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) ≥ hкp.
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
Тр = КТном (20.1)
где К - коэффициент режима работы муфты, учитывающий условия эксплуатации (тип двигателя, переменность нагрузки, тип машины); Тном - 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 Тр. 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 Тпик) устанавливают предохранительные муфты. Во избежание случайных выключений эти муфты рассчитывают по предельному моменту
Тпред = 1,25 Tmax, (20.2)
где Tmax - наибольший передаваемый момент при нормальной работе, обычно равный пусковому моменту Тпуск (Tmax = Тпуск).
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 Tр- расчетный вращающий момент, Н∙м; С - коэффициент запаса по несдвигаемости, С = 1,2 ... 1,5; Dср = (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.