07 | 12 | 2016
Учебные материалы
Для преподавателей
Работы студентов
Справочная и техническая литература
Статьи по темам

Расчет и выбор посадок в машиностроении

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 0.00 (0 Голосов)

Лекция «Расчет и выбор посадок в машиностроении»

Вступление: На предыдущих занятиях мы рассмотрели посадки ЕСДП, применяемые в машиностроительной отрасли нашего государства.

Это посадки : - с зазором;

- с натягом;

- переходные.

Они определяют степень подвижности или неподвижности деталей, чем определяется работоспособность узлов машины и соответственно работоспособность самой машины.

Я вам уже говорил и еще раз напоминаю, что любая машина – это большой набор каких то сопряжений. В качестве примера рассмотрим конструкцию распространенной с. х. машины трактор Т-150К.

Как вы видели – любой узел трактора состоит из сопряжений, причем сопряжения выполнены по различным посадкам.

Посадки в машиностроении и в частности в с. х. машиностроении, назначают не произвольно, а на основании инженерного опыта, определёнными методами.

Так вот темой настоящей лекции будет:

Расчет и выбор посадок в машиностроении.

План лекции:

1.Расчетный метод выбора посадок.

2. Табличный метод.

3.Метод аналогии.

Это план определяет и задачи лекции.

Поскольку данная тема довольно обширная, она является одной из главных тем курса, в рамках лекции я ее конкретизирую – рассмотрим её на вариантах посадок с зазором.

Хочу напомнить, что посадки с зазором общего назначения создаются полями допусков А/а - H/h.

1.Расчетный метод выбора посадок.

В группу посадок с зазором относится много соединений с разной степенью подвижности и с разными условиями работы, например соединение:

- шейка коленчатого вала – вкладыш;

- поршень – гильза в ДВС;

- поршень – цилиндр в гидроцилиндре;

- плунжерная пара топливного насоса;

- шарниры навесной системы трактора;

Все эти подвижные соединения отличаются характером взаимного перемещения деталей, видом нагрузок, способом подвода смазки и т. п.

Поэтому единой, универсальной методики расчета зазоров подвижных соединений в машиностроении пока не существует.

Разработаны методики расчета зазоров для отдельных ответственных типов соединений.

Одним из таких распространенных соединений является гидродинамический подшипник скольжения. На его примере рассмотрим методику расчета и выбора посадки.

Здесь я хочу обратить ваше внимание на то, что при рассмотрении методики вы должны не только уделять внимание расчетным формулам (хотя и они важны), но также следует увидеть общую логику построения расчета (технический алгоритм решения задачи).

А задача какая? – Рассчитать зазор для гидродинамического подшипника скольжения и ориентируясь на него выбрать соответствующую посадку.

Начнем с того, что уточним, что подшипник это устройство поддерживающее вращающуюся деталь и обеспечивает ей свободное вращение.

Подшипник скольжения образуется каким либо участком вала и отверстием в опорной детали, т. е. втулкой.

На плакате показан разрез подшипника скольжения. Зазор в нем весьма преувеличен – для наглядности и удобства обозначения параметров которые будут участвовать в расчете.

Теперь выясним, что должен обеспечивать зазор в подшипнике скольжения?

Мы рассматриваем гидродинамический подшипник, это такой подшипник, который работает в режиме жидкостного трения. Т. е. при определенных: - угловой скорости; -вязкости смазки и - нагрузке между валом и поверхностью отверстия возникает масляный клин, который приподнимает вал над внутренней поверхностью отверстия и удерживает его в таком положении пока продолжается работа подшипника.

Это интересное явление хорошо известно и часто используется в конструкциях машин. Физическую природу его мы рассматривать не будем, а рассмотрим условия возникновения. Для этого обратимся к плакату, на котором изображено положение вала в подшипниковом отверстии в состоянии покоя и в работающем состоянии.

Итак :

- в состоянии покоя под действием силы тяжести и нагрузки находящейся в крайнем нижнем положении т. е. выдавливает смазку и соприкасается с поверхностью отверстия; т. о. вверху над валом имеется зазор S;

- в работающем состоянии вал «всплывает» и смещается в сторону вращения. Имевшийся зазор S распределяющейся на две части:

h – толщина масляного слоя в месте наибольшего сближения поверхностей вала и отверстия;

и

S-h- оставшаяся величина верхнего зазора;

Из гидродинамической теории смазки известно, соотношение между толщиной слоя h в месте наибольшего сближения поверхностей отверстия и вала и зазором S в состояние покоя:

В формуле:

D - номинальный диаметр соединения, (м);

- длина подшипника, (м);

ω - угловая скорость вала, рад/сек;

- динамическая вязкость масла, Па с;

R - нагрузка на вал подшипника, H;

- удельное давление в подшипнике, Па.

Исследованиями определено, что если при установившемся движении , то сила трения в подшипнике наименьшая, а тепловой режим наиболее благоприятный.

Поэтому установив это выражение в базовую формулу получим формулу оптимального зазора.

(м);

Итак это формула получена на основе гидродинамической теории смазки, однако она не учитывает важного явления сопровождающего работу подшипника скольжения – это изнашивание трущихся поверхностей.

Дело в том, что при работе подшипнике в жидкостном режиме смазки его трущиеся поверхности разделены слоем смазки исключающем металлический контакт отверстия и вала и соответственно исключающийся износ, однако определенное время подшипник работает в режиме обычной смазки, т. е. когда поверхности вала и отверстие контактируют это (разгон и торможение вала) в этот период происходит изнашивание отверстия и вала и соответственно увеличение зазора в подшипнике. Процесс увеличения зазора во времени хорошо демонстрируется следующим графиком.

На графике выделено три периода работы подшипника:

Первый период t1 соответствует приработке поверхностей отверстия и вала – зазор наращивает быстро из-за сглаживания шероховатостей, выравнивание погрешностей формы.

Период t2 – время нормальной работы сопряжения. Зазор в это время увеличивается медленно, прямопропорциально времени работы.

Третий период t3 характеризуется резким увеличением зазора. Нормальная эксплуатация нарушается и подшипник выходит из строя. Поэтому зазор, соответствующий окончанию периода нормальной эксплуатации подшипника называется предельно допустимым зазором -

Sпред. доп.

При определенном постоянном темпе нарастания зазора и постоянном предельном допустимом зазоре долговечность подшипника может быть увеличена путем уменьшения начального зазора - Sнач.

Поэтому целесообразно начальный зазор уменьшить на сумму высот шероховатостей вала и отверстия, что обеспечит больший технический ресурс подшипника.

И еще один фактор, существенно влияющий на величину зазора в подшипниковой паре следует рассмотреть и учесть. Дело в том, что выбор посадки производят по среднему зазору стандартных полей допусков, которые определены для нормальной температуры 20°(С), а подшипник скольжения может работать при повышенной температуре. Поэтому температурный фактор также следует учитывать при расчете зазора Т. о. расчетный зазор по которому выбирается посадка подшипника определяется из выражения:

В этой формуле:

RZD - высота шероховатостей поверхностей отверстия:

RZd - высота шероховатостей поверхности вала;

- коэффициенты линейного расширения материалов отверстия и вала;

tП - температура подшипника;

D - номинальный диаметр подшипника.

По значению расчетного зазора из стандартных таблиц посадок выбирают соответствующую посадку.

Условие выбора посадки:

Объяснение условий: т. к. средний зазор в соединении будет наиболее вероятным, то и большая часть соединений (подшипников) при сборке будет иметь зазор близкий к расчетному.

Выбранную стандартную посадку проверяют на условие обеспечения достаточного слоя смазки при наиболее неблагоприятных условиях:

Чтобы избежать металлического контакта в зоне трения, должен быть больше суммы высот шероховатостей отверстия и вала:

Если это условие не выполняется нужно выбрать вторую посадку и произвести проверку.

Посадки с зазором рассчитывают главным образом при условиях движения вращения, но могут быть рассчитаны и для условия возвратно-поступательного движения.

2.ТАБЛИЧНЫЙ МЕТОД ВЫБОРА ПОСАДОК.

Выбор посадок для обычного сопряжения с зазором:

2.1 Для подвижного сопряжения: посадку можно выбирать по расчетным или заданным максимальному и минимальному зазору.

Определяется допуск посадки:

Затем определяют величину технологических (монтажных) зазоров:

Ориентируясь на полученные значения технологических зазоров по таблицам стандартных посадок выбирают посадку.

Условие выбора:

2.1 Для неподвижного соединения посадки с зазором выбирают главным образом из удобства сборки деталей.

При этом следует учитывать, что:

- минимальный зазор выбираемой посадки должен компенсировать отклонение формы деталей;

- максимальный зазор выбранной посадки должен компенсировать возможное смещение осей сопрягаемых деталей, а также обеспечивать лишь допустимый эксцентриситет e . Его определяют по условию:

ВЫБОР ПОСАДКИ МЕТОДОМ АНАЛОГИИ

При применении метода аналогии (подобия) выбора посадок используют рекомендации разработанные в результате обобщения опыта их проектирования и эксплуатации в подобных условиях.

Сущность данного метода состоит в том, что для проектируемого сопряжения посадка переносится с известного аналогичного по конструкции и схожего по условиям работы сопряжения.

 

ВЫВОДЫ:

Рассмотрели методы выбора посадок: расчетный, табличный, аналогии.

Первый используется при проектировании посадок для ответственных сопряжений, работоспособность которых определяется точностью посадки.

Второй метод применяют для сопряжений с пониженными требованиями к точности посадки.

Третий метод простой и экономичный, однако он не гарантирует правильности выбора посадок, поскольку не учитывает всех факторов, влияющих на их выбор.

ЗАДАНИЕ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ:

разобрать расчетный метод выбора посадок с натягом и выполнить расчет посадки с натягом по индивидуальному заданию.

Литература:

1.Серый И. С. ВСТИ.

2. Методические указания к самостоятельной работе.


Добавить комментарий


Защитный код
Обновить