Сущность назначения осей и валов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Валы предназначены для передачи вращающего момента и, как правило, поддержания установленных на них деталей. Кроме вращающих моментов валы нагружены обычно поперечными силами и изгибающими моментами. Оси обеспечивают вращательное движение закрепленных на них деталей, нагружены обычно поперечными силами и изгибающими моментами, а вращающих моментов не передают. Оси бывают вращающимися и не подвижными.

Подшипник это сборочный узел, являющийся частью опоры или упора и поддерживающий вал, ось или иную подвижную конструкцию с заданной жёсткостью. Фиксирует положение в пространстве, обеспечивает вращение, качение или линейное перемещение (для линейных подшипников) с наименьшим сопротивлением, воспринимает и передаёт нагрузку от подвижного узла на другие части конструкции. Опора с упорным подшипником называется подпятником. Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. / Под ред. И. Н. Жестковой. -- 8-е изд., перераб. и доп. -- М.: Машиностроение, 2001. -- Т. 2. -- 912 с.

Основными рабочими характеристиками подшипника в процессе эксплуатации являются шумы подшипника, вибрации, температура и состояние смазочного материала.

Объектом данного реферата является - валы и оси, подшипники.

Целью является изучение валов и осей, а также подшипников.

Задачи: - изучить назначение осей и валов, - описать материалы валов и осей,

- рассмотреть виды подшипников.

1. Назначение конструкции осей и валов

Оси служат для поддержания вращающихся вместе с ними или на них различных деталей машин и механизмов. Вращение оси вместе с установленными на ней деталями осуществляется относительно ее опор, называемых подшипниками. Примером невращающейся оси может служить ось блока грузоподъемной машины (рис. 1, а), а вращающейся оси -- вагонная ось (рис. 1, б). Оси воспринимают нагрузку от расположенных на них деталей и работают на изгиб.

Рис. 1

Валы в отличие от осей предназначены для передачи крутящих моментов и в большинстве случаев для поддержания вращающихся вместе с ними относительно подшипников различных деталей машин. Валы, несущие на себе детали, через которые передается крутящий момент, воспринимают от этих деталей нагрузки и, следовательно, работают одновременно на изгиб и кручение. При действии на установленные на валах детали (конические зубчатые колеса, червячные колеса и т. д.) осевых нагрузок, валы дополнительно работают на растяжение или сжатие. Некоторые валы не поддерживают вращающиеся детали (карданные валы автомобилей, соединительные валки прокатных станов и т. п.), поэтому эти валы работают только на кручение. По назначению различают валы передач, на которых устанавливают зубчатые колеса, звездочки, муфты и прочие детали передач, коренные валы, на которых устанавливают не только детали передач, но и другие детали, например маховики, кривошипы и т. д.

Оси представляют собой прямые стержни (рис 1, а, б), а валы различают прямые (рис. 1, в, г), коленчатые (рис. 1, д) и гибкие (рис. 1, е). Широко распространены прямые валы. Коленчатые валы в кривошипно-шатунных передачах служат для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное или наоборот и применяются в поршневых машинах (двигатели, насосы). Гибкие валы, представляющие собой многозаходные витые из проволок пружины кручения, применяют для передачи момента между узлами машин, меняющими свое относительное положение в работе (механизированный инструмент, приборы дистанционного управления и контроля, зубоврачебные бормашины и т. п.). Коленчатые и гибкие валы относятся к специальным деталям.

Оси и валы в большинстве случаев бывают круглого сплошного, а иногда кольцевого поперечного сечения. Отдельные участки валов имеют круглое сплошное или кольцевое сечение со шпоночной канавкой (рис. 1, в, г) или со шлицами, а иногда профильное сечение. Стоимость осей и валов кольцевого сечения обычно больше, чем сплошного сечения; их применяют в случаях, когда требуется уменьшить массу конструкции, например в самолетах (см. также оси сателлитов планетарного редуктора на рис. 4), или разместить внутри другую деталь. Гулиа Н. В., Клоков В. Г., Юрков С. А. Детали машин. -- М.: Издательский центр "Академия", 2004. -- С. 416 Полые сварные оси и валы, изготовляемые из ленты, расположенной по винтовой линии, позволяют снижать массу до 60%.

Оси небольшой длины изготовляют одинакового диаметра по всей длине (рис. 1, а), а длинные и сильно нагруженные - фасонными (рис. 1, б). Прямые валы в зависимости от назначения делают либо постоянного диаметра по всей длине (трансмиссионные валы, рис. 1, в), либо ступенчатыми (рис. 1, г), т.е. различного диаметра на отдельных участках. Наиболее распространены ступенчатые валы, так как их форма удобна для установки на них деталей, каждая из которых должна к своему месту проходить свободно. Иногда валы изготовляют заодно с шестернями (см. рис. 2) или червяками (см. рис. 2; 3).

Рис. 2

Участки осей и валов, которыми они опираются на подшипники, называют при восприятии радиальных нагрузок цапфами, при восприятии осевых нагрузок -- пятами. Концевые цапфы, работающие в подшипниках скольжения, называют шипами (рис. 2, а), а цапфы, расположенные на некотором расстоянии от концов осей и валов, - шейками (рис. 2, б). Цапфы осей и валов, работающие в подшипниках скольжения, бывают цилиндрическими (рис. 2, а), коническими (рис. 2, в) и сферическими (рис. 2, г). Самые распространенные - цилиндрические цапфы, так как они наиболее просты, удобны и дешевы в изготовлении, установке и работе. Конические и сферические цапфы применяют сравнительно редко, например для регулирования зазора в подшипниках точных машин путем перемещения вала или вкладыша подшипника, а иногда для осевого фиксирования оси или вала. Сферические цапфы применяют тогда, когда вал помимо вращательного движения должен совершать угловое перемещение в осевой плоскости. Цилиндрические цапфы, работающие в подшипниках скольжения, обычно делают несколько меньшего диаметра по сравнению с соседним участком оси или вала, чтобы благодаря заплечикам и буртикам (рис. 2, б) оси и валы можно было фиксировать от осевых смещений. Цапфы осей и валов для подшипников качения почти всегда выполняют цилиндрическими (рис. 3, а, б). Сравнительно редко применяют конические цапфы с небольшим углом конусности для регулирования зазоров в подшипниках качения упругим деформированием колец. На некоторых осях и валах для фиксирования подшипников качения рядом с цапфами предусматривают резьбу для гаек (рис. 3, б;) или кольцевые выточки для фиксирующих пружинных колец.

Рис. 3

Пяты, работающие в подшипниках скольжения, называемых подпятниками, делают обычно кольцевыми (рис. 4, а), а в некоторых случаях - гребенчатыми (рис. 4, б). Гребенчатые пяты применяют при действии на валы больших осевых нагрузок; в современном машиностроении они встречаются редко.

Рис. 4

Поверхность плавного перехода от одной ступени оси или вала к другой называется галтелью (см. рис. 2, а, б). Переход от ступеней меньшего диаметра к ступени большего диаметра выполняют со скругленной канавкой для выхода шлифовального круга (см. рис 3). Для снижения концентрации напряжений радиусы закруглений галтелей и канавок принимают возможно большими, а глубину канавок -- меньшей (ГОСТ 10948-64 и 8820-69).

Разность между диаметрами соседних ступеней осей и валов для снижения концентрации напряжений должна быть минимальной. Торцы осей и валов для облегчения установки на них вращающихся деталей машин и предубеждения травмирования рук делают с фасками, т. е. слегка обтачивают на конус (см. рис. 1...3). Радиусы закруглений галтелей и размеры фасок нормализованы ГОСТ 10948-64.

Длина осей обычно не превышает 2-3 м, валы могут быть длиннее. По условиям изготовления, транспортировки и монтажа длина цельных валов не должна превышать 6-7 м. Более длинные валы делают составными и отдельные части их соединяют муфтами или с помощью фланцев. Диаметры посадочных участков осей и валов, на которых устанавливаются вращающиеся детали машин и механизмов, должны быть согласованы с ГОСТ 6636-69 (СТ СЭВ 514-77).

2. Материалы осей и валов

Оси и валы изготовляют из углеродистых и легированных конструкционных сталей, так как они обладают высокой прочностью, способностью к поверхностному и объемному упрочнению, легкостью получения прокаткой цилиндрических заготовок и хорошей обрабатываемостью на станках. Для осей и валов без термообработки используют углеродистые стали Ст3, Ст4, Ст5, 25, 30, 35, 40 и 45. Оси и валы, к которым предъявляют повышенные требования к несущей способности и долговечности шлицев и цапф, выполняют из среднеуглеродистых или легированных сталей с улучшением 35, 40, 40Х, 40НХ и др. Для повышения износостойкости цапф валов, вращающихся в подшипниках скольжения, валы делают из сталей 20, 20Х, 12ХНЗА и других, с последующей цементацией и закалкой цапф. Ответственные тяжело нагруженные валы изготовляют из легированных сталей 40ХН, 40ХНМА, 30ХГТ и др. Тяжело нагруженные валы сложной формы, например, коленчатые валы двигателей, делают также из модифицированного или высокопрочного чугуна. (рис. 5)

Рис. 5

Неответственные валы или валы, габариты которых не играют существенной роли, изготовляют из стали Ст. 5. Для более ответственных валов, в том числе и большинства валов редукторов общего назначения, применяют стали 45, 50, 40X подвергнутые термическому улучшению (закалка с высоким отпуском). Для ответственных тяжело нагруженных валов, которые должны иметь небольшие габариты, применяют легированные стали 40ХН, 30ХГС и др. Термообработка -улучшение, закалка ТВЧ. Наконец, для весьма ответственных валов, работающих в подшипниках скольжения, используют также цементируемые стали -- 20Х, 20ХН, 12ХН3А, 18ХГТ и т. д.

3. Зубчатые редукторы

Редуктором называется передача, установленная в закрытом корпусе и служащая для снижения угловой скорости и повышения вращающегося момента на ведомом валу. Передача, помещенная в отдельном корпусе и предназначенная для повышения угловой скорости ведомого вала, называется ускорителем или мультипликатором. Установка передачи в отдельном корпусе гарантирует точность сборки, лучшую смазку, более высокий к. п. д., меньший износ, а также защиту от попадания в нее пыли и грязи. Поэтому вместо открытых передач во всех ответственных установках применяют редукторы. Открытые передачи используют при ручном и механическом тихоходном приводе. Зубчатые редукторы благодаря указанным выше достоинствам зубчатых передач нашли широкое применение.

Рис. 6

На (рис. 6) показаны схемы распространенных зубчатых редукторов. На схемах Входной (быстроходный) вал обозначен Б, выходной (тихоходный) -- Т и промежуточные валы -- П. Тип и конструкция зубчатого редуктора определяются видом, расположением и количеством отдельных его передач (ступеней). На (рис. 6, а-г) представлены схемы цилиндрических зубчатых редукторов -- одноступенчатого (рис. 6, а) и двухступенчатых (рис. 6, б-г). Самый простой зубчатый редуктор -- одноступенчатый цилиндрический -- применяют при передаточном числе и u ?12,5. Двухступенчатые цилиндрические зубчатые редукторы применяют при u=12,5...63, а чаще при u=16...40. При u>60 применяют трехступенчатые цилиндрические зубчатые редукторы. Из двухступенчатых цилиндрических зубчатых редукторов наиболее распространены простые по конструкции трехосные редукторы (рис. 6, б; 2). Двухступенчатые соосные (двухосные) зубчатые редукторы (рис. 6, в) компактнее трехосных, но сложнее по конструкции. Для улучшения условий работы тихоходной передачи двухступенчатого цилиндрического трехосного редуктора быстроходную ступень его иногда делают разветвленной или раздвоенной (рис. 6, г). Если входной и выходной валы должны быть взаимно перпендикулярны, то при u?6,3 применяют конические зубчатые редукторы (рис. 6, д; 3), а при u>12,5 - коническо-цилиндрические зубчатые редукторы (рис. 6, е). При больших передаточных числах применяют планетарные зубчатые передачи. Планетарный одноступенчатый редуктор, выполненный по схеме показан в (Приложении 3). При больших передаточных числах применяют также комбинированные редукторы -- зубчато-червячные и червячно-зубчатые. Помимо указанных редукторов применяют также мотор-редукторы - отдельные агрегаты, в которых редуктор и электродвигатель монтируют в одном корпусе. В большинстве случаев мотор-редукторы имеют зубчатые передачи. Мотор-редукторы -- компактные агрегаты, но из-за сложности конструкции их применяют ограниченно.

Для удобства сборки корпуса редукторов выполняют составными (Приложение № 1, приложение №2, , приложение № 3). Отдельные детали корпуса скрепляют между собой болтами (винтами, шпильками). В обыкновенных зубчатых редукторах (Приложение № 1 и 2) корпус состоит из двух основных деталей -- основания 1, закрепляемого на фундаменте или на установочной раме, и крышки 2. Для осмотра передач и заливки масла в крышке корпуса предусматривают смотровое отверстие, закрываемое крышкой 3 (Приложение № 2), в которой для редукторов с большим тепловыделением закрепляется отдушина 4; по концам крышки корпуса имеются два грузовых винта 5, петли (Приложение № 3) или крюки для захвата крошки при подъеме грузоподъемной машиной; в основании корпуса находится маслоспускное отверстие, закрываемое пробкой 6; в нем же расположен масло указатель 7; в тяжелых редукторах предусмотрены крюки 8 для захвата редуктора при подъеме грузоподъемной машиной. Для точной установки крышки на основание корпуса редуктора (Приложение № 2) используют конические штифты 9. Для облегчения снятия крышки с основания корпуса применяют отжимные винты.

Корпус редуктора должен быть прочным и жестким, так как его деформации могут вызвать перекос валов и, следовательно, неравномерное распределение нагрузки по длине зубьев. Жесткость корпуса усиливают наружными (Приложение № 2) или внутренними (Приложение № 1) ребрами, расположенными у приливов под подшипниками. Форма крышек для подшипников редукторов определяется типом подшипников и способом их установки.

Корпуса редукторов изготовляют обычно из чугунного литья СЧ15, СЧ18 и СЧ20. Корпуса редукторов, передающих большие мощности при ударных нагрузках, отливают из высокопрочного чугуна и из стали. Иногда при единичном или мелкосерийном производстве корпуса редукторов изготовляют сварными из листовой стали. Основные габаритные размеры корпуса редуктора зависят от размеров зубчатых колес, остальные размеры определяют по эмпирическим формулам в соответствующих справочниках. Валы передач редукторов обычно устанавливают на подшипниках качения. Подшипники скольжения применяют только для очень быстроходных передач (в мультипликаторах) и редукторов большой мощности.

Смазка зубчатых колес редукторов при окружных скоростях до v=12...15 м/с осуществляется окунанием колес в масляную ванну. Такой способ смазки зубьев называется смазкой окунанием или картерной смазкой. Вместимость масляной ванны принимается из расчета 0,35...0,7 л на 1 кВт передаваемой мощности (меньшее значение - при меньшей вязкости масла, и наоборот). Масло должно покрывать рабочие поверхности зубьев, а потери передаваемой мощности на сопротивление масла вращению зубчатых колес и соответственно на нагрев масла должны быть минимальными. Так как во время работы редуктора происходят колебания уровня масла, то рекомендуется зубчатые колеса погружать в масляную ванну для цилиндрических передач на глубину не менее 0,75 высоты зубьев, а для конических передач вся длина нижнего зуба должна находиться в масле. Тихоходные зубчатые колеса второй и третьей ступеней редуктора при необходимости допускается погружать в масло на глубину до ? радиуса делительной окружности. Чтобы избежать глубокого окунания колес в ванну, колеса первой ступени смазывают с помощью смазочной текстолитовой шестерни (рис. 7, а) или другого подобного устройства. Иногда для колес разных ступеней предусматривают раздельные ванны. В редукторах с быстроходными передачами применяют струйную или циркуляционную смазку под, давлением. Масло, прокачиваемое насосом через фильтр, а при необходимости и охладитель, поступает к зубьям через трубопровод и сопла. При окружной скорости до v=20 м/с для прямозубых передач и до v=50 м/с для косозубых масло подается непосредственно в зону зацепления (рис. 7, б), а при более высоких скоростях во избежание гидравлических ударов масло подается на зубья шестерни и колеса отдельно на некотором расстоянии от зоны зацепления. ось вал сталь подшипник

Смазку подшипников редукторов при окружной скорости зубчатых передач v>4 м/с часто осуществляют тем же маслом, что и зубчатых колес, путем разбрызгивания. При окружной скорости передач v<4 м/с, а также при возможности попадания в масляную ванну металлических частиц износа зубьев для подшипников редукторов предусматривают самостоятельную смазку, обычно консистентную. При больших скоростях и нагрузках на подшипники редуктора предусматривают смазку под давлением от общей системы.

Рис. 7

Расчет зубчатого редуктора состоит из расчета его элементов -- передач, валов, шпонок и подшипников, а для редуктора большой мощности также из теплового расчета.

4. Подшипники

Подшипники - это технические устройства, являющиеся частью опор вращающихся осей и валов. Они воспринимают радиальные и осевые нагрузки, приложенные к валу или оси, и передают их на раму, корпус или иные части конструкции. При этом они должны также удерживать вал в пространстве, обеспечивать вращение, качание или линейное перемещение с минимальными энергопотерями. От качества подшипников в значительной мере зависит коэффициент полезного действия, работоспособность и долговечность машины.

В конкретных условиях выбирать тип подшипника необходимо с особой тщательностью, так как от этого зависят условия работы и ресурс не только подшипников, но и сопряженных с ними деталей (например, зубчатых колес).

Приведем краткую характеристику основных типов подшипников:

Шариковые радиальные однорядные подшипники предназначены для восприятия в основном радиальной нагрузки, но могут воспринимать и небольшие осевые нагрузки (до 70 % неиспользованной радиальной). Удовлетворительно работают при перекосе колец не более 8є. Могут фиксировать осевое положение вала, однако из-за малой осевой жесткости точность осевой фиксации сравнительно невелика. Сравнительно невелика их жесткость и в радиальном направлении. При необходимости точной фиксации вала такие подшипники применять не рекомендуется. Нельзя использовать шариковые радиальные подшипники и при ударных нагрузках. Такие подшипники имеют наименьшие потери на трение и могут работать при большой частоте вращения. При больших частотах вращения его часто используют и как упорный подшипник.

Основные типы подшипников качения:

· шариковый радиальный однорядный;

· шариковый радиальный двухрядный сферический;

· шариковый радиально-упорный;

· упорный шариковый однорядный;

· упорный шариковый двухрядный;

· роликовый радиальный с короткими цилиндрическими роликами;

· радиальные сферические роликовые двухрядные с бочкообразными роликами;

· роликовые игольчатые;

· роликовые радиально-упорные

Шариковые радиальные подшипники имеют самое широкое применение благодаря своей дешевизне, нетребовательности к точности монтажа и условиям смазки. Используют их в электродвигателях, коробках передач автомобилей и тракторов, роликах транспортеров, в редукторах для опор валов цилиндрических прямозубых и косозубых колес.

Распределение подшипников по степени распространенности и объему выпуска (% общего количества) приведено ниже.

Шариковый радиальный двухрядный сферический подшипник предназначен для восприятия радиальной нагрузки в условиях возникновения значительных (до 3°) перекосов колец. Это возможно в узлах с нежесткими валами (большое расстояние между опорами), или когда опоры одного вала находятся в разных корпусах. Подшипник допускает осевую фиксацию вала и очень небольшую осевую нагрузку (до 20 % неиспользованной радиальной). Применяют их в сельскохозяйственных машинах, а также для фиксации многоопорных трансмиссионных валов, валов барабанов и звездочек транспортеров и конвейеров и т.д.

Шариковые радиально-упорные подшипники воспринимают комбинированные нагрузки и могут работать при осевой нагрузке, действующей в одном направлении. Для восприятия больших осевых нагрузок устанавливают несколько подшипников («каскадная» установка). Эти подшипники используют в узлах с жесткими двухопорными валами при сравнительно небольших расстояниях между опорами, а также в узлах, требующих регулировки внутреннего зазора в подшипниках, как при монтаже, так и в процессе эксплуатации, например, шпиндели металлорежущих и деревообрабатывающих станков, электродвигателей, центрифуги, червячные редукторы, передние колеса автомобилей.

Шариковые упорные подшипники воспринимают только осевые нагрузки: одинарный -- односторонние, двойной -- знакопеременные. Для лучшей самоустановки эти подшипники изготовляют со сферическим подкладным кольцом. У одинарного подшипника одно кольцо («тугое») монтируют на валу, а второе («свободное») - в корпусе. В ряде случаев эти подшипники можно заменить шариковым однорядным с увеличенной осевой «игрой». Применяют шариковые упорные подшипники в вертикальных центрифугах, тихоходных редукторах, крановых крюках, шпинделях металлорежущих станков, опорах поворотных кранов, вращающихся центрах металлорежущих станков, домкратах и др.

Упорные роликовые подшипники воспринимают большие нагрузки, чем шариковые, но при меньшей частоте вращения. Удовлетворительно работают они при низких и средних частотах вращения, когда окружная скорость на валу не более 5...10 м/с (верхнее значение относится к подшипникам легких серий средних размеров). При высоких частотах вращения вследствие центробежных сил и гироскопических моментов, действующих на шарики, подшипник быстро разрушается.

Роликовые радиальные подшипники с короткими цилиндрическими роликами более грузоподъемные (примерно в 1,5 раза), чем шариковые подшипники тех же габаритов. Эти подшипники не допускают перекосов. Применяют их в качестве опор жестких коротких валов, когда возможно обеспечить высокую сносность посадочных мест. Конструкция таких подшипников разборная, что облегчает монтаж и демонтаж опоры качения. Подшипники с наружными или внутренними кольцами без буртиков используют в плавающих опорах. Подшипники, у которых одно из колец имеет один буртик, применяют в опорах с односторонней фиксацией. Кроме подшипников с короткими роликами выпускают подшипники с длинными витыми роликами, которые используют при небольших радиальных нагрузках, малых скоростях и ярко выраженных ударных нагрузках. Осевой нагрузки роликовые радиальные подшипники не воспринимают, осевого положения вала не фиксируют. Применяют их в сельскохозяйственных машинах.

Роликовые радиальные сферические двухрядные подшипники с бочкообразными роликами по основным характеристикам подобны сферическим шариковым подшипникам и отличаются от них значительно большей грузоподъемностью и жесткостью. Они одновременно с радиальной могут воспринимать небольшие (до 20 %) осевые нагрузки в обоих направлениях и допускают перекос внутреннего кольца (до 3°).

Эти подшипники применяют в опорах длинных многоопорных валов, подверженных значительным прогибам под действием внешних нагрузок, например, в барабанах лебедок, шнеках сельскохозяйственных машин, угольных комбайнах и врубовых машинах, прокатных станах и редукторах средней и большой мощности, скатах мостовых и портовых кранов и во многих других изделиях.

Роликовые игольчатые подшипники предназначены для восприятия только радиальных нагрузок. Эти подшипники могут быть без внутреннего или наружного кольца или вовсе без колец. По сравнению со всеми другими подшипниками они имеют значительно меньший наружный диаметр при одинаковом внутреннем диаметре. Эти подшипники чувствительны к перекосам; их применяют, например, в карданных валах автомобилей, поршневых пальцах, шатунных пальцах, распределительных валах двигателей, опорах кривошипно-шатунных механизмов и др.

Роликовые конические подшипники - радиально -упорные. Они воспринимают комбинированные нагрузки. При установке вала на двух подшипниках способны воспринимать чисто радиальные нагрузки. Применяют их в узлах с жесткими двухопорными валами при небольшом расстоянии между опорами, например, в червячных редукторах, колесах грузовых автомобилей, катках гусениц тракторов, станков и др.

В зависимости от рода трения в подшипнике различают подшипники скольжения, в которых опорная поверхность оси или вала скользит по рабочей поверхности подшипника, и подшипники качения, в которых развивается трение качения благодаря установке шариков или роликов между опорными поверхностями оси или вала и подшипника.

В зависимости от направления воспринимаемой нагрузки подшипники скольжения различают:

· радиальные - для восприятия радиальных, т. е. перпендикулярных осям и валам, нагрузок;

· упорные, или подпятники, для восприятия нагрузок, расположенных вдоль осевых линий осей и валов;

· радиально-упорные для восприятия одновременно радиальных и осевых нагрузок.

При одновременном действии на ось или вал радиальных и осевых нагрузок обычно применяют сочетание радиальных и упорных подшипников и значительно реже пользуются радиально упорными подшипниками скольжения. Основные требования к подшипникам скольжения:

- конструкции и материалы подшипников должны обеспечивать минимальные потери на трение и износ валов, иметь достаточную прочность и жесткость, чтобы противостоять действующим на них силам и вызываемыми деформациями сотрясениям;

- размеры трясущихся поверхностей должны быть достаточными для восприятия действующего на них давления без выдавливания смазки и для отвода развивающейся от трения теплоты;

- сборка подшипников, установка осей и валов и обслуживание, (особенно смазка на ходу) должны быть по возможности простыми.

Для уменьшения трения в подшипниках, повышения к .п.д., снижения износа и нагрева до минимума трущиеся поверхности смазывают маслом или другим смазочным материалом. В зависимости от толщины масляного слоя подшипник работает в режиме жидкостного, полужидкостного или полусухого трения. При жидкостном трении рабочие поверхности вала и подшипника полностью разделяют слой смазки, толщина которого больше сумм неровностей обработки

поверхностей вала и подшипника. При полусухом трении между валом и подшипником преобладает сухое трение, а при полужидкостном -- жидкостное трение. Различают также граничное трение, при котором сплошной слой масла настолько тонок, что он теряет свойства вязкой жидкости.

Рис. 8

Самый благоприятный режим работы подшипника скольжения -- при жидкостном трении, которое обеспечивает износостойкость, сопротивление заеданию вала и высокий к. п. д. подшипника. Для создания этого трения в масляном слое должно быть гидродинамическое (создаваемое вращением вала) или гидростатическое (от насоса) избыточное давление. Для получения жидкостного трения обычно применяют подшипники с гидродинамической смазкой, сущность которой в следующем. Вал при вращении под действием внешних сил занимает в подшипнике эксцентричное положение (рис. 8, а) и увлекает масло в зазор между ним и подшипником. В образовавшемся масляном клине создается гидродинамическое давление, обеспечивающее в подшипнике жидкостное трение. Эпюра распределения гидродинамического давления в подшипнике по окружности показана на (рис. 8, а), по длине -- на рис. (8, б). Так как конструкция подшипников с гидростатическим давлением сложнее конструкции подшипников с гидродинамическим давлением, то их применяют преимущественно для тяжелых тихоходных валов и других деталей и узлов машин (например, тяжёлых шаровых мельниц, больших телескопов и т. п.).

Рис. 9

Подшипник скольжения состоит из корпуса и помещенных в нем вкладышей (рис. 9а, 10), на которые непосредственно опирается ось или вал, корпус обычно делают из чугуна, вкладыши для уменьшения трения изготавливают из материалов, которые в паре с цапфой вала имеют незначительный коэффициент трения. Журавлев Ю. Н. Активные магнитные подшипники: Теория, расчет, применение. - СПб.: Политехника, 2003 Замена вкладышей при износе стоит значительно дешевле, чем замена всего подшипника. В ручных приводах, где износ подшипников незначительный, применяют и безвкладышные подшипники скольжения. (рис. 9 б). Подшипник скольжения изготавливают либо в отдельном корпусе (рис 9,10), прикрепляемом болтами к детали, на которой он устанавливается, либо в корпусе, выполненном как одно целое с деталью, например станиной машины, корпусом редуктора и т.п. Наружная форма корпуса подшипника определяется в зависимости от того, где устанавливается подшипник (рис. 9,10).

Рис. 10

Различаются неразъемные (рис. 9) и разъемные (рис. 10) подшипники скольжения. Корпус и вкладыш неразъемного подшипника цельные. Вкладыш изготавливают в виде втулки (рис.11, а), которую запрессовывают в корпус подшипника. Корпус подшипника состоит из двух частей (рис. 11): основания 1, воспринимающего нагрузку со стороны оси или вала, и крышки 2, прикрепляемой к основанию корпуса болтами или шпильками. Вкладышей в разъемном подшипнике обычно два - верхний 3 и нижний 4. Иногда применяют многовкладышевые разъемные подшипники.

Рис. 11

Конструкция неразъемных подшипников проще и дешевле разъемных, но они неудобны при монтаже осей и валов. Поэтому эти подшипники обычно применяют для концевых цапф осей и валов небольших диаметров. Разъемные подшипники удобны при монтаже осей и валов и допускают регулировку зазоров путем сближения крышки и основания, поэтому их применяют наиболее широко. Для правильной работы подшипника скольжения разъем его корпуса рекомендуется выполнять перпендикулярно направлению нагрузки, воспринимаемой подшипником. Для предупреждения боковых смещений крышки относительно основания корпуса плоскость разъема корпуса обычно делают ступенчатой (см. рис. 11) или предусматривают центрирующие штифты.

В случае большой деформации вала или невозможности осуществления точного монтажа применяют самоустанавливающиеся подшипники скольжения, вкладыши которых обычно выполняют со сферическими опорными поверхностями , а иногда с опорными поверхностями в виде узкого пояса с малой угловой жесткостью. В подшипниках скольжения быстроходных малонагруженных валов, а также в подшипниках большой несущей способности для предупреждения вибрации валов при работе в режиме жидкостного трения применяют самоустанавливающиеся сегментные вкладыши, которые благодаря образованию нескольких масляных клиньев обеспечивают устойчивую работу подшипников и высокую несущую способность. В подпятнике скольжения кольцевая пята опирается на опорное кольцо, которое для самоустановки в случае перекоса вала сопрягается с корпусом подпятника по сферической поверхности и предохраняется от вращения штифтами. Для создания в подпятниках масляных клиньев, обеспечивающих жидкостное трение, на рабочей поверхности кольца делают радиальные канавки и на выделенных между ними сегментах -- скосы в окружном направлении. Канавки служат для растекания масла, а скосы сегментов - для попадания масла на рабочие поверхности пяты и подпятника. При постоянном вращении вала скосы делают односторонними, при реверсивном двусторонними. Для увеличения несущей способности и надежности работы подпятников применяют подпятники скольжения с самоустанавливающимися сегментами, в которых образование масляных клиньев происходит во время работы автоматически.

Заключение

По подшипникам можно сделать следующие выводы, что подшипники качения по сравнению с подшипниками скольжения обладают рядом достоинств:

- в современном машиностроении подшипники скольжения ограничены лишь некоторыми областями, например, для быстроходных валов, в режиме работы которых долговечность подшипников качения очень мала;

- для осей и валов, требующих точной установки;

- для валов очень большого диаметра, для которых не изготовляют стандартных подшипников качения;

- когда подшипники по условиям сборки должны быть разъемными (например, для коленчатого вала);

- когда в связи с восприятием подшипником ударных и вибрационных нагрузок используется демпфирующее действие масляного слоя подшипника скольжения;

- при работе подшипников в воде, агрессивной среде и т. п.,

- когда подшипники качения неработоспособны;

- для тихоходных осей и валов неответственных механизмов, когда подшипники скольжения оказываются проще по конструкции и дешевле подшипников качения

Из всего выше изложенного, по назначению валы можно разделить на коренные, т. е. валы несущие основные рабочие органы машин (ротор турбины, коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания, шпиндель станка), и передаточные (валы передач), используемые для передачи и распределения движения и несущие на себе детали передач: зубчатые колеса, шкивы, звездочки и т. д. В ряде машин (сельскохозяйственных, дорожных) применяют валы для передачи вращающего момента к исполнительным органам; их называют трансмиссионными.

Иногда используют торсионные валы (торсионы), т. е. валы обычно малых диаметров и передающих только вращающие моменты.

Список использованной литературы

1. Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. / Под ред. И. Н. Жестковой. -- 8-е изд., перераб. и доп. -- М.: Машиностроение, 2001. -- Т. 2. -- 912 с.

2. Анурьев В.И. Справочник конструктора - машиностроителя. М.: Машиностроение, 2001;

3. Гулиа Н. В., Клоков В. Г., Юрков С. А. Детали машин. -- М.: Издательский центр "Академия", 2004. -- С. 416

4. Журавлев Ю. Н. Активные магнитные подшипники: Теория, расчет, применение. - СПб.: Политехника, 2003;

5. Иосилевич Г. Б. Детали машин: Учебник для студентов машиностроит. спец. вузов. -- М.: Машиностроение, 1998. -- 368 с.

6. Леликов О. П. Основы расчета и проектирования деталей и узлов машин. Конспект лекций по курсу "Детали машин". -- М.: Машиностроение, 2002. -- 440 с.

7. Ничипорчик С. Н., Корженцевский М. И., Калачев В. Ф. и др. Глава 13. Подшипники скольжения // Детали машин в примерах и задачах: [Учеб. пособие] / Под общ. ред. С. Н. Ничипорчика. -- 2-е изд. -- Мн.: Выш. школа, 2001. -- 432 с.

8. Орлов П.И. Основы конструирования/Справочно-методическое пособие в 2-х книгах. М.: Машиностроение, 1999;

9. Скороходова Е. А. Общетехнический справочник. -- М.: Машиностроение, 1982. -- С. 415.

10. Черменский О.Н., Федотов Н.Н. Подшипники качения. Справочник-каталог. М: Машиностроение, 2003.

Размещено на Allbest.ru