подшипники. Лекция 4 пцб, вр,МТ Износ деталей. Детали передач вращательно го движения. Подшип ники, смазочные мате риалы
 Скачать 10.17 Mb.
|
|
Лекция №4ПЦБ,ВР,МТ: „Износ деталей. Детали передач вращательно- го движения. Подшип- ники, смазочные мате- риалы”. Изнашивание деталей строительных машин. При работе машин изменяются размеры деталей, структура материала, появляются внешние и внутренние, видимые и скрытые дефекты, от чего падает мощность машин. В этом случае говорят, что машина изнашивается. Изнашивание — это разрушение и отделение материала от поверхности детали и (или) накопление остаточной деформации при трении, проявляющейся в постепенном изменении размеров и (или) формы. Результат изнашивания называется износом. Он выражается в линейных и массовых единицах или в снижении физико-механических свойств детали: прочности, упругости и др. Различают: - местный, - допускаемый, - и предельный износы деталей. Местным называется износ на отдельном участке поверхности трения; допускаемым — износ, при котором деталь сохраняет работоспособ- ность; предельный износ соответствует предельному состоянию детали, при ко- тором дальнейшая работа технически невозможна или эко- номически нецелесообразна. Кроме того, износы деталей, встречающиеся при эксплуатации машин, различаются: - по причинам возникновения, - характеру их нарастания, - и результатам проявления. Поэтому износы разделяют: - на медленно нарастающие (естественные), - и быстро развивающиеся (аварийные). Медленно нарастающие износы являются следствием длительной работы сил трения, воздействия высоких температур и других факторов при нормальных условиях работы машины и при выполнении в установленные сроки мероприятий по техническому обслуживанию. Эти износы составляют группу постепенных отказов и характеризуют долговечность узла и механизма, а следовательно, и машины в целом. Быстро нарастающие износы проявляются иногда даже после непродолжительной работы машины. Они свидетельствуют о дефектах ее изготовления, о некачественном техническом обслуживании, а также объясняются проявлением случайных обстоятельств при использовании машин и составляют группу внезапных отказов, определяющих надежность машин.  Рис.1. Кривая изнашивания сопряжения деталей. Изнашивание большинства деталей машин при эксплуатации, как показывают исследования, может быть представлено (в упрощенном виде) в виде кривой ABCD (рис. 1). На кривой видны три участка. Участок АВ изображает интенсивное изнашивание деталей в процессе приработки. Участок ВС характеризует постепенное изнашивание в процессе работы машины. Участок CD соответствует интенсивному изнашиванию, при котором дальнейшая эксплуатация может закончиться аварией. К основным деталям передач вращательного движения относятся: - валы и оси, - их опоры, - соединительные муфты, - зубчатые колёса, звёздочки, шкивы. Валы и оси Вал предназначен для передачи вращающего момента с помощью насаженных на него и вращающихся вместе с ним зубчатых колёс, шкивов, звёздочек, муфт.  Рис.2. Валы и оси: а – валы; б – оси; в – элементы валов и осей. Валы общего назначения (рис.2,а) делаются: - гладкими (I), - или, большей частью, ступенчатыми(II). Части вала (рис.2,в), охватываемые опорами А, Б, С, носят общее наименование – цапфы; концевые цапфы 1 и 5 называют шипами, промежуточные 3 – шейками, а торцевые 9, передающие на опоры осевое усилие, - пятами. Участки 2 и 4, на которых закрепляются детали, называются головками или подступичными частями. От осевого смещения вал (или детали) удерживается буртиками 7 и 8. Для плавного перехода от одного сечения к другому делаются радиальные выточки 6, называемые галтелями. Ось (рис.2,б) – гладкая (I) или ступенчатая (II) – служит только для поддержания сидящих на ней деталей и вращающего момента не передаёт. Оси могут быть: - неподвижными, - или вращающимися вместе с закреплёнными на них деталями. Подшипники Валы и оси поддерживаются специальными деталями, которые являются опорами. Название "подшипник" происходит от слова "шип" (англ. shaft, нем. zappen, голл. shiffen – вал). Так раньше называли хвостовики и шейки вала, где, собственно говоря, подшипники и устанавливаются. Опоры валов и осей, на которые они опираются своими цапфами, называются подшипниками; опоры, воспринимающие осевую нагрузку от пяты вала, называются подпятниками. Назначение подшипника состоит в том, что он должен обеспечить надёжное и точное соединение вращающейся (вал, ось) детали и неподвижного корпуса. Следовательно, главная особенность работы подшипника – трение сопряжённых деталей.  Рис.3. Подшипники выполняют функции опор осей и валов. Подшипник - это техническое устройство, являющееся частью опоры, которое поддерживает вал, ось или иную конструкцию, фиксирует положение в пространстве, обеспечивает вращение, качание или линейное перемещение (для линейных подшипников) с наименьшим сопротивлением, воспринимает и передаёт нагрузку на другие части конструкции. Основные типы подшипников. По принципу работы все подшипники можно разделить на несколько типов: - подшипники качения; - подшипники скольжения; - газостатические подшипники; - газодинамические подшипники; - гидростатические подшипники; - гидродинамические подшипники; - магнитные подшипники. Основная классификация основана на двух признаках: а). типу воспринимаемой нагрузки, б). форме тел качения, в основные типы: - шариковый радиальный; - шариковый радиальный сферический; - шариковый радиально-упорный; - шариковый упорный; - роликовый радиальный с короткими цилиндрическими роли- ками; - роликовый радиальный со сферическими роликами; - роликовый радиальный с длинными цилиндрическими роли- ками; - роликовый радиальный с витыми роликами; - роликовый конический; - роликовый упорный. По роду трения, развиваемого в подшипниках, различают два основных вида: ▬ подшипники качения; ▬ и подшипники скольжения. В первом случае в качестве основного узла, уменьшающего трение выступают тела качения (шарики или ролики). Во втором случае тела качения отсутствуют и трение уменьшается за счет гладких, как правило смазываемых поверхностях.  Рис.4. Подшипники качения: а – схема трения качения; б – шариковый радиальный; в – роликовый радиально-упорный; г – роликовый упорный.  Рис.5. Подшипники скольжения: а – глухой; б – разъёмный. Подшипники качения. Подшипники качения – те, у которых потери на трение во много раз меньше за счёт установки между опорными поверхностями цапфы и подшипника шариков или роликов, т.е. скольжение заменяется трением качения. Трением качения называется трение, проявляющееся при перекатывании круглого тела по поверхности.  Рис.6. Классификация подшипников качения Подшипники качения в зависимости от формы тел качения подразделяются на: ٭ шариковые, ٭ и роликовые, а по числу рядов тел качения различают: ▪ одно-, ▪ и многорядные подшипники. По характеру воспринимаемой нагрузки подшипники качения (рис.4,а) делятся на: ▬ радиальные, ▬ радиально-упорные, ▬ упорные, воспринимающие осевую нагрузку. По радиальным габаритам подшипники сгруппированы в семь серий. По осевым габаритам подшипники сгруппированы в четыре серии. Основными частями подшипника качения являются: ◘ наружное кольцо; ◘ внутреннее кольцо; ◘ тело качения (шарик или ролик); ◘ дорожки качения; ◘ сепаратор, фиксирующий положение тел качения.   Рис.7. Принципиальная схема опоры с подшипником качения: 1 – наружное кольцо; 2 – внутреннее кольцо; 3 - дорожки качения; 4 – шарики и ролики; 5 – сепаратры. По наружной поверхности внутреннего кольца и внутренней поверхности наружного кольца (на торцевых поверхностях колец упорных подшипников качения) выполняют желоба – дорожки качения, по которым при работе подшипника катятся тела качения.  а)  б)  в)  г)  д)Рис.8. Подшипники качения: а - с шариковыми телами качения, б - с короткими цилиндрическими роликами, в - с длинными цилиндрическими или игольчатыми роликами, г - с коническими роликами, д - с бочкообразными роликами. Это могут быть или шарики, или ролики (короткие толстые либо длинные иглообразные), или конические ролики, или бочкообразные, или даже спиралевидные пружины. Обычно подшипник выполняется как самостоятельная сборочная единица, состоящая из наружного и внутреннего Тела качения во избежание ненужного контакта друг с другом и равномерного распределения по окружности заключены в специальную кольцеобразную обойму – сепаратор (лат. Separatum – разделять). Достоинства подшипников качения: - низкое трение, низкий нагрева, следовательно, более высокий КПД (до 0,995) ; - в 10...20 раз меньше момент трения при пуске по сравнению с подшипниками скольжения; - простота обслуживания и замены; - простота обслуживания и замены; - экономия смазки; - высокий уровень стандартизации (комплектной взаимозаменяемостью в мировом масштабе); - экономия дорогих антифрикционных материалов; - малой чувствительностью к недостатку смазки; - простота ремонта машины вследствие взаимозаменяемости подшипников; - относительной дешевизной, благодаря массовому характеру производства. колец, между которыми и помещены тела качения. Недостатки подшипников качения: - высокие габариты (особенно радиальные) и вес; - высокие требования к оптимизации выбора типоразмера; - слабая виброзащита, более того, подшипники сами являются генераторами вибрации за счёт даже очень малой неизбежной разноразмерности тел качения; - шум во время работы, обусловленный погрешностями форм; - повышенная чувствительность к неточности установки; - сложность установки и монтажа подшипниковых узлов; - слабая сопротивляемость ударной нагрузке; - невозможность работы на сверхвысоких скоростях (свыше 50000 об/мин), вследствие прогрессивного возрастания центробежных сил инерции; - плохую работу в загрязненной среде; - высокая стоимость при мелкосерийном производстве уникальных по размерам подшипников. Трением качения называется трение, проявляющееся при перекатывании круглого тела по поверхности. Даже при строго горизонтальной ровной поверхности требуется приложить к телу весом G (рис.4,а) некоторое горизонтальное усилие Р , чтобы заставить тело катиться. Это объясняется тем, что под воздействием силы тяжести G перекатываемого тела поверхность опоры несколько прогибается, и телу приходится как бы подниматься с площадки АВ на площадку СДс возвышением∆h. Из условия равенства моментов сил P и G относительно точки перекатывания С , при соответствующих плечах приложения сил h и К, следует  . (1)Принимая (ввиду незначительности глубины прогиба ∆h)  , а ВСʹ равным ВС и перпендикулярным к ОВ, получим: , (2)где  - коэффициент трения качения, измеряемый в сантиметрах или милли-метрах. Для подшипников, работающих в особых условиях жидкостного трения. Под коэффициентом трения подразумевают безразмерный коэффициент пропорциональности между силой трения и нагрузкой на подшипник. Этот коэффициент для подшипников качения в 5÷10 раз меньше, чем для подшипников скольжения и колеблется от ),002 до 0,005. Точность изготовления и посадки подшипников качения. Кольца и тела качения изготавливаются по 1-му классу точности и выше. Обычные подшипники имеют нормальную точность - Н (знак не выбивается); Для повышенных и высоких скоростей применяются более высокие точности изготовления: П - повышенная, В - высокая, С - сверхвысокая (знак выбивается на торцах колец). При выборе класса точности подшипника необходимо помнить о том, что «чем точнее, тем дороже». Система обозначения подшипников качения. На один и тот же диаметр шейки вала предусматривается несколько серий подшипников, которые отличаются размерами колец и тел качения и соответственно величиной воспринимаемых нагрузок. В пределах каждой серии подшипники равных типов взаимозаменяемы в мировом масштабе. В стандартах указываются: - номер подшипника, - размеры, - вес, - предельное число оборотов, - статическая нагрузка, - и коэффициент работоспособности. ■ Две крайние цифры номера справа, умноженные на пять, выражают диаметр шейки вала d в мм; ■ Третья цифра справа выражает номер серии; ■ Четвертая цифра справа выражает тип подшипника, так: отсутствие цифры (нуль) - шариковый радиальный, единица - шариковый сферический, два - роликовый цилиндрический, ... семь - роликовый конический. ■ Пятая и другие цифры справа, если они есть, означают конструктивные особенности данного типа. Методика выбора подшипников качения. Состоит из пяти этапов: 1. Вычисляется требуемая долговечность подшипника исходя из частоты вращения и заданного заказчиком срока службы машины. 2. По найденным ранее реакциям опор выбирается тип подшипника (радиальный, радиально-упорный, упорно-радиальный или упорный), из справочника находятся коэффициенты радиальной и осевой нагрузок Х, У. 3. Рассчитывается эквивалентная динамическая нагрузка. 4. Определяется требуемая грузоподъёмность C = P*L(1/α). 5. По каталогу, исходя из требуемой грузоподъёмности, выбирается конкретный типоразмер («номер») подшипника, причём должны выполняться два условия: - грузоподъёмность по каталогу не менее требуемой; - внутренний диаметр подшипника не менее диаметра вала. Посадки подшипников на вал и в корпус. При проектировании подшипниковых узлов принципиальное значение имеет сопряжение (посадка) внутренних колец с валом и наружных с корпусом. Поскольку подшипники являются стандартными узлами, то валы и корпуса должны приспосабливаться к ним. Внутренние кольца сажают на вал по системе отверстия, а наружные в корпус по системе вала. При том, что поле допусков внутреннего кольца направлено не в тело, а к центру, посадки на вал получаются более плотными, чем обычно в системе отверстия.  Рис.9. Посадки подшипников на вал и в корпус. В зависимости от режима работы машины, чем больше нагрузка и сильнее толчки, тем более плотными должны быть посадки. Чем быстроходнее машина (меньше нагрузки, выше температуры), тем посадки должны быть свободнее. Посадки роликоподшипников должны быть более плотными в связи с большими нагрузками. Посадки радиально-упорных подшипников плотнее, чем у радиальных, у которых посадочные натяги искажают зазоры. Посадки крупных подшипников из-за больших сил назначают плотнее, чем у средних и мелких. Монтаж и демонтаж подшипников Нередко наблюдаются случаи, когда повреждения подшипников вызваны небрежным, безграмотным монтажом и демонтажом. Подшипники со значительным натягом на валу следует монтировать нагретыми в масле или охлаждать вал сухим льдом. В остальных случаях подшипники можно напрессовывать на вал с помощью пресса. Посадка подшипника ударами молотка через оправку из мягкого металла допустима только при малых натягах для мелких и средних подшипников. Демонтаж допускается только с помощью специальных съёмников. Общий принцип: усилие прикладывается только к тому кольцу, которое установлено с натягом и не должно передаваться на тела качения. |