Классификация валов и осей

По назначению:

- валы передач – валы, на которых устанавливают детали передач;

- коренные валы – валы, на которые устанавливают дополнительно еще и рабочие органы машины.

По геометрической форме:

- прямые валы и оси;

- кривошипные валы (рис. 3.4.15, а);

- коленчатые валы (рис. 3.4.15, б);

- гибкие валы (рис. 3.4.15, в);

- телескопические валы (рис. 3.4,15, г);

- карданные валы (рис. 3.4.15, д).

Кривошипные и коленчатые валы используют для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное (поршневые двигатели) или наоборот (компрессоры); гибкие – для передачи вращающего момента между узлами машин, меняющими свое положение в работе (строительные механизмы, зубоврачебные машины и т. п.); телескопические – при необходимости осевого перемещения одного вала относительно другого.

По конструктивным признакам:

- гладкие валы и оси;

- ступенчатые валы и оси;

- валы-шестерни;

- валы-червяки.

По типу сечения:

- сплошные валы и оси;

- полые валы и оси;

- комбинированные валы и оси.

Рис. 3.4.15. Типы валов:

а – кривошипный; б – коленчатый; в – гибкий; г – телескопический; д – карданный

Посадочные поверхности валов и осей под ступицы насаживаемых деталей выполняют цилиндрическими (рис. 3.4.16, а), коническими (редко) (рис. 3.4.16, б) или шаровыми (рис. 3.4.16, в) (редко).

Осью называют деталь, предназначенную только для поддержания установленных на ней деталей. В отличие от вала ось не передает вращающего момента и работает только на изгиб. В машинах оси могут быть неподвижными или же могут вращаться вместе с сидящими на них деталями (подвижные оси).

Переходные участки между ступенями валов и осей. Конструктивные разновидности:

- канавка со скруглением для выхода шлифовального круга (рис. 3.4.17, а),

- галтель постоянного радиуса (рис. 3.4.17, б);

- галтель переменного радиуса (рис. 3.4.17, в).

Галтели выполняют для снижения концентрации напряжений и увеличения долговечности.

Торцы валов и осей делают с фасками, т. е. слегка обтачивают на конце (рис. 3.4.17, г). Посадочные поверхности валов и осей обрабатывают на токарных и шлифовальных станках.

Рис. 3.4.17.

Закрепление деталей на валах от осевого перемещения осуществляют с помощью буртиков (рис. 3.4.18, а), гаек (рис. 3.4.18, б), посадки с натягом (рис. 3.4.18, в), пружинных колец (рис. 3.4.18, г). Передачу вращающего момента осуществляют за счет устройства шпоночных, шлицевых и других соединений валов.

Рис. 3.4.18

Оси и валы авиационных конструкций – пустотелые. Канал уменьшает массу вала, кроме того, в ряде случаев через полый вал проходят детали системы смазки или управления.

Технические условия на изготовление валов зависят от требований к конструкции. Наиболее жесткие требования по точности и шероховатости поверхности предъявляются к шейкам валов, на которые устанавливают подшипники качения.

Материалы валов и осей.В качестве материала для осей и валов чаще всего применяют углеродистые и легированные стали (прокат, пoковка и реже стальные отливки), а также высокопрочный модифицированный чугун и сплавы цветных металлов (в приборостроении). Для неответственных малонагруженных конструкций валов и осей применяют углеродистые стали без термической обработки. Ответственные тяжело нагруженные валы изготовляют из легированной стали 40ХНМА, 25ХГТ и др. Без термической обработки применяют стали 35 и 40, Ст. 5, Ст. 6, 40Х, 40ХН, 30ХН3А, с термической обработкой – стали 45, 50 и др., титановые сплавы ВТ3-1, ВТ6 и ВТ9.

В автомобильной и тракторной промышленности коленчатые валы двигателей изготавливают из ковкого или высокопрочного чугуна.

Критерии работоспособности и расчет валов и осей.При работе вал испытывает изгиб и кручение, а в отдельных случая помимо изгиба и кручения валы могут испытывать деформацию растяжения (сжатия).

В процессе работы валы и оси испытывают постоянные или переменные (циклически меняющиеся) по величине и направлению нагрузки, а следовательно, постоянные и переменные напряжения. Отсюда два случая расчета их на прочность: на статическую прочность (при постоянных напряжениях) и на усталостную прочность (при переменных напряжениях).

Усталостная прочность (выносливость) валов и осей оценивается коэффициентом запаса прочности.

Неподвижные оси при действии постоянных нагрузок рассчитывают только на статическую прочность.

Подвижные быстроходные оси и валы рассчитывают на выносливость.

Тихоходные валы и оси, нагруженные переменной нагрузкой, рассчитывают на статическую прочность и выносливость.

Основными расчетными силовыми факторами для осей и валов являются изгибающие (М_и)и крутящие (М_к)(только для валов) моменты.

Влияние растягивающих и сжимающих сил незначительно, поэтому, как правило, в расчетах не учитывается.

Спроектированные валы и оси с учетом обеспечения статической или усталостной прочности иногда выходят из строя вследствие недостаточной их жесткостиили из-за вибрации. Кроме того, малая жесткость нарушает нормальную работу зубчатых передач и подшипников. Валы и оси дополнительно рассчитывают на жесткость и колебания.

Жесткость валов и осей оценивается величиной прогиба в местах установки деталей или углом закручивания сечений; колебания – критической угловой скоростью.

Расчет осей на статическую прочность. Как указывалось выше, оси не испытывают кручения, поэтому их рассчитывают только на изгиб:

В ходе проектировочного расчета по конструкции узла составляют расчетную схему, определяют силы, действующие на ось, строят эпюры изгибающих моментов; диаметр оси определяют по формуле

.

Полученное значение округляют до ближайшего большего стандартного размера.

Затем производят проверочный расчет осей на статическую прочность:

,

где s_и – расчетное напряжение изгиба в опасном сечении оси.

Расчет валов на прочность.В зависимости от действия нагрузок возможны два случая: расчет только на кручение и расчет на совместное действие кручения и изгиба.

Ориентировочно устанавливают диаметры характерных сечений вала (методами сопротивления материалов) с последующим уточнением коэффициентов запаса прочности по выносливости.

Расчет валов на кручение. В ходе проектировочного расчета определяют диаметр выходного конца вала или диаметр вала под подшипником (под опорой), который испытывает только кручение:

,

где Т – крутящий момент в расчетном сечении вала;

[τ_к] – допускаемое напряжение на кручение, [τ_к] = 20…25 МПа под шкив, звездочку или муфту; для средних участков вала [τ_к] = 10…20 МПа;

Р – передаваемая мощность, кВт;

n – частота вращения вала, об/мин.

Затем производят проверочный расчет

,

где d – расчетный диаметр вала;

М_к – крутящий момент в опасном сечении вала;

t_к и [t_к] – расчетное и допускаемое напряжения кручения опасном сечении вала.

Расчет валов на совместное действие кручения и изгиба.Участок вала между опорами (под шестерней, колесом и т. п.) рассчитывают на совместное действие кручения и изгиба по эквивалентному моменту.

Эквивалентный момент вычисляют обычно по формуле (при расчете по теории максимальных касательных напряжений):

,

где М_и и М_к – изгибающий и крутящий моменты.

По аналогии с ранее рассмотренными случаями выполняют проектировочный расчет

,

а затем проверочный расчет

,

где σ_экв – эквивалентное напряжение для расчетного сечения вала.

Получив расчетным путем размеры, с учетом технологии изготовления проектируют конструктивную форму вала.

Расчет осей и валов на жесткость. Параметрами, характеризующими изгибную жесткость валов и осей, являются прогиб вала (f) и угол наклона (q) f £ [f], q £ [q], определяемые методами сопротивления материалов.

Подшипники. Подшипники поддерживают вращающиеся оси и валы, воспринимают от них радиальные и осевые нагрузки и сохраняют заданное положение оси вращения вала.

Подшипник (рис. 3.4.19, а) представляет собой втулку из износоустойчивого материала (оловянистые бронзы, алюминиевые бронзы, металлографитовые сплавы и др.). Втулка неразъемного подшипника может быть запрессована непосредственно в стенку корпуса. При возможных перекосах вала подшипник делают самоустанавливающимся (рис. 3.4.19, б). Подобные подшипники расположены в сочленениях деталей шасси.

Подшипники классифицируют по виду трения и воспринимаемой нагрузке.

По виду трения различают подшипники скольжения – подшипники, у которых опорный участок вала скользит по поверхности подшипника; подшипники качения – подшипники, у которых трение скольжения заменяют трением качения посредством установки шариков или роликов между опорными поверхностями подшипника и вала.

По воспринимаемой нагрузке различают подшипники радиальные подшипники – подшипники, воспринимающие радиальные нагрузки; упорные – подшипники, воспринимающие осевые нагрузки; радиально-упорные – подшипники, воспринимающие радиальные и осевые нагрузки.

Все типы подшипников широко распространены.

Подшипники скольжения– это опоры вращающихся деталей, работающие при относительном скольжении цапфы по поверхности подшипника.

К достоинствам подшипников скольжения относятся малые габариты в радиальном направлении, возможность работы при высоких скоростях вращения и нагрузках, в воде и в агрессивных средах, обеспечение высокой точности установки валов, малая чувствительность к ударным и вибрационным нагрузкам, незаменимость в случаях, когда по условиям сборки подшипник должен быть разъемным (на шейках коленчатых валов).

Недостатками подшипников скольжения являются большие, чем у подшипников качения, потери мощности на трение, более сложная смазочная система, необходимость использования дефицитных материалов.

В сочленениях деталей системы управления ВС широко применяют специальные стальные шарнирные подшипники (рис. 3.4.20)

Для смазывания трущихся поверхностей подшипников применяют жидкие, пластичные (густые), твердые и газообразные смазочные материалы. Для уменьшения износа поверхности цапфы и подшипника разделены слоем смазки достаточной толщины, которая больше суммы высот шероховатостей поверхностей (h > R_Z1 + R_Z2).

При соблюдении этого условия не происходит непосредственного касания и изнашивания трущихся поверхностей. Несущая поверхность масляного слоя очень высока, и он воспринимает передаваемую нагрузку. Сопротивление вращению подшипника в этом случае определяется только внутренним трением в смазочном материале, а коэффициент трения f = 0,001…0,005.

При непрерывном вращении вала с достаточно большой скоростью масло увлекается вращающимся валом, в нем создается гидродинамическое давление, образуется «масляный клин», разделяющий трущиеся поверхности (рис. 3.4.21)

Рис. 3.4.21. Положение шипа в подшипнике

Скорость вращения вала, зазор между цапфой и подшипником, вязкость и количество подаваемого масла связаны между собой. При правильном соотношении между ними подшипник скольжения может длительное время эксплуатироваться без заметного износа.

Масло не только смазывает трущиеся детали, но и отводит от них тепло, поэтому в масляную систему (например, авиационного двигателя) входят масляные радиаторы, в которых масло охлаждается.

В условиях полужидкостного трения нарушается непрерывность масляного слоя и в отдельных местах происходит соприкосновение неровностей трущихся поверхностей. Поэтому здесь не исключается изнашивание поверхностей, а только уменьшается его интенсивность (коэффициент полужидкостного трения f = 0,008…0,1).

Подшипники качения.Подшипник качения состоит из наружного и внутреннего колец, между которыми в сепараторе расположены шарики или ролики. Сепаратор разделяет тела качения, чтобы они не соприкасались.

Применение подшипников качения позволило заменить трение скольжения трением качения. Трение качения существенно меньше зависит от смазки. Условный коэффициент трения качения мал и близок к коэффициенту жидкостного трения в подшипниках скольжения (f = 0,0015…0,006). При этом упрощаются система смазки и обслуживание подшипника.

Преимуществами подшипников качения являются небольшие потери на трение, взаимозаменяемость, облегчающая монтаж и ремонт подшипниковых узлов, малые пусковые моменты, нетребовательность к смазке и уходу (за исключением случаев, когда от подшипников, например, роторов авиационных двигателей, необходимо отводить тепло).

Недостатками подшипников качения являются чувствительность к ударам и вибрациям вследствие большой жесткости подшипника, сравнительно большие радиальные габаритные размеры, шум при работе с высокой частотой вращения.

Большая часть вращающихся деталей авиационных конструкций установлена на подшипниках качения.

По форме тел качения подшипники разделяют на шариковые и роликовые, по направлению воспринимаемой нагрузки – на радиальные, упорные, радиально-упорные и упорно-радиальные (рис. 3.4.22).

Радиальные шариковые подшипники 1 (рис. 3.4.22) – наиболее простые и дешевые. Они допускают небольшие перекосы вала (до 1/4˚) и могут воспринимать осевые нагрузки, но меньшие радиальных. Эти подшипники широко распространены в машиностроении.

Радиальные роликовые подшипники 4 (см. рис. 3.4.22) благодаря увеличенной контактной поверхности допускают значительно большие нагрузки, чем шариковые. Однако они не воспринимают осевые нагрузки и плохо работают при перекосах вала. В роликовых цилиндрических и конических подшипниках с комбинированными (бочкообразными) роликами концентрация нагрузки от неизбежного перекоса вала существенно снижается. Аналогичное сравнение можно провести и между радиально-упорными шариковыми 3 и роликовыми 5 подшипниками.

Рис. 3.4.22. Подшипники качения

Самоустанавливающиеся шариковые 2 и роликовые 6 подшипники применяют в тех случаях, когда допускают значительный перекос вала (до 2…3°). Они имеют сферическую поверхность наружного кольца и ролики бочкообразной формы. Эти подшипники допускают небольшие осевые нагрузки.

Применение игольчатых подшипников 7 позволяет уменьшить габариты (диаметр) при значительных нагрузках. Упорный подшипник 8 воспринимает только осевые нагрузки и плохо работает при перекосе оси.

По нагрузочной способности (ширине и наружному диаметру) подшипники качения разделяют на семь серий – от сверхлегкой до тяжелой; по классам точности – нормального класса (0), повышенного (6), высокого (5), особо высокого (4), и сверхвысокого (2). Класс точности подшипника назначают в зависимости от требований к сборочной единице. Чаще применяют дешевые подшипники класса 0. Для авиационных конструкций с тяжелыми условиями работы (например, для роторов авиационных двигателей) используют подшипники повышенных классов точности.

Применение в авиационных конструкциях. Шарикоподшипники в среднем быстроходнее в отличие от роликовых (цилиндрических) и способны воспринимать осевые нагрузки, но их грузоподъемность на 30…40 % ниже.

Радиально-упорные шарикоподшипники применяют для самых ответственных узлов авиационных конструкций, например, для роторов двигателей, воздушных винтов самолетов, несущих и рулевых винтов вертолетов. Для повышения работоспособности подшипников их часто выполняют с четырехточечным контактом шариков, для чего внутреннее (или внешнее) кольцо делают двойным.

Конические роликоподшипники одинаково пригодны для радиальных и осевых нагрузок при средних скоростях вращения. Их применяют в частности для колес шасси (рис. 3.4.23).

Рис. 3.4.23. Конические роликоподшипники

Шариковые самоустанавливающиеся подшипники используют в качестве опор длинных валов, перекос которых неизбежен.

Игольчатые подшипники непригодны при средних и высоких скоростях вращения вала. Эти подшипники применяют в некоторых сочленениях авиационных конструкций при качательном движении (например, подшипники рычагов клапанов поршневых двигателей).

Упорные шариковые и роликовые подшипники способны воспринимать большие осевые нагрузки при малых скоростях вращения. Они используются, например, во втулках воздушных винтов. Воспринимая огромные центробежные силы лопасти, подшипник позволяет поворачивать лопасть при изменении шага винта.

Кольца и тела качения подшипников изготавливают из высокоуглеродистых хромистых сталей и закаливают до высокой твердости. Подшипники турбин ГТД делают из жаропрочных сталей. Это связано с тем, что после выключения двигателя прекращается прокачка масла через подшипники, и они сильно нагреваются (до 300˚ и более) за счет тепла, постепенно переходящего к ним от раскаленных лопаток и диска турбины.

Обозначения. В условных обозначениях приводят внутренний диаметр подшипника, его серию, тип, конструктивные особенности и класс точности.

Две первые цифры справа указывают внутренний диаметр (d). Для подшипников с d = 20…495 мм диаметр определяют умножением двух крайних цифр в обозначении на 5. Третья цифра справа указывает серию: подшипник особо легкой серии – 1, легкой – 2, средней – 3, средней широкой – 6, тяжелой – 4 и т.д. Четвертая цифра справа характеризует тип подшипника: радиальный шариковый – 0 (в обозначении нуль опускают), радиальный шариковый сферический – 1, роликовый радиальный с короткими цилиндрическими роликами – 2, роликовый радиальный со сферическими роликами – 3, шариковый радиально-упорный – 6, роликовый конический – 7 и т.д. Например, подшипник 308 – шариковый радиальный средней серии с d = 40 мм; подшипник 7216 – роликовый конический легкой серии с d = 80 мм.

Пятая и шестая цифры в обозначении подшипника отражают его конструктивные особенности (наличие защитных шайб, упорных буртов или канавок на наружном кольце и др.). Цифры 6, 5, 4, 2, указывающие класс точности подшипников, ставят через тире перед обозначением, нуль не пишут.

Повреждения подшипников. Подшипники выходят из строя вследствие усталостного выкрашивания, абразивного изнашивания при попадании пыли или пластических деформаций при перегрузках. Усталостное выкрашивание является наиболее распространенным видом разрушения подшипников при длительной работе. Интенсивность абразивного изнашивания можно уменьшить за счет применения совершенных уплотнителей и надлежащей очистки масла.

Наблюдается также разрушение сепараторов от центробежных сил и действия тел качения. Раскалывание колец и тел качения происходит при их работе с сильными ударами, при перекосах.

Расчет подшипников качения. Расчет подшипников на долговечность выполняют по усталостному выкрашиванию и на предотвращение возникновения пластических деформаций.

При постоянном режиме расчет подшипников ведут по эквивалентной динамической нагрузке с учетом характера и направления действующих сил. Принимают такую эквивалентную нагрузку, при которой обеспечивается та же долговечность подшипника, что и в действительных условиях нагружения.

Для радиальных и радиально-упорных расчет производится по формуле

Р = (XVF_r + YF_a) K_бK_Т,

где F_r, F_a – соответственно радиальная и осевая нагрузки на подшипник, Н;

Х, Y – коэффициенты соответственно радиальной и осевой нагрузок;

V – коэффициент вращения: при вращении внутреннего кольца V = 1, наружного – V = 1, 2;

К_б– коэффициент безопасности: К_б = 1 при спокойной нагрузке, К_б = 2,5…3 при сильных ударах;

К_Т – температурный коэффициент, при нагреве подшипникового узла до 125 °С, К_Т = 1.

Грузоподъемность подшипников.Грузоподъемность подшипников характеризуется базовой динамической грузоподъемностью (С) и базовой статической грузоподъемностью (С₀).

Под базовой динамической грузоподъемностью подшипника понимают радиальную или осевую нагрузку, которую он может выдержать при долговечности в 1 млн оборотов. Базовой считают долговечность при 90-процентной надежности.

Расчетная долговечность выражается числом его оборотов (L) или часов работы L_H, при которых на рабочих поверхностях у 90 % подшипников из партии не должно появляться признаков усталости металла (выкрашивания, отслаивания).

Долговечность подшипника определяют по эмпирическим зависимостям:

и ,

где С – динамическая грузоподъемность подшипника, кН;

Р – динамическая эквивалентная нагрузка, кН;

р – показатель степени, равный 3 для шарикоподшипников и 10/3 для роликоподшипников;

n – частота вращения подшипника, мин^-1.

Подбор подшипников. В конструкциях самолета, в отличие от конструкций в машиностроении, шарикоподшипники работают, как правило, с небольшими скоростями вращения. Поэтому их подбирают не по допускаемым нагрузкам и по сроку службы, а по разрушающим нагрузкам. Заделка подшипников осуществляется сплошной завальцовкой – обкатыванием шариком без проточки и с проточкой в детали, обжатие пуансоном – без проточки в детали в шести или восьми точках, обжатие пуансоном – в шести и восьми точках по специальной проточке в детали, установкой пружинных упорных колец – в специальную канавку в детали.

Вид заделки зависит от предела прочности материала и от диаметра подшипника и берется по ГОСТу. Посадки под подшипники также задаются ГОСТом.

Конструкции узлов.При проектировании подшипниковых узлов учитывают следующие факторы:

- назначение узла;

- условия эксплуатации (величины и направления действующих нагрузок, состояние внешней среды, температурные условия и т. п.);

- условия общей компоновки;

- технологические возможности обработки деталей узла.

Эти факторы влияют на выбор типоразмера подшипника, конструкции вала и корпусов подшипников, на способ установки и крепления подшипников, выбор системы уплотнения, смазочного материала, на степень точности изготовления деталей. Рациональное решение всего комплекса вопросов, возникающих при проектировании, должно обеспечить нормальную работу подшипникового узла.

Подшипниковые узлы должны отвечать следующим техническим требованиям:

- все детали подшипникового узла должны обладать достаточной прочностью и жесткостью;

- конструкция подшипникового узла должна обеспечить нормальную работу подшипника;

- подвод смазочного материала, а также уплотнение в подшипниковых узлах должны соответствовать эксплуатационным требованиям;

- узел должен быть удобен в монтаже и демонтаже;

- узел должен обеспечивать надежность и долговечность с одновременным снижением стоимости.

Жесткость посадочных мест обеспечивается достаточной толщиной гнезд корпусов, предназначенных для установки наружных колец, а также постановкой ребер жесткости.

Причиной заклинивания подшипников в узле могут быть температурные удлинения вала, возникновение значительной осевой нагрузки при неточно выдержанных линейных размерах вала из-за непродуманной взаимной установки подшипников. Прогибы валов, несоосность посадочных мест могут также служить причиной заклинивания.

Подшипниковый узел от перемещения в осевом направлении фиксируют путем соответствующей установки деталей в узле.

Внутренние кольца обоих подшипников могут упираться в буртики вала (рис. 3.4.24, а)или же в мазеудерживающее кольцо 7 (рис. 3.4.24, б).

Рис. 3.4.24. Конструкции подшипниковых узлов

В некоторых случаях (например, при установке вала шестерни конического редуктора) внутренние кольца упираются в распорную втулку 2 (рис. 3.4.25, а).

Наружные кольца подшипников фиксируют пружинным стопорным кольцом 3, выступом крышки подшипника 4 (рис. 3.4.25, б) и буртиком стакана 1 (рис. 3.4.25, а).

Для создания осевого зазора е (т. е. для осуществления плавающей опоры) один подшипник (например, правый, рис. 3.4.25, в)можно зафиксировать на валу и в корпусе, а второй – только на валу.

Рис. 3.4.25. Конструкции подшипниковых узлов

Смазывание подшипников качения.Смазывание подшипников качения предохраняет их от коррозии, уменьшает шум при работе и потери на трение скольжения между кольцами и телами качения, между сепаратором и телами качения, улучшает отвод тепла.

Для смазывания подшипников качения применяют жидкие и пластичные смазывающие материалы.

Жидкие смазочные материалы(масла) применяют при больших частотах вращения подшипника в условиях высоких и низких температур.

К достоинствам применения жидких смазочных материалов относятся возможность централизованного смазывания с автоматизацией процесса подачи смазочного материала. Применение жидкого смазочного материала допускает полную его смену без разборки узла, хорошо отводит тепло. Периодичность замены масла – 3 – 6 месяцев, пополнение следует производить один-два раза в месяц.

Пластичный смазочный материал набивают в корпус подшипника при сборке узла и пополняют один раз в 2-4 месяца. Полную замену смазочного материала производят не реже одного раза в год.

Недостатки пластичной смазки: необходимость разборки узла при замене смазочного материала, чувствительность к изменению температуры, повышенное внутреннее трение; возможность применения только при сравнительно низких угловых скоростях вращающихся колец.

Пластичные смазочные материалы по сравнению с жидкими имеют следующие преимущества: не вытекают из узлов при нормальных условиях работы, лучше защищают подшипники от коррозии, могут работать в узле без пополнения в течение продолжительного времени (до одного года) и без особого надзора, требуют менее сложных конструкций уплотнительных устройств.

Уплотнения в подшипниковых узлах. Надежность подшипников качения во многом зависит от типа уплотняющих устройств.Уплотнения в подшипниковых узлах должны не допускать утечки смазочного материала из корпуса, где установлены подшипники, а также защищать подшипники от попадания в них пыли, грязи и абразивных частиц, вызывающих их преждевременное изнашивание.

Уплотнения, применяемые в машиностроении, подразделяют на контактные, щелевые, лабиринтные и защитные мазеудерживающие кольца и маслоотражательные шайбы.

Работа контактных уплотнений зависит от выбора материалов, устанавливаемых в крышках корпуса подшипника и контактирующих с валом, на котором находится подшипник.

Наибольшее распространение получили контактные уплотнения из войлочных, фетровых и кожаных колец (рис. 3.4.26, а, б). Основное достоинство уплотнений этого типа – простота и дешевизна изготовления.

Рис. 3.4.26. Уплотнения подшипниковых узлов:

Этот тип уплотнений рекомендуется применять при незначительных окружных скоростях (до 4–5 м/с) и температуре окружающей среды до 90 °С. Вал (или промежуточная втулка) должен быть обработан с достаточной точностью.

Для того чтобы уплотняющий материал лучше прилегал к вращающемуся валу, в конструкцию включают браслетную пружину. Такие уплотнения называют манжетными (рис. 3.4.26, д). Пружина должна прижимать уплотняющий материал к валу с незначительной силой (для уменьшения изнашивания и нагрева вала).

Манжетные уплотнения работают при окружных скоростях до 10 м/с, с температурой узла до 100 °С.

Щелевые и лабиринтные уплотнения устраняют недостатки, имеющие место в уплотнениях контактного типа.

Щелевые уплотнения (рис. 3.4.26, г) имеют две-три кольцевые канавки в крышке корпуса подшипника (зазор с = 0,1 + 0,4 мм). Канавки и зазор оказывают значительное гидравлическое сопротивление вытекающему из корпуса смазочному материалу.

Аналогично устроено лабиринтное уплотнение. В уплотнении этого типа радиальные и осевые щели делают сложной формы, напоминающей лабиринт (рис. 3.4.26, в).

Лабиринтные и щелевые уплотнения работают при окружных скоростях до 30 м/с.

Недостатком этих уплотнений является ненадежная защита смазочного материала от пыли и невозможность их применения при высокой температуре.

Тема 4. Соединение деталей машин

Все существующие соединения деталей машин можно разделить на разъемные и неразъемные.

Неразъемное соединениеневозможно разобрать без разрушения деталей, входящих в соединение. К ним относятся заклепочные, сварные, паяные, клеевые, соединения с натягом.

Разъемное соединениепозволяет многократно выполнять его разборку и последующую сборку без разрушения деталей, входящих в соединение. К ним относятся резьбовые, шпоночные, шлицевые и др. соединения.

Неразъемное соединение

Сварные соединения. Общие сведения о сварных соединениях. Сварка– технологический процесс получения неразъемного соединения металлических или неметаллических деталей с применением нагрева (до пластического или расплавленного состояния).

В зависимости от процессов, происходящих при сварке, различают сварку плавлением и сварку давлением.

При сварке плавлением поверхности кромок свариваемых деталей плавятся и после остывания образуют прочный сварной шов. Чаще всего сварка плавлением осуществляется газовойили электросваркой.

Сварка давлениемосуществляется при совместной пластической деформации предварительно нагретых поверхностей свариваемых деталей. Эта деформация происходит за счет воздействия внешней силы. Сварка давлением осуществляется, как правило, одним из видов контактной электросварки: точечной, шовной и др.

Основные виды электросварки – дуговая и контактная.

При дуговой сваркеисточником тепла является электрическая дуга, которая образуется между кромками свариваемых деталей и электродом. Она оплавляет соединяемые детали и расплавляет электрод или присадочный материал, которые плавятся и образуют сварной шов. Электросварка применяется только для сварки металлов и их сплавов.

Контактная сваркаприменяется в серийном и массовом производстве при нахлесточном соединении тонкого листового металла (точечная, роликовая) или при стыковом соединении круглого и полосового (стыковая сварка).

При контактной сварке (сварка давлением) присадочный материал не применяют. Контактная сварка основана на использовании тепла, выделяющегося в месте соприкосновения свариваемых деталей (например, при прохождении через них электрического тока). Сварка производится с применением механического давления, под действием которого детали, предварительно нагретые в месте соединения (контакта) до пластического состояния или оплавления, образуют сварной шов.

Помимо упомянутых способов в современной технике применяются и многие другие способы сварки (электрошлаковая, в защитных газах, ультразвуковая, лазером, индукционная и др.).

По способу осуществления механизации технологического процесса различают ручную, полуавтоматическую и автоматическую сварку.

Затвердевший после сварки металл, соединяющий сваренные детали, называют сварным швом.

Сварные соединения– это неразъемные соединения деталей с помощью сварных швов.

Достоинства сварных соединений:простота конструкции сварного шва и меньшая трудоемкость в изготовлении, значительное снижение массы конструкции при тех же габаритах, возможность соединения деталей любых форм, герметичность соединения, бесшумность технологического процесса сварки, возможность автоматизации сварочного процесса, сварное соединение дешевле заклепочного.

Недостатки сварных соединений: возникновение остаточных напряжений в свариваемых элементах, коробление деталей, недостаточная надежность соединения при значительных вибрационных и ударных нагрузках.

В настоящее время сварные соединения почти полностью вытеснили заклепочные соединения. Сварка применяется для соединения элементов сосудов, испытывающих давление (резервуары, котлы), для изготовления турбин, доменных печей, мостов, химической аппаратуры, с помощью сварки изготовляют станины, рамы и основания машин, корпуса редукторов, зубчатые колеса, шкивы, звездочки, маховики, барабаны и т. д.

Классификация сварных соединений. По взаимному расположению свариваемых элементов различают:

1) стыковые (рис. 3.4.27, а);

2) угловые (рис. 3.4.27, б);

3) тавровые (рис. 3.4.27, в);

4) нахлесточные (рис. 3.4.27, г).

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: