Тема № 10

Эти соединения являются разъемными.

Рис.9. Разъемные соединения

В шпоночном соединении усилие, передаваемое от одной детали к другой, воспринимается боковыми поверхностями шпонки. Эти усилия стремятся смять и срезать шпонку.

;

.

При передаче больших крутящих моментов на валах устанавливают две или три шпонки.

Шлицевое соединение является как бы многошпоночным соединением. В детали, помещаемой на валу, протягивают пазы (канавки) соответствующие выступам (шлицам) на валу. Шлицы выполняются с прямолинейным, эвольвентным и треугольным профилями.

, кгс (Н).

так как

, то .

Следовательно,

где l — длина шлица, мм; z - число шлицев; k ≈ 0,75 —коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки между шлицами.

.

Тема № 11

Классификация подшипников скольжения и качения, их расчет.

Подшипники. Подшипники служат опорами валов и осей. Различают подшипники скольжения и качения.

Подшипники скольжения. В зависимости от величины и направления нагрузок, возникающих на валах, применяют подшипники радиальные, которые могут воспринимать нагрузки, направленные радиально, и упорные, которые могут воспринимать усилия как направленные вдоль оси, так и радиальные.

Поверхность цапфы в радиальных подшипниках скользит относительно его внутренней поверхности. Уменьшение сил трения между трущимися поверхностями создается слоем смазки. При работе цапфа занимает в подшипнике эксцентричное положение, и поэтому смазка между поверхностями подшипника и цапфы принимает форму клина. Цапфа, вращаясь, увлекает смазку в узкий зазор, где создается масляная подушка, поддерживающая цапфу. Слой масла, разделяющий цапфу и подшипник, создается также, если в зазор подается масло при помощи масляного насоса.

Подшипники скольжения рассчитывают на допускаемое удельное давление р, величина которого должна быть меньше допускаемых величин, зависящих от материала заливки и ее толщины:

.

Например, для подшипников с заливкой из оловянных баббитов [p] = 20 кгс/см² (2 МПа), а с заливкой из бронзы [р] = 200 кгс/см² (20 МПа).

При работе температура подшипников не должна превышать 60°С.

Подшипники скольжения устанавливаются для валов, испытывающих большие удельные давления, в быстроходных валах, валах большого диаметра и сложной конфигурации, при установ­ке которых они должны разъединяться; при ударных и вибраци­онных нагрузках, в воде, агрессивных средах и при большом загрязнении.

Подшипники качения состоят из наружного и внутреннего колец с дорожками качения. Между кольцами в дорожках качения устанавливаются шарики или ролики, которые катятся по дорожкам.

Подшипники качения можно разделить на три типа: 1) радиальные, воспринимающие радиальные нагрузки и допускающие небольшие осевые нагрузки; 2) радиально-упорные, воспринимающие как радиальные, так и осевые нагрузки, но величина последних не должна превышать 0,7 от разности между допускаемой и действующей радиальными нагрузками; 3) упорные, воспринимающие только осевые нагрузки (рис.10.).

Подшипники качения можно разделить на три типа: 1) радиальные, воспринимающие радиальные нагрузки и допускающие небольшие осевые нагрузки; 2) радиально-упорные, воспринимающие как радиальные, так и осевые нагрузки, но величина последних не должна превышать 0,7 от разности между допускаемой и действующей радиальными нагрузками; 3) упорные, воспринимающие только осевые нагрузки.

Рис. 10. Классификация подшипников качения

Шариковые подшипники применяют в передачах с малыми и средними нагрузками. Роликовые подшипники устанавливают в передачах с большими нагрузками, так как их грузоподъемность почти в два раза больше, чем у шариковых. Однако они хуже работают при больших числах оборотов.

Подшипники выбирают по нагрузкам, действующим на них. Нагрузки могут быть постоянными, переменными, с ударами, толчками и т. д. Условия нагружения могут быть также различными: может вращаться внутреннее или наружное кольцо.

Расчет подшипников ведут на их долговечность. Срок службы определяют в зависимости от так называемой динамической грузоподъемности G и эквивалентной динамической нагрузки Р.

Расчет номинальной долговечности подшипников (млн. об/мин) производится по следующим формулам:

для шариковых подшипников

для роликовых подшипников

L=(G/P)^10/3

Долговечность подшипников

,

где п — частота вращения подшипника, об/мин.

В подшипниках качения по сравнению с подшипниками скольжения сила трения в 5—10 раз меньше. КПД подшипников скольжения составляет – 0, 96, подшипников качения – 0,99.

Тема № 12

Конструктивные особенности валов, осей и опор. Их расчет.

Вращающиеся детали машин устанавливают на осях или валах. Валы всегда вращаются вместе с деталями и передают крутящий момент; оси же, вращаются ли они вместе с деталями или остаются неподвижными, момента не передают и только поддерживают детали. Поэтому оси нагружены только изгибающими усилиями, а валы еще и крутящими моментами.

Валы бывают гладкие, ступенчатые, коленчатые. Когда диаметр червяка или шестерни близок к диаметру вала, их изготовляют как одно целое, например вал с червяком, вал с зубчатой шестерней. Для соединения валов с деталями применяют шпонки или шлицы.

При расчете валы и оси рассматривают как балки на шарнирных опорах и рассчитывают на прочность. Определяют величины изгибающих и крутящих моментов в опасных сечениях. Если нагрузки действуют в разных плоскостях, то их обычно раскладывают на две взаимно перпендикулярные плоскости. Результирующий изгибающий момент, кгс·м (Н·м),

,

где М_г — момент от сил, действующих в горизонтальной плоскости; М_в— момент от сил, действующих в вертикальной плоскости.

Величина крутящего момента М_к определяется по формуле (1.21). Приведенный момент для расчетных сечений, кгс·м (Н·м),

.

Диаметр валов, работающих на изгиб и кручение,

.

Диаметр осей, работающих только на изгиб (т. е. когда М_к = 0),

где [σ] = σ_τ /k; σ_τ, — предел текучести; k — запас прочности.

Валы и оси проверяют также на жесткость. Эмпирически установлено, что величина максимальных прогибов не должна быть больше 0,0003 от расстояния между опорами.

Угол закручивания не должен превышать определенных величин. Его выбирают в зависимости от длины вала и условий работы. Для валов строительных машин этот угол составляет 15'—30' на 1 м длины вала .При расчете на выносливость валов и осей учитывают характер напряжений, усталостные характеристики материалов, влияние концентрации напряжений, качество изготовления и т.д.

Тема № 13

Редукторы. Назначение и классификация редукторов. Основные показатели.

Редуктором называется механизм, предназначенный для умень­шения частоты вращения выходного вала по сравнению с входным, увеличения крутящего момента и состоящий из одной или несколь­ких механических передач, помещенных в общем закрытом корпусе

По числу передач, входящих в редуктор, различают одно-, двух-и многоступенчатые редукторы. Одноступенчатые цилиндрические редукторы } позволяют получать передаточные числа <10, двухступенчатые—<60, трехступенчатые— и > 60, одноступенчатые конические редукторы—<6,3, одноступенчатые червячные— и > 30. Для получения больших передаточных чисел и передачи дви­жения между пересекающимися быстроходным и тихоходным вала­ми применяют комбинированные редукторы, включающие различ­ные виды передач — коническо-цилиндрические, червячно-зубчатые, планетарные и др. Червячные редукторы обычно выполняют одноступенчатыми. Передаточное число двухступенчатых или трехступенчатых редукторов равно произведению передаточных чисел каждой пары.

В механических трансмиссиях строительных машин широко ис­пользуют зубчатые редукторы с переменным передаточным числом (коробки перемены передач), позволяющие ступенчато изменять скорость и крутящий момент выходного вала и направление его вращения.

Рис.11 Редукторы

Редукторы могут быть специальными и универсальными. Первые проектируют применительно к конкретной модели машины, вторые, выпускаемые серийно, могут быть установлены на любой машине. Серийные редукторы выбирают по каталогам заводов-изготовителей в соответствии с передаваемой мощностью, частотой вращения ведущего вала, передаточным числом, межосевым расстоянием (между осями ведущего и ведомого валов), а также другими характеристиками, учитывающими режимы нагружения.

Валы, расположенные горизонтально, опираются на подшипники, тип которых определяется характером воспринимаемой нагрузки (радиальной и осевой). Зубчатые колеса жестко соединены с валами с помощью шпонок, шлицов или напрессовки. При диаметральных размерах, соизмеримых с валами, шестерни выполняют заодно с валом (вал-шестерня). Также заодно с валом нарезают червяки.

Редукторные передачи работают в масле, которое заливают в корпус через смотровой люк до такого уровня, чтобы в масло погружались зубья ведомых колес. Применяют также подачу смазки в зону зацепления по трубопроводам от специальных насосов. Уровень масла проверяют щупом или маслоуказателем. При вращении колес масло разбрызгивается и попадает в зону их зацепления, а также в подшипниковые узлы. Для предотвращения вытекания масла через зазоры между валами и крышками в последних устанавливают уплотнения в виде резиновых манжет, реже — войлочные. Для стравливания избыточного давления внутри корпуса при нагревании масла в смотровом люке предусмотрен обратный клапан (сапун). В последние годы в строительных машинах все чаще применяют редукторы с планетарными передачами), обладающие малыми габаритными размерами и массой и высоким КПД по сравнению с другими типами зубчатых редукторов.