Нагрузки. Расчет деталей на прочность. Сдвиг, кручение
Методическое пособие - Разное
Другие методички по предмету Разное
?м и вкладышем, при этом вал всплывает в масляном слое. Такое взаимодействие приводит к тому, что в зоне, где вал опирается на вкладыш, развивается зона повышенного давления в слое масла. Так как непосредственный контакт отсутствует, то трение в подшипнике определяется законами гидродинамики.
Рис. 11.4
Суть расчета сводится к определению величины подъема h вала (Рис. 11. 4), определяемой соотношением высот неровностей шероховатостей Rz вала и отверстия:
,
где ?h - некоторая добавка.
За гидравлическим расчетом подшипников скольжения, как правило, следует проверка, осуществляемая в два этапа:
- расчет на прочность (износостойкость), суть которого сводится к тому, что удельное давление p вала на опорной поверхности подшипника не должно превышать допускаемой величины [p]:
,
где F - радиальная сила, с которой вал воздействует на опору;- длина опорной поверхности;- диаметр цапфы.
- тепловой расчет, базируемый на применении комплекса:
,
где р - давление, организуемое валом на опорной поверхности;- линейная окружная скорость на периферии цапфы. Анализ размерностей комплекса рv:
,
В итоге величина рv - энергия, затрачиваемая в единичном времени на энергию преодоления трения, переходящую в тепловую энергию. В связи с этим масло нагревается, а значит:
,
где Gм - расход масла;
См - теплоемкость масла;
?t - температурный градиент, величина нагрева масла.
Тогда расход масла Gм:
.
Эти режимные параметры позволяют выбрать необходимый режим работы подшипника с учетом того, что трение f (или коэффициент трения) изменяется с изменением угловой скорости ? вращения вала (Рис. 11.5).
Рис. 11.5
Режим сухого трения (зона I) характеризуется малыми ?, при этом цапфа и вкладыш подшипника находятся в непосредственном контакте - коэффициент трения f принимает наибольшее значение. Увеличение ? приводит к увеличению масляного слоя между контактирующими поверхностями (зона II), в связи с чем наблюдается резкое уменьшение трения f - режим полужидкостного трения. Начиная с некоторой угловой скорости ? = ?кр, при которой коэффициент трения принимает наименьшее значение f = fmin, вал отходит от подшипника (всплывает). Последующее увеличение угловой скорости (зона III) приводит к увеличению масляного слоя между валом и вкладышем подшипника, что приводит к увеличению трения - режим жидкостного трения.
Достоинствами подшипников скольжения являются бесшумность хода, способность работать с большими мощностями, малые радиальные габариты и простота монтажа (сборки), однако при этом необходимость обильной смазки и использования цветных металлов и сплавов, а также значительные осевые габариты являются недостатком подшипников скольжения. Особенность подшипников скольжения заключается в том, что опора разрушается с предварительными признаками разрушения.
Подшипники качения.
Наиболее часто на практике используются подшипники качения. Опора, работающая, преодолевая силу трения качения, называется подшипником качения. Достоинствами подшипников качения являются малая по сравнению с силой трения скольжения сила трения качения, возможность использования стандартных покупных изделий (т.е. возможность взаимозаменяемости) и малые осевые габариты; недостатки - большие радиальные габариты, некоторая сложность при монтаже и возможность внезапного разрушения.
Рис. 11.6
Подшипник качения имеет внутреннюю 1 и наружную 2 обоймы, комплект тел качения 3 (Рис. 11.6). Во избежание соприкосновения тел качения они отделяются друг от друга сепаратором 4. Некоторые подшипники снабжаются защитными шайбами.
По форме тел качения подшипники подразделяются на шариковые (Рис. 11.7) и роликовые (Рис. 11.8). Последние, в свою очередь, делят по форме роликов на подшипники с короткими (Рис. 11.8, а) и длинными (Рис. 11.8, д) цилиндрическими роликами, с коническими (Рис. 11.8, г), бочкообразными (Рис. 11.8, б) и игольчатыми (Рис. 11.8, в) роликами.
а)б) в) г)д)е)
Рис. 11.7
По числу рядов тел качения (расположенных по ширине подшипника) подшипники делят на однорядные (Рис. 11.7, а, в - е и 11.8, а, в - д), двухрядные (Рис. 11.7, б и 11.8, б) и четырехрядные.
а)б)в) г) д)
Рис. 11.8
Принцип действия подшипника качения основан на обкатывании тела качения 3 на внутренней обойме 1 вокруг собственной оси и перекатывании его по наружной обойме 2 (Рис. 11.9).
Рис. 11.9
Кинематика работы подшипника несколько усложнена тем, что тело качения совершает плоско-параллельное движение, поэтому подшипник не может быть рассчитан строго теоретически. Надежность и долговечность работы подшипника качения позволяют обеспечить экспериментальные данные и рекомендации. Экспериментально определяется кривая выносливости подшипника качения (Рис. 11.10), которая аналогично кривой усталостной прочности показывает функциональную зависимость приведенной радиальной нагрузки RЕ при динамическом нагружении подшипника от долговечности L подшипника:
,
где m - показатель выносливости, равный 3 для шариковых подшипников и 10/3 - для роликовых (ролик выдерживает большую нагрузку).
Рис. 11.10
В паспорт (каталог) подшипника выносится динамическая нагрузка (или грузоподъемность) С, которую данный подшипник выдержит при долговечности L=1 млн. оборотов. Следовательно:
,
<