Выбор допускаемых напряжений при расчетах зубчатых передач

73.Трение и смазка подшипников скольжения

При действии переменных нагрузок (например, в поршневых двигателях) поверхность вкладыша может выкрашиваться вследствие усталости. Усталостное выкрашивание свойственно подшипникам с малым износом и наблюдается сравнительно редко. В случае действия больших кратковременных перегрузок ударного характера вкладыши подшипников могут хрупко разрушаться. Хрупкому разрушению подвержены малопрочные антифрикционные материалы, такие, как баббиты и некоторые пластмассы. § 16.3. Трение и смазка подшипников скольжения Режимы трения и критерии расчета. Выше отмечено, что работа трения является основным показателем, работоспособности подшипника. Трение определяет износ и нагрев подшипника, а также его КПД. Для уменьшения трения подшипники скольжения смазывают. В зависимости от режима работы подшипника в нем может быть полужидкостное или жид- костное трение. Схематизированное представление об этих режимах дает рис. 16.3. При жидкостном трении рабочие поверхности вала и вклады- ша разделены слоем масла, толщина h которого больше суммы высот Rz шероховатостей поверхностей (на рис. 16.3 разделяющий слой масла изображен толстой линией): При этом условии масло воспринимает внешнюю нагрузку, предотвращая непосредственное соприкасание рабочих поверхностей, т. е. их износ. Сопротивление движению в этом случае определяется только внутренним трением в смазочной жидкости. Значение коэффициента жидкостного трения находится в пределах 0,001...0,005 (что может быть меньше коэффициента трения качения). При полужидкостном трении условие (16.1) не соблюдается, в подшипнике будет смешанное трение — одновременно жидкостное и граничное. Граничным называют трение, при котором трущиеся поверхности покрыты тончайшей пленкой масла, образовавшейся в результате действия молекулярных сил и химических реакций активных молекул масла и материала вкладыша. Способность масла к образованию граничных пленок (адсорбции) называют маслянистостью (липкостью, смачиваемостью). Граничные пленки устойчивы и выдерживают большие давления. Однако в местах сосредоточенного давления они разрушаются, происходит соприкасание чистых поверхностей металлов, их схватывание и отрыв частиц материала при относительном движении. Полу жидкостное трение сопровождается износом трущихся поверхностей даже без попадания внешних абразивных частиц. Значение коэффициента полужидкостного трения зависит не только от качества масла, но также и от материала трущихся поверхностей. Для распространенных антифрикционных материалов коэффициент полужидкостного трения равен 0,008...0,1.

77. Критерии работоспособности подшипников

При небольших давлениях и скоростях эти материалы способны достаточно долго работать без внешнего подвода смазочного материала. Неметаллические материалы. В качестве вкладышей при­меняют пластмассы, резину, графитовые материалы и прессован­ную древесину. Текстолит, ДСП (древесно-слоистый пластик) и прессован­ную древесину используют в подшипниках для тяжелого маши­ностроения. Полимерные самосмазывающиеся материалы на ос­нове полиамидов, полиацетилена, политетрафторэтилена и различных смол используют для подшипников, работающих в температурном диапазоне -200... + 280°С при значительных скоростях скольжения. Фторопласты (полимеры и сополимеры галогенопроизводных, этилена и пропилена) обладают хорошими антифрикционными свойствами, химической инертностью, но высоким коэффициентом линейного расширения и низким коэф­фициентом теплопроводности. Подшипники с резиновыми вкла­дышами хорошо работают с водяной смазкой. В экстремальных условиях используют графитовые вкла­дыши, которые обладают низким коэффициентом трения (/ = 0,04...0,05) в температурном диапазоне от -200 до + 1000°С, хорошей теплопроводностью и коррозионной стойко­стью. Эти материалы применяют в подшипниках с газовой смаз­кой, где они могут работать без смазочного материала в периоды пусков и остановок, 18.4. Критерии работоспособности подшипников Основными критериями работоспособности подшипников являются износостойкость, сопротивление усталости антифрик­ционного слоя, теплостойкость и виброустойчивость. Подшипники скольжения должны работать со смазочным материалом. Наилучшие условия для работы подшипников соз­даются при жидкостной смазке, когда осуществляется полное разделение трущихся поверхностей жидким смазочным материа­лом с объемными свойствами. При граничной смазке трение и износ определяются свойствами поверхностей и свойствами сма­зочного материала, отличными от объемных. При полужидкост­ной смазке частично осуществляется жидкостная смазка. Основ­ной расчет подшипников скольжения — это расчет минимальной толщины масляного слоя, который при установившемся режиме работы должен обеспечивать жидкостную смазку. Тепловые рас­четы проводят для определения рабочих температур подшипника.

Усталостные разрушения подшипников возникают при цик­лически действующих нагрузках, например, в поршневых маши­нах, машинах ударного и вибрационного действия. Значительное повышение температуры приводит к недопустимым изменениям необходимых свойств смазочных материалов, а иногда к выплав­лению заливки вкладыша или заклиниванию вала в подшипнике. Разрушения подшипников могут быть также связаны с потерей устойчивости вращения цапфы при самовозбуждающихся коле­баниях (автоколебаниях).

80. Конструкция и расчет упругих муфт
В машиностроении применяют большое количество разнообразных по конструкции упругих муфт. По материалу упругих элементов эти муфты делят на две группы: с металлическими и неметаллическими упругими элементами. В методике расчета муфт каждой из этих групп много общего, что позволяет ограничиться подробным изучением только некоторых типичных конструкций.
Металлические упругие элементы муфт. Основные типы металлических упругих элементов муфт изображены на рис. 1.17: а — витые цилиндрические пружины;

6—стержни, пластины или пакеты пластин, расположенные по образующей или по радиусу муфты; в — пакеты разрезных гильзовых пружин; г — змеевидные пластинчатые пружины. Эти элементы работают на кручение (рис. 17.17, а) или на изгиб (рис. 17.17,6, в, г).
По сравнению с неметаллическими металлические упругие элементы более долговечны и позволяют изготовлять малогабаритные муфты с большой нагрузочной способностью. Поэтому их применяют преимущественно для передачи больших крутящих моментов. Пакетные упругие элементы вследствие трения между пластинами обладают высокой демпфирующей способностью.
Муфты с металлическими упругими элементами могут быть выполнены с постоянной или переменной жесткостью в зависимости от условий деформирования элемента.
Муфта с цилиндрическими пружинами (рис. 17.18). Она состоит из обода 1 с ребром 2 и ступицы 4 с дисками 3. Ребро обода размещается между дисками так, что возможен относительный поворот этих деталей. Ребро и диски имеют одинаковые фасонные вырезы, в которые закладывают пружины 5 с ограничителями 6. С торцов муфту закрывают дисками 7, которые прикрепляют к ступице или ободу для предохранения пружины и ограничителей от выпадения и загрязнения.
В разгруженной муфте (рис. 17.18, а) каждый из ограничителей соприкасается своей цилиндрической поверхностью и с дисками, и ребром, а пружины предварительно сжаты. Под нагрузкой (рис. 17.18,5) ребро перемещается между дисками, а пружины дополнительно сжимаются. При этом один из ограничителей соприкасается только с ребром, а другой — только с дисками.

Такие муфты целесообразно применять как упругие звенья в системе соединения валов с зубчатыми колесами или цепными звездочками. В этом случае обод является зубчатым венцом, а муфта как бы встраивается в конструкцию зубчатого колеса. Для уменьшения износа деталей необходимо предусматривать смазку трущихся поверхностей муфты.
Муфты с цилиндрическими пружинами применяют также для соединения валов. В этом случае их конструкция несколько изменяется. Характеристика муфты с цилиндрическими пружинами изображена на рис. 17.19. Вследствие предварительного сжатия пружин силой Fx муфта работает как жесткая до нагрузки моментом 7\. При этом

где г — радиус расположения пружин (см. рис. 17.18); ζ — число пружин. При Т> Т1 муфта работает как упругая с постоянной жесткостью. Деформацию пружин λ и напряжение τ в ее витках определяют по формулам

где F—осевая сила, сжимающая пружину; D — средний диаметр пружины; d—диаметр проволоки; i — число рабочих витков пружины; G — модуль сдвига; кв — коэффициент, учитывающий влияние кривизны витков. Угол закручивания муфты при Т> 7\

Угол cpmax на рис. 17.19 соответствует упору ограничителей, после чего муфта снова становится жесткой:
c = Djd .. 4 5 6 8 10 12 кв 1,37 1,29 1,24 1,17 1,14 1,11
Следует учитывать: чем больше с, тем больше податливость пружины при одном и том же числе витков. Упор ограничителей должен происходить до соприкасания витков пружины (минимальный зазор между витками около 0,1 d).
Значение Сф, сртах и 7\ определяют при исследовании работы муфты в зависимости от ожидаемых изменений нагрузки (см. § 17.4). При этом значение угла закручивания при колебаниях располагается в пределах 0<(р<фтах. Несоблюдение этого условия приводит к ударам ограничителей в обеих крайних точках или в одной из них.
Размеры пружины (D, d, /), соответствующие данной характеристике, определяют обычно методом подбора по формулам (17.30), (17.29) и (17.32) с учетом конструктивных размеров муфты.
Условие прочности пружины

где Гтах— момент, соответствующий упору ограничителей. Для изготовления пружин применяют специальные пружинные стали.