Хелпикс

Главная

Контакты

Случайная статья



При­мер 3.3



 

3. 9Подшипники скольжения

Подшипники скольжения — это опоры для вращающихся деталей, работающие в условиях относительного скольжения по­верхности цапфы по поверхности подшипника, разделенных слоем смазки.

По направлению нагрузок, действующих на подшипники скольжения, последние подразделяют на радиальные и упор­ные. Радиальные подшипники воспринимают нагрузки, направленные перпендикулярно оси вала, а упорные подшипники — осевые нагрузки.

Различают несколько типов подшипников:

§ гидродинамические подшипники скольжения, в которых слой смазки захватывается поверхностью цапфы в процессе вращения ва­ла. В технической литературе их часто называют просто подшипниками скольжения. По сравнению с другими подшипниками скольжения они используются чаще всего;

§ гидростатические подшипники скольжения  — в них масляный слой между трущимися поверхностями создается насосом до на­чала вращения вала. В гидростатических подшипниках уменьшается влияние погрешности размеров шеек валов и подшипников на точность вращения (до 5—10 раз). Они применяются в опорах тяжелых тихоходных барабанов (шаровых мельниц, враща­ющихся печей); опорах с минимальным трением испытательных машин и приборов; опорах для механизмов, требующих точных перемещений (поворотных устройств телескопов, делительных столов); опорах шпинделей пре­цизи­он­ных стан­ков. При пус­ке па­ровых тур­бин, гид­ро­гене­рато­ров ис­пользу­ют гид­роста­тичес­кую раз­груз­ку. Не­дос­татка­ми гид­роста­тичес­ких под­шипни­ков яв­ля­ют­ся большие по­тери мощ­ности на прок­ру­чива­ние ва­ла да­же на хо­лос­том хо­ду, а так­же слож­ность конс­трук­ции под­шипни­ка, не­об­хо­димость сбо­ра мас­ла, вы­тека­юще­го из опо­ры;

§ под­шипни­ки с воз­душной смаз­кой. Ско­рость вра­щения ва­ла в та­ких под­шипни­ках прак­ти­чес­ки не ог­ра­ничи­ва­ет­ся — опо­ры с воз­душной смаз­кой ра­бота­ют с ма­лыми по­теря­ми и нич­тожным наг­ре­вом, вяз­кость смаз­ки поч­ти не ме­ня­ет­ся от из­ме­нения тем­пе­рату­ры (вяз­кость воз­ду­ха в 100 раз меньше вяз­кости на­име­нее вяз­кой из при­меня­емых жид­ких сма­зок — ке­роси­на). Кро­ме то­го, ре­сурс воз­ду­ха не­ог­ра­ничен, не тре­бу­ет­ся со­бирать смаз­ку и по тру­боп­ро­водам от­прав­лять об­ратно в мас­ля­ный бак. Для этих под­шипни­ков ди­амет­ральные за­зоры наз­на­ча­ют в пре­делах 10…30 мкм.

Опо­ры с воз­душной смаз­кой мо­гут быть а­эро­дина­мичес­ки­ми и а­эрос­та­тичес­ки­ми. В а­эро­дина­мичес­ких под­шипни­ках воз­дух мо­жет са­моза­сасы­ваться в за­зор из ат­мосфе­ры че­рез тор­цы под­шипни­ков, в а­эрос­та­тичес­ких — воз­дух по­да­ет­ся под дав­ле­ни­ем из­вне еще до на­чала вра­щения, та­ким об­ра­зом вал под­держи­ва­ет­ся воз­душной по­душ­кой. По экс­плу­ата­ци­он­ным свойствам эти опо­ры близ­ки к гид­роста­тичес­ким, но воз­ни­ка­ющие в них си­лы тре­ния меньше. Воз­душные опо­ры ис­пользу­ют в пре­цизи­он­ных ме­тал­ло­режу­щих стан­ках, в элек­трош­пинде­лях внут­ришли­фовальных стан­ков (с час­то­той вра­щения 40000…300000 мин-1).

Не­дос­татка­ми воз­душных опор яв­ля­ют­ся: не­допус­ти­мость пе­рег­ру­зок, при­водя­щих к су­хому тре­нию; вы­сокая точ­ность из­го­тов­ле­ния; не­об­хо­димость под­держа­ния за­дан­но­го дав­ле­ния в пнев­мо­сети, так как при па­дении дав­ле­ния в а­эрос­та­тичес­ких опо­рах воз­ни­ка­ет ава­рийная си­ту­ация;

Элек­тро­маг­нитные бес­контак­тные опо­ры ис­пользу­ют при очень больших ско­рос­тях вра­щения. По­тери в та­ких опо­рах нич­тожны, и до­пус­ти­мая ско­рость обыч­но оп­ре­деля­ет­ся проч­ностью ро­тора. Не­дос­татком яв­ля­ет­ся вы­сокая сто­имость из­го­тов­ле­ния.

Под­шипник скольже­ния сос­то­ит из кор­пу­са, вкла­дышей, под­держи­ва­ющих вал, а так­же сма­зыва­ющих и за­щит­ных ус­тройств.

Кор­пус под­шипни­ка мо­жет пред­став­лять со­бой от­дельную ли­тую или свар­ную де­таль, при­со­еди­ня­емую к ма­шине, или мо­жет вы­пол­няться как еди­ное це­лое с не­под­вижной частью ма­шины или с под­вижной ее де­талью, нап­ри­мер с ша­туном. Кор­пу­са под­шипни­ков вы­пол­ня­ют цельны­ми или разъем­ны­ми.

Разъем­ный под­шипник (рис. 3. 31) сос­то­ит из кор­пу­са 2, при­креп­ля­емо­го к ста­нине 1 бол­та­ми 3, крыш­ки под­шипни­ка 4 со сма­зоч­ным ус­тройством 5 и смен­ных вкла­дышей (по­лув­ту­лок) 6. Крыш­ка под­шипни­ка со­еди­ня­ет­ся с кор­пу­сом бол­та­ми 7. За­зор меж­ду ва­лом и вкла­дыша­ми ре­гули­ру­ет­ся прок­ладка­ми, а по ме­ре из­на­шива­ния вкла­дышей — под­тя­гива­ни­ем бол­тов 7.

Рис. 3. 31

Разъем­ные кор­пу­са об­легча­ют мон­таж ва­лов, до­пус­ка­ют ре­гули­рова­ние за­зоров в под­шипни­ке. Ос­новное при­мене­ние разъем­ные кор­пу­са наш­ли в тя­желом ма­шинос­тро­ении.

Вкла­дыши при­меня­ют для то­го, что­бы не вы­пол­нять кор­пу­са под­шипни­ков из до­рогих ан­тифрик­ци­он­ных ма­тери­алов, а так­же для об­легче­ния ре­мон­та под­шипни­ков вследс­твие из­на­шива­ния. В не­разъем­ных под­шипни­ках вкла­дыши вы­пол­ня­ют в ви­де вту­лок, а в разъем­ных — в ви­де по­лув­ту­лок. Вкла­дыши за весь срок служ­бы из­на­шива­ют­ся на глу­бину, из­ме­ря­емую, как мак­си­мум, в де­сятых до­лях мил­ли­мет­ра. Од­на­ко из­го­тов­ля­ют вкла­дыши го­раз­до большей тол­щи­ны, так как это­го тре­бу­ют ус­ло­вия проч­ности. Вкла­дыши ча­ще все­го де­ла­ют би­метал­ли­чес­ки­ми: на стальную (чу­гун­ную или брон­зо­вую) ос­но­ву нап­лавля­ет­ся тон­кий ан­тифрик­ци­он­ный слой.

В мел­ко­серийном и еди­нич­ном про­из­водс­тве на­ряду с би­метал­ли­чес­ки­ми вкла­дыша­ми при­меня­ют бо­лее прос­тые в из­го­тов­ле­нии сплош­ные вкла­дыши из ан­тифрик­ци­он­ных ма­тери­алов сред­ней и вы­сокой проч­ности. Вкла­дыши из ан­тифрик­ци­он­ных чу­гунов, тек­сто­лита, прес­со­ван­ной дре­веси­ны обыч­но из­го­тов­ля­ют сплош­ны­ми.

Тол­щи­на ли­того вкла­дыша, ус­та­нав­ли­ва­емо­го в кор­пу­се, dв = (0, 035…0, 05)d + 2, 5, где d — ди­аметр цап­фы, мм. Тол­щи­на за­лив­ки при­нима­ет­ся d1 = 0, 01d. Уменьше­ние тол­щи­ны за­лив­ки бла­гоп­ри­ят­но ска­зыва­ет­ся на по­выше­нии ус­та­лос­тной проч­ности слоя. Нап­ри­мер, уменьше­ние тол­щи­ны слоя с 2 до 1 мм уве­личи­ва­ет ус­та­лос­тную проч­ность баб­би­тово­го слоя в два ра­за.

Тол­щи­на по­ли­амид­но­го вкла­дыша dв = (0, 04…0, 05)d + 1, тол­щи­на плас­тмас­со­вого пок­ры­тия d2 = (0, 015…0, 020)d. В мас­со­вом про­из­водс­тве вкла­дыши штам­пу­ют из лен­ты, на ко­торую на­несен ан­тифрик­ци­он­ный ма­тери­ал. Это при­водит к зна­чительной эко­номии цвет­ных ме­тал­лов (до 3—10 раз), сок­ра­щению тру­до­ем­кости (до 10 раз) и по­выше­нию ка­чес­тва под­шипни­ков.

Су­щес­тву­ют сле­ду­ющие оп­ти­мальные со­от­но­шения меж­ду дли­ной вкла­дыша l и его внут­ренним ди­амет­ром d:

§ в ко­рот­ких под­шипни­ках скольже­ния l = (0, 3…0, 4)d;

§ в под­шипни­ках быс­тро­ход­ных пор­шне­вых дви­гате­лей внут­ренне­го сго­рания (ави­аци­он­ных и ав­то­мобильных) l = (0, 5…0, 6)d;

§ в под­шипни­ках ди­зелей l = (0, 5…0, 9)d;

§ в под­шипни­ках жид­кос­тно­го тре­ния про­кат­ных ста­нов l  = (0, 6…0, 9)d;

§ в под­шипни­ках из­де­лий об­ще­го ма­шинос­тро­ения дли­на l иног­да до­ходит до 1, 5d.

Ма­тери­ал для под­шипни­ков вы­бира­ют ис­хо­дя из ус­ло­вий их ра­боты в па­ре со стальны­ми цап­фа­ми ва­лов. Ма­тери­алы под­разде­ля­ют на сле­ду­ющие груп­пы:

§ ме­тал­ли­чес­кие — баб­би­ты, брон­зы, спла­вы на цин­ко­вой ос­но­ве, спла­вы на алю­мини­евой ос­но­ве, ан­тифрик­ци­он­ные чу­гуны;

§ ме­тал­ло­кера­мичес­кие;

§ не­метал­ли­чес­кие — плас­тмас­сы, дре­вес­ные плас­ти­ки, ре­зины и др.

Для гид­ро­дина­мичес­ких под­шипни­ков вы­пол­ня­ют­ся сле­ду­ющие рас­че­ты.

Рас­чет по до­пус­ка­емым дав­ле­ни­ям в под­шипни­ках. Как пра­вило, рас­чет ве­дут по наг­рузке на опо­ру (по ре­ак­ции R), от­не­сен­ной к про­ек­ции цап­фы:

В под­шипни­ках большинс­тва ста­ци­онар­ных ма­шин p = 1…4 Н/мм2 в за­виси­мос­ти от ус­ло­вий ра­боты и ма­тери­алов; в ко­рен­ных под­шипни­ках дви­гате­лей внут­ренне­го сго­рания p = 4…20 Н/мм2; в под­шипни­ках вал­ков про­кат­ных ста­нов p = 15…50 Н/мм2.

Рас­чет ис­пользу­ет­ся как про­вероч­ный, так как ди­аметр цап­фы уже оп­ре­делен конс­трук­тивно пос­ле рас­че­та ва­ла.

Рас­чет по про­из­ве­дению дав­ле­ния в под­шипни­ке на ско­рость скольже­ния, МПа·м/с:

Про­из­ве­дение pv ха­рак­те­ризу­ет в не­кото­рой сте­пени теп­ло­об­ра­зова­ние в под­шипни­ке, а так­же из­нос.

В под­шипни­ках ста­ци­онар­ных ма­шин pv = 2…10 Н·м/(мм2·с). В опо­рах скольже­ния быс­тро­ход­ных и тя­жело наг­ру­жен­ных ма­шин при хо­рошем ох­лажде­нии зна­чение pv мо­жет быть зна­чительно вы­ше. В под­шипни­ках ав­то­мобильных дви­гате­лей pv = 25…35 Н·м/(мм2·с), пор­шне­вых ави­аци­он­ных дви­гате­лей 30…50, про­кат­ных ста­нов 40…200, па­ровых тур­бин 100 Н·м/(мм2·с) и вы­ше.

При­мер 3. 3

На рис. 3. 32 по­казан вал чер­вячно­го ре­дук­то­ра, вос­при­нима­юще­го наг­рузки ра­ди­альные: R1 = 9000 Н и R2 = 7000 Н и осе­вую F = 3000 Н. Вал вра­ща­ет­ся с уг­ло­вой ско­ростью w = 7, 65 рад/с. Цап­фы ва­ла име­ют оди­нако­вый ди­аметр d = 60 мм, а d1 = 65 мм. Вкла­дыши вы­пол­не­ны в ви­де вту­лок из брон­зы БрО6Ц6С3. Оп­ре­делить дли­ну вкла­дышей l и ди­аметр D тор­цо­вой час­ти вкла­дыша, вос­при­нима­ющей осе­вую наг­рузку.

Рис. 3. 32

Ре­шение.

1. В со­от­ветс­твии с ре­комен­да­ци­ями [8], из­ло­жен­ны­ми ра­нее, для ме­ханиз­ма ста­ци­онар­ной ма­шины при­нима­ем [p] = 3 Н/мм2.

2. Рас­чет по до­пус­ка­емо­му дав­ле­нию про­водим для ле­вой опо­ры, так как она ис­пы­тыва­ет бо́ льшую наг­рузку, чем пра­вая. Из за­виси­мос­ти оп­ре­деля­ем дли­ну вкла­дыша

3. Про­веря­ем па­ру цап­фа—вкла­дыш на ус­ло­вие pv ≤ [pv]. Вна­чале оп­ре­делим ок­ружную ско­рость

v = wd/2 = 7, 65·60/2 = 230 мм/с = 0, 23 м/с.

Кри­терий pv = 3·0, 23 = 0, 69 Н·м/(мм2·с). До­пус­ка­емое зна­чение это­го кри­терия для ста­ци­онар­ных ма­шин на­ходит­ся в пре­делах 2…10 Н·м/(мм2·с), что зна­чительно вы­ше фак­ти­чес­ко­го.

4. Из ус­ло­вия из­но­сос­тойкос­ти тор­цо­вой час­ти вкла­дыша фак­ти­чес­кое дав­ле­ние на его то­рец

дол­жно быть меньше до­пус­ка­емо­го, сле­дова­тельно:

Из это­го ус­ло­вия оп­ре­делим ди­аметр

При­нима­ем D = 75 мм.

5. Про­веря­ем на наг­рев тор­цо­вую часть вкла­дыша при ли­нейной ско­рос­ти, со­от­ветс­тву­ющей сред­не­му ди­амет­ру опор­ной по­вер­хнос­ти:

При этом кри­терий p1vср = 3·0, 267 = 0, 801 Н·м/(мм2·с), что зна­чительно ни­же до­пус­ка­емо­го [pv] = 2…10 Н·м/(мм2·с).

Опо­ры скольже­ния вер­ти­кально рас­по­ложен­ных ва­лов на­зыва­ют­ся под­пятни­ками (рис. 3. 33). В кор­пу­се 2 под­пятни­ка раз­ме­ща­ет­ся брон­зо­вая или стальная лин­за 3, ко­торая по ме­ре из­на­шива­ния за­меня­ет­ся но­вой.

Рис. 3. 33

В ря­де слу­ча­ев, в за­виси­мос­ти от ви­да смаз­ки вкла­дыши из­го­тов­ля­ют из де­рева, тек­сто­лита, ви­нип­ласта, ре­зины и др. Втул­ка 1 вос­при­нима­ет ра­ди­альные наг­рузки. Кор­пус под­пятни­ка вы­пол­ня­ют из се­рого чу­гуна или стально­го литья.

 



  

© helpiks.su При использовании или копировании материалов прямая ссылка на сайт обязательна.