Группа __ Студент ___ Преподаватель ___

Детали машин. Основы конструирования

ЖУРНАЛ

лабораторных работ для студентов всех форм обучения

(Издание второе)

Группа __________ Студент ___________ Преподаватель ___________

Тула 2006

Разработал доц. Юдкин Ю.П.

Рассмотрено на заседании кафедры

Протокол № ___ от _______________

Заведующий кафедрой ПМДМ

Сидоров П.Г.

«______»_____________2006г.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ ЗУБЧАТОГО ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО РЕДУКТОРА

1 ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

Целью лабораторной работы является изучение конструкции зубчатого цилиндрического редуктора, его деталей и определение параметров зубчатого зацепления.

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Зубчатые редукторы случат для понижения угловых скоростей и увеличения крутящих моментов. В зависимости от величины передаточного числа редукторы выполняют одноступенчатыми (U до 8), двухступенчатыми (U =8...40), трех ступенчатыми (U =40... 250).

2.1 Передаточные числа ступеней редуктора.

,

где - число зубьев колеса;

- число зубьев шестерни.

Передаточное число двухступенчатого редуктора.

где - передаточное число быстроходной ступени;

- передаточное число тихоходной ступени.

2.2 Межосевое расстояние в одной ступени.

где - диаметр начальной окружности шестерни; -

диаметр начальной окружности колеса.

В передачах без смещения или при суммарном смещении равном нулю диаметры начальных и делительных окружностей совпадают

где - диаметр делительной окружности шестерни;

- диаметр делительной окружности колеса.

Для прямозубых колес

,

где – модуль зацепления (стандартизован).

Для косозубых колес

где - модуль в торцовом сечении;

- модуль в нормальном к зубу сечении (стандартизован);

- угол наклона зуба к образующей делительного цилиндра

2.3. Модуль для заданной ступени редуктора.

2.3.1. Прямозубая передача

где – окружной шаг по делительной окружности.

2.3.2 Косозубая передача,

,

где - окружной шаг по делительной окружности в торцовом сечении.

Величина модулей т и т_п округляется до стандартного значения.

2.4 Для зубчатых колес определяют диаметры вершин зубьев и диаметры впадин

2.4.1 прямозубые

2.4.2 косозубые

где индекс 1 - для шестерни;

индекс 2 - для колеса.

3 ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ, ОБОРУДОВАНИЕ, ИНСТРУМЕНТЫ

Объектом изучения является цилиндрический редуктор двухступенчатый, горизонтальный.

Инструмент: гаечный ключ, штангенциркуль, линейка, угломер.

4. ЗАДАНИЕ НА РАБОТУ.

Изучить конструкцию редуктора и подшипниковых узлов. Выполнить кинематическую схему редуктора. Определить передаточное число каждой ступени и редуктора в целом. Определить модуль зацепления, диаметры зубчатых колес и межосевое расстояние a_w каждой ступени. Выполнить эскиз зацепления и эскиз вала по указанию преподавателя.

5 ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

•

Ознакомиться с конструкцией редуктора в сборе; отвернуть винты, снять крышку. Определить расположение быстроходного, промежуточного и тихоходного валов. Выполнить кинематическую схему редуктора и обозначить на схеме числа зубьев колес. Подсчитать числа зубьев в зубчатых колесах. Определить передаточное число каждой ступени и редуктора в целом. Определить модуль каждой ступени. Для этого замерить шаг зацепления по начальной окружности (расстояние между одноименными точками соседних зубьев). В косозубой передаче замерить угол наклона зубьев.

Рассчитать величину модуля и округлить до стандартного значения. Определить диаметры колес, межосевое расстояние каждой ступени; замерить диаметры и замерить ширину колес, сравнить с расчетными значениями. Начертить эскиз зацепления, проставить на нем размеры. Выполнить эскиз по указанию преподавателя. Собрать редуктор.

6. УКАЗАНИЯ ПО ОФОРМЛЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

т

Лабораторную работу оформить в тетради для лабораторных работ с выполнением схем, эскизов и расчетов, указанных в п.5.

7. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Назначение редуктора?

2. Выразить передаточное число ступени.

3. Как выразить передаточное число ступени через угловую скорость и частоту вращения?

4. Как меняется частота вращения на валах?

5. Какие типы подшипников применены в редукторе?

6. Как смазываются подшипники в редукторе?

7. Как смазывается зацепление?

8. Как собирается редуктор? Как регулируются подшипниковые узлы?

9 На каком валу редуктора будет наибольшая мощность?

10 На каком валу редуктора будет наибольший крутящий момент?

11 Назовите источники потерь мощности в редукторе?

12 Почему передаточное число входной ступени больше чем у выходной?

13 Как производят разбивку передаточного числа редуктора между его ступенями? Какие при этом решают задачи?

14 Почему модуль зацепления округляют до стандартной величины?

15 Дайте определение шага зацепления?

16 Дайте определение коэффициенту торцового перекрытия?

17 Коэффициенту торцового перекрытия . Проведите анализ?

18 Почему у прямозубой передачи коэффициент торцового перекрытия ?

19 Какие параметры передачи необходимо учесть при выборе коэффициентов ?

20 Какие меры следует предпринять для повышения к.п.д. передачи?

ОТЧЁТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

1 ВЫПОЛНИТЬ ЭСКИЗ КИНЕМАТИЧЕСКОЙ СХЕМЫ РЕДУКТОРА

2 ПРОСТАВИТЬ РАЗМЕРЫ ГАБАРИТНЫЕ И УСТАНОВОЧНЫЕ

Рис.1 Редуктор двухступенчатый цилиндрический

3 ПРОСТАВИТЬ РАЗМЕРЫ ПРИСОЕДИНИТЕЛЬНЫЕ

Рис 2 Размеры выходного и входного концов валов

4 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО ЭВОЛЬВЕНТНОГО ЗАЦЕПЛЕНИЯ

№№ п/п	Наименование параметра	Обозначение	Результат
			I ступень	II ступень
	Модуль, мм
	Число зубьев
	Передаточное число
	Начальный диаметр, мм
	Диаметр вершин, мм
	Диаметр впадин, мм
	Межосевое расстояние, мм
	Ширина зубчатых колес, мм

5 КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ РЕДУКТОРА, СМАЗКИ ЕГО КОЛЕС И ПОДШИПНИКОВ

4 ВЫПОЛНИТЬ ЭСКИЗ ВАЛА В СБОРЕ (УКАЗАТЬ ТИП ПОДШИПНИКОВ, ИХ НОМЕРА, СПОСОБ КРЕПЛЕНИЯ К ВАЛУ)

5 УКАЖИТЕ НАИМЕНОВАНИЕ ПЕРЕДАЧ?

Рис.3 Зубчатые цилиндрические передачи

а)

б)

в)

г)

Подпись преподавателя

Дата

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ ЧЕРВЯЧНОГО РЕДУКТОРА

1 ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

Целью лабораторной работы является изучение червячного редуктора, его деталей и определение основных размеров.

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Червячные редукторы случат для понижения угловых скоростей и передачи движения между перекрещивающимися валами. Основное распространение имеют одноступенчатые червячные редукторы с передаточными числами U= 8...63. Червячная передача состоит из червяка и червячного колеса.

2.1 Передаточное число червячного одноступенчатого редуктора определяется по формуле

где - число зубьев червячного колеса;

- число витков резьбы червяка.

2.2 Межосевое расстояние

где т - модуль осевой, мм;

q - коэффициент диаметра червяка;

- число зубьев червячного колеса.

2.3 Основные размеры червяка (рис. 1) определяются по формулам:

2.3.1 делительный диаметр

2.3.2 диаметр выступов

Рис.1 Схема червяка

2.3.3 диаметр впадин

Рис.2 Схема червячного колеса

2.4 Основные размеры червячного колеса (рис. 2) определяются так:

2.4.1 делительный диаметр

2.4.2 диаметр выступов

2.4.3 диаметр впадин

2.5 Осевой модуль в червячной передаче определяется по формуле

где - осевой шаг, мм;

Модуль и коэффициент диаметра червяка стандартизованы (см. приложение).

3 ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ, ОБОРУДОВАНИЕ, ИНСТРУМЕНТЫ

Объектом исследования является одноступенчатый червячный редуктор. Инструменты: гаечный ключ, штангенциркуль, линейка.

4 ЗАДАНИЕ НА РАБОТУ

Изучить конструкцию редуктора и подшипниковых узлов. Выполнить кинематическую схему редуктора. Определить передаточное число редуктора, модуль зацепления, основные параметры червяка и червячного колеса, межосевое расстояние. Выполнить эскиз червяка и червячного колеса и эскиз по указанию преподавателя.

5 ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Ознакомиться с конструкцией редуктора в сборе. Отвернуть винты, крышки снять. Вынуть червячное колесо и червяк в сборе. Ознакомиться с конструкцией. Определить число заходов витков резьбы червяка и подсчитать число зубьев колеса. Выполнить кинематическую схему червячного редуктора и определить передаточное число. На червяке замерить осевой шаг и определить модуль. Величину модуля округлить до стандартного значения (см. прил.).

Рассчитать основные размеры червяка и червячного колеса, замерить наружные диаметры и сравнить их с размерами, полученными расчетным путём. Рассчитать межосевое расстояние. Выполнить эскиз червяка и червячного колеса, проставить размеры. Выполнить эскиз вала по указанию преподавателя. Собрать редуктор.

6 УКАЗАНИЯ ПО ОФОРМЛЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

Лабораторную работу оформить в тетради для лабораторных работ с выполнением схем, эскизов и расчетов, указанных в п.5.

7 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Назначение червячного редуктора?

2. Как выразить передаточное число ступени через угловую скорость, частоту вращения и основные параметры червячной передачи?

3. Во сколько раз меньше частота вращения колеса?

4. Какие подшипники применены в редукторе?

5. Каково назначение ребер в корпусе редуктора?

6. Как собирается редуктор?

7. Каковы особенности конструкции червяка и червячного колеса?

8. Что называется осевым шагом червяка?

9. Что называется ходом винтовой линии?

10. Почему с уменьшением модуля коэффициент диаметра червяка увеличивают?

11. Угол профиля витка в осевом сечении?

12. В каком сечении витки червяка описаны архимедовой спиралью?

13. Почему передаваемую мощность в червячной передаче ограничивают?

14. Укажите способы размещения червяка относительно колеса?

15. Назовите причину сравнительно низкого к.п.д. в червячной передаче?

16. Почему рекомендуют червячную передачу применять в качестве быстроходной ступени?

17. Какие силы действуют в зацеплении червячной передачи?

18. Из каких соображений выбирают число витков червяка ?

19. Объясните, почему осевое усилие на червяке всегда больше окружного и радиального ?

20. Как влияет на к.п.д. передачи?

21. В червячной передаче различают окружные скорости на червяке, колесе и скорость скольжения. Какая из них наибольшая?

22. Почему зубья червячного колеса имеют дугообразную форму?

ОТЧЕТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

1 КИНЕМАТИЧЕСКАЯ СХЕМА РЕДУКТОРА

2 ПРОСТАВИТЬ РАЗМЕРЫ ГАБАРИТНЫЕ И УСТАНОВОЧНЫЕ

Рис. 1 Редуктор червячный одноступенчатый

3 ПРОСТАВИТЬ РАЗМЕРЫ ПРИСОЕДИНИТЕЛЬНЫЕ

Рис. 2 Размеры выходного и входного концов валов

4 КАКОЙ ТИП ЧЕРВЯКА ИСПОЛЬЗОВАН В ПЕРЕДАЧЕ?

Рис. 3 Червячная передача с ____________________червяком

1 – червяк; 2 – червячное колесо

5 ПЕРЕДАТОЧНОЕ ЧИСЛО ПЕРЕДАЧИ

6 РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ ЧЕРВЯЧНОГО ЗАЦЕПЛЕНИЯ

Примечание

а) шаг замерить по червяку.

б) модуль уточнить по ГОСТ

6 УКАЖИТЕ ВАРИАНТЫ ПО РАСПОЛОЖЕНИЮ ЧЕРВЯЧНОЙ ПАРЫ?

Рис. Схемы расположения червячной пары

7.ОПИСАНИЕ СБОРКИ РЕДУКТОРА (УКАЗАТЬ ТИП ПОДШИПНИКОВ, ИХ НОМЕРА, СПОСОБ КРЕПЛЕНИЯ К ВАЛУ, СПОСОБ РЕГУЛИРОВКИ ЧЕРВЯЧНОЙ ПАРЫ И Т.Д.)

Подпись преподавателя

Дата

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3

ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИЙ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ

1. Цель работы

Целью работы является ознакомление с классификацией, конструкцией, основными характеристиками и маркировкой подшипников качения.

2. Теоретические положения

Достоинствами подшипников качения по сравнению с подшипниками скольжения являются:

1. Малые потери на трение

2. Малые габариты по ширине.

3. Взаимозаменяемость.

4. Малая стоимость.

5. Малый расход смазки.

К недостаткам относятся, малый ресурс, значительные габариты по диа­метру, ограниченные быстроходность и способность воспринимать ударные нагрузки.

По форме тел качения подшипники разделяются на шариковые и роли­ко­вые (рис. 1, 2)

Ролики - цилиндрические (короткие и длинные, витые), конические, боч­кообразные, игольчатые (рис. 3)

Шарикоподшипники быстроходнее роликоподшипников, т.к. масса тел качения у них меньше.

По характеру воспринимаемой нагрузки подшипники качения делятся на подшипники радиальные, радиально-упорные, упорные и упорно-радиальные.

Радиальные подшипники предназначены для восприятия радиальных на­грузок. Однако некоторые типы радиальных подшипников воспринима­ют ограниченную и осевую нагрузку.

Радиально-упорные подшипники предназначены для восприятия одно­временно действующих радиальных и осевых нагрузок. Упорные -только осевых нагрузок, упорно-радиальные - в основном для восприятия осевых нагрузок и в зна­чи­тельно меньшей степени радиальных.

2.1. Краткая характеристика некоторых типов подшипников качения

Подшипник качения в общем случае состоит из внутреннего кольца, на-­ружного кольца, тел качения (шариков или роликов) и сепаратора, разде­ляющего и направляющего тела качения по беговым дорожкам.

Рис. 1 Основные типы шарикоподшипников

а) радиальный однорядный; б) радиально-упорный однорядный;

в) радиальный двухрядный; г) радиальный сферический двухрядный;

д) упорные радиальные; е) упорные двойные

Рис. 2 Основные типы роликоподшипников

а) радиальный с короткими цилиндрическими роликами без буртиков на наружном кольце; б) радиальный с короткими цилиндрическими роликами без буртиков на внутреннем кольце; в) радиальный с короткими цилиндрическими роликами буртиками на наружном и внутреенем кольцах; г) радиальный двухрядный сферический

Рис 3 Основные типы тел качения

.

.

Рис.4 Радиальный однорядный шарикоподшипник

1-кольцо внутреннее; 2-кольцо наружное; 3-тело качения; 4-сепаратор

Радиальный однорядный шариковый подшипник (рис 4) — наиболее про­стой и дешевый подшипник, воспринимающий радиальную и осевую на­грузки, причем осевая нагрузка не превышает 70% от неиспользо­ванной радиальной нагрузки (неиспользованная нагрузка - разность ме­жду допус­тимой и действующей нагрузками) Подшипник допускает не­большие пере­косы - до 15'. Возможна его эксплуатация без предвари­тельной регули­ровки.

Рис. 5 Шарикоподшипник радиальный сферический двухрядный

Шарикоподшипник радиальный сферический двухрядный (рис.5) предназначен в основном для восприятия радиальных нагрузок, но может воспринимать од­новременно и двухстороннюю осевую нагрузку, которая не должна пре­вы­шать 20% неиспользованной радиальной нагрузки. Выполненная по сфере дорожка качения на наружном кольце обеспечивает нормальную ра­боту подшипника даже при значительном (2-3)° перекосе внутреннего кольца относительно наружного.

Радиальный роликоподшипник с короткими цилиндрическими роли­ками (рис.6) предназначен для восприятия только радиальных нагру­зок. Обладает значительно большей нагрузочной способностью по сравнению с равногабаритными шариковыми подшипни­ками, но по скоростным характеристикам несколько им уступает. Подшипники очень чувствительны к перекосам внутренних колец относительно наружных, так как при этом возникает концентрация напряжений у краев дорожек.

Рис.6. Радиальные роликоподшипники с короткими цилиндрическими роликами: а, б- однорядные; в -двухрядные.

Рис. 7 Радиальный роликоподшипник сферический двухрядный

Радиальный роликоподшипник двухрядный сферический. (рис.7) пред­назначен в основном для работы под радиальными нагрузками, но может одновременно воспринимать и осевую нагрузку, действующую в обоих направлениях и не превышающую 25% неиспользованной допустимой радиальной нагрузки. Подшипник обладает значи­тельно большей грузоподъемностью, чем сферический шарикоподшипник с такими же габаритами.

Подшипник может работать при значительном (порядка 2-3)° перекосе оси внутреннего кольца отно­сительно наружного.

Рис. 8 Радиальный игольчатый роликоподшипник

Радиальный игольчатый роликоподшипник (рис.8) предназначен для восприятия только радиальных нагрузок. Особенно широко применяется для работы в качательном режиме. Обладает малыми габаритами в радиальном направлении. Осевое перемещение вала не ограничи­вается. Перекос вала относительно наружного кольца недопустим, т.к. это ведет к нарушению ли­нейного контакта игл с дорожкой качения. Такие подшипники без внутренних колец применяют при необходимо­сти предельного уменьшения радиальных габаритных размеров узла.

Радиальный роликоподшипник с длинными цилиндрическими роликамипредназначен для восприятия больших радиальных нагрузок при невысоких скоростях.

Рис.9. Радиальный роликоподшипник с длинными цилиндрическими роликами

Подшипники выпускают как с наружными и внутренними кольцами, так и без них (рис.9) Осевое перемещение вала не ограничивается, перекос вала недопустим.

Радиально-упорный шарикоподшипник (рис.10) предназначен для вос-

приятия радиальных и осевых нагрузок Способ­ность воспринимать осевую нагрузку возрастает с увеличением угла контакта за счет уменьшения радиальной нагрузки. По скоростным характеристикам не ус­тупает радиальному однорядному.

Рис. 10 Радиально-упорный шарикоподшипник

Рис 11 Радиально-упорный конический роликоподшипник

Радиально-упорный конический роликоподшипник (рис. 11) предназначен для восприятия одновременно действующих радиальных и осевых нагрузок. Допустимые окружные скорости значительно ни­же, чем у подшипников с короткими цилиндрически­ми роликами, а тем более, чем у шарико­подшипников. С увеличением угла конусности осевая нагрузка воз­растает за счет уменьшения радиальной. Перекос вала относительно оси подшипника недопустим.

Рис. 12 Упорный шарикоподшипник

Упорный шарикоподшипник (рис.12) предназначен для восприятия осевой нагрузки. Допускает значительно меньшие ок­ружные скорости по сравнению с другими типами шарикоподшипников, так как дорожки качения могут воспринимать лишь ограниченные центробежные нагрузки, возникающие при движении шариков.

2.2 Условные обозначения подшипников

Условные обозначения, написанные цифрами, характеризуют внутрен­ний диаметр подшипника, его серии по диаметру и по ширине, тип, конст­руктивные особенности и класс точности. Всего цифр может быть 7

Перед цифрами через тире указывают класс точности. После цифр воз­можны дополнительные буквенные знаки.

Первые две цифры, читая справа, обозначают внутренний диаметр под­шипника, 00-10 мм; 01-12 мм; 02-15 мм; 03-17 мм.

Для подшипников с внутренним диаметром от 20 до 495 мм эти цифры соответствуют внутреннему диаметру, деленному на 5. Например, под­шипник с внутренним диаметром 30 мм имеет две цифры справа условного обозначения 06, а с внутренним диаметром 80 мм - 16 и т.д.

Третья цифра справа обозначает серию диаметров подшипников;

1 -особо легкая; 2 - легкая; 3 - средняя; 4 - тяжелая; 5- легкая широкая; 6 – средняя широкая; 7 - особо легкая узкая; 8 - сверхлегкая узкая; 9 - сверх­легкая узкая, нормальная, широкая или особо широкая.

Четвертая цифра справа обозначает тип подшипника;

0 - радиальный шариковый;

1 -радиальный шариковый сферический;

2 - радиальный с короткими цилиндрическими роликами;

3 - радиальный роликовый сферический;

4 - радиальный роликовый с длинными цилиндрическими роликами или
игольчатый;

5 - радиальный роликовый с витыми роликами;

6 - радиально-упорный шариковый;

7 - роликовый конический;

8 - упорный шариковый;

9 - упорный роликовый.

Пятая или пятая и шестая цифры обозначают конструктивные особенно­сти подшипника - угол контакта шариков в радиально-упорных подшип­никах, наличие стопорной канавки на наружном кольце и т.д.

Большое разнообразие конструктивных особенностей подшипника не позволяет привести перечень их с указанием обозначения.

Седьмая цифра обозначает серию габаритов по ширине:

1 - нормальная;

2 - широкая;

3 … 6 - особо широкая;
7 - узкая.

Рис 13 Влияние серии подшипника на его габариты по

ширине и диаметру

Нули, стоящие левее последней значащей цифры, отбрасываются и в обозначении не указываются.

Перед условным обозначением подшипника через тире указывают класс точности:

0 - нормальный класс, 6 - повышенный; 5 - высокий; 4 -прецизионный; 2 - сверх прецизионный. На подшипниках нормальной точ­ности обозначение класса не дается.

Справа от условного обозначения буквами русского алфавита указывают дополнительные обозначения, например:

Ю - детали подшипника из коррозионно-стойкой стали;

Р -детали подшипника из теплостойких сталей;

Б - сепаратор из безоловянистой бронзы;

Д - сепаратор из алюминиевого сплава;

Е - сепаратор из пластмассы (текстолит и др.)

К - конструктивные изменения деталей подшипника,

Ш - специальные требования по шуму;

С - подшипники закрытые.

4 Материалы, применяемые для изготовления подшипников

Основными материалами для колец и тел качения подшипников являются шарикоподшипниковые, высокоуглеродистые хромистые стали ШХ15 и ШХ15СГ. Число в обозначении марки указывает на среднее содержание хрома в десятых долях процента. Среднее содержание углерода 1—1, 1%. Сталь ШХ15СГ содержит дополнительно кремний и марганец.

Широко применяют также цементируемые, легированные стали 18ХГТ и 20Х2Н4А.

Твердость колец и роликов (кроме витых и длинных цилиндрических) обычно НRС 60—65, шариков — НRС 62—66.

Для работы в условиях высоких температур применяют теплостойкие стали 95X18, ЭИ347Ш и др. При требовании немагнитности—бериллиевую бронзу.

Сепараторы массовых подшипников изготовляют из мягкой, углеродистой стали методом штамповки. Для высокоскоростных подшипников применяют массивные сепараторы из антифрикционных бронз, анодированного дюралюминия, металлокерамики, текстолита, пластифицированной древесины, полиамидов. В специальных случаях применяют пластмассовые сепараторы с металлическим каркасом.

В условиях ударных нагрузок и высоких требованиям к бесшумности работы начинают применять тела качения из пластмасс. При этом резко снижаются требования к твердости колец и их можно изготовлять из легких сплавов.

4 Объекты изучения и инструменты

Работа ведется с комплектом различных конструкций подшипников ка­чения. Измерительный инструмент - штангенциркуль.

5 Порядок выполнения работы

5.1 Получить от преподавателя два подшипника и штангенциркуль.

5.2 Выполнить эскизы подшипников.

5.3 Дать расшифровку условного обозначения подшипника.

5.4 Дать краткую характеристику подшипника, отметив, какие нагрузки предназначен воспринимать подшипник; допускает ли подшипник перекосы вала в корпусе и в каких пределах; дать сравнительную характеристику подшипников по грузоподъемности.

6 Контрольные вопросы

1. Чем отличаются подшипники качения от подшипников скольжения?

2. Сравните шариковые и роликовые подшипники.

3. Какие типы подшипников не допускают осевую нагрузку?

4. Какие типы подшипников не допускают перекосы?

5. Особенность сборки шариковых подшипников.

6. Какие типы подшипников наиболее распространены?

7. Какими причинами ограничена быстроходность упорных подшипников?

8. Когда следует применять сферические подшипники?

9. Из каких деталей состоят подшипники качения?

10. Могут ли шариковые подшипники воспринимать комбинированную (радиальную и осевую) нагрузку?

11.Укажите причины потери работоспособности подшипниками качения

12.До какой твердости закаливают кольца подшипников качения?

13.До какой твердости закаливают тела качения?

14.Допустимый угол перекоса внутреннего кольца относительно наружного в шариковом радиальном однорядном подшипнике?

15.Допустимый угол перекоса внутреннего кольца относительно наружного в шариковом радиальном сферическом подшипнике?

16.Допустимый угол перекоса колец в упорном шариковом однорядном подшипнике?

17.Допустимый угол перекоса внутреннего кольца относительно наружного в радиально-упорном роликовом коническом подшипнике?

18.Допустимый угол перекоса внутреннего кольца относительно наружного в радиально-упорном шариковом подшипнике?

19.Из какого материала изготавливают кольца и тела подшипников качения?

20.Из какого материала изготавливают сепараторы подшипников качения? От чего зависит выбор материала?

21.Когда тела качения изготавливают из пластмассы?

22.Когда применяют игольчатые подшипники

23.Потери на трение в шариковом радиальном однорядном подшипнике

24.Потери на трение в шариковом радиальном однорядном подшипнике

25.Потери на трение в радиальном однорядном подшипнике с короткими цилиндрическими роликами без буртиков на наружном кольце?

26. Когда применяют радиальные подшипники с короткими цилиндрическими роликами без буртиков на наружном кольце?

27.Какую смазку применяют для подшипников качения?

28.Какие подшипники наиболее быстроходные?

29.В каком подшипнике отсутствует сепаратор?

30.Как распределяется радиальная нагрузка между телами качения? Какое тело качения является наиболее нагруженным?

ОТЧЕТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

1 ВЫПОЛНИТЬ ЭСКИЗЫ ПОДШИПНИКОВ (РАЗРЕЗ)

1.1 № 1.2 №

2 РАСШИФРОВАТЬ НОМЕРА ПОДШИПНИКОВ

2.1 № 2.2 №

3 ХАРАКТЕРИСТИКА ПОДШИПНИКА

3.1 №

3.2 №

Подпись преподавателя______________ /________________ /

Дата

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4

ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИЙ ПОДШИПНИКОВЫХ ОПОР

Цель работы - изучить основные узлы и рекомендации по проектированию и расчету подшипниковых опор. Настоящая работа выполняется после изучения конструкции и основных характеристик подшипников качения и является ее продолжением.

1.КОНСТРУКТИВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ПОДШИПНИКОВЫМ

УЗЛАМ

При проектировании подшипниковых узлов необходимо учитывать величину и направление нагрузки, расстояние между опорами, условия эксплуатации (температуру, запыленность, влажность), частоту вращения колец, требуемую долговечность и стоимость подшипника.

Большое значение имеют условия монтажа. Неправильный монтаж подшипникового узла может привести к снижению его долговечности или даже преждевременному выходу из строя.

Поэтому необходимо правильно назначить посадки на внутренние и наружные кольца подшипников (на вал и в корпусе), а также выбрать способ их крепления.

По способности фиксировать осевое положение вала опоры разделяют на " плавающие" и " фиксирующие". " Плавающие" опоры допускают осевое перемещение вала. " Фиксирующие " опоры могут фиксировать осевое положение вала в одном или обоих направлениях. Как " плавающие" так и " фиксирующие" опоры могут выполняться с одним или двумя подшипниками.

В зависимости от величины направления нагрузки и требований к жесткости опоры могут применяться различные сочетания " плавающих" и " фиксирующих" опор, т.е. конструктивные различные схемы подшипниковых узлов.

1.1. Обе опоры " плавающие" (рис.1).

Фиксация осевого положения вала осуществляется каким-либо другим элементом конструкции, например, зубьями шевронных зубчатых колес.

" Плавающие" опоры способствуют самоустановке вала в осевом направлении и выравниванию нагрузки по обеим половинам зубьев шевронных колес. " Плавающим" следует выполнять вал, опоры которого несут наименьшую нагрузку. Это уменьшает силы трения между корпусом и наружным кольцом подшипника и не препятствует его осевому смещению.

В качестве " плавающих" опор целесообразно применять роликовые подшипники с цилиндрическими роликами без бортов на наружных кольцах (рис. 1). Наружные кольца подшипников закрепляют в корпусе, в осевом направлении вал может

Рис.1 Обе опоры вала выполнены «плавающими»

перемещаться вместе с наружными кольцами. Если грузоподъемность однорядных подшипников недостаточна, то применяют сферические двухрядные шарикоподшипники, между наружными кольцами которых и крышками оставляют зазор.

Большинство подшипниковых узлов выполняют с возможностью фиксации вала в осевом направлении. При этом фиксирующий подшипник жестко закрепляется в корпусе и может воспринимать радиальные и двухсторонние осевые нагрузки.

В " фиксирующих" опорах используются подшипники, кольца

которых не могут смещаться относительно друг друга в осевом направлении хотя бы в одну сторону. Роликовые подшипники с цилиндрическими роликами без бортов на наружных кольцах в «фиксирующих» опорах не применяются. Также следует учитывать, что радиальные однорядные шарикоподшипники обладают сравнительно низкой осевой жесткостью и поэтому их нельзя применять там, где требуется точная фиксация вала.

1.2. Обе опоры «фиксирующие» (рис. 2). Причем каждая из

опор ограничивает перемещение вала только в одном направлении.

Схема применяется при небольших расстояниях между опорами

(l/d < 12), где (1-расстояние между опорами; d- диаметр вала.)

По этой схеме в каждой из опор устанавливают по одному подшипнику.

Для малонагруженных в осевом направлении узлов, не несущих значительную радиальную нагрузку, применяют роликоподшипники с цилиндрическими роликами с одним бур- том на внутреннем кольце (рис. 2). Во избежание заклинивания роликов между наружным кольцом правого подшипника и крышкой предусмотрен зазор «К».

Рассмотренные конструкции подшипниковых узлов широко применяют в редукторах с цилиндрическими зубчатыми колесами.

Рис.3 Опоры с подшипниками регулируемого типа

Если узел монтируют на подшипниках регулируемого типа (шариковые радиально - упорные (рис. 3) или конические роликовые (рис. 4)), то их устанавливают «внатяг» или «враспор». При этом схема «внатяг» предпочтительнее, так как в этом случае при одинаковом расстоянии между опорами величина опорной базы становится больше (размер L).

В процессе регулировки подшипника вал устанавливают с определенной величиной «осевой игры», допустимые пределы которой весьма малы и зависят от конструкции подшипника и узла, режима работы, температуры и требований к жесткости опор.

Подшипники с меньшими углами контакта (β =12°) более чувствительны к изменениям «осевой игры», поэтому их не рекомендуется применять в опорах выполненных по схеме (рис. 2).

1.3. Одна опора вала «фиксирующая», вторая -«плавающая» (рис. 4).

Схема используется при расстояниях между опорами более

12d (l/d > 12)

По этой схеме на одной из опор устанавливают враспор два радиально-упорных шарико - или роликоподшипника. Другую опору в этом случае делают «плавающей» с радиальным шарикоподшипником (рис. 4, 5). Регулировка сдвоенных

Рис.4 Схема установки вала с использованием «плавающей» (левая) и «фиксирующей» (правая) опор с шарикоподшипниками

подшипников в процессе эксплуатации затруднена, поэтому их целесообразно устанавливать с точными дистанционными кольцами. Если на узел действуют значительные осевые нагрузки переменного направления и возможно значительное тепловое удлинение вала, то используют конструкцию узла с упорным двойным подшипником в сочетании с двумя плавающими радиальными (рис. 6). Такая конструкция обладает большой жесткостью фиксации вала в осевом направлении. Осевой зазор в упорных двойных подшипниках также необходимо тщательно регулировать.

В тех случаях, когда возможны нарушения соосности (при значительных прогибах вала или отдельно стоящих корпусах) следует применять сферические шарикоподшипники (рис. 7).

Достоинства схемы (рис. 5):

а) не требуется точное расположение посадочных мест под подшипники по длине, что особенно важно при установке опор в отдельных корпуса;

б) расстояние между опорами может быть сколь угодно большим, так как даже значительные температурные деформации вала будут компенсироваться «плавающей» опорой;

в) при применении в «фиксирующей» двух конических роликоподшипников с большими углами конуса или упорных подшипников можно обеспечить более высокую, чем в других схемах осевую жесткость опоры. При монтаже эти подшипники должны быть обязательно отрегулированы.

Недостаток заключается в сложности конструкции крепления подшипников на валах и в корпусах.

Рис.5 Схема установки вала с использованием «плавающей» (левая) и «фиксирующей» (правая) опор с роликоподшипниками

2 КРЕПЛЕНИЕ ПОДШИПНИКОВ НА ВАЛАХ И В КОРПУСАХ

Наиболее простые способы крепления применяют в опорах с односторонней фиксацией вала (по схеме 2). В этом случае внутренние кольца подшипника обычно устанавливают с упором в заплечики вала или упорные кольца, а наружные кольца зажимают крышками (рис. 3, 8). При этом необходимая осевая игра подшипников устанавливается за счет набора прокладок между крышкой и корпусом (стаканом редуктора).

В «фиксирующих» опорах двухстороннего действия внутренние и наружные кольца подшипников закрепляются на валу и в корпусе с двух сторон (рис. 4, 5, 6).

В «плавающих» опорах во избежание случайного аварийного схода подшипник также рекомендуется закреплять на валу с двух сторон (рис. 1). Во всех случаях способ крепления колец подшипников выбирают с учетом величины и направления передаваемой нагрузки, способа регулировки и других особенностей конструкции узла.

Рис.6 Схема установки вала в опорах при значительной осевой нагрузке

3.КОНСТРУИРОВАНИЕ ОПОРНЫХ УЗЛОВ РЕДУКТОРА.

3.1. Редукторы с цилиндрическим прямозубыми колесами. В редукторах этого типа осевые усилия отсутствуют, однако при их работе могут возникать случайные осевые толчки, поэтому рекомендуется одну опору делать «фиксирующей», другую «плавающей».

Такой способ установки допустим при любом расстоянии между опорами. Подшипники устанавливают «враспор», предусмотрев необходимый зазор между крышкой и подшипником.

В тяжелых редукторах применяют двухрядные конические роликоподшипники.

3.2. Редукторы с цилиндрическими косозубыми и
шевронными колесами.

В редукторах с косозубыми колесами всегда действует осевая нагрузка, возрастающая с увеличением наклона угла зубьев. При угле наклона зубьев β < 9° конструкция подшипникового узла может быть такой же, как при прямозубых цилиндрических колесах (в этом случае можно установить радиальные шарикоподшипники), а при β > 9° устанавливают радиально-упорные подшипники (шариковые иди роликовые). В передачах с шевронными колесами постоянно действующие силы отсутствуют. В этих редукторах подшипники на более нагруженных валах (тихоходных) фиксируют в осевом направлении. Остальные валы делают «плавающими», чтобы у них была возможность самоустанавливаться по колесу тихоходного вала.

Рис.7 Схема установки вала с использованием «плавающей» (левая) и «фиксирующей» (правая) опор с шарикоподшипниками сферическими

3.3. Редукторы с коническими зубчатыми колесами

При конструировании подшипниковых узлов этих редукторов необходимо учитывать постоянно действующие осевые усилия. Для быстроходных передач небольшой мощности целесообразно ставить радиально-упорные шарикоподшипники, а при малых скоростях, средних и больших мощностях - конические роликоподшипники.

В небольших конических редукторах одна опора входного вала может быть выполнена на радиальном шарикоподшипнике, а другая - на цилиндрическом роликоподшипнике без бортов на наружном кольце. При этом первая опора воспринимает основную нагрузку, а вторая - только радиальную (рис. 9).

Рис.8 Схема установки вала с опорами на радиально-упорных шарикоподшипниках

Рис.9 Схема опор небольшого конического вала

3.4 Червячные редукторы

В червячных редукторах широко используются радиально-упорные шариковые и роликовые конические подшипники. При межосевом расстоянии a = (150...180)мм и L=12d вал червяка можно установить на радиально-упорных подшипниках «враспор». При L> 12d оба радиально-упорных подшипника следует ставить в одной «плавающей» опоре. Положение червяка относительно колеса регулируют прокладками между фланцем крышки и корпусом.

Валы червячных колес обычно монтируют на радиально-упорных подшипниках, установленных «враспор» (валы червячных колес имеют малую длину).

Совпадение осевой плоскости червяка со средней плоскостью колеса регулируют с помощью прокладок между торцами корпуса и крышки.

4.РЕГУЛИРОВКА ОСЕВОЙ ИГРЫ РАДИАЛЬНО-УПОРНЫХ ШАРИКО - И РОЛИКОПОДШИПНИКОВ

Нерегулируемые типы подшипников (например, шарикоподшипники радиальные однорядные) изготавливают со сравнительно небольшими зазорами, поэтому после сборки узла он

могут работать без дополнительной регулировки. Осевая игра регулируемых типов подшипников (радиально-упорные шариковые однорядные, конические однорядные упорные, однорядные и двойные) может быть установлена в нужных пределах только в результате регулировки, выполняемой при сборке машины или прибора. Следует учитывать, что с уменьшением зазоров нагрузка распределяется между телами качения более равномерно, повышается жесткость опор, и снижаются вибрации. В то же время отсутствие зазоров (предварительный натяг) приводит к повышению сопротивления вращению, износа и опасности заклинивания.

При выборе величины зазора необходимо учитывать колебания температур в узлах машины. Предварительный натяг применяют только в узлах, требующих повышенной точности вращения, например, в станкостроении.

В процессе регулировки одно из колец подшипника сдвигается относительно другого в осевом направлении. В зависимости от конструкции узла регулировка радиально-упорных подшипников выполняется смещением наружного или внутреннего кольца. Наиболее распространена регулировка смещением наружного кольца.

Рассмотрим последовательность работ при сборке вала червяка. Вал с закрепленными на нем подшипниками устанавливают в корпус. Одну из крышек укрепляют с полным пакетом прокладок и затягивают винтами до отказа. Прокладки изготовляют из жести или латуни. Суммарная толщина пакета 1-2 мм. Обычно в комплект входят прокладки толщиной 0, 15; 0, 2; 0, 3; 0, 5 мм. Такой набор обеспечивает регулировку осевой игры с точностью до 0, 55 мм. Вторую крышку предварительно устанавливают без прокладок. Крепежные винты этой крышки равномерно затягивают, не допуская перекоса крышки.

Для правильной ориентации тел качения относительно беговых дорожек вал непрерывно поворачивают от руки. Затяжку винтов прекращают после появления заметного торможения вала. Величину зазора, оставшегося между фланцем крышки и корпусом, замеряют щупом в трех-четырех местах по окружности. За расчетный зазор «а» принимают среднее арифметическое от всех замеров.

Потребную толщину комплекта прокладок под вторую крышку подсчитывают по формуле: К = а + с, где с - рекомендуемое значение осевой игры.

После установки прокладок крышку затягивают.

Правильность регулировки проверяют по свободе вращения и величине «осевой игры» вала, которую замеряют с помощью индикатора.

Вместо прокладок для регулировки осевой игры смещением наружного кольца можно применять резьбовые детали или распорные втулки, установленные между кольцами.

5 ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ.

5.1. Изучить данное методическое пособие.

5.2. На листе формата А4, по заданию преподавателя, начертить один из ниже перечисленных подшипниковых узлов для редукторов:

а) с цилиндрическими прямозубыми колесами при L> 12d

б) с цилиндрическими прямозубыми колесами при L< 12d

в) с цилиндрическими косозубыми колесами при β < 9°

г) с цилиндрическими косозубыми колесами при β > 9°с
малыми радиальными нагрузками

д) с цилиндрическими косозубыми колесами при β > 9° с
большими радиальными нагрузками

е) с шевронными колесами (для тихоходного вала)

ж) с шевронными колесами (для быстроходного вала)

з) с коническими колесами (для быстроходных передач
небольшой мощности)

и) с коническими колесами (для малых и средних скоростей и больших мощностей)

к) с валом червяка L< 12d

л) с валом червяка L> 12d

м) с цилиндрическими косозубыми или коническими зубчатыми колесами, когда требования к подшипниковой жесткости узла высокие.

н) с цилиндрическими косозубыми или коническими косозубыми колёсами

6. Контрольные вопросы:

а). по какой схеме выполнен данный подшипниковый узел?

б).какая из опор называется «плавающей» и какая «фиксированной»?

в).какие элементы в данной конструкции и в каком порядке
следует регулировать? Что требуется для регулировки?

г) показать на чертеже силы, действующие в подшипниковом узле?

6 ОТЧЕТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

6.1 Схема подшипниковых опор вала

Подпись преподавателя_______________ /________________/

Дата

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КРИТИЧЕСКОЙ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ВАЛА

1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

Цель работы заключается в теоретическим и экспериментальном
определении критической частоты вращения двух опорного вала при
различной его жесткости, в установлении влияния массы диска и места
расположения его на валу на критическую частоту вращения.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Известно [I], что поперечные колебания валов являются одним ив
источников вибраций, возникающих в машине при ее работе. В том случае,
когда частота собственных колебаний вала кратна или совпадает с частотой
изменения силы, действующей на него, наступает явление резонанса, при
котором вал может разрушиться.

Определим, при каких условиях это произойдет. Рассмотрим вал с насажанным
на него симметрично относительно опор несбалансированным диском,
имеющим эксцентриситет е (рис.1).

При отсутствии вращения При вращении

Рис. 1Схема установки диска

,

где L - расстояние между опорами вала, мм;
Е - модуль упругости материала, МПа;

для стали Е = 2.1 • 10⁵ МПа;

I - осевой момент инерции сечения вала, мм⁴;

d_e - диаметр вала, мм;

Отсюда (2)

где с - коэффициент жесткости вала, Н/мм.

Вследствие того, что центробежная сила меняет периодически свое направление при вращении вала, то вал начинает колебаться. Поскольку

, (3)

где - угловая скорость вращения вала, ;

т - приведенная масса, , ,

- масса диска;

масса вала, ;

g - ускорение свободного падения;
- удельный вес.

На основании уравнений (2) и (3) имеем

, (3) откуда (4)

Из уравнения (4) видно, что с увеличением угловой скорости вращения
вала величина f_g растет, а для значений , когда величина (с-т ²) → 0,

прогиб → ∞. При такой угловой скорости, называемой критической _кр, вал может разрушаться:

так как , то критическая частота вращения вала (5)

Из курса «Сопротивления материалов» для балки на двух опорах
теоретический коэффициент жесткости вала

где - расстояние от середины диска до левой опоры, мм.

В формулах (5) и (6) не учитываются различные факторы, например,
влияние соединений в муфте, условия закрепления в опорах и т.д. Поэтому при расчетах получается приближенное значение критической частоты вращения вала. Достаточно точно значение п_кр можно найти экспериментально.

3. УСТАНОВКА И ПРИНЦИП ЕЕ РАБОЫ

Установка ДМ-36, схема которой представлена на рис.2, содержит в себе
вал 6 с диском 7; шарикоподшипники 10 и II;. электродвигатель 4,
соединенный с валом 6 муфтой 12; автотрансформатор 5, тахогенератор 2;

микроамперметр 1; соединительную муфту 3. Пиноль 8 служит для изменения пролета вала. В правой опоре предусмотрена цанга, связывающая вал с внутренним кольцом шарикоподшипника 10, и винтовая пара, винт которой вращается маховиком 9, вследствие чего перемещается пиноль.

Статический прогиб вала f_cт измеряется при помощи рычага 16 с грузом 15 на конце и крючком 17 в середине, которым рычаг соединяется с диском. Подъем рычага при соединении осуществляется рукояткой 14; измерение прогиба производится посредство