Режимы работы и расчёт подшипников скольжения

Различают работу подшипника в режиме I - граничной, II - смешанной и III -жидкостной смазки. Последний режим (рис. 120, б) самый благоприятный, по­скольку поверхности вала и вкладыша разделены слоем h смазочного материа­ла достаточной толщины. Однако избежать режимов граничной и смешанной смазки невозможно. Причины отказов подшипников скольжения: износ вкладыша или его хрупкое разрушение. Критерии работоспособности: износостойкость, сопро­тивление усталости антифрикционного слоя, теплостойкость.

Расчёт подшипника скольжения проводят в такой последовательности:

• определяют окружную скорость v, м/с, и назначают материал вкладыша;

• рассчитывают размеры вкладыша: l = (l,2...1,8)d; δ = 0,03d + (3...5) мм;

• проверяют выполнение условий: р< [р]; v<[v]; p∙v<[p∙v]; t<[t];

• условие обеспечения режима жидкостной смазки h = ф(μ∙ω / р) ≥ h_кp.

ЛЕКЦИЯ №20

МУФТЫ ПРИВОДОВ

Общие сведения

Большинство машин и технологических систем состоит из от­дельных узлов. Для обеспечения кинематической и силовой связей валы узлов соединяют муфтами.

Муфтой (рис.121) называют устройство для соединения концов валов или валов со свободно установленными на них деталями (зубчатыми колесами, шкивами и т.д.). Муфты передают вращающий момент без изменения его значения и направления. Некоторые типы муфт дополнительно могут способствовать снижению в машинах вредных нагрузок, предохранять от перегрузок, включать и выключать ис­полнительный элемент машины без останова двигателя.

Рис. 121 Классификация муфт приводов

По управляемости муфты приводов разделяют на:

· неуправляемые (нерасцепляемые),

· управляемые (сцепные),

· само­управляемые (автоматического действия).

Неуправляемые (нерасцепляемые) муфты осуществляют по­стоянное соединение валов между собой. Длинные валы по услови­ям изготовления и транспортирования делают составными, соединяя отдельные части некомпенсирующими (глухими) муфтами.

Вследствие неточностей изготовления и монтажа, деформаций при передаче нагрузки неизбежно относительное смещение соеди­няемых валов. Для снижения вредных нагрузок на валы вследствие их смещения применяют компенсирующие муфты: жесткие или уп­ругие. Упругие муфты способны также сглаживать динамические нагрузки (толчки, удары и вибрацию) вследствие наличия металли­ческих или неметаллических упругих элементов (стальных пружин, стержней, резиновых втулок, диска, шайбы, оболочки).

Управляемые (сцепные) муфты запускают в работу с помощью меха­низма управления сцепление и расцепление вращающихся или не­подвижных валов. По принципу работы различают муфты с про­фильным замыканием (кулачковые, зубчатые) и фрикционные. По форме поверхности трения фрикционные муфты делят на дисковые, конусные и цилиндрические.

Самоуправляемые муфты автоматически разъединяют валы при изменении заданного режима работы машины. Для предохране­ния машины от перегрузок, вызванных технологическим процессом или неправильной эксплуатацией, служат предохранительные муф­ты. Для обеспечения плавного пуска машин с большими ускоряе­мыми массами применяют центробежные муфты. Передачу момен­та и вращения только в одном направлении обеспечивают автомати­чески срабатывающие обгонные муфты (муфты свободного хода).

Диаметры посадочных отверстий муфты согласуют с диаметра­ми концов соединяемых валов, которые могут быть различными при одном и том же вращающем моменте вследствие применения разных материалов и различной нагруженности изгибающими момен­тами. Стандартные муфты каждого типоразмера выполняют для некоторого диапазона диаметров валов.

Расчетный момент

Основной характеристикой муфт является передаваемый вращающий момент Т. На рис. 122 представлено возможное изме­нение во времени вращающего момента на одном из валов машины.

Рис. 122.

Муфты подбирают по стандартам, ведомственным нормалям, каталогам или проектируют по расчетному моменту

Т_р = КТ_ном (20.1)

где К - коэффициент режима работы муфты, учитывающий усло­вия эксплуатации (тип двигателя, переменность нагрузки, тип машины); Т_ном - номинальный вращающий момент (наибольший из длительно действующих).

В приводах от электродвигателя принимают следующие значе­ния коэффициента режима работы:

• при спокойной работе и небольших разгоняемых массах (при­воды конвейеров, испытательных установок и др.) К = 1,15 ... 1,4;

• при переменной нагрузке и средних разгоняемых массах (ме­таллорежущие станки, поршневые компрессоры и др.) К = 1,5 ... 2;

• при ударной нагрузке и больших разгоняемых массах (прокат­ные станы, молоты и др.) К = 2,5 ... 3.

Наиболее слабые звенья выбранной муфты проверяют расче­том на прочность по расчетному моменту Т_р. Расчеты на прочность муфт включают также расчёты шпоночных или шлицевых соедине­ний, используемых для передачи вращающего момента между вала­ми и полумуфтами.

Для предохранения машин от разрушения при возможных зна­чительных перегрузках (действии пикового момента Т_пик) устанав­ливают предохранительные муфты. Во избежание случайных вы­ключений эти муфты рассчитывают по предельному моменту

Т_пред = 1,25 T_max, (20.2)

где T_max - наибольший передаваемый момент при нормальной рабо­те, обычно равный пусковому моменту Т_пуск (T_max = Т_пуск).

Глухие муфты

Глухие муфты предназначены для жесткого постоянного со­единения соосных валов. Из различных видов глухих муфт наи­большее распространение получили втулочные и фланцевые муфты.

Рис. 123. Конструкция глухой муфты

Втулочная муфта пред­ставляет собой втулку, насаживаемую на цилиндрические концы валов (рис. 123). Соединение втулки с валами - штифтовое. Помимо исполнения со штифтами втулку изготовляют, с пазом для призматической или сегмент­ной шпонки, со шлицевым посадочным отверстием,

Применяют для передачи вращающего момента от 1 до 4500 Н∙м для валов диаметром от 6 до 100 мм. Муфту характеризуют простота конструкции и изготовления, низкая стоимость, особо малый габа­рит по диаметру, небольшой маховой момент.

Недостатком муфты является неудобный монтаж, связанный со значительным осевым смещением соединяемых узлов, что не позволяет применять в со­пряжении вал-втулка посадку с натягом. Поэтому невозможно обес­печить высокую изгибную жесткость соединения валов. Материал втулки - сталь марки 45.

Прочность муфты определяют: прочность штифтового, шпо­ночного или шлицевого соединения, а также прочность втулки. Втулочные муфты стандартизованы.

Фланцевая муфта состоит из двух полумуфт 1 и 2 с фланцами, стягиваемыми болтами (рис. 124), одна половина из которых для обеспечения соосности полумуфт и восприятия поперечных сил ус­тановлена без зазора (4) в отверстия из-под развертки, а вторая – с зазором (З).

Необходима строгая соосность соединяемых валов и перпенди­кулярность торцовых поверхностей полумуфт осям валов, в против­ном случае неизбежны изгиб вала, его биение и появление дополни- тельных нагрузок на опоры.

Полумуфты имеют два исполнения: для соединения цилиндри­ческих и конических концов валов.

Рис. 124

Фланцевые муфты npocты по конструкции, упрощают монтаж узлов, обеспечивают беззазорное соединение валов, могут передавать вращающие моменты от 16 до 40 000 Н∙м при диаметре вала d = 11... 250 мм. Материал полумуфт -стали марок 40Л или 35Л. Если фланцы полумуфт стянуты только болтами 3, поставлен­ными с зазором, то вращающий момент передают силы трения, воз­никающие в стыке полумуфт от затяжки болтов. Расчет сводится к определению диаметра болта по потребной силе затяжки:

где T_р- расчетный вращающий момент, Н∙м; С - коэффициент запа­са по несдвигаемости, С = 1,2 ... 1,5; D_ср = (D₁ +D)/2 - средний диа­метр кольцевой поверхности трения, мм; z - число болтов; f- коэффициент трения, обычно f = 0,15 ... 0,2.

При установке болтов 4 без зазора ("под развертку") расчет ве­дут в предположении, что весь передаваемый момент воспринимают эти болты, работающие на срез. Сила, стремящаяся срезать один болт в Н,

где D₀ - диаметр окружности расположения осей болтов, мм (рис. 124).

Фланцевые муфты стандартизованы.