Участки осей и валов, которыми они опираются на подшипники, называются цапфами (при восприятии радиальных нагрузок) или пятами (при восприятии осевых нагрузок).
Концевые цапфы называются шипами, а расположенные на расстоянии от конца вала – шейками.
Опорами для пят служат подпятники. Подпятники бывают конические, цилиндрические и шаровые.
Проектировочный расчет валов
1) Проектировочный расчет (приближенный)
Определяют минимальный диаметр вала из условия крутильной прочности.
Обычно при расчете какого-либо механизма известен вращающий момент, передаваемый валом. Так как еще неизвестно положение опор, невозможно определить величины изгибающих моментов. Поэтому предварительно оценивают диаметр вала из расчета только на кручение при пониженных допускаемых напряжениях.
[τ]
Для вала круглого сечения Wp=πd3/16≈0,2 d3
После преобразования получаем 
.
После ориентировочного определения приступают к его конструированию, т. е. определяют диаметры всех участков вала, подбирают подшипники и определяют расстояния между опорами.
2) Проектировочный расчет из условия изгибной прочности
определяют значения и направления сил, действующие на вал. внешние силы привести к оси и разложить во взаимно перпендикулярных плоскостях. определить реакции опор в каждой из взаимно перпендикулярных плоскостей. Построить эпюру изгибающих моментов в каждой из координатных плоскостей. Определить опасное сечение вала и для каждого опасного сечения рассчитать суммарный изгибающий момент.
β - коэффициент сплошности вала β=
, если вал сплошной β=0.
[σ] – допускаемые напряжения изгиба.
3) Проверочный расчет вала
Так как валы испытывают циклически меняющиеся напряжения, поэтому основным критерием работоспособности является усталостная прочность.
1. Усталостная прочность вала S≥[S]. [S]=1,7…2,5.
Sσ, Sτ - запас прочности по нормальным и касательным напряжениям.
2. Проверка статической прочности
,
Расчет валов на жесткость
Под действием нагрузок F валы и оси в процессе работы деформируются и получают линейный прогиб и угловое перемещения θ, которое отрицательно влияет на работу связанных с ним деталей: подшипников, зубчатых колес и др.
От прогиба вала в зубчатом зацеплении возникает концентрация нагрузки по длине зуба.
Жесткость валов и осей оценивается величиной прогиба в местах установки деталей или углом закручивания сечений.
Причем угол прогиба определяется отдельно в горизонтальной и вертикальной плоскости
≤[θ].
Допускаемые упругие перемещения зависят от конкретных требований к конструкции и определяются в каждом отдельном случае.
Например для шарикового однорядного подшипника [θ]=0,005 рад/м;
Переходные участки валов между двумя ступенями разных диаметров выполняют следующими способами:
1 С канавкой для выхода шлифовального круга или для выхода резьбонарезного инструмента. Канавки должны иметь максимально возможные радиусы закругления для уменьшения концентрации напряжений.
2 С переходной поверхностью – галтелью постоянного радиуса r.
Подшипники
Подшипники предназначены для поддержания вращающихся осей и валов.
Требования предъявляемые к подшипникам
обеспечивает вращение достаточно длительное время простота в изготовлении, монтаже, обслуживании небольшие габариты экономичность точность вращенияПо видам трения делятся на подшипники качения и скольжения
У подшипников скольжения опорная поверхность скользит по поверхности подшипника.
В подшипниках качения трение скольжения заменено трением качения посредством установки шариков или роликов между опорными поверхностями подшипника и вала.
Преимущества подшипников скольжения
дешевые малые радиальные размеры изготовление доступно любому заводу, любых типоразмеров работают бесшумноНедостатки:
1 необходим принудительный подвод под давлением смазочного материала.
2 при пониженных температурах возрастает пусковой момент
Подшипник скольжения состоит:
1 корпус подшипника;
2 – вкладыш;
3 - цапфа вала.
Подшипники скольжения по воспринимаемой нагрузке делятся
радиальные упорные (подпятники) радиально-упорныеРадиальные подшипники бывают разъемными и неразъемными.
Неразъемные как правило выполняются за одно целое со станиной.
Для изготовления вкладыша используют материалы обладающие высокими антифрикционными свойствами: латунь, бронза, алюминиевые сплавы, текстолит, капрон.
Выходят из строя вследствие абразивного изнашивания или заедания. При восприятии больших ударных нагрузок и вибрационные нагрузки возможно усталостное разрушение вкладышей.
Подшипники качения
Преимущества подшипников качения
Высокий КПД Небольшие осевые размеры Экономичны в эксплуатации Простота конструкций опор Экономия цветных материаловНедостатки подшипников качения
Низкая долговечность при ударных и вибрационных нагрузках
Подшипники качения состоят из двух колец – внутреннего 1 и наружного 3, тел качения 2 и сепаратора 4.
Классификация
По форме тел качения: шариковые и роликовые.
Роликовые по форме:
- с короткими цилиндрами;
- конические;
- бочкообразные;
- игольчатые;
- витые ролики.
По направлению воспринимаемых сил:
- радиальные (воспринимают преимущественно радиальные нагрузки, действующие перпендикулярно оси);
- радиально-упорные (воспринимают одновременно радиальные и осевые нагрузки);
- упорно-радиальные (воспринимают осевые при одновременном действии незначительной радиальной нагрузке)
- упорные (воспринимают только осевые силы)
По способу самоустановки: несамоустанавливающиеся и самоустанавливающиеся (допускают поворот оси внутреннего кольца по отношению к оси наружного)
По числу рядов тел качения: однорядные, двухрядные, четырехрядные и многорядные.
Характеристики подшипников: грузоподъемность, быстроходность, масса, габариты, потери энергии.
По радиальным размерам:
- сверхлегкие; особо легкие; легкие; средние; тяжелые.
По ширине:
- особо узкие; узкие; нормальные; широкие; особо широкие.
Чем выше серия тем менее быстроходны, но обладают более высокой грузоподъемностью.
Материалы:
тела качение изготавливают из высокоуглеродистых подшипниковых сталей с последующей термообработкой;
сепараторы из низкоуглеродистой листовой стали, для быстроходных подшипников из бронзы, латуни, капрона и др.
Типы подшипников
Шариковые радиальные предназначены для восприятия радиальной нагрузки (могут воспринимать и небольшую осевую). Обладают большой быстроходностью. Шариковые радиальные сферические предназначены для восприятия радиальной и большой осевой нагрузки. Применяют для валов подверженных значительным прогибам. Роликовые радиальные с короткими цилиндрическими роликами воспринимают только радиальную нагрузку. (Грузоподъемность составляет 1,7 грузоподъемности шариковых). Применяют для коротких жестких валов. Роликовые радиальные с игольчатыми роликами обладают высокой радиальной грузоподъемностью при небольших радиальных габаритах. Чувствительны к прогибам и несоосности. Применяют в опорах, требующих компактности в радиальных направлениях.
При необходимости максимально уменьшить радиальные нагрузки применяют подшипники без внутреннего кольца.
Роликовые радиальные с витыми роликами предназначены для восприятия радиальных нагрузок, в том числе и ударного характера, при небольших частотах вращения. Шариковые радиально-упорные воспринимают радиально-осевые нагрузки. Воспринимают осевую нагрузку только в одном направлении. Роликовые конические предназначены для восприятия одновременно радиальных и осевых нагрузок. Шариковые упорные воспринимают только осевые нагрузки. Допускают небольшие частоты вращения.
Условные обозначения
Последние две цифры условно обозначают внутренний диаметр подшипника с диаметрами d=20…495 мм. Для определения истинного значения в миллиметрах необходимо эти цифры умножить на 5. d=12⋅5=60 мм. Подшипники с диаметрами меньше 17 мм первая и вторая цифра соответствуют диаметру.
Третья цифра справа обозначает серию подшипника по диаметру:
1 – особо легкая;
2 – легкая;
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 |
