Проверка износостойкости шарнира роликовой цепи. Проверка прочности цепи на разрыв. Проверка долговечности цепи

Для большинства условий работы цепных передач основной причиной потери работоспособности является износ шарниров цепи. В соответствии с этим в качестве основного расчета принят расчет износостойкости шарниров, а за основной критерий:

, где р—давление в шарнирах;

- окружная сила;

d_B и b -диаметр валика(оси) и ширина цепи, равная длине втулки;

k_э - коэффициент эксплуатации цепной передачи.

Коэффициент эксплуатации (k_э=k₁∙k₂∙k₃∙k₄∙k₅∙k₆) учитывает следующие условия работы:

k₁ - коэффициент динамической нагрузки;

k₂ - учитывает регулировку передачи;

k₃ - коэффициент, учитывающий длину цепи;

k₄ - учитывает наклон передачи к горизонту;

k₅ - учитывает характер смазки;

k₆ - учитывает режим работы передачи.

Допускаемое давление в шарнире цепи дается в таблице в зависимости от шага цепи и частоты вращения – n₁.

Другим критерием работоспособности цепной передачи является прочность цепи на разрыв. Прочность цепи проверяют, сравнивая коэффициент запаса прочности на разрушение цепи с допускаемым значением этого коэффициента, зависящего от типа цепи и ее шага:

F_разр - разрушающая нагрузка цепи (дается в таблицах для каждого типо-размера цепи).

 

Общая нагрузка складывается из:

полезной окружной силы

;

натяжения от действия центробежных сил

,где q - масса одного погонного метра цепи, кг/м;

дополнительного натяжения от действия силы тяжести

где α - межосевое расстояние в метрах,

k_f – коэффициент, зависящий от положения линии центров звездочек

(k_f = 1…6)

Долговечность цепи проверяется косвенно по частоте ударов звена цепи о звездочки (1/с)

 

Поскольку начальное натяжение цепи отсутствует, то нагрузка на вал определяется главным образом окружным усилием с учетом дополнительного натяжения от массы:

k_B=1,05.... 1,15 - зависит от наклона цепи.

14 Зубчатые колеса, шкивы и другие вращающиеся детали машин устанавливают на валах и осях. Вал предназначен для поддержания расположенных на нем деталей и для передачи вращающего момента. При работе вал испытывает изгиб и кручение а в отдельных случаях дополнительно растяжение и сжатие. В отличие от вала, ось не передает вращающего момента и, следовательно, не испытывает кручения. Вал всегда вращается, а ось может быть вращающейся или невращающейся (неподвижной).

По форме геометрической оси валы разделяют напрямые и коленчатые.Коленчатые валы применяют в поршневых машинах. Особую группу составляют гибкие валы с изменяемой формой геометрической оси. Коленчатые и гибкие ва­лы относят к специальным деталям и не изучают в курсе деталей машин.

По конструкции различают валы и оси: гладкие и ступенчатые, а также спло­шные и полые. Образование ступеней на валу связано с фиксацией деталей или самого вала в осевом направлении. Полыми валы изготавливают для уменьшения массы или в тех случаях, когда через вал пропускают другую деталь, подводят масло.

Валы и оси вращаются в опорах. Опорные части валов и осей называют цапфа­ми.Цапфы валов, работающие в подшипниках скольжения выполняют цилиндрическими, коническими и сферическими. Цапфы для подшипников качения выполняют как правило цилиндрическими.

Основными материалами для прямых валов и осей служат углеродистые и ле­гированные стали благодаря высоким механическим характеристикам, способ­ности к упрочнению и легкости получения цилиндрических заготовок прокаткой. Чаще других применяют стали 35, 45, 40Хс термической обработкой «улучше­ние». Для высоконапряженных валов ответственных машин применяют легиро­ванные стали: 40ХН, ЗОХГТи др. Подвергают их закалке с высоким отпуском или поверхносной закалке с нагревом ТВЧ и низким отпуском.

Валы подвергают токарной обработке и последующему шлифованию посадоч­ных поверхностей. Высоконапряженные валы шлифуют по всей поверхности. Шероховатость поверхности под подшипники качения Ra=1,5...2,5 мкм.

Основными критериями работоспособности валов являются:

- усталостная прочность (выносливость);

- жесткость;

- устойчивость к резонансным поперечным колебаниям.

При проектировании валов применяется три вида расчетов:

- ориентировочный;

- предварительный;

- уточненный проверочный.

Ориентировочный расчет применяется при отсутствии данных об изгибающих моментах. Диаметр ва­ла приближенно определяют по величине вращающего момента Т из условия прочности по заниженным значениям допускаемых напряжений при кручении:

 

 

Предварительный расчет применяют при наличии предварительной компоновки механизма, когда известны расположения опор, усилия от передач и других деталей, расположенных на валу, а также их точки приложения.

Последовательность расчета:

- составляют расчетную схему вала. При этом распределенные по длине ступи­цы, ширине подшипника нагрузки рассматривают как сосредоточенные. Рассто­яния между опорами, от опор до колес, шкивов и др. деталей определяют с эскиз­ной компоновки;

- при действии на вал нагрузок в разных плоскостях их раскладывают на две взаимно перпендикулярные плоскости;

- определяют реакции в опорах и строят эпюры изгибающих моментов;

- строят эпюру крутящего момента;

- определяют наибольший приведенный момент:

- выбирают материал вала. Напряжения изгиба меняются по симметричному циклу. Поэтому допускаемые напряжения берут по справочнику для этого цикла. Примерное соотношение допускаемых напряжений для постоянного, отнулевого и симметричного циклов:

- определяют диаметр вала в опасном сечении:

 

- вал оформляют конструктивно. При этом размеры пазов под шпонки выбирают по стандарту в зависимости от диаметра вала.

25. Уточненный проверочный расчет заключается в определении расчетных коэффициентов запасов прочности во всех опасных сечениях вала. Для выбранного сечения:

- определяют напряжения изгиба

 

 

- определяют запас прочности по напряжениям изгиба:

 

,

 

где σ_-1 - предел выносливости материала вала при изгибес симметричным циклом изменения напряжений;

к_σ - эффективный коэффициент концентрации напряжений;

ε_σ - масштабный фактор, учитывающий понижение прочности деталей при росте их абсолютных размеров;

β_σ - коэффициент, учитывающий влияния поверхностного упрочнения.

- определяют напряжения кручения в сечении:

 

- запас прочности по касательным напряжениям:

 

τ_а - амплитуда цикла при кручении;

τ _т - среднее напряжение цикла при кручении;

ψ_τ - коэффициент, характеризующий чувствительность материала к ассимметрии цикла изменения напряжения;

- определяют общий запас прочности:

26. Подшипники служат опорами для валов и вращающихся осей. Они восприни­мают нагрузки, приложенные к валу, передают их на корпус машины и сохраняют заданное положение оси вращения вала. В зависимости от рода трения подшипники делятся на подшипники качения и подшипники скольжения.

В качестве опор валов подшипники скольжения используются в конструкциях, в которых применение подшипников качения затруднено или недопустимо по ряду причин:

- необходимость выполнения диаметрального разъема по условиям сборки, (например, для коленчатых валов);

- особо высокоскоростные подшипники, в условиях работы которых долговечность подшипников качения резко сокращается;

- работа в воде, агрессивных средах, в которых подшипники качения неработоспособны из-за коррозии.

К недостаткам подшипников скольжения можно отнести:

- тяжелонагруженные подшипники нуждаются в принудительном подводе под давлением смазочного материала для поддержания режима жидкостного трения и отвода выделяющейся теплоты;

-при работе в условиях пониженных температур возрастает пусковой момент из-за загустения масла.

В простейшем виде подшипник скольжения представляет собой втулку (вкладыш), встро­енную в корпус машины.

 

1 - втулка (вкладыш) 2 - смазочная канавка 3 - стопорный винт 4 - корпус машины 5 - опорный участок вала, называемой цапфой.

Цапфу, передающую радиальную нагрузку, называют шипом, если она расположена на конце вала, и шейкой при расположении в середине вала. Цапфу, передающую осевую нагрузку, называют пятой, а опору - подпятником. Подпятник обычно работает в паре с радиальным подшипником.

Работа трения в подшипнике скольжения зависит от ряда параметров:

- удельной нагрузки на подшипник;

- угловой скорости цапфы;

- наличия и типа смазочного материала;

- физико-механических характеристик контактирующих поверхностей.

Работа трения нагревает подшипник, а с увеличением температуры понижается вязкость масла и увеличивается вероятность заедания цапфы в подшипнике. Поэтому температура в подшипнике не должна превышать некоторого предельного значения.

На практике стремятся реализовать в подшипнике жидкостное трение, когда процесс трения переносится в слой жидкого смазочного материала, обладающего невысоким сопротивлением сдвигу и предохраняющего поверхности деталей от повреждения. Значение коэффициента жидкостного трения находится в пределах 0,001...0,005.

При переходе на полужидкостное трение в подшипнике будет смешанное трение - одновременно жидкостное и граничное. Граничным называют трение, при котором трущиеся поверхности покрыты тончайшей пленкой смазки, образовавшейся в результате действия молекулярных сил.