Конспект лекций по технической механике Техническая механика
 Скачать 3.99 Mb.
|
|
радиально-упорные, воспринимают радиальные и осевые нагрузки. Подшипники скольжения Подшипники скольжения - это опоры вращающихся деталей, работающие в условиях скольжения поверхности вала по поверхности подшипника. Основным элементом подшипника скольжения является вкладыш с тонким слоем антифрикционного материала на опорной поверхности. Область применения подшипников скольжения в современном машиностроении сократилась в связи с распространением подшипников качения. Однако значение подшипников скольжения в современной технике не снизилось. Их применяют очень широко, и в целом ряде конструкций они незаменимы. К таким подшипникам принадлежат: 1) разъемные подшипники, необходимые по условиям сборки, например для коленчатых валов; 2) высокоскоростные подшипники (V > 30 м/с), работающие в условиях, при которых долговечность подшипников качения резко сокращается (вибрации, шум, большие инерционные нагрузки на тела качения); 3) подшипники прецизионных машин, от которых необходимо особо точное направление валов и возможность регулирования зазоров; Конспект лекций по технической механике Техническая механика http://bcoreanda.com 115 4) подшипники, работающие в особых условиях (вода, агрессивная среда и т.п.), в которых подшипники качения нетрудоспособны из-за коррозии; 5) подшипники дешевых тихоходных механизмов и некоторые другие. Основные причины выхода из порядка подшипников скольжения: − выплавление вкладыша − износ вкладыша и цапфы − усталостное выкрашивание (при действии переменных нагрузок) − хрупкое разрушение (при больших кратковременных перегрузках ударного характера) В зависимости от режима работы подшипника в нем может быть полужидкостное или жидкостное трения. Наиболее предпочтительный режим жидкостного трения. При жидкостном трении рабочие поверхности вала и вкладыша разделенные слоем смазочного масла. Подшипники качения Применение подшипников качения позволяет заменить трение скольжения трением качения, которое менее существенно зависит от смазки (условный коэффициент трения близкий к коэффициенту жидкостного трения f 0,0015...0,006). При этом упрощается система смазки и обслуживание подшипника. Классификация подшипников качения: По форме тел качения: − шариковые; − роликовые. По направлению воспринимаемой нагрузки: − радиальные, − упорные, − радиально-упорные, − упорно-радиальные. Подшипники качения состоят из внутреннего 1 (а) и внешнего 2 колец с дорожками качения, тел качения 3 (шариков или роликов), сепараторов 4, которые разделяют и направляют тела качения. Конспект лекций по технической механике Техническая механика http://bcoreanda.com 116 Недостатки подшипников качения : − сложность разъемных конструкций, − сравнительно большие радиальные габариты, − ограниченная быстроходность, − низкая работоспособность при вибрационных, ударных нагрузках и в агрессивных средах. − Основные причины потери трудоспособности подшипников качения выкрашивание от усталости, наблюдается в подшипниках после продолжительного времени их работы в нормальных условиях; износ, наблюдается при недостаточной защите от абразивных частиц (пыли и грязи); разрушение сепараторов, дает значительный процент выхода из строя подшипников качения, особенно быстроходных; раскалывание колец и тел качения, связано с ударными и вибрационными нагрузками, неправильным монтажом, вызывающим перекосы колец, заклинивание и т.п.; остаточные деформациина беговых дорожках и виде лунок и вмятин, наблюдаются в важконагруженных тихоходных подшипниках. Расчет подшипников качения Расчет подшипников качения базируется на двух критериях: 1 Расчет на ресурс (долговечность) по усталостному выкрашиванию. 2 Расчет на статическую грузоподъемность по окончательным деформациям. При проектировании подшипники подбирают из числа стандартных. Различают подбор подшипников по динамической грузоподъемности для предотвращения разрушения от усталости (выкрашивания) (при n ≥ 10 мин –1 ) и по статической грузоподъемности для предотвращения остаточных деформаций. Конспект лекций по технической механике Техническая механика http://bcoreanda.com 117 Расчет на ресурс Условие выбора за динамической грузоподъемности С потріб ≤ С паспорт Паспортная динамическая грузоподъемность – это такая постоянная нагрузка, которую подшипник может выдержать на протяжении 1 млн. оборотов без выявления признаков усталости не менее чем у 90% из определенного количества подшипников (приведена в каталоге). Динамическая грузоподъемность 1 2 p L С P a a где L – ресурс подшипника, млн. оборотов; Р – эквивалентная нагрузка; р =3 (для шариковых), р 3,33 (для роликовых); а 1 – коэффициент надежности; а 2 – обобщенный коэффициент совместного влияния качества металла и условий эксплуатации;. Эквивалентная нагрузка для радиальных и радиально-упорных подшипников – это такая условная постоянная нагрузка, при приложении которой к подшипнику, в котором вращается внутреннее кольцо, обеспечивается такая же долговечность, которую подшипник имеет при действительных условиях нагрузки и вращения: r r a б T P XVF YF K K где F r , F а – радиальная и осевая нагрузки; X, Y – коэффициенты радиальной и осевой нагрузки; V – коэффициент вращения, зависит от того, какое кольцо вращается; К б – коэффициент безопасности, учитывающий характер нагрузки ; К Т – температурный коэффициент. Соединение деталей машин Виды разъемных и неразъемных соединений Детали, входящие в конструкцию технического средства, соединяются между собой соответствующими способами, называемыми связями.Связи могут быть подвижные и неподвижные. Наличие подвижных связей в механизмах и машинах (кинематических пар, например, шарниров, зубчатых зацеплений) обусловлено их кинематическими схемами. Создание неподвижных связей определяется необходимостью разделения общей конструкции технического средства на узлы и детали для упрощения производства, облегчения сборки, ремонта и транспортировки. Неподвижные связи называются соединения. Соединения являются важными элементами машиностроительных конструкций. Опыт эксплуатации транспортных технических средств Конспект лекций по технической механике Техническая механика http://bcoreanda.com 118 показал, что большое количество отказов в их работе связано с неудовлетворительным качеством соединений. Поэтому основным критерием работоспособности соединений является прочность. Виды соединений - разъемные - неразъемные. К разъемным соединениям, которые могут разбираться без разрушения соединяемых деталей, принадлежат: - резьбовые (а); - шпоночные (б); - шлицевые (в); - профильные (г); - штифтовые (д); - клиновые. К неразъемным соединениям, которые не могут разбираться без разрушения соединяемых деталей или их поверхностей, принадлежат: а) D b h Ступица Вал в) V г) d D d 1 д) Штифт Вал Ступица б) Конспект лекций по технической механике Техническая механика http://bcoreanda.com 119 - сварные (а); - заклепочные (б); - соединение с натягом; - паянные; - клеевые. Шпоночные соединения Шпоночные соединения служат для закрепления деталей на осях и валах. Такими деталями являются шкивы, зубчатые колеса, муфты, маховики, кулачки и т.д. Соединения нагружаются в основном вращающим моментом Шпоночное соединение осуществляется с помощью специальной детали – шпонки, которая закладывается в соответствующие пазы поверхностей соединяемых деталей. Оно обеспечивает неподвижное соединение деталей для передачи крутящего момента. Преимущества - простота и надежность конструкции, - удобство сборки и разборки, - невысокая стоимость. Недостатки - ослабление сечений соединяемых деталей; - наличие концентраторов напряжений; - часто прочность соединения ниже прочности вала и ступицы; - трудность обеспечения взаимозаменяемости; Конспект лекций по технической механике Техническая механика http://bcoreanda.com 120 Типы шпонок – клиновая врезная (ГОСТ 8791-68), создает напряженное состояние на верхней и нижней гранях шпонки и передает крутящий момент за счет сил трения на них (а); – призматическая обычная со скругленными концами (ГОСТ 8789-68), воспринимает нагрузку боковыми гранями (б); – призматическая направляющая врезная с закреплением на валу (ГОСТ 8790-68), допускает перемещение ступицы вдоль оси вала (в); – сегментная (ГОСТ 8794-68) (г); – круглая (не стандартизированная) (д). Чаще всего применяются призматические шпонки. Соединение призматическими шпонками ненапряженное. Оно требует изготовления вала и отверстия с большой точностью. Расчет шпоночного соединения Момент передается с вала на ступицу боковыми узкими гранями шпонки. При этом на них возникают напряжения смятия см, а в продольном сечении шпонки — напряжения среза ср Для упрощения расчета допускают, что шпонка врезана в вал на половину своей высоты, напряжение см распределяются равномерно по высоте и длине шпонки, плечо равнодействующей этих напряжений Шпонка Вал Ступица b h l t 1 t 2 см см зр а б в г д Конспект лекций по технической механике Техническая механика http://bcoreanda.com 121 равняется 2 d . Рассматривая равновесие вала или ступицы при этих допущениях, получаем условия прочности. Условие прочности на смятие: 4 см см p T hl d , Условие прочности на срез: 2 ср ср p T bl d . где см , ср – допускаемые напряжения смятия и среза. У стандартных шпонок размеры b и h подобраны таким образом, что нагрузку соединения ограничивают не напряжениями среза; а напряжениями смятия. Поэтому при расчетах обычно используют только условие прочности на смятие. Шпонку выбирают в зависимости от диаметра вала по ГОСТ 23360-78, определяют размеры поперечного сечения шпонки b и h. Из условия прочности на смятие определяют расчетную длину шпонки l, округляют до стандартного размера, согласовывая ее с размером ступицы. Параллельность граней призматической шпонки позволяет осуществлять подвижное соединение ступицы с валом в осевом направлении (коробки скоростей и др.). Стандартные шпонки изготовляют из чистотянутых стальных прутьев углеродистой по ГОСТ 380-71 и ГОСТ 1050-74 или легированной стали с пределом прочности в не ниже 500 МПа. Значение допускаемых напряжений зависит от: режима работы, прочности материала вала и втулки, типа посадки втулки на вал. Допускаемые напряжения на смятие при стальной ступице для неподвижных соединений при переходных посадках рекомендуют [ см ] = 80...150 МПа, при посадках с натягом [ см ] = 110...200 МПа; при чугунной ступице принимается [ см ] =45...55МПа Меньшие значения принимают для чугунных ступиц и при резких изменениях нагрузки. В подвижных (в осевом направлении) соединениях допускаемые напряжения значительно снижают с целью предупреждения задира и ограничения износа. При этом принимают [ см ] = 20...30 МПа. Конспект лекций по технической механике Техническая механика http://bcoreanda.com 122 Значение ср зависит от характера нагрузки, при спокойной нагрузке принимается ср =120 МПа, при умеренных толчках ср =85 МПа, при ударной нагрузке ср =50 МПа. Конспект лекций по технической механике Техническая механика http://bcoreanda.com 123 СТАНДАРТИЗАЦИЯ НОРМ, ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТЬ Взаимозаменяемость – принцип конструирования и изготовления деталей, обеспечивающий возможность сборки и замены при ремонтах независимо изготовленных с заданной точностью деталей и сборочных единиц без дополнительной обработки и припасовки и с сохранением соответствия качеству. Допуски и посадки Детали и сборочные единицы будут взаимозаменяемые только в случае, когда их размеры, форма и другие параметры находятся в определенных пределах. Параметры деталей оценивают количественно с помощью размеров. Размер – это числовое значение линейной величины в выбранных единицах измерения: номинальный – это размер, относительно которого определяются пределы, и который используется для отсчета отклонений (определяется во время конструирования на основе расчетов или по конструктивным соображениям и проставляется на чертежах деталей или соединений, после расчетов округляется до стандартного значения по ГОСТ 6636-69); действительный – размер установленный измерениями с допустимой погрешностью; предельный – два допустимых размера, т.е. наибольший и наименьший, между которыми должен находиться действительный размер. На чертежах проставляют номинальные размеры, а каждое из двух предельных определяют по отклонением от номинального. Предельные отклонения – это отклонение от номинального размера, которые проставляются на чертеже. Различают верхнее и нижнее отклонения: D – номинальный размер отверстия d – номинальный размер вала ES верхнее D EI нижнее es верхнее d ei нижнее Предельные отклонения определяются как алгебраическая разность между предельным и номинальными размерами: D D ES max d d es max D D EI min d d ei min Отверстие – охватывающий размер. Вал – охватываемый размер. Конспект лекций по технической механике Техническая механика http://bcoreanda.com 124 Разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами или абсолютная величина алгебраической разности между верхним и нижним пределами называется допуском размера Т: отверстия EI ES D D T D min max вала ei es d d T d min max Поле допуска – поле, ограниченное верхним и нижним отклонениями, которое определяется величиной допуска и располагается относительно номинального размера – нулевой линии. Нулевая линия при графическом изображении полей допусков соответствует номинальному размеру. Единая система допусков и посадок (ЕСДП) ЕСДП – это совокупность закономерно построенных рядов допусков и посадок, оформленных в виде стандартов, предназначенная для выбора минимально необходимых, но достаточных для практики вариантов допусков и посадок. ЕСДП охватывает размеры до 3150мм. Составной частью в ЕСДП входят стандарты: ГОСТ 25346-82 «ЕСДП, общие положения...»; − ГОСТ 25347-82 «ЕСДП, поля допусков и рекомендуемые посадки» (СТ СЭВ 144-75). Для нормирования различных уровней точности для размеров до 500мм стандартом предусмотренные 19 квалитетов точности: IT01, IT0, IT1, IT2 – для концевых мер; IT2 ... IT5 – для калибров; IT5 ... IT11 – для сопряженных размеров деталей машин; D min D, d D max ES T D ei T d d max es E I поле отверстия поле вала Конспект лекций по технической механике Техническая механика http://bcoreanda.com 125 IT12 ... IT1 – для свободных (несопряженных) размеров. Допуск размера в ЕСДП образуется соединением основного отклонения и квалитета: 8 85 , 7 50 f Н и т.п. Посадка – это характер соединения деталей, которая определяется величиной полученных в ней зазоров или натягов, и которая характеризует свободу перемещения соединенных деталей или сопротивление их взаимному перемещению. Зазор – это разность между размерами отверстия и вала, если отверстие больше вала. Натяг – это разность между размерами отверстия и вала, если вал больше отверстия. Посадка с зазором – это посадка, в которой обеспечивается зазор в соединении. Они предназначены для подвижных и неподвижных соединений. В подвижных соединениях зазор служит для обеспечения свободы движения, размещения слоя смазочного материала, компенсирования температурных деформаций, а также компенсирования отклонений формы и расположение поверхностей, погрешностей сборки и т.п. В неподвижных соединениях посадки с зазором применяются для обеспечения беспрепятственной сборки деталей. |