Рис. 1.3. Схема болтового соединения без зазора

3. Используя руководство пользователя [9], собрать схему болтового соединения без зазора в программном модуле Joint.

4. Произвести прочностной расчет соединения с учетом прочности болта и стягиваемых пластин.

5. С помощью расчета получить количество и диаметр болтов. Проверить пластины на прочность с учетом ослабления их отверстиями под болты.

6. Провести проверочный расчет полученных геометрических размеров соединения с помощью справочника конструктора-машиностроителя [1].

7. Сравнить результаты расчетов, полученных при помощи программного продукта и справочника конструктора-машиностроителя.

8. Результаты расчета оформить в виде отчета и защитить у преподавателя. Защита заключается в ответе на вопросы для контроля и дополнительные вопросы преподавателя.

5. Вопросы для контроля

1. Чем функционально отличается расчет болтового соединения с зазором от болтового соединения без зазора?

2. Как определяется диаметр болта в болтовом соединении без зазора?

3. Из каких соображений выбирается количество болтов в болтовом соединении?

4. От каких факторов зависит прочность болтового соединения?

Лабораторная работа № 2. Проектирование опор вала с подшипниками качения

1. Цель работы

Целью работы является компьютерное моделирование опор качения вала и подбор стандартных подшипников качения, а также получение навыков работы в программном комплексе WinMachine 8.3 АРМ Bear [10].

2. Общие сведения

Подшипники качения представляют собой опоры вращающихся валов, подвижные элементы которых разделены телами качения. Эти подшипники просты в эксплуатации, относительно дешевы и поэтому являются наиболее распространенными. Только в том случае, если их использование экономически невыгодно либо конструктивно невозможно, применяют подшипники скольжения.

Назначение, конструктивное исполнение и классификация подшипников. Конструктивно подшипник качения состоит из наружного 1 и внутреннего 2 колец, между которыми располагаются тела качения 3, фиксируемые в нужном положении с помощью сепаратора 4 (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Конструкция подшипника качения

По форме тел качения подшипники бывают шариковыми (рис. 2.2, а; рис. 2.3, а, с, е) и роликовыми (рис. 2.2, b; рис. 2.3, b, d, f). Говоря об областях применения различных типов подшипников качения, следует отметить, что шарикоподшипники рекомендуется применять при относительно небольших нагрузках и больших скоростях вращения вала. Роликоподшипники, напротив, используются при больших нагрузках и малых скоростях вращения вала. Для шарикоподшипника характерен номинально точечный контакт тел качения с дорожками качения. При этом нагрузочная способность (т. е. способность воспринимать внешнюю нагрузку без разрушения) такого контакта значительно ниже, чем для линейного контакта ролика с дорожкой качения. Этим объясняется то, что роликоподшипники более грузоподъемны по отношению к шариковым.

По виду воспринимаемой нагрузки подшипники качения разделяются на радиальные, упорные, радиально-упорные и упорно-радиальные.

К подшипникам радиальных типов относятся шариковые радиальные и роликовые радиальные подшипники.

Рис. 2.2. Типы основных подшипников качения

Шариковые радиальные подшипники (рис. 2.2, а) наиболее просты и дешевы в изготовлении, поэтому в настоящее время они широко применяются в практике проектирования механического оборудования. Такие подшипники способны воспринимать не только радиальную нагрузку, но и небольшую осевую силу, а также функционировать в условиях некоторого перекоса колец (не более 10¢¸15¢).

Рис. 2.3. Типы подшипников качения

Роликовые радиальные подшипники (рис. 2.2, б) благодаря увеличенной контактной поверхности допускают значительно большие нагрузки, чем шариковые, но они способны воспринимать только радиальную нагрузку. Кроме того, для подшипников такого типа перекосы осей не должны превышать 2¢. В противном случае могут появиться большие давления на краях, которые существенно снижают долговечность подшипника. Требования к точности монтажа могут быть значительно понижены в случае использования роликов с выпуклой образующей. Допускается также установка подшипников с радиальным натягом, что позволяет выбрать зазор и повысить точность вращения оси вала при рабочей нагрузке.

По своему конструктивному исполнению роликовые радиальные подшипники могут обеспечить перемещение наружного кольца по отношению к внутреннему. Это обстоятельство дает возможность использовать их в качестве плавающих опор.

Разновидностью роликовых подшипников являются игольчатые, диаметр тела качения которых много меньше их длины. Эти подшипники имеют малые радиальные габариты и могут использоваться без одного из колец. Роль наружного кольца, в случае его отсутствия, играет корпус, а внутреннего – шейка вала. Игольчатые подшипники обладают высокой жесткостью и могут быть использованы в качестве высокоточных опор. Из-за потенциально большого числа возможных контактов игольчатые подшипники обладают высокими демпфирующими свойствами, поэтому допустимо их применение как опор валов, работающих при высоком уровне вибрации.

К числу радиальных подшипников следует отнести шариковый двухрядный сферический (рис. 2.3, а) и роликовый двухрядный сферический подшипники (рис. 2.3, б). Такое конструктивное выполнение подшипника существенно снижает требования к его соосности, а перекосы колец могут доходить до 2¸30. Эти подшипники способны воспринять небольшую по величине осевую нагрузку, которая, однако, не должна быть больше четверти радиальной. Очевидно также, что двухрядные подшипники имеют существенно большую грузоподъемность, чем однорядные. Повысить точность подшипников такого типа можно за счет использования радиального натяга.

Большую осевую силу воспринимают шариковые радиально-упорные (рис. 2.3, с) и роликовые конические (рис. 2.3, d) подшипники. Во втором случае тело качения выполнено в форме усеченного конуса. При этом нагрузочная способность в осевом направлении определяется величиной угла контакта. В случае, если осевая сила превышает радиальную, используется упорно-радиальный подшипник, который представляет собой модификацию радиально-упорного с большим по величине углом конуса. В подавляющем большинстве случаев осевая нагрузка воспринимается радиально-упорным подшипником только в одном направлении, поэтому такие подшипники устанавливаются попарно. Для шариковых радиально-упорных подшипников допускается угол перекоса колец до 10¢, а для роликоподшипников – только 2¢. При больших нагрузках часто устанавливается несколько подшипников в одном корпусе. Наконец, для повышения точности опор подшипники этих типов могут ставиться с осевым натягом.

Упорные подшипники (рис. 2.3, e, f) предназначены для работы в условиях чисто осевого нагружения. Если к валу приложена радиальная нагрузка, то следует дополнительно использовать подшипники радиальных типов. Как правило, упорные подшипники воспринимают осевую нагрузку только в одном направлении, а при двустороннем нагружения они монтируются попарно.

Краткое описание основных типов подшипников качения необходимо дополнить упоминанием о многообразии конструктивных решений, которые применяют производящее подшипники фирмы. Не останавливаясь на этом подробно, отметим, что все эти конструктивные особенности используются для повышения надежности и точности подшипника, улучшения его технических показателей и облегчения монтажа.

Улучшить технические показатели подшипника можно за счет повышения его класса точности. Но при этом стоимость подшипника резко возрастает, а потому более высокий класс точности следует применять лишь в случае необходимости. Заметим, что более высокий класс точности подшипника предусматривает уменьшение поля допуска его номинальных размеров, а комплексной характеристикой точности подшипника является допустимое биение дорожки качения наружного и внутреннего колец. Эти допуски, как правило, контролируются изготовителем подшипников и приводятся в каталогах.

Изменения размеров подшипника меняют его нагрузочную способность. Различия в размерах характеризуются серией подшипника, а его подбор в рамках выбранного типа сводится к определению серии.

Тела качения и кольца подшипника изготавливаются из специальных высокопрочных легированных сталей, которые имеют высокую твердость поверхности – HRC³60, при этом обеспечивается высокая чистота обработки поверхности. Простейшие сепараторы выполняются штамповкой из сталей с малым содержанием углерода. Для высокоскоростных подшипников, с целью снижения их шума, используют массивные сепараторы из бронзы, латуни, дюралюминия и других материалов.

3. Необходимое аппаратное и программное обеспечение

1. Персональные компьютеры типа IBM Pentium III и выше с тактовой частотой задающего генератора не менее 800 МГц и оперативной памятью не менее 128 Мб. Операционная система - Windows 2000 и выше.

2. Программный комплекс WinMachine 8.3 АРМ Bear.

4. Порядок выполнения работы

В процессе выполнения работы необходимо проделать следующее:

1. Запустить на компьютере программный модуль АРМ Bear программного комплекса WinMachine [10].

2. С помощью генератора заданий выбрать исходные данные для расчета подшипников качения вала (см. табл. 2.1).

Таблица 2.1

3. Используя руководство пользователя [10], собрать схему нагружения подшипников качения вала в программном модуле АРМ Bear.

4. Произвести расчет на долговечность подшипников качения.

5. С помощью расчета подобрать стандартные подшипники качения под диаметр вала Æ20, удовлетворяющие заданным требованиям.

6. Провести проверочный расчет подобранных подшипников качения с помощью справочника конструктора-машиностроителя [1].

7. Сравнить результаты расчетов, полученных при помощи программного продукта и справочника конструктора-машиностроителя.

8. Результаты расчета оформить в виде отчета и защитить у преподавателя. Защита лабораторной работы заключается в ответе студента на вопросы для контроля и дополнительные вопросы преподавателя.

5. Вопросы для контроля

1. Перечислите преимущества и недостатки подшипников качения.

2. Чем функционально отличается расчет подшипников качения от расчета подшипников скольжения?

3. Приведите порядок расчета подшипников качения на долговечность?

4. От каких факторов зависит долговечность подшипников качения?

Лабораторная работа № 3. Определение триботехнических характеристик подшипника скольжения на машине трения

1. Цель работы

Целью работы является экспериментальное определение триботехнических характеристик подшипников скольжения в зависимости от скоростного и нагрузочного режимов его работы.

2. Общие сведения

Подшипники скольжения – опоры вращающихся деталей, сопряженные поверхности которых находятся в относительном движении и разделены слоем жидкости. Часть вала, находящая в контакте с отверстием в корпусе подшипника, называется цапфой, а сопряженная с ней часть корпуса подшипника – вкладышем.

Оптимальным режимом работы таких подшипников является режим жидкостного трения [8], при котором контакт деталей полностью исключен, так что износ отсутствует и коэффициент трения минимален. Этот режим работы требует постоянной подачи жидкости в подшипник. Если количество жидкости недостаточно, то подшипник будет работать в режиме полужидкостного трения, что может привести к его нагреву, повышенному износу, задиру и т. д.

В подавляющем большинстве случаев в качестве рабочей среды подшипника скольжения используются масла и маслоподобные материалы, но иногда в качестве рабочей жидкости применяются и другие материалы. Следует отметить, что в зависимости от назначения подшипника для смазки иногда целесообразно применять воду (например, в насосах перекачки воды) и некоторые другие жидкости.

Важной характеристикой смазывающего вещества является динамическая вязкость – способность этого вещества сопротивляться сдвигу под действием силы. Единицей динамической вязкости в СИ служит измеренная в ньютонах сила, необходимая для перемещения слоя жидкости высотой в 1 м и площадью в 1 м2 со скоростью 1 м/с. Еще одной важным параметром смазывающего вещества является вязкостно-температурная характеристика (ВТХ) – зависимость вязкости смазывающего материала от температуры этого материала.

Особые требования предъявляются к выбору материалов контактирующих поверхностей. Цапфа вала должна иметь высокую чистоту обработки поверхности, а для повышения ее износостойкости рекомендуется закаливать эту часть вала или покрывать износостойкими материалами.

Режим жидкостного трения. Подшипники скольжения, работающие в режиме жидкостного трения, применяются в основном в качестве опор высокоборотных валов. Для расчета таких подшипников, строго говоря, требуется решать сложную гидродинамическую задачу. Однако в инженерных расчетах принимают упрощенную модель: изотермическое ламинарное течение вязкой несжимаемой жидкости между двумя абсолютно жесткими параллельными пластинками, одна из которых неподвижна, а другая движется с некоторой скоростью (напомним, что при ламинарном течении скорости движения частиц жидкости на поверхностях контакта с пластинками равны скоростям самих поверхностей). При этом частицы жидкости перемещаются только вследствие действия постоянной силы трения.

В такой постановке задача расчета параметров течения жидкости является классической и в механике жидкости и газа называется задачей Рейнольдса. Она может быть использована для расчета широкого класса подшипников скольжения.

Практические методы расчетов радиальных подшипников, работающих в условиях жидкостного трения [8]. Одной из основных задач проектирования подшипника скольжения является подбор его геометрических размеров. Задача эта может быть решена в ходе проверочного расчета, когда выбираются некоторые размеры подшипника и характеристики материалов, а после этого производится проверка правильности принятого решения. Многократно повторенная операция проверочного расчета дает возможность выбора таких вариантов конструкций, которые являются наиболее подходящими для заданных условий. Эту расчетную работу целесообразно поручить компьютеру, а для принятия окончательного решения следует сформулировать ряд требований, предъявляемых к подшипнику.

Критерии работоспособности [8]. Критериями работоспособности опор скольжения являются допускаемая температура в рабочей зоне подшипника и минимальная толщина смазочной пленки. Несущая способность пленки может быть потеряна вследствие чрезмерного нагружения опоры при малой скорости скольжения либо вследствие теплового разрушения. Как известно, сопротивление продавливанию сильно увеличивается с уменьшением толщины пленки, поэтому потеря грузоподъемности в опоре трения происходит в основном по причине теплового разрушения смазывающей пленки. Процесс теплового разрушения смазывающей пленки сводится к следующему. Предположим, что по какой-либо причине температура в рабочей зоне достигла такого значения, при котором вследствие падения вязкости смазки и уменьшения запаса толщины смазочного слоя произошел переход подшипника в режим полужидкостной смазки. Возрастание коэффициента трения приводит к прогрессирующему увеличению тепловыделения до тех пор, пока температура смазочной пленки достигнет критического значения, при котором теряются смазочные свойства и возникает непосредственный контакт отдельных участков трущихся поверхностей.

Минимальная толщина смазочного слоя является другим основным параметром, характеризующим режим жидкостной смазки. В отличие от идеальных подшипников, в реальных подшипниках трущиеся поверхности имеют шероховатости, искажения геометрической формы, а иногда деформации и монтажные перекосы осей. В реальных подшипниках разделение трущихся поверхностей вкладыша и цапфы смазочным слоем наступает при значительно большей толщине слоя, чем толщина граничного слоя смазки (0,1 ÷ 0,3 мкм). Работа подшипника жидкостной смазки устойчива при соблюдении условия

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3