Деталі машин. Особливості розрахунку.
При работе машин изменяются размеры деталей, структура материала, появляются внешние и внутренние, видимые и скрытые дефекты, от чего падает мощность машин. В этом случае говорят, что машина изнашивается.
Изнашивание - это разрушение и отделение материала от поверхности де-
тали и (или) накопление остаточной деформации при тре-
нии, проявляющейся в постепенном изменении размеров и
(или) формы.
Результат изнашивания называется износом. Он выражается в линейных и массовых единицах или в снижении физико-механических свойств детали: прочности, упругости и др.
Различают:
● местный - называется износ на отдельном участке поверхности
трения;
● допускаемый - износ, при котором деталь сохраняет работоспо-
собность;
● и предельный износы деталей - износ соответствует предельному
состоянию детали, при котором дальнейшая работа тех-
нически невозможна или экономически нецелесообразна.
Кроме того, износы деталей, встречающиеся при эксплуатации машин, различаются:
• по причинам возникновения;
• характеру их нарастания;
• и результатам проявления.
Поэтому износы разделяют:
▪ на медленно нарастающие (естественные) - являются следст
виием длительной работы сил трения, воздействия вы-
соких температур и других факторов при нормальных ус-
ловиях работы машины и при выполнении в установлен-
ные сроки мероприятий по техническому обслуживанию.
Эти износы составляют группу постепенных отказов и характеризуют долговечность узла и механизма, а следовательно, и машины в целом.
▪ и быстро развивающиеся (аварийные) - проявляются иногда даже
после непродолжительной работы машины.
Они свидетельствуют о дефектах ее изготовления, о некачественном техническом обслуживании, а также объясняются проявлением случайных обстоятельств при использовании машин и составляют группу внезапных отказов, определяющих надежность машин.
Изнашивание большинства деталей машин при эксплуатации, как показывают исследования, может быть представлено (в упрощенном виде) в виде кривой ABCD (рис. 1). На кривой видны три участка. Участок АВ изображает интенсивное изнашивание деталей в процессе приработки. Участок ВС характеризует постепенное изнашивание в процессе работы машины. Участок CD соответствует интенсивному изнашиванию, при котором дальнейшая эксплуатация может закончиться аварией.
Рис.1. Кривая изнашивания сопряжения деталей.
Валы и оси поддерживаются специальными деталями, которые являются опорами. Название "подшипник" происходит от слова "шип" (англ. shaft, нем. zappen, голл. shiffen – вал). Так раньше называли хвостовики и шейки вала, где, собственно говоря, подшипники и устанавливаются.
Опоры валов и осей, на которые они опираются своими цапфами, называются подшипниками;
Опоры, воспринимающие осевую нагрузку от пяты вала, называются подпятниками.
Назначение подшипника состоит в том, что он должен обеспечить надёжное и точное соединение вращающейся (вал, ось) детали и неподвижного корпуса. Следовательно, главная особенность работы подшипника – трение сопряжённых деталей.
Подши́пник - это техническое устройство, предназначенное для использо-
вания в качестве опоры движущихся деталей механизма с це-
лью фиксации их положения относительно неподвижных де-
талей, восприятия и передачи нагрузки на другие части конст-
рукции, обеспечения вращения, качания или линейного пере-
мещения (для линейных подшипников) и снижения трения.
Основные типы подшипников. По принципу работы все подшипники можно разделить на несколько типов:
- подшипники качения;
- подшипники скольжения;
- газостатические подшипники;
- газодинамические подшипники;
- гидростатические подшипники;
- гидродинамические подшипники;
- магнитные подшипники.
В зависимости от принципа действия подшипники делят на два основных вида:
I - подшипники качения - в качестве основного узла, уменьшающего
трение выступают тела качения (шарики или ролики);
II - и подшипники скольжения - тела качения отсутствуют и трение
уменьшается за счет гладких, как правило смазываемых поверхно-
стях.
Подшипники качения. Подшипники качения – те, у которых потери на трение во много раз меньше за счёт установки между опорными поверхностями цапфы и подшипника шариков или роликов, т.е. скольжение заменяется трением качения.
Трением качения называется трение, проявляющееся при перекатывании круглого тела по поверхности.
Основными частями подшипника качения являются:
- наружное кольцо;
- внутреннее кольцо;
- тело качения (шарик или ролик);
- сепаратор, фиксирующий положение тел качения.
Это могут быть или шарики, или ролики (короткие толстые либо длинные иглообразные), или конические ролики, или бочкообразные, или даже спиралевидные пружины. Обычно подшипник выполняется как самостоятельная сборочная единица, состоящая из наружного и внутреннего.
Рис.3. Принципиальная схема опоры с подшипником качения.
По наружной поверхности внутреннего кольца и внутренней поверхности наружного кольца (на торцевых поверхностях колец упорных подшипников качения) выполняют желоба – дорожки качения, по которым при работе подшипника катятся тела качения.
Тела качения во избежание ненужного контакта друг с другом и равномерного распределения по окружности заключены в специальную кольцеобразную обойму – сепаратор (лат. Separatum – разделять).
Классификация подшипников качения осуществляется на основе следующих признаков:
А). По виду тел качения:
• шариковые;
• роликовые.
Б). По типу воспринимаемой нагрузки:
• радиальные;
• радиально-упорные;
• упорно-радиальные;
• упорные;
• линейные.
В). По числу рядов тел качения:
• однорядные;
• двухрядные;
• многорядные.
Г). По способности компенсировать перекосы валов:
• самоустанавливающиеся;
• несамоустанавливающиеся.
Достоинства подшипников качения:
- низкое трение, низкий нагрева, следовательно, более высокий КПД (до 0,995) ;
- в 10...20 раз меньше момент трения при пуске по сравнению с подшипниками
скольжения;
- простота обслуживания и замены;
- простота обслуживания и замены;
- экономия смазки;
- высокий уровень стандартизации (комплектной взаимозаменяемостью в миро-
вом масштабе);
- экономия дорогих антифрикционных материалов;
- малой чувствительностью к недостатку смазки;
- простота ремонта машины вследствие взаимозаменяемости подшипников;
- относительной дешевизной, благодаря массовому характеру производства.
колец, между которыми и помещены тела качения.
Недостатки подшипников качения:
- высокие габариты (особенно радиальные) и вес;
- высокие требования к оптимизации выбора типоразмера;
- слабая виброзащита, более того, подшипники сами являются генераторами ви-
брации за счёт даже очень малой неизбежной разноразмерности тел качения;
- шум во время работы, обусловленный погрешностями форм;
- повышенная чувствительность к неточности установки;
- сложность установки и монтажа подшипниковых узлов;
- слабая сопротивляемость ударной нагрузке;
- невозможность работы на сверхвысоких скоростях (свыше 50000 об/мин),
вследствие прогрессивного возрастания центробежных сил инерции;
- плохую работу в загрязненной среде;
- высокая стоимость при мелкосерийном производстве уникальных по размерам
подшипников.