Мархель И.И. Детали машин

Подождите немного. Документ загружается.

Спокойная нагрузка,

толчки отсутствуют

1 Подшипники передач трением в машинах со спокойной

внешней нагрузкой, ролики ленточных конвейеров

Нагрузка с легкими

толчками, кратковременные

перегрузки до 125 % от

основной нагрузки

1-1,2 Подшипники передач зацеплением в машинах с от-

носительно спокойной внешней нагрузкой: в станках с

вращательным главным движением, в машинах для

обработки волокна и т. д. Подшипники электродвигателей,

конвейеров, транспортеров

Нагрузка с умеренными

толчками, кратковременные

перегрузки до 150 %

1,3-1,8 Подшипники железнодорожного подвижного состава,

коробок передач тракторов и автомобилей, редукторов (As

= 1,3 т 1,5). Подшипники колес автомобилей и тракторов,

двигателей внутреннего сгорания, строгальных и

долбежных станков, вагонеток для угля и т. д. (А'б =1,5*1,8)

Нагрузка с сильными

ударами, кратковременная

перегрузка до 300 %

2-3 Подшипники ковочных машин, камнедробилок,

копров, валков и рольгангов крупно- и среднесор-товых

прокатных станов

Таблица 11.3. Значение коэффициентов радиальных и осевых нагрузок Хи Y

α°

Подшипники однорядные Подшипники двухрядные е

/(VF,)>e

/(VF,)<e F

/(VF

)>e

X Y X Y X Y

0,014

0,56

2,30

1,0 0 0,56

2,30 0,19

0,028 1,99 1,99 0,22

0,056 1,71 1,71 0,26

0,084 1,55 1,55 0,28

0 0,110 1,45 1,45 0,30

0,170 1,31 1,31 0,34

0,280 1,15 1,15 0,38

0,420 1,04 1,04 0,42

0,56 1,00 1,00 0,44

0,014 1,81 2,08 2,94 0,30

0,028 1,62 1,84 2,63 0,34

0,056 1,46 1,69 2,37 0,37

0,084 1,34 1,52 2,18 0,41

12 0,11 0,45 1,22 1,0 1,39 0,74 1,98 0,45

0,17 1,13 1,30 1,84 0,48

0,28 1,04 1,20 1,69 0,52

0,42 1,01 1,16 1,64 0,54

0,56 1,00 1,16 1,62 0,54

26 — 0,41 0,87 1 0,92 0,67 1,41 0,68

36 — 0,37 0,66 1 0,66 0,60 1,07 0,95

Примечание. Коэффициенты Yw e для промежуточных отношений iF

определяют интерполяцией.

В каком случае выбор подшипника производят по. статической грузоподъемности?

11.18. Расчет подшипников на долговечность. Часто подшипники предварительно выбирают по

конструктивным соображениям. Тогда расчетом проверяют их долговечность (ресурс). Под

номинальной долговечностью (расчетным сроком службы) понимают срок службы подшипников, в

течение которого не менее 90 % из данной группы при одинаковых условиях должны проработать без

появления признаков усталости металла.

Долговечность подшипника I зависит от величины и направления действия нагрузки, частоты

вращения, смазки и т. д., а также и от его динамической грузоподъемности С. Из формулы (11.2)

долговечность подшипника

здесь С

принимают по каталогу, Р

определяют по методике в шаге 11.16.

11.19. Ответить на вопросы контрольной карточки 11.2.

Контрольная карточка 11.2

Вопрос Ответы Ко

Какой тип подшипника качения можно выбрать для пяты,

если d= 75 мм (основная нагрузка — осевая)?

215

8375

7315

9315

На рис. П.5 показана грузовая скоба. Какую формулу

следует использовать для выбора подшипника? 5

Подберите радиальный шариковый однорядный

подшипник, если расчетная динамическая грузоподъемность

равна 124 кН,

d= 80 мм

313

315

316

При расчете динамической грузоподъемности, какую

величину коэффициента качества следует принять для

шариковых подшипников

≈0,5

0,6÷0,7

0,7÷0,8

1,0

Проверьте возможность применения подшипника 314 (по

ресурсу) вала зубчатой передачи. Работа при постоянном режи-

ме: приведенная нагрузка Р

= 8,60 кН, n=1800 об/мин, L

= 15

000 ч

Можно

применять Нельзя

применять

Рис. 11.5. Грузовая скоба

§ 4. Способы повышения долговечности подшипниковых узлов

11.20. Подшипники качения выходят из строя по разным причинам. Часто в подшипниках качения

ломаются сепараторы, реже повреждаются рабочие поверхности колец и тела качения.

Тонкостенные штампованные сепараторы выходят из строя обычно вследствие разрушения мест,

ослабленных отверстиями под заклепки. При

перегрузках подшипника лопается наружное кольцо или же разрушаются тела качения. Эти явления

наблюдаются также при перекосе подшипников качения во время их монтажа. При отсутствии

смазочного материала и большом давлении тел качения на сепаратор, а также при неправильной сборке

может произойти заедание тел качения, что приведет к их поломке. При попадании песка и других

твердых частиц в смазочный материал происходит абразивное изнашивание рабочих поверхностей

колец. Очень часто подшипники качения выходят из строя вследствие усталостного выкрашивания

рабочих поверхностей.

Перечислите основные виды разрушения деталей подшипников.

11.21. Пути увеличения долговечности подшипников — изготовление их из самых

высококачественных материалов, совершенствование конструкции и технологии изготовления,

технически правильная эксплуатация.

Назовите основные причины, влияющие на долговечность подшипников качения.

§ 5. Конструкции узлов

11.22. При проектировании подшипниковых узлов учитывают следующие факторы:

• назначение узла;

• условия эксплуатации (величины и направления действующих нагрузок, состояние внешней

среды, температурные условия и т. п.);

• условия общей компоновки;

• технологические возможности обработки деталей узла.

Эти факторы влияют на выбор типоразмера подшипника, конструкции вала и корпусов

подшипников, на способ установки и крепления подшипников, выбор системы уплотнения, смазочного

материала, на степень точности изготовления деталей. Рациональное решение всего комплекса во-

просов, возникающих при проектировании, должно обеспечить нормальную работу подшипникового

узла.

11.23. Подшипниковые узлы должны отвечать следующим техническим требованиям:

• все детали подшипникового узла должны обладать достаточной прочностью и жесткостью;

• конструкция подшипникового узла должна обеспечить нормальную работу подшипника;

• подвод смазочного материала, а также уплотнение в подшипниковых узлах должны

соответствовать эксплуатационным требованиям;

• узел должен быть удобен в монтаже и демонтаже;

• обеспечивать надежность и долговечность с одновременным снижением стоимости

проектируемого узла.

Какое из указанных требований при проектировании подшипниковых узлов является основным?

11.24. Жесткость посадочных мест обеспечивается достаточной толщиной гнезд корпусов,

предназначенных для установки наружных колец, а также постановкой ребер жесткости.

Причиной заклинивания подшипников в узле могут быть температурные удлинения вала,

возникновение значительной осевой нагрузки при неточно выдержанных линейных размерах вала из-за

непродуманной взаимной установки подшипников. Прогибы валов, несоосность посадочных мест могут

также служить причиной заклинивания.

11.25. Подшипниковый узел от перемещения в осевом направлении фиксируют путем

соответствующей установки деталей в узле.

Внутренние кольца обоих подшипников могут упираться в буртики вала (рис. 11.6, а) или же в

мазеудерживающее кольцо / (рис. 11.6, б).

Рис. 11.6. Конструкции подшипниковых узлов

В некоторых случаях (например, при установке вала шестерни конического редуктора) внутренние

кольца упираются в распорную втулку 2, как показанр на рис. 11.7, а.

Рис. 11.7. Конструкции подшипниковых узлов

Наружные кольца подшипников фиксируют пружинным стопорным кольцом 3, выступом крышки

подшипника 4 (рис. 11.7, б) и буртиком стакана 1 (рис. 11.7, а).

Рис. 11.8. Конструкции подшипниковых узлов

Для создания осевого зазора е (т. е. для осуществления плавающей опоры) один подшипник

(например, правый, рис. 11.8, а) можно зафиксировать на валу и в корпусе, а второй — только на валу.

§ 6. Смазывание подшипников качения

11.26. Смазывание подшипников качения предохраняет их от коррозии, уменьшает шум при работе

и потери на трение скольжения между кольцами и телами качения, между сепаратором и телами

качения, улучшает отвод тепла.

Для смазывания подшипников качения применяют жидкие и пластичные смазывающие материалы.

В чем состоит принципиальное различие назначения смазывания в подшипниках качения и

скольжения?

11.27. Жидкие смазочные материалы (масла) применяют при больших частотах вращения

подшипника в условиях высоких и низких температур.

Достоинства применения жидких смазочных материалов: возможность централизованного

смазывания с автоматизацией процесса подачи смазочного материала. Применение жидкого смазочного

материала допускает полную его смену без разборки узла, хорошо отводит тепло. Периодичность

замены масла — 3—6 месяцев, пополнение — 1—2 раза в месяц.

11.28. Пластичный смазочный материал набивают в корпус подшипника при сборке узла и

пополняют один раз в два—четыре месяца. Полную замену смазочного материала производят не реже

одного раза в год.

Недостатки пластичной смазки; необходимость разборки узла при замене смазочного материала,

чувствительность к изменению температуры, повышенное внутреннее трение; возможность применения

только при сравнительно низких угловых скоростях вращающихся колец.

Перечислите недостатки применения жидкого смазочного материала по сравнению с

пластичным для подшипников качения.

Пластичные смазочные материалы по сравнению с жидкими имеют следующие преимущества: не

вытекают из узлов при нормальных условиях ра-боты; лучше защищают подшипники от коррозии;

могут работать в узле без пополнения в течение продолжительного времени (до одного года) и без

особого надзора; требуют менее сложных конструкций угаготнительных устройств.

Подшипники редуктора смазывают пластичной смазкой. Какие особенности конструкции

позволяют сделать это?

§ 7. Уплотнения в подшипниковых узлах

11.29. Надежность подшипников качения во многом зависит от типа уплотняющих устройств.

Уплотнения в подшипниковых узлах должны не допускать утечки смазочного материала из корпуса, где

установлены подшипники, а также защищать подшипники от попадания в них пыли, грязи и абразивных

частиц, вызывающих их преждевременное изнашивание.

Уплотнения, применяемые в машиностроении, подразделяют на: контактные, щелевые,

лабиринтные и защитные мазеудерживающие кольца и маслоотражательные шайбы.

К какому типу, по Вашему мнению, относятся уплотнительные устройства, показанные на

рис. 11.9?

Рис. 11.9. Уплотнения подшипниковых узлов: а, б — фетровые и войлочные уплотнения; в, г — лабиринтные и щелевые

уплотнения; д, е — манжетное армированное уплотнение

11.30. Работа контактных уплотнений зависит от выбора материалов, устанавливаемых в крышках

корпуса подшипника и контактирующих с валом, на котором находится подшипник.

Наибольшее распространение получили контактные уплотнения из войлочных, фетровых и кожаных

колец (рис. 11.9, а, б). Основное достоинство уплотнений этого типа — простота и дешевизна

изготовления.

Этот тип уплотнений рекомендуется применять при незначительных окружных скоростях (до 4, 5 м/

с) и температуре окружающей среды до

90 °С. Вал (или промежуточная втулка) должен быть обработан с достаточной точностью.

Для того чтобы уплотняющий материал лучше прилегал к вращающемуся валу, в конструкцию

включают браслетную пружину. Такие уплотнения называют манжетными (рис. 11.9, д). Пружина

должна прижимать уплотняющий материал к валу с незначительной силой (для уменьшения из-

нашивания и нагрева вала).

Манжетные уплотнения работают при окружных скоростях до 10 м/с, с температурой узла до 100

°С.

11.31. Щелевые и лабиринтные уплотнения устраняют недостатки, имеющие место в уплотнениях

контактного типа.

Щелевые уплотнения (рис. 11.9, г) имеют две-три кольцевые канавки в крышке корпуса подшипника

(зазор с = 0,1 ч- 0,4 мм). Канавки и зазор оказывают значительное гидравлическое сопротивление

вытекающему из корпуса смазочному материалу.

Аналогично устроено лабиринтное уплотнение. В уплотнении этого типа радиальные и осевые щели

делают сложной формы, напоминающей лабиринт (рис. 11.9, в).

Лабиринтные и щелевые уплотнения работают при окружных скоростях до 30 м/с.

Недостатком этих уплотнений является ненадежная защита смазочного материала от пыли и

невозможность их применения при высокой температуре.

11.32. Ответить на вопросы контрольной карточки 11.3.

Контрольная карточка 11.3

Вопрос Ответы Код

На рис. 11.10 показано два варианта монтажа под-

шипников качения. В каком случае удобнее монтиро-

вать прашлй подшипник качения?

Рис. 11.10, а

Рис. 11.10, б

Какая система смазывания подшипников качения

у прямозубого редуктора, показанного на рис. 11.11?

Пластичная

Жидкая в масляной ванне

Масляным туманом

Жидкая под давлением

Какая из указанных на рис. 11.12 конструкций

подшипникового узла будет надежнее в работе?

Рис. 11.12, а

Рис. 11.12, б

Какую нагрузку воспринимает подшипник 1 в под-

шипниковом узле, показанном на рис. 11.13?

Радиальную F

Осевую F

Нагрузки не

воспринимает

Определите тип уплотнения в подшипниковом

узле, показанном на рис. 11.12, б

Контактное

Мазеудерживающее кольцо

Щелевое

Лабиринтное

Комбинированное

Рис. 11.10

Рис. 11.11

Рис. 11.12

Рис. 11.13

Ответы на вопросы

11.1. Подшипники ведущего вала (поз. 6 и 7). Подшипники — роликовые.

11.2. Подшипники качения принципиально отличаются от подшипников скольжения тем, что в них

трение скольжения заменено трением качения.

11.6. Для подшипника 50312 внутренний диаметр d=60 мм, серия — средняя. 2404 — радиальный с

короткими цилиндрическими роликами

подшипник тяжелой серии с внутренним диаметром 20 мм, класс точности — нормальный.

11.7. Роликовые радиальные подшипники с короткими роликами (2412) осевых нагрузок

воспринимать не могут.

11.9. К радиальным подшипникам относятся: шариковый радиальный однорядный подшипник;

шариковый радиальный двухрядный сферический; роликовый радиальный подшипник с короткими

цилиндрическими роликами; роликовые радиальные двухрядные сферические; игольчатые

подшипники; роликовый радиальный подшипник с витыми роликами.

К радиально-упорным: шариковый радиально-упорный однорядный подшипник; роликовый

конический (радиально-упорный).

К упорным: шариковый упорный подшипник, роликовый упорный.

11.12. Применение подшипников качения не всегда рационально. В некоторых случаях из-за

габаритных размеров или по условиям монтажа устанавливать подшипники качения (например,

шатунные и коренные подшипники и т. п.) нельзя. Кроме того, при больших радиальных нагрузках

(особенно ударных) подшипники качения применять нецелесообразно.

В некоторых случаях по конструктивным, эксплуатационным или технологическим причинам

необходимо устанавливать только подшипники скольжения (как разъемные, так и неразъемные).

11.13. Тип 2000 (роликовые радиальные с короткими цилиндрическими роликами), тип 3000

(роликовые радиальные двухрядные сферические), тип 4000 (игольчатые), тип 5000 (роликовые

радиальные с витыми роликами), тип 7000 (роликовые конические радиально-упорные), тип 9000 (ро-

ликовые упорные).

11.15. Для редуктора с шевронными зубчатыми колесами можно применять любой тип радиальных

подшипников, так как в этом случае на подшипник действуют только радиальные нагрузки F

и F

(в

зубчатой шевронной передаче осевая нагрузка не возникает).

11.17. По статической грузоподъемности подбирают подшипники, частота вращения которых не

превышает 1 об/мин (ω ≤ 0,1 рад/с) или, в случае, когда подшипник воспринимает внешнюю нагрузку в

неподвижном состоянии.

11.20. Основные виды разрушения деталей подшипников: поломка деталей, абразивное

изнашивание, заедание деталей, усталостное выкрашивание.

11.21. Обеспечение нормальных условий работы (смазывание и т. п.), высокое качество

изготовления подшипников качения на заводе-изготовителе, рациональная конструкция узла повышает

долговечность подшипников качения.

11.23. Из перечисленных в шаге 11.23 требований к проектированию подшипниковых узлов

выделить основное нельзя, так как все перечисленные требования направлены на создание

рациональной конструкции подшипникового узла и, следовательно, важны. Обязательное требование —

надежность и долговечность.

11.26. В подшипниках качения смазывание играет вспомогательную роль, главным образом

уменьшая трение скольжения тел, качения о сепаратор.

11.28. Недостатки применения жидкого смазочного материала: необходимость более частого

пополнения; необходимость в более сложных конструкциях уплотнений.

Для редукторов возможность пластичной смазки обеспечивается наличием мазеудерживающего

кольца или маслоотражательной шайбы с внутренней стороны редуктора и отверстия для пресс-

масленки.

11.29. Типы угоготнительных устройств (рис. 11.9): а — защитное кольцо (справа), контактное

уплотнение (слева); б, д, е — контактные уплотнения 1; в — лабиринтное уплотнение 2; г — щелевое

уплотнение 3.

Глава 12 МУФТЫ

§ 1. Общие сведения

12.1. Для соединения валов применяют муфты (рис. 12.1). С помощью муфт можно также передать

вращение с валов на зубчатые колеса, шкивы, свободно насаженные на эти валы.

Рис. 12.1. Принципиальная схема машины

Муфты не изменяют вращающего момента и направления вращения. Некоторые типы муфт

поглощают вибрации и точки, предохраняют машину от аварий при перегрузках.

Применение муфт в машиностроении вызвано необходимостью:

• получения длинных валов, изготовляемых из отдельных частей, компенсации небольших

неточностей монтажа в относительном расположении соединяемых валов;

• придания валам некоторой относительной подвижности во время работы (малые смещения и

перекос геометрических осей валов);

• включения и выключения отдельных узлов;

• автоматического соединения и разъединения валов в зависимости от пройденного пути,

направления передачи вращения, угловой скорости, т. е. выполнения функций автоматического

управления.

Что называют муфтой?

12.2. Классификация муфт.

Многообразие конструкций муфт усложняет их классификацию. Ниже приведена классификация по

отдельным признакам.

По принципу действия и основному назначению различают:

• постоянные муфты, не допускающие разъединения валов в процессе работы машины;

• сцепные (управляемые) муфты, позволяющие соединять и разъединять валы;

• самоуправляемые (автоматические) муфты, автоматически разъединяющие валы при изменении

заданного режима работы;

• предохранительные муфты, разъединяющие валы при нарушении нормальных

эксплуатационных условий работы.

По характеру соединения валов муфты делят на:

• жесткие (глухие) — практически не допускающие компенсации радиальных, осевых и угловых

смещений валов;

• компенсирующие — допускающие некоторую компенсацию радиальных, осевых и угловых

смещений валов благодаря наличию упругих элементов (резиновых втулок, пружин и др.);

• фрикционные — допускающие кратковременное проскальзывание при перегрузках;

• электромагнитные и гидравлические.

Передают ли жесткие и упругие муфты вибрации, толчки и удары?

12.3. Основные типы муфт регламентированы стандартом для некоторого диапазона диаметров

валов и рассчитаны на передачу определенного момента. Многообразие узловых конструкций машин

способствует широкому распространению муфт в машиностроении.

Что является основной характеристикой муфт?

§ 2. Жесткие (глухие) муфты

С помощью этих муфт осуществляется жесткое соединение валов.

12.4. Втулочная муфта является простейшей из жестких муфт. Она представляет собой втулку 3

(рис. 12.2), посаженную с помощью шпонок, штифтов или шлицев на выходные концы валов / и 2.

Рис. 12.2. Втулочная муфта: а — крепление на шпонке; б — крепление штй"фтом

Втулочные муфты находят применение в тихоходных и неответственных конструкциях машин при

диаметрах валов d < 70 мм.

Достоинство таких муфт — простота конструкции и малые габаритные размеры; недостатки —

необходимость при монтаже и демонтаже раздвигать концы валов на полную длину муфты либо

сдвигать втулку вдоль вала не менее чем на половину ее длины; необходимость очень точного совме-

щения валов, так как эти муфты не допускают радиального или углового смещения осей валов.

Материал для изготовления втулки — сталь 45; для муфт больших размеров — чугун СЧ25.

С помощью каких деталей передается вращающий момент от вала 1 к валу 2 (см. рис. 12.2).

На рис. 12.3 покажите радиальное и угловое смещения валов

Рис. 12.3. Возможные смещения валов

12.5. Фланцевая муфта состоит из двух полумуфт 7 и 2 (рис. 12.4), соединенных болтами 4. Для

передачи вращающего момента используют шпоночные или шлицевые соединения.

Эти муфты называют иногда поперечно-свертными. Для лучшего центрования фланцев на одной

полумуфте делают круговой выступ, на другой — выточку того же диаметра (рис. 12.4, а) или

предусматривают центрующее кольцо 3 (рис. 12.4, б).

Рис. 12.4. Фланцевые муфты: центровка за счет выступа; б — центровка кольцом

Фланцевые муфты могут передавать значительные вращающие моменты; имеют широкое

распространение в машиностроении. Употребляются для валов диаметром d < 350 мм. Достоинство

этих муфт — простота конструкции и легкость монтажа; недостаток — необходимость точного совме-

щения валов и точного соблюдения перпендикулярности соприкасающихся торцовых поверхностей

полумуфт к оси вала.

Материал фланцевых полумуфт — сталь 40, 35Л, чугун СЧЗО (для муфт больших размеров).

На рис. 12.4 покажите центрующее кольцо. Каково назначение этой детали?

§ 3. Компенсирующие муфты

12.6. Конструкции этих муфт несколько сложнее, но они допускают некоторые радиальные и

угловые смещения осей валов. Основное назначение этих муфт состоит в том, чтобы компенсировать

вредное влияние неправильного относительного положения соединяемых валов. Компенсирующие

муфты делятся на жесткие подвижные и упругие (деформируемые).

12.7. Кулачково-дисковая муфта (рис. 12.5) состоит из двух полумуфт 7 и 2 с диаметральными

пазами на торцах и промежуточного плавающего диска 3 (рис. 12.5, а) с взаимно перпендикулярными

выступами. В собранной муфте выступы диска располагаются в пазах полумуфт (рис. 12.5, б).

Трущиеся поверхности периодически смазывают пластичной смазкой (один раз в смену). Кулачково-

дисковая муфта применяется для соединения тихоходных валов (до 250 об/мин). Допустимые

радиальные смещения валов — до 0,04cf, угловое — до 30'. Недостаток этих муфт — повышенная

чувствительность к перекосам валов. Эти муфты предназначены главным образом для компенсации

относительно параллельного смещения осей валов. Теоретически, при любом смещении пе-

редаточное отношение между валами постоянное. При вращении ведущего вала без угловых ускорений

ведомый вал также будет вращаться равномерно. Полумуфты и диски рекомендуется изготовлять из

стали 45Л.

Рис. 12.5. Кулачково-дисковая

муфта: а — элементы муфты;

б — в собранном виде