Подшипники качения и скольжения

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«САХАЛИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Технический нефтегазовый институт

Кафедра строительства

РЕФЕРАТ

По дисциплине: Строительные машины и оборудования

На тему Валы и оси. Подшипники скольжения, качения

Южно-Сахалинск 2017

Содержание

1. Назначение

2. Классификация валов

3. Конструктивные элементы валов и осей

4. Материалы и термообработка

5. Расчет валов и осей

6. Подшипники качения и скольжения

Список литературы

1. Назначение

Валы - детали, предназначенные для передачи крутящего момента вдоль своей оси и для поддержания вращающихся деталей машин. Вал воспринимает силы, действующие на детали, и передает их на опоры. При работе вал испытывает изгиб и кручение.

Оси - предназначены для поддержания вращающихся деталей, полезного крутящего момента не передают. Оси не испытывают кручения. Оси могут быть неподвижные и вращающиеся.

2. Классификация валов

По назначению:

а) валы передач, несущие детали передач - муфты, зубчатые колеса, шкивы, звездочки;

б) коренные валы машин;

в) другие специальные валы, несущие рабочие органы машин или орудий - колеса или диски турбин, кривошипы, инструменты и т.д.

По конструкции и форме:

а) прямые;

б) коленчатые;

в) гибкие.

Прямые валы делятся на:

а) гладкие цилиндрические;

б) ступенчатые;

в) валы - шестерни, валы - червяки;

г) фланцевые;

д) карданные.

По форме поперечного сечения:

а) гладкие сплошного сечения;

б) пустотелые (для размещения соосного вала, деталей управления, подачи масла, охлаждения);

в) шлицевые.

Оси разделяют на вращающиеся, обеспечивающие лучшую работу подшипников, и неподвижные, требующие встройки подшипников во вращающиеся детали,

3. Конструктивные элементы валов и осей

Опорная часть вала или оси называется цапфой. Концевая цапфа называется шипом, а промежуточная - шейкой.

Кольцевое утолщение вала, составляющее с ним одно целое, называется буртиком. Переходная поверхность от одного сечения к другому, служащая для упора насаживаемых на вал деталей, называется заплечиком.

Для уменьшения концентрации и повышения прочности, переходы в местах изменения диаметра вала или оси делают плавными. Криволинейную поверхность плавного перехода от меньшего сечения к большему называют галтелью. Галтели бывают постоянной и переменной кривизны. Переменность радиуса кривизны галтели повышает несущую способность вала на 10%. Галтели с подвнутрением увеличивают длину базирования ступиц.

Повышение прочности валов в переходных сечениях достигается также удалением малонапряженного материала: выполнением разгрузочных канавок и высверливанием отверстий в ступенях большого диаметра. Эти мероприятия обеспечивают более равномерное распределение напряжений и снижают концентрацию напряжений

Форма вала по длине определяется распределением нагрузок, т.е. эпюрами изгибающих и крутящих моментов, условиями сборки и технологией изготовления. Переходные участки валов между ступенями разных диаметров нередко выполняют с полукруглой канавкой для выхода шлифовального круга.

Посадочные концы валов, предназначенные для установки деталей, передающих вращающий момент в машинах, механизмах приборах стандартизованы. ГОСТ устанавливает номинальные размеры цилиндрических валов двух исполнений (длинные и короткие) диаметров от 0,8 до 630 мм, а также рекомендуемые размеры концов валов с резьбой. ГОСТ устанавливает основные размеры конических концов валов с конусностью 1:10 также двух исполнений (длинные и короткие) и двух типов (с наружной и внутренней резьбой) диаметров от 3 до 630 мм.

'Горцы валов для облегчения насадки деталей, во избежание обмятий и повреждения рук рабочих выполняют с фасками.

4. Материалы и термообработка

Выбор материала и термической обработки валов и осей определяется критериями их работоспособности.

Основными материалами для валов и осей служат углеродистые и легированные стали благодаря высоким механическим характеристикам, способности к упрочнению и легкости получения цилиндрических заготовок прокаткой.

Для большинства валов применяют среднеуглеродистые и легированные стали 45, 40Х. Для высоконапряженных валов ответственных машин применяют, легированные стали 40ХН, 40ХНГМА, 30ХГТ, 30ХГСА и др. Валы из этих сталей обычно подвергают улучшению, закалке с высоким отпуском или поверхностной закалке с нагревом ТВЧ и низким отпуском.

Для изготовления фасонных валов - коленчатых, с большими фланцами и отверстиями - и тяжелых валов наряду со сталью применяют высокопрочные чугуны (с шаровидным графитом) и модифицированные чугуны.

5. Расчет валов и осей

Валы испытывают действие напряжений изгиба и кручения, оси - только изгиба.

В процессе работы валы испытывают значительные нагрузки, поэтому для определения оптимальных геометрических размеров необходимо выполнить комплекс расчетов, включающий в себя определение:

- статической прочности;

усталостной прочности;

жесткости при изгибе и кручении.

При высоких скоростях вращения необходимо определять частоты собственных колебаний вала для того, чтобы предотвратить попадание в резонансные зоны. Длинные валы проверяют на устойчивость.

Расчет валов производится в несколько этапов.

Для выполнения расчета вала необходимо знать его конструкцию (места приложения нагрузки, расположение опор и т.п.) В то же время разработка конструкции вала невозможна без хотя бы приближенной оценки его диаметра. На практике обычно используют следующий порядок расчета вала:

1) Предварительно оценивают средний диаметр из расчета только на кручение при пониженных допускаемых напряжениях (изгибающий момент пока не известен, т.к. неизвестны расположение опор и места приложения нагрузок).

Напряжение кручения

Где Wp- момент сопротивления сечения, мм.

Предварительно оценить диаметр вала можно также ориентируясь на диаметр того вала, с которым он соединяется,(валы передают одинаковый момент Т). Например, если вал соединяется с валом электродвигателя (или другой машины) то диаметр его входного конца можно принять равным или близким к диаметру выходного конца вала электродвигателя.

2) Основной расчет вала.

После оценки диаметра вала разрабатывают его конструкцию. Длину участков вала, а, следовательно, плечо приложения силы возьмем из компоновки. Предположим, что нам нужно рассчитать диаметр вала, на котором сидит косозубая шестерня. Вычертим схему нагружений вала. Для этого вала, учитывая наклон зубьев шестерни и направление момента Т, левую опору заменяем шарнирно-неподвижной, а правую - шарнирно-под-вижной. Расчетные нагрузки рассматривают обычно как сосредоточенные, хотя действительные нагрузки не являются сосредоточенными, они распределены по длине ступицы, ширине подшипника. В нашем примере вал нагружен силами Ft, Fa. Fr, действующими в полюсе зацепления и крутящим моментом Т. Осевая сила Fa дает в вертикальной плоскости момент

Основной расчет валов и осей заключается в построении эпюр изгибающих моментов в горизонтальной и вертикальной плоскостях, построении эпюры результирующих моментов, эпюры крутящих моментов, эпюры эквивалентных моментов, определении опасных сечений.

3) этап расчета - проверочный расчет заключается в определении коэффициента запаса прочности в опасных сечениях

- коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям. вал подшипник скольжение компрессор

 пределы выносливости материалов.

- эффективные коэффициенты концентрации напряжений.

- масштабный фактор (зависит от диаметра вала).

- коэффициент упрочнения.

- коэффициенты чувствительности материала, зависят от механических характеристик.

- переменные составляющие напряжений.

- постоянные составляющие напряжений.

Расчет на жесткость

Прогиб осей и валов отрицательно влияет на работу подшипников и зацепления зуб- чатых передач. Жесткость характеризуется максимальным углом поворота оси или вала

и прогибом Необходимая жесткость обеспечивается, если действительные значения и не превышают допустимых . При больших углах поворота в подшипниках скольжения защемляется вал (особенно при большой длине подшипника и цапфы), а у подшипников качения может разрушиться сепаратор. Большие прогибы ухудшают условия работы зубчатых передач (особенно при несимметричном расположении шестерни).

Допустимые значения углов поворота под шестерней []<0,001рад,(0.057"), в подшипнике скольжения те же самые значения, в радиальном шарикоподшипнике []0.01рад. (0,57), в сферическом шарикоподшипнике

Допустимые значения прогибов: максимальный под шестерней цилиндрической передачи под шестерней конической, гипоидной и глобоидной передач ( - расстояние между опорами, m - модуль зубьев).

6. Подшипники качения и скольжения

В поршневых компрессорах применяют чаще всего подшипники скольжения. Основными элементами подшипника скольжения являются корпус и вкладыши. Корпус может быть выполнен в виде отдельной детали, прикрепленной к раме или отлитым с ней заодно. Корпус подшипника часто изготовляют разъемным.

Крышка и корпус имеют в плоскости разъема установочные поверхности (выступы и пазы, см. Рис. 1), обеспечивающие правильное положение крышки. Такие поверхности разгружают болты (шпильки) от поперечных усилий, возникающих во время работы компрессора. При малых габаритах

Рис.1 Подшипник с вкладышами из четырех частей для крупного горизонтального компрессора.

подшипника применяют установочные штифты. Болты или шпильки делаются по возможности удлиненными и с уменьшенным диаметром ненарезанной части (0,8 0,9)d1, где d1 внутренний диаметр резьбы. Это делается с целью увеличения их «податливости».

Конструкция вкладышей зависит от конструкции машины. У подшипников для вертикальных V-и W-образных компрессоров вкладыши обычно состоят из двух половин. Между стыками этих половин помещают набор калиброванных латунных прокладок, с помощью которых устанавливается необходимый зазор между шейкой вала и внутренней поверхностью вкладышей. По мере износа и увеличения зазора часть прокладок снимается, и подтяжкой болтов вновь устанавливается рабочий зазор, соответствующий ходовой либо легкоходовой посадке.

Для крупных горизонтальных компрессоров вкладыши выполняют обычно из четырех частей, как это указано на Рис.1. Благодаря такому устройству возможна вертикальная и горизонтальная подтяжки вкладышей с помощью нажимных винтов и клиньев, расположенных с двух сторон.

Рис. 2. Разъемный подшипник с вкладышами из двух частей.

На Рис. 2 и 3 показана наиболее распространенная форма вкладышей и даны рекомендуемые конструктивные соотношения размеров. Применение длинных вкладышей не рекомендуется, так как возможные монтажные перекосы и упругие деформации шеек вала приводят к ухудшению условий работы масляного слоя и к неравномерной нагруженности поверхности вкладыша. Целесообразно принимать l/D = 0,5 1, где l - длина вкладыша и D - диаметр шейки вала.

Смазку к подшипнику подводят с ненагруженной его стороны в соответствии с векторной диаграммой нагрузок. Для распределения смазки по длине подшипника и вовлечения ее в нагруженную зону во вкладышах, в местах разъема, делают клиновидные канавки с плавным выходом в направлении вращения вала. Глубина канавок зависит от диаметра шейки вала (см. Рис.3). В подшипниках типа, изображенного на Рис.2, делается четыре таких маслораспределительных канавки. Расстояния от торцов вкладышей до края канавки принимаются равными примерно 0,1l.

Рис3. Вкладыш разъемного подшипника из двух частей.

Вкладыши с заливкой антифрикционными сплавами изготовляются из чугунного литья СЧ21-40, стального литья (сталь 10) или бронзы (БрАЖС71,5-1,5, БрАЖН 11-6-6). Чугунное литье обладает наименьшей связью с антифрикционными сплавами. Для улучшения связи в чугунных вкладышах протачиваются пазы трапециевидного сечения (ласточкин хвост). Наиболее употребительными антифрикционными сплавами являются оловянистые баббиты Б83, Б16. В менее нагруженных подшипниках применяют свинцовистый баббит БН с присадками кадмия, никеля и мышьяка. При более нагруженных подшипниках баббит заменяют свинцовистой бронзой БрСЗО (вкладыш стальной).

В компрессорах с коренными подшипниками качения применяются преимущественно роликовые подшипники двухрядные сферические (условное обозначение 3000) и однорядные радиальноупорные конические (условное обозначение 7000).

Если вал монтируется на подшипниках скольжения, то один конец вала должен быть зафиксирован в осевом направлении. При этом второй подшипник должен быть выполнен таким образом, чтобы конец вала мог перемещаться в осевом направлении под влиянием температурной деформации. Монтаж вала с использованием конических роликоподшипников производится враспор. В этом случае расстояние между центрами подшипников L рекомендуется не более 500 мм, так как при больших L возникает опасность заклинивания роликов при удлинении вала от нагрева. Для предотвращения такого явления подшипники обычно монтируются с зазором, обеспечивающим осевой сдвиг от тепловых расширений вала

s =L + мм,

где L= L t - удлинение вала;

= 0,05мм - регулировочный зазор;

- коэффициент линейного расширения вала;

t=30 40° - возможное повышение температуры вала во время работы.

Выбор подшипников качения производят по вычисленному коэффициенту работоспособности с, задавая продолжительность работы компрессора 20103-20104 час. в соответствии с назначением его. Величины коэффициентов работоспособности для различных типов подшипников установлены ГОСТом. По вычисленному коэффициенту с находят необходимый размер подшипника того типа, который обусловлен конструкцией вала и картера (станины).

Список литературы

1. Красковский Е.Я., Дружинин Ю.А., Филатова Е.М. Расчет и конструирование механизмов приборов и вычислительных систем: Учебное пособие. М.: - Высш. шк., 2001. - 480 с.;

2. Сурин В.М. Техническая механика: Учебное пособие. - Мн.: БГУИР, 2004. - 292 с.;

3. Ванторин В.Д. Механизмы приборных и вычислительных систем: Учебное пособие. - М.: Высш.шк., 1999. - 415 с.;

4. ГОСТ 520-2011 (Подшипники качения. Общие технические условия);

5. ГОСТ ИСО 4378-1-2001 (Подшипники скольжения. Термины, определения и классификация);

6. Подшипники качения: справочник-каталог/ под ред. В.Н. Нарышкина и Р.В. Коростошевского. М.: машстрой 1984;

7. Большая Советская Энциклопедия 1978г;

Размещено на Allbest.ru