Краткие сведения по анализу конструкций опор валов

7.2.1. Силы в зацеплении: F_t – окружная, F_r – радиальная, F_a – осевая

На колесе (ведомом элементе) направление силы F_t совпадает с направлением вращения, на шестерне – противоположно ему;

Fr – направлена к центру колеса (шестерни), F_a – вдоль оси вала (для конических колёс – в сторону большего основания конуса).

Направление сил – см. на рис. 2.1, где представлены:

а) промежуточный вал цилиндрического редуктора, выполненного по развёрнутой схеме;

б) ведущий вал конического редуктора;

в) червячная передача (червяк ведущий с правым направлением винтовой линии).

7.2.2. Регулирование элементов конструкции

1. К регулируемым подшипникам относятся радиально-упорные и упорные подшипники. Наивыгоднейшая осевая игра (зазор) зависит от конструкции и размеров подшипников, температуры узла во время работы, жёсткости опор, точности посадочных мест. Отсутствие зазора, так же как и чрезмерно большой зазор, ведёт к быстрому износу подшипников. Некоторые узлы для получения большой жесткости (например, в точных станках) монтируются на подшипниках с предварительным натягом.

Требуемые радиальные и осевые зазоры в подшипниках обеспечиваются комплектом металлических прокладок. Регулировка прокладками производится следующим образом: надевают комплект прокладок на одну из крышек, устанавливают её в корпус и зажимают болты до отказа; вторую крышку (без прокладок) также ставят на место, несколько не дожав болты до конца, проворачивают вал. Затем сильно зажимают болты крышки, добиваясь такого положения, чтобы вал проворачивался туго (зазор полностью уничтожен).

Далее замеряют щупом зазор между фланцем крышки и корпусом. К величине найденного щупом зазора прибавляют величину необходимого осевого зазора. Эта сумма размеров и составляет необходимую толщину комплекта прокладок. Точность регулировки подшипников в значительной степени зависит от качества прокладок (штампованная калиброванная латунь или мягкая сталь). Регулировка может производится перемещением внутреннего кольца подшипника гайкой, наружного кольца подшипника шайбой с помощью винта, установленного в крышке.

2. При регулировке червячного зацепления на рабочую поверхность витков червяка наносят тонкий слой краски, после чего, вращая червяк, поворачивают червячное колесо. Полученное пятно контакта – отпечаток краски на рабочих поверхностях зубьев колеса – позволяет судить о том, насколько правильно собрано зацепление. При правильном взаимном положении червяка и колеса, когда средняя плоскость червячного колеса проходит через ось червяка (плоскости симметрии колеса и червяка совпадают) пятно контакта равномерно распределяется по поверхности зуба колеса. В противном случае следует сместить колесо влево или вправо путём перестановки части прокладок из-под одной крышки под другую. При этом суммарная толщина прокладок, во избежание нарушения регулировки зазора в подшипниках, должна оставаться неизменной.

3. Конические колёса необходимо регулировать не только в направлении действия осевых сил, но и обратном направлении – для надёжной и бесшумной работы передачи. Для получения правильного зацепления необходимо обеспечить возможность регулирования осевого положения обоих колёс, иначе нельзя добиться совмещения вершин начальных конусов, получения необходимого зазора в зацеплении и удовлетворительного контакта рабочих поверхностей зубьев.

Правильность зацепления проверяют чаще всего по пятну контакта (краске), проворачивая передачу под нагрузкой по возможности близкой к рабочей. Зацепление считается удовлетворительным, если пятна контакта на всех зубьях имеют длину 0,6…0,8 длины зуба и расположены посередине зуба или ближе к его утолщённому концу.

Менее точен способ регулирования перемещением зубчатых колёс до совпадения торцевых поверхностей зубьев (по большому диаметру).

Зазор в зацеплении парных колёс принимают обычно (0,06…0,1)m, где m – модуль. Проверяют зазор щупом, вводимым между зубьями с торца по наибольшему диаметру или индикатором.

В приведенных на рисунках конструкциях для регулирования осевого положения колёс их перемещают вместе с валами путём перестановки части прокладок из-под одной крышки под другую – как при регулировке червячного зацепления (см. п. 2) – после регулировки подшипников (суммарная толщина прокладок остаётся неизменной). С помощью набора стальных прокладок между стаканом и корпусом или с помощью винтов, закреплённых на крышках и упирающихся в шайбы, нажимающие на наружные кольца подшипников.

Существует ещё способ регулирования осевого положения колёс, при котором изменяют их положение на валу.

Для опор, выполненных в нескольких вариантах, следует дать сравнительную оценку конструкций. Сравнить габариты, жесткость опор, способы регулировки подшипников, виды нагрузок, воспринимаемых опорами, требуемую точность изготовления, возможность заклинивания подшипников при температурном удлинении вала.

Приведенная (динамическая) нагрузка для расчёта радиальных и радиально-упорных подшипников по динамической грузоподъёмности (на долговечность):

P_r = (XVF_r + YF_a) K_бK_T,

где F_r – суммарная радиальная нагрузка (полная реакция) на подшипник;

F_a – осевая нагрузка;

X и Y – коэффициенты радиальной и осевой нагрузок, указываются в каталоге;

V – коэффициент вращения (учитывает, какое кольцо подшипника вращается). При вращении внутреннего кольца V = 1, наружного – V = 1,2;

K_б – коэффициент безопасности, учитывающий характер нагрузки;

K_T – температурный коэффициент.

K_б и K_T принимаются по рекомендациям в литературе.

Для радиальных шарикоподшипников осевая нагрузка F_a слагается из осевых сил в зацеплении колёс.

Для радиально-упорных шариковых и роликовых подшипников следует учитывать осевые составляющие S, возникающие в подшипниках от действия радиальных сил.

Для шариковых радиально-упорных S = eF_r;

для конических роликовых S = 0,83 eF_r.

Здесь F_r – полная радиальная реакция;

е – коэффициент влияния осевого нагружения (определяется по данным каталога).

Рассмотрим конструкцию вала, представленного на рис. 7.1(б).

Суммарная радиальная нагрузка на конический подшипник в опоре I - ; в опоре II - .

Осевые составляющие S_I = 0,83eF_{r I} и S_II = 0,83eF_{r II}.

Определим сумму всех осевых усилий ∑S, действующих на рассматриваемый подшипник. Сюда входят осевая сила F_a1 в зацеплении, осевая составляющая S парного (т.е. второго) подшипника (со знаком «+»берётся усилие, нагружающее подшипник, со знаком «–» разгружающее).

Обозначим осевую составляющую рассчитываемого подшипника через S_r, а его осевую нагрузку – F_a.

Если ∑S ≤ S_r, то F_a = S_r (1).

Если же ∑S > S_r, то F_a = ∑S (2).

Если подшипники поставлены в «распор», то

для подшипника в опоре I ∑S = S_II – F_a1 S_r = S_I;

для подшипника в опоре II ∑S = F_a1 + S_I Sr = S_II.

Затем проверяются условия (1) и (2).

Для определения осевой нагрузки на радиально-упорные подшипники можно пользоваться соответствующей таблицей.

Приведенная (динамическая) нагрузка для упорных подшипников:

P_a = F_aK_бK_T,

где F_a – осевая нагрузка на подшипник.

Рис. 7.1. Силы в зацеплении

7.2.3. Цепочка деталей, воспринимающих осевое усилие

Последовательно перечисляются детали, через которые, начиная от нагруженного осевой силой колеса (червяка), осевое усилие передаётся на корпус.

Пусть, например, осевая сила на червяке направлена слева направо. Цепочка деталей, воспринимающих осевую нагрузку: червяк, круглая гайка, внутреннее кольцо левого шарикового радиально-упорного подшипника, внутреннее кольцо правого шарикового радиально-упорного подшипника, шарики, наружное кольцо этого подшипника, стакан, корпус редуктора.

7.2.4. Способ смазки подшипников

Конструкция подшипникового узла зависит от системы смазки подшипника. На практике стремятся смазывать подшипники тем же маслом, что и детали передач. При циркуляционной смазке зубчатых колёс масло к подшипникам подают по специальным трубам. При картерной смазке подшипники качения смазываются брызгами масла, если выполнено условие V>1 м/с, где V – окружная скорость вращения наиболее быстроходной пары (стекающее с колёс, валов и стенок корпуса масло попадает в подшипник). Для свободного проникновения масла полость подшипника должна быть открыта со стороны корпуса (см. Приложение рис. 1, рис.4, 5. рис. 7, рис. 9, рис. 11, рис. 15). Подшипники, к которым затруднён доступ масла, смазываются пластичной смазкой. В этом случае подшипник закрывают с внутренней стороны мазеудерживающим кольцом.

7.3. Контрольные вопросы

1. Какие силы возникают в зацеплении? Как определить их направление?

2. Какие элементы конструкции требуют регулировки?

3. Какие подшипники являются регулируемыми?

4. В чём суть регулировки зацепления конических, червячных передач, подшипников?

5. Как выполняется регулировка конической, червячной передачи, подшипников?

6. Что необходимо раньше регулировать, зацепление или подшипник?

7. Дать сравнительный анализ нескольких вариантов конструкций.

8. С какой целью установлены регулировочные шайбы в обеих опорах вала?

9. Что такое «плавающая опора», «плавающий вал»?

10. Из чего делают регулировочные прокладки?

11. Что такое «пятно контакта»? Как оно располагается на зубе правильно отрегулированной передачи?

12. Какой вид повреждения предотвращает расчет подшипников по динамической грузоподъёмности?

13. В каких подшипниках возникают осевые составляющие S, которые учитывают при определении осевой нагрузки на подшипник?

14. Где находится точка приложения реакции в опорах с радиально-упорными подшипниками? С радиальными подшипниками?

15. Назвать, какую нагрузку (радиальную, осевую) воспринимают подшипники в той или иной опоре, указанной на рисунках конструкции.

16. Какие знаете способы смазки подшипников? Как выбрать способ смазки?

17. Что такое «мазеудерживающее кольцо»?

18. Указать цепочку деталей, воспринимающих осевую нагрузку в указанном узле.

Приложение 1

Поиск по сайту: