pm_l_3 Прикл мех Деталi машин
.pdf260
18.1.5 Розрахуноквалівнажорсткість Длянормальноїроботимеханічнихпередачтапідшипниківва-
лампотрібнонадаватидостатнюжорсткість. Ступіньжорсткостівалів характеризуєтьсятакимипараметрами: прогиномвалау, кутомнахилупопоперечногоперерізу =у', кутомзакручуваннявала . Прогини валівможутьспричинитиперекосизубцівузачепленнізубчастих коліс, кутинахилуперерізіввалів– заклинюванняпідшипників, акути закручування валівможуть зменшити точністьділильнихмеханізмівтаін.
Умовидостатньоїжорсткостівалівзаписуютьувигляді:
у у; ; . (18.13)
Допустиміпружніпереміщенняперерізіввалів у, і залежатьвідконкретнихвимогдовалівіберутьукожномуокремому випадкунаосновідосвідуексплуатаціїпевнихсистем. Існуютьзагальнінаближенірекомендаціїщодовиборудопустимихпружнихпереміщень:
у 0,1m – дляперерізіввалівпідциліндричнимизубчастими колесами;
у=(0,0002…0,0003)l - длявалівзагальногопризначенняуверстатобудуванні(l - відстаньміжопорамивала);
0,001 рад– дляпідшипниківковзання;0,01 рад– длярадіальнихкульковихпідшипників;
=(0,015…0,025) рад/м– длявалів, щозастосовуютьсявелектротехнічнійгалузі.
Ступеніжорсткостіваліву, , визначаютьвідомимиметодами опоруматеріалів.
18.2 Підшипникикочення
18.2.1 Загальнівідомості Підшипникикочення– цеелементиопоросей, валівтаінших
деталей, щопрацюютьнавикористанніпринципутертякочення. Убільшостівипадківпідшипниккочення(Рис.18.7) складається
іззовнішнього1 тавнутрішнього2 кілець, тілкочення3 ісепаратора 4. Внутрішнімкільцемпідшипникрозміщуютьнавалу, азовнішнім– укорпусіопори. Відноснеобертаннявнутрішньогокільцявідносно зовнішньогозабезпечуєтьсязарахуноктілкоченняміжкільцями. Тіла
261
коченняперекочуютьсяподоріжкамкочення(біговихдоріжках), які передбаченіназовнішньомутавнутрішньомукільцяхпідшипника. Сепараторрозділяєтілакоченняіутримуєїхнаоднаковійвідстані.
Рисунок18.7 - Підшипниккочення
Підшипникикоченняналежатьдогрупидеталей, якінайширше стандартизованіуміжнародномумасштабііцентралізовановиготовляютьсянаспеціалізованихзаводахмасовимвиробництвом.
Широкевикористанняпідшипниківкоченнядляопоррізних обертових деталей обумовленедеякими їхніми перевагами у порівняннізіншимивидамиопор. Цетакіпереваги:
а) малівтратинатертя, щозабезпечуєвисокийККДопор(до
0,99);
б) високанесучаздатність; в) малігабаритнірозміривосьовомунапрямі;
г) незначнівитратимастильнихматеріалів; д) невисоківимогидоматеріалутаякостіповерхоньцапфвалів,
щорозміщуютьсяупідшипникахкочення. Донедоліківпідшипниківкоченняналежатьтакі:
а) значнідіаметральнігабаритнірозміри, щоутруднюєзастосуванняїхпрималихвідстаняхміжосямивалів;
б) обмеженийстрокслужби, особливопривеликихнавантаженняхташвидкостях;
в) низьказдатністьдемпфуватиударнінавантаження;
262
г) підвищенийшумпривисокихшвидкостяхобертання. Підшипникикоченняподіляютьзатакимиосновнимиознаками: 1.Заформою тілкоченняпідшипникибуваютькульковітаро-
ликові. ОсновніформитілкоченнязображенінаРис.18.8,а-ж.
Рисунок18.8 - Формитілкоченняупідшипниках
Роликовіпідшипникизатієюжознакоюділятьнапідшипники ізкороткимитадовгимироликами(Рис.18.8 б,в); ізвитимироликами (Рис.18.8,г); ізконічнимироликами(Рис.18.8,д); ізбочкоподібними роликами(Рис.18.8,е,є) ізголчастимироликами(Рис.18.8,ж).
2. Занапрямомсприйманногонавантаженняпідшипникикоченняподіляютьнарадиальні– сприймаютьтількирадиальніенавантаження, якенаправленеперпендикулярно до осіобертання(деякі радіальніпідшипники, наприклад, кулькові, можутьсприйматипевні осьовінавантаження); упорні– сприймаютьтількиосьовенавантаження; упорно-радіальні– сприймають значнеосьовеінезначне радіальненавантаження.
Усіпідшипникикоченнямаютьумовнепозначення, якескладаєтьсязрядуцифр. Двіпершіцифри, рахуючисправа, означають умовно внутрішній діаметр підшипників, до того ж для всіх підшипниківізвнутрішнімдіаметром20 ммібільшецідвіцифриозначають частку від ділення діаметра (в міліметрах) на 5. Для підшипниківзвнутрішнімдіаметромдо9ммпершацифраправоруч показуєфактичний розмірвнутрішньогодіаметра, мм. Внутрішні діаметри10; 12; 15 і17 ммпозначаютьдвомацифрами00; 01; 02; 03 відповідно.
263
Третяцифраправоручсвідчитьпросеріюпідшипниківвсіхдіаметрів(d 10 мм): основназособливолегкихсерійпозначаєтьсяцифрою 1, легка– 2, середня– 3, важка– 4, легкаширока– 5, середня широка– 6 іт.д.
Четвертацифра праворучпоказуєнатип підшипника: 0 - радіальнийкульковийоднорядний; 1 - радіальнийкульковийдворяднийсферичний; 2 - радіальнийізкороткимициліндричнимироликами; 3 - радіальнийроликовийдворяднийсферичний; 4 – роликовийіз довгимициліндричнимироликамиабоголчастий; 5 – роликовийіз витимироликами; 6 – радіально-упорнийкульковий; 7 – роликовий конічний; 8 – упорнийкульковий; 9 - упорнийроликовий.
П’ятаташостацифриправоруч, щовводятьсянедлявсіх підшипників, характеризуютьїхніконструктивніособливості.
Цифри6, 5, 4 і2, щостоятьчереззнак“тире”передумовним позначеннямпідшипника, означаютьйогокласточності(2 - найвищийкласточності). Нормальнийкласточностіпозначаєтьсяцифрою 0, яканепоказується.
Прикладипозначенняпідшипників: 318 - внутрішнійдіаметр d=18∙5=90 мм; 3 – середнясерія; 0 – радіальнийкульковийодноряднийпідшипник(нуліпередзначущимицифрамиспередупозначення незаписуються); 7216 – внутрішнійдіаметр80 мм, легкасерія, підшипникроликовийконічний.
Основніпараметристандартнихпідшипників– розміри, маса, вантажність(статичнаідинамічна), граничнашвидкістьобертання– наводятьсяуспеціальнихкаталогахпідшипниківкочення.
Основнийматеріалдлякілецьтатілкоченняпідшипників– це підшипникові високовуглецеві хромисті сталі ШХ9, ШХ15 і ШХ15ГС. Твердістьпіслявідповідноїтермообробкикілецьіроликів становить60…65 HRC, акульок– 62…66 HRC.
Дляосновнихдеталейпідшипниківкоченнявеликихрозмірів широко застосовують цементованісталімарок 18ХГТ, 12ХНЗА, 20Х2Н4Атаіншізтвердістю59…60 HRC.
Сепараторивбільшостівипадківвиготовляютьізм’якоївуглицевої сталі методом штампування; для високошвидкісних підшипниківвикористовуютьмасивнісепараторизантифрикційних бронз, латуні, алюмінієвихсплавівабопластмас(текстоліту, поліаміду).
264
Підшипникикоченняподіляютьнап'ятькласівточності(ГОСТ 520-89), якіпозначаютьсяцифрами(упорядкупідвищенняточності): 0, 6, 5, 4 і2. Точністьпідшипниківкоченнявосновномухарактеризується: а) точністю основнихрозмірів(внутрішньогоізовнішнього діаметрів підшипника та ширини кілець); б) точністю форми взаємногорозміщенняповерхонькілець; в) точністю обертання. Із підвищеннямкласуточностівартістьпідшипникакоченнязначнозростає.
Конструкція опор кочення, правильне складання імонтаж підшипниківсуттєвовпливаютьнанадійністьтадовговічністьроботи підшипниківкочення. Підшипникимонтують, щобзабезпечувалось потрібнерадіальнетаосьовефіксуваннявала, алеприцьомувонине повиннідодатковонавантажуватисьсиламивідвисокихнатягівупосадкахкілець, температурнихдеформацій, перетяжкипримонтажі, перекосівкілець.
Для осьового фіксування вала ізабезпечення можливості сприйманняопороюосьовихнавантаженьобидвакільцяпідшипника фіксуються: внутрішнєкільце– навалу, зовнішнє– укорпусіопори.
На рис.18.9 показані деякі характерні способи монтажу підшипниківнавалу. Внутрішнікільцяпідшипниківзакріплюютьна валах, використовуючибуртикивалаіпосадкузнатягом(рис.18.9,а), пружинністопорнікільця(рис.18.9,б), торцевішайби(рис.18.9,в) і кругліспеціальнігайкиразомізстопорнимишайбами(рис.18.9,г). Такиймонтаж підшипниківнавалахздебільшоговикористовується длявалів, щообертаютьсявідноснонерухомогокорпусу.
Рисунок18.9 - Монтажпідшипниківкоченнянавалах
Монтаж підшипників коченняу нерухомому корпусіможе здійснюватисьзаспособами, показаниминаРис.18.10.
265
Рисунок18.10 - Кріпленняпідшипниківкоченняукорпусіопори
Запотребоюзабезпеченняосьовогопереміщеннявала, зовнішнє кільцепідшипниканефіксуєтьсявосьовому напрямів корпусі (рис.18.10,а). Однобічнафіксаціяосьового положеннявала може здійснюватись однобічним закріпленням зовнішнього кільця підшипникабуртиком угніздікорпусуабокришкою підшипника (рис.18.10,б,в). Двобічнезакріпленнязовнішньогокільцявгніздікорпусувиконуєтьсязадопомогоюбуртикаабопружинногостопорного кільцятакришкипідшипника(рис.18.10, г,д). Існуютьтакож інші способимонтажутафіксаціїпідшипниківкоченняугніздікорпусу.
Посадкикілецьпідшипниківнавалівгніздокорпусузалежать відрежимуроботи, видунавантаження, типупідшипникатаспособу йогорегулювання.
Поледопускунавалпідпідшипниквибираютьзасистемоюотвору, хочасамотвірвнутрішньогокільцяпідшипникамаєдопускв мінусвідноміналу(тобтонезасистемою отвору). Поледопуску гніздакорпусупідзовнішнєкільцепідшипниканазначаютьзасистемоювала.
Існуютьтакірекомендаціїщодовиборупосадокзурахуванням типупідшипників. Посадки роликопідшипниківвибирають більш щільниминіжкульковихпідшипників, оскількинатягипосадкивних можутьсуттєвозмінитизазори(урадіально-упорнихпідшипниках зазориусуваютьприскладанніопоритарегулюванні).
Кільцяпідшипників, якіповинніприрегулюваннізазорівпереміщатисьнавалуабовкорпусі, встановлюютьпорухомійпосадці.
Призначенняполівдопусківдляпосадкипідшипниківкочення слідробитизурахуваннямнаведенихнижчерекомендацій:
1.Поля допусків вала для посадки внутрішніх кілець підшипників:
266
прициркуляційномунавантаженні(валобертається) – j6, k6, m6, n6.
примісцевомунавантаженні(валнеобертається) – g6, h6. 2.Полядопусківотворіввкорпусідляпосадкизовнішніхкілець
підшипників: прициркуляційномунавантаженні(корпусобертається) – K6,
M7, N7.
примісцевомунавантаженні(корпуснеобертається) – Is7, H7, K6, M7.
Щобзменшититертяміжтіламикочення, кільцямиісепаратором, захиститивідкорозіїтапідвищитигерметизацію робочоїзони підшипникакоченняїхперіодичнозмащують. Практичнезастосуваннядлязмащуванняпідшипниківкоченнямаютьрідкімінеральніта пластичнімастила.
Щобзахиститипідшипникикоченнявідзабрудненнятазапобігтивитіканню знихмастила, слідзастосовувативопорахвалів ущільнювальніпристрої.
18.2.2Видируйнуваньікритеріїрозрахунку підшипниківкочення
Підшипники кочення втрачають свою роботоздатність внаслідок руйнування їхніх деталей, яке проявляється в різних формах.
Втомне викришування робочих поверхонь відбувається в результатідіїциклічнозміннихконтактнихнапруженьнабігових доріжках кілець і спостерігається у довгочасно працюючих у нормальних умовах підшипників. Здебільшого викришування починаєтьсянадоріжкахкоченнянайбільш напруженихкілець: у більшостіпідшипників– навнутрішніх, аусферичних– назовнішніх кільцях.
Спрацьовування кілецьта тіл кочення спостерігаєтьсяпри недостатньому захисті підшипників від впливу зовнішнього абразивного середовища. Спрацьовування підшипників можна зменшити, забезпечившидостатнєзмащуваннятавикористовуючи надійніконструкціїущільнень.
Руйнуваннякілецьпідшипникататілкоченняпов'язанезударнимиперевантаженнями, неправильниммонтажемопори, якийможе
267
спричинитиперекосикілецьізаклинюванняпідшипника. Принормальній експлуатації руйнування кілець підшипників не спостерігається.
Руйнуваннясепараторів– результатдіївідцентровихсилта навантаженнясепараторазбокутілкочення.
Залишковідеформаціїнабіговихдоріжкахкілецьвиникають внаслідокдинамічнихтаударнихнавантаженьуформімісцевихямок та вм’ятин. Спостерігаються у важко навантажених тихохідних підшипниках, а також у підшипниках, кільця яких при роботі повертаютьсянаневеликийкут.
Насучасномуетапірозрахунокпідшипниківкоченнябазують тількинадвохкритеріях– заумовоюзапобіганняпоявізалишкових деформацій(розрахунокнастатичнувантажність) ізаумовою запобігання появі ознак втомного руйнування робочих поверхонь протягомрозрахунковогострокуслужби(розрахунокнадинамічну вантажність).
Через обмежене число типів та розмірів стандартних підшипників кочення експериментально встановленідля кожного підшипникастатичнатадинамічнавантажності, якінаводятьсяу каталогах. Методикапідборупідшипниківкоченнястандартизована.
18.2.3Розрахунковееквівалентненавантаження напідшипникикочення
РозрахунковимеквівалентнимнавантаженнямR длярадіальних та радіально-упорних підшипників називається така постійна радіальнасила, якаприїдіїнапідшипник(зовнішнєкільценерухоме, авнутрішнєобертається) забезпечуєдовговічність, щоданий підшипникбудематипридійснихумовахнавантаженняіобертання. Дляупорнихтаупорно-радіальнихпідшипників– цепостінацентральнаосьовасилаприобертаннікільця, закріпленогонавалу, інерухомомукільціукорпусі.
Розрахунковееквівалентненавантаженнянапідшипникикоченнявизначаютьсязазалежністю
R XVR |
YR |
a |
K К |
(18.14) |
r |
|
б |
|
268
деRr, Ra – радіальнетаосьове зовнішнінавантаженняна
підшипниквідповідно; ХіY – коефіцієнтирадіальноготаосьового навантаженнявідповідно; V – коефіцієнтобертання(V=1 – якщо відноснодовекторанавантаженнявнутрішнєкільцеобертаєтьсяі
V=1,2 – якщонеобертається); K |
б |
– коефіцієнтбезпеки(K =1 – при |
|
б |
спокійномунавантаженні; К=1,2 – прилегкихпоштовхахікоротко-
б
часнихперевантаженняхдо125%; К=1,5 – припомірнихпоштовхахі
б
перевантаженнях до 150%; К=2 – при значних поштовхах та
б
вібраціяхіперевантаженняхдо200%; К=3 – приударномунаванта-
б
женнітаперевантаженнідо300%); К- температурнийкоефіцієнт(як-
т
щоробочатемператураопориt 100 С, тоКт=1; якщоt=125 С, то Кт=1,05; якщоt=150 С, тоКт=1,1).
ЗначеннякоефіцієнтівХ іY вибираютьнаосновіпорівняння відношення Ra /VRr і параметра осьового навантаження е
(див.табл.18.4).
18.2.4 Підбірпідшипниківзадинамічноювантажністю Динамічнонавантаженимивважаютьтакіпідшипники, уяких
рухомекільцеобертаєтьсязішвидкістю 0,1 рад/с, дотогожпри 0,1 1 рад/сурозрахункахберуть =1рад/с. Динамічнонавантажені підшипникипідбираютьзафактичною їхньоюдовговічністю взаданихумовахексплуатаціїзаумовивідсутностіпроявіввтомногоруйнування.
Базовадинамічнавантажність– цепостійнерадіальненаванта- ження(адляупорнихіупорно-радіальнихпідшипниківосьовенаван- таження), якепідшипникможеумовносприйматипротягомодного мільйонаобертівприймовірностібезвідказноїроботи90%.
Наосновірезультатівбагатьохекспериментальнихдосліджень булавстановленазалежністьміжнавантаженнямнапідшипниктайогодовговічністю:
|
|
|
p |
|
|
|
C |
|
|
L a a |
|
r |
|
(18.15) |
1 |
23 |
R |
|
ТутL – довговічність підшипникадо появи ознак втоми, млн.об.; a1 іa23 – коефіцієнти; Cr – базовадинамічнавантажність, яка визначаєтьсяізкаталогудляприйнятоготипорозмірупідшипника; R –
269
розрахунковееквівалентненавантаженнянапідшипник; p – показник степеня, яказгіднозрезультатамиекспериментівдлякульковихпідшипниківдорівнює3, адляроликовихпідшипників10/3.
Отже, підбірпідшипниківкоченнязадинамічноювантажністю фактичнозводитьсядовизначенняїхньоїдовговічностівконкретних умовахроботи.
Якщо відома кутова швидкість ω, рад/с, рухомого кільця підшипників, то за добутим із формули (18.15) значеннями L довговічністьLh, год, можнавизначитизаспіввідношенням:
|
106 |
L |
1745L |
|
|
|||
Lh |
|
|
|
|
|
|
. |
(18.16) |
|
|
|
|
|||||
|
1800 |
|
|
|
ПотрібнадовговічністьпідшипниківLh визначаєтьсястроком службимашиниміжкапітальнимиремонтами. ВзагальномумашинобудуванніберутьLh =(3000...50000) годин.
Стандарти запроваджують довговічність підшипників: Lh =10000 год. длязубчастихредукторів; Lh = 5000 год. длячерв' ячних редукторів.
Коефіцієнтиa1 іa23 уформулі(18.15) уведенізарекомендацієюISO. Коефіцієнт a1 враховується у разі потреби мати підшипники підвищеноїнадійності: a1=1 при90%-йнадійності; a1=0,62 при95%-й; a1 =0,44 при97%; a1=0,33 при98%-й. Коефіцієнтa23 враховуєякість
матеріалудеталейпідшипникатаумовиексплуатації. Длязвичайних умов роботи серійних підшипників: кулькових, крім сферичних, а23=0,7...0,8; кулькових сферичних іроликових ізциліндричними роликамиа23=0,5...0,6; роликовихконічниха23=0,6...0,7.
Якщодовговічністьпідшипників, щорозрахованазабазовою динамічною вантажністю, незадовільна, тослідпідібратипідшипник більшоготипорозміру.