкциях, в которых использование подшипников качения затруднено либо неприемлимо сообразно ряду обстоятельств: высочайшие вибрационные и ударные перегрузки; низкие и особенно высочайшие частоты вращения; завышенные запросы к стабильности и точности расположения валов и др; служба в воде, брутальных средах; служба при недостающем смазывании либо без смазывания; надобность исполнения диаметрального разъема; неимение подшипников качения требуемых поперечников(маленькие и особенно большие валы)и др.([3],c285)
Подшипникам скольжения характерны и некие недочеты. Этак, тяжко нагруженные подшипники, работающие при больших частотах вращения, нуждаются в принудительном подводе под давлением смазочного материала( масла, воды и пр. )для поддержания режима жидкостного трения и отвода выделяющейся теплоты. Подшипники с обыкновенными маслами солидно работают только по температур не больше 150° С. При работе в критериях пониженных температур растет отправной момент в следствии загустения масла. Благодаря бесшумности и указанным больше плюсам, а еще сообразно конструктивным и экономическим суждениям опоры скольжения обретают обширное использование в паровых и газовых турбинах, движках внутреннего сгорания, центробежных насосах, центрифугах металлообрабатывающих станках, прокатных станах, томных редукторах и пр.
Подшипник скольжения производят или в единичном корпусе, прикрепляемом болтами к подробности, на которой он устанавливается, или в корпусе, выполненном как одно единое с деталью, к примеру станиной машинки, корпусом редуктора и т. п. Внешняя выкройка корпуса подшип¬ника определяется в зависимости от такого, в каком месте устанавливается подшип¬ник. Распознают неразъемные(рис. 3)и разъемные(рис. 4)подшип¬ники скольжения. Корпус и вкладыши неразъемного подшипника целые. Вкладыш производят в облике втулки, которую за¬прессовывают в корпус подшипника. Корпус разъемного подшипника состоит из 2-ух долей(рис. 4): основания 1, воспринимающего на¬грузку со стороны оси либо вала, и крышки 2, прикрепляемой к основа¬нию корпуса болтами либо шпильками. Вкладышей в разъемном под¬шипнике традиционно 2 высокий 3 и нательный 4. Время от времени используют многовкладышевые разъемные подшипники.
В зависимости от направленности воспринимаемой перегрузки подшипники скольжения распознают: радиальные для восприятия радиальных, т. е. перпендикулярных осям и валам, нагрузок; упорные, либо подпятники, для восприятия нагрузок, расположенных вдоль осевых рядов осей и валов; радиально - упорные для восприятия сразу радиальных и осевых нагрузок. При одновременном действии на ось либо вал ра¬диальных и осевых нагрузок традиционно используют хитросплетение радиальных и упорных подшипников и существенно реже используют раиально-упорными подшипниками скольжения. Главные запросы к подшип¬никам скольжения: конструкции и материалы подшипников обязаны гарантировать малые утраты на трение и износ валов, обладать до¬статочную крепкость и твердость, чтоб конфронтировать работающим на их мощам и вызываемым ими деформациям и сотрясениям; габариты трущихся поверхностей обязаны существовать достаточными для восприятия работающего на их давления без выдавливания смазки и для отвода развивающейся от трения теплоты; сборка подшипников, аппарат осей и валов и сервис(в особенности смазка на ходу)обязаны существовать сообразно способности элементарными.
Для убавления трения в подшипниках, повышения к. п. д. , сниже¬ния износа и нагрева по минимума трущиеся поверхности смазывают маслом либо иным смазочным материалом. В зависимости от тол¬щины масляного слоя подшипник работает в режиме жидкостного, по¬лужидкостного либо полусухого трения.
При жидкостном трении рабочие поверхности вала и подшипника вполне делит слой смазки, толщина которого более сумм неровностей отделки поверхностей вала и подшипника. При полусухом трении меж оптом и подшипником доминирует сухое трение, а при полужидкостном жидкостное трение. Распознают еще граничное тре¬ние, при котором непрерывной слой масла так тонок, что он утрачивает характеристики вязкой воды.([1],c. 33)
Самый-самый подходящий режим работы подшипника скольжения при жидкостном трении, которое гарантирует износоустойчивость, сопро¬тивление заеданию вала и высочайший к. п. д. подшипника. Для сотворения этого трения в масляном слое обязано существовать гидродинамическое(созда¬ваемое вращением вала)либо гидростатическое(от насоса)лишнее влияние. Для получения жидкостного трения традиционно используют под¬шипники с гидродинамической смазкой, суть которой в следую¬щем. Вал при вращении под действием наружных сил занимает в под¬шипнике эксцентричное состояние(рис. 3,а)и привлекает масло в зазор меж ним и подшипником. В образовавшемся масляном клине со¬здается гидродинамическое влияние, обеспечивающее в подшипнике жидкостное трение. Эпюра распределения гидродинамического давле¬нии в подшипнике сообразно окружности показана на рис. 3,а, сообразно длине на рис. 3,б. Этак как конструкция подшипников с гидросттическим да¬влением труднее конструкции подшипников с гидродинамическим да¬влением, то их используют в большей степени для томных тихоходных валов и остальных подробностей и узлов машин(к примеру, томных шаровых мельниц, огромных телескопов и т. п. ).

Литература

Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя: в 3-х т. : Т. 2. -8-е изд. , перераб. и доп. Под ред. И. Н. Жестковой. - М. : Машиностроение, 2001. - 912 с: ил.
2. Гузенков П. Г. Подробности машин: Учеб. для вузов. - 4-е изд. , испр. М. : Высш. шк. , 1986. - 359 с: ил.
3. Иосилевич Г. Б. Подробности машин: Учебник для студентов машиностроит. знаток. вузов. М. : Машиностроение, 1988. 368. :ил.
4. Материаловедение: Учебник для вузов/ Б. Н. Арзамасов, В. И. Макарова, Г. Г. Мухин и др. ; Под общ. ред. Б. Н. Арзамасова, Г. Г. Мухина. 5-е изд. , стереотип. М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2003-648с. :ил.

Больше работ по теме: