Особливості розрахунку радіально-упорних підшипників

Радіальні навантаження підшипників F_ri і F_r2 (рис. 5.5)визначають по двох рівняннях рівноваги: SУ = 0 і SМ = 0, при цьому F_r1 і F_r2 прикладені в точках перетину контактних нормалей з віссю вала. Відстань між цими точками залежить від схеми розташування підшипників і значення кута a.

Для визначення двох осьових навантажень F_al і F_a2 маємо тільки одне рівняння SХ = 0, або .

Тіла кочення переміщуються по біговим доріжкам, які нахилені під деяким кутом до осі вала. Реакція у підшипнику розкладається на дві складові F_r та S_i.

S_i – додаткове внутрішнє осьове навантаження, яке намагається розсунути кільця в осьовому напрямку. Якщо не ставити упорні кришки, на верхні кільця утворюється зазор, який приводить до руйнування підшипника. Цьому перешкоджають упорні буртики вала та корпусу з відповідними реакціями F_a1 та F_a2. Щоб запобігти розсуненню кілець, повинна виконуватись умова:

F_a1 ≥ S₁, F_a2 ≥ S₂, (5.8)

Крім цього приймають, що в одному з підшипників осьова сила дорівнює мінімально можливій по умові не розсунення кілець, тобто F_a =S_.

Так як невідомо, в якому з підшипників виконується ця умова, вивішують методом спроб. Спочатку приймають, що F_a1 =S_1., тоді і якщо при цьому виконується умова F_a2 ≥ S₂, то осьові сили вибрані вірно. Якщо умова не виконується, тобто F_a2 < S₂, то приймають F_a2 =S₂ і знаходять _.

Приймають:

S_i= eF_ri – для радіально-упорних шарикових,

S_i= 0,83eF_ri – для конічних роликових.

6 Муфти

Муфти служать для з’єднання кінців валів. Також муфти використовують для включення та виключення виконавчого органу при безперервній роботі двигуна (куровані муфти), запобігання машини від перевантажень (запобіжні муфти), компенсації шкідливого впливу неспіввісності валва (компенсуючі муфти), зменшення динамічних коливань (пружні муфти) тощо.

Широко застосовувані муфти стандартизовані. Основною паспортною характеристикою муфти є значення обертового моменту, на передачу якого вона розрахована.

Класифікація муфт :

1) некеровані (постійної дії):

- глухі,

- компенсуючи пружні,

- компенсуючи жорсткі;

2) керовані:

- кулачкові,

- зубчасті;

- фрикційні;

3) самокеровані автоматичні:

- відцентрові (самокеруються по частоті обертання),

- запобіжні (самокеруються по моменту)

- вільного ходу (самокеруються по напрямку обертання).

Глухі муфти утворять тверде і нерухоме з'єднання валів (глухе з'єднання). Вони не компенсують помилки виготовлення і монтажу, вимагають точного центрування валів. До глухих муфт належать втулкова муфта (рис. 6.1), яка відрізняється простотою конструкції і малими габаритами та застосовується у легких машинах при діаметрах валів до 60...70 мм тафланцева муфта (рис. 6.2), яка широко поширена в машинобудуванні та застосовується для з'єднання валів діаметром до 200 мм і більш.

При з'єднанні глухими муфтами неспіввісні вали в місці установки муфти приводять до однієї загальної осі шляхом деформування валів і опор. Опори і вали додатково навантажуються. Тому при з'єднанні глухими муфтами потрібна висока точність розташування валів. Для зниження цих вимог і зменшення шкідливих навантажень на вали й опори застосовують компенсуючи муфти. Розрізняють три види відхилень від номінального розташування валів (рис. 6.3) подовжній зсув D_а (може бути викликане також температурним подовженням валів); радіальний зсув D_м, або ексцентриситет; кутовий зсув D_a, або перекіс. На практиці найчастіше зустрічається комбінація зазначених відхилень, що надалі будемо називати загальним терміном «неспіввісність валів».

Компенсація шкідливого впливу неспіввісності валів досягається: унаслідок рухливості практично жорстких деталей — в жорстких компенсуючих муфтах; за рахунок деформації пружних деталей – в пружних муфтах.

Найбільше поширення з груп жорстких компенсуючих муфт одержали кулачково-дискова (рис 6.4), яку рекомендують застосовувати в основному для компенсації ексцентриситету: D_rдо 0,04d; D_а до 0°30', і зубчаста (рис. 6.5), яка компенсує усі види неспіввісності валів

Широке поширення мають також малогабаритні шарнірні муфти (шарнір Гуку). На відміну від муфт, що компенсують помилки монтажу, хрестово-шарнірні муфти використовують для з'єднання валів з великою кутовою неспіввісністю (до 35...40°), передбаченою конструкцією машини.

В пружній муфті півмуфтизв'язані пружним елементом (наприклад, склеєні або привулканізовані). Пружний зв'язок півмуфт дозволяє компенсувати неспіввісність валів; змінити жорсткість системи в цілях усунення резонансних коливань; знизити ударні навантаження.

Однією з основних характеристик пружної муфти є її жорсткість. Змінну жорсткість мають муфти з неметалевими пружними елементами, матеріали яких (гума, шкіра тощо) не підкоряються законові Гуку, а також муфти з металевими пружними елементами, умови деформування яких задаються конструкцією. Від характеристики жорсткості пружної муфти в значній мірі залежить здатність машини переносити різкі зміни навантаження (удари) і працювати без резонансу та коливань. Важливою властивістю пружної муфти є її демпферна здатність яка характеризується енергією, що незворотньо поглинається муфтою, за однин цикл. Енергія в муфтах витрачається на внутрішнє і зовнішнє тертя при деформуванні пружних елементів. Демпфіруюча спроможність пружних муфт сприяє зниженню динамічних навантажень та затуханню коливань.

До пружних муфт належать: муфта з циліндричними пружинами (рис. 6.6), яку доцільно застосовувати як пружну ланку в системі з'єднання валів із зубчастими колесами або ланцюговими зірочками, у цьому випадку обід є зубцюватим вінцем, а муфта як би вбудовується в конструкцію зубчастого колеса; зубчасто-пружинна (зі змієподібними пружинами) (рис. 6.7), яка може компенсувати неспіввісність валів D_а до 4...20 мм, D_г до 0,5...3 мм, D_a до 1°15' та застосовується у важкому машинобудуванні (прокатні стани, турбіни, поршневі двигуни і т.п.); з гумовою зірочкою(рис. 6.8),, яка компактна і надійнав експлуатації, широко використовуються для з’єднання швидкохідних валів (до 3000..6000 хв^–1 при крутному моментідо 3...120 Н·м і діаметрах валів до 12...45 мм відповідно), допускає радіальний зсув осей до 0,2 мм; перекіс осей до 1⁰ 30^'; втулково-пальцеваМУВП (рис. 6.9), яка завдяки легкості виготовлення і заміни гумових елементів ця муфта отримала поширення, особливо в приводах від електродвигунів з малими і середніми крутними моментами і застосовуються в основному для компенсації неспіввісності валів у невеликих межах (D_а»1...5мм; D_м »0,3...0,6 мм; D_a до 1°); муфта з тороподібною гумово-кордовою оболонкою (рис. 6.10), яка має велику енергоємність, високі пружні і компенсуючі властивості D_r »2...6 мм, D_a»2...6°, кут закручування до 5...30°.

Основним матеріалом неметалічних пружних елементів є гума, яка має наступні позитивні якості:

1) високу еластичність;

2) високу демпфіруючу здатність;

3) електроізоляційну здатність.

4) простоту і дешевизну.

Недоліками гумових елементів є:

1) менша довговічність, ніж у сталевих;

2) менша міцність.

Муфти з гумовими пружними елементами застосовують при передачі малих та середніх крутних моментів.

Керовані або зчіпні муфтидозволяють з'єднувати або роз'єднувати вали за допомогою механізму керування. За принципом роботи всі ці муфти можна розділити на двох груп: муфти, які засновані на зачепленні (кулачкові або зубчасті) та муфти, які засновані на терті (фрикційні).

На торцях півмуфт кулачкової муфти (рис. 6.11) маються виступи (кулачки). У робочому положенні виступи однієї півмуфти входять у западини іншої. Для включення і вимикання муфти одну з півмуфт встановлюють на валові рухливо в осьовому напрямку. Рухливу півмуфту переміщають за допомогою спеціального прибудую — відведення. Вилку відведення розташовують у пазу.

Зубчаста зчіпна муфта(рис. 6.12) подібна зубцюватій компенсуючій муфті, з тією різницею, що тут обоймавиготовляється рухливого відведення. Застосовують також зубцюваті муфти без обойми, у яких одна півмуфта має внутрішні, а інша — зовнішні зубці.

Найчастіше кулачкові і зубчасті зчіпні муфти розташовують на одному валові і використовують для переключення швидкостей

Переваги зубчастої муфти в порівнянні з кулачкової— можливість виготовлення на широко розповсюдженому зуборізному устаткуванні одержуючи при цьому більш високу точність.

При включенні фрикційних муфт крутний момент зростає поступово в міру збільшення сили натискання на поверхні тертя. Це дозволяє з'єднувати вали під навантаженням і з великою різницею початкових кутових швидкостей. У процесі включення муфта пробуксовує, а розгін відомого вала відбувається плавно, без удару. Відрегульована на передачу безпечного для міцності машини граничного крутного моменту, фрикційна муфта виконує одночасно функції запобіжного пристрою. Усі фрикційні муфти в залежності від форми робочої поверхні можна розділити на три групи: муфти дискові (рис. 6.13); муфти конічні (рис. 6.14); муфти колодкові, стрічкові тощо. Муфти фрикційні, так само як і кулачкові, не допускають не

співвісності. Центрування півмуфт досягається розташуванням їх на одному валові або за допомогою спеціальних центруючих кілець

Автоматичні, або самокеровані муфти призначаються для автоматичного роз'єднання валів у тих випадках, коли параметри роботи машини стають неприпустимими по тим або інших показниках. До автоматичних муфт належать запобіжні муфти, які служать для захисту машин від перевантаження (на рис. 6.15 зображена запобіжна муфта спеціальним елементом, що руйнується);відцентрові муфти (рис. 6.16), які є самокерованими по кутовій швидкості та використовуються для автоматичного включення і вимикання виконавчого механізму за допомогою регулювання кутової швидкості двигуна; муфти вільного ходу (рис. 6.17),,які передають крутний момент тільки в одному заданому напрямку та застосовуються у верстатах, автомобілях, мотоциклах, велосипедах тощо.

Вибір муфти проводиться по моменту, який діє на муфту:

, (6.1)

де Т_Н – номінальний момент тривалої дії,

К – коефіцієнт режиму роботи (при спокійній роботі та невеликих масах К=1,1...1,4, при змінному навантаженні та середніх масах К=1,5...2,0, при ударних навантаженнях та великих масах К=2,5...3,0).

Література

1. К.І. Заблонський. Деталі машин. – Одеса: «АстроПринт», 1999. – 404 с.

2. Г.Б. Иосилевич. Детали машин. – М.: Машиностроение, 1988. – 368 с.

3. М.Н. Иванов. «Детали машин». – М.: «Высшая школа», 1991. – 383 с.

4. В.І. Мороз, О.В. Братченко, В.В. Ліньков. Основи конструювання і САПР: Навчальний посібник – Харків, ПП видавництво «Нове слово», 2003. – 194 с.

5. Метрологія, стандартизація і сертифікація: навчальний посібник/ Авт.: В.І. Мороз, В.Г. Єгоров, В.К. Смагін та ін. – Харків: ХарДАЗТ, 2000. – 77 с.

6. О.С. Климаш, В.В. Захарченко, В.В. Ліньков – Методичні рекомендації до виконання розрахунково-графічних робіт з дисципліни „Деталі машин і основи конструювання”, Харків: УкрДАЗТ, 2002.

7. О.С. Климаш, В.В. Захарченко, В.В. Ліньков, Л.В. Астахова – Методичні рекомендації до виконання курсового проекту з дисципліни „Деталі машин і основи конструювання”. ч.1. – Харків: УкрДАЗТ, 2003.

8. О.С. Климаш, В.В. Захарченко, В.В. Ліньков, Л.В. Астахова – Методичні рекомендації до виконання курсового проекту з дисципліни „Деталі машин і основи конструювання”. ч.2. – Харків: УкрДАЗТ, 2004.