ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 22.11.2023
Просмотров: 64
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Оборудование
В лабораторной работе используются стандартные подшипники качения различных типоразмеров, в том числе отличающихся от базо- вого образца конструктивными особенностями.
На рис. 6.3 дано изображение следующих подшипников качения: шариковые подшипники (а, б, в), роликовые с цилиндрическими роли- ками (г), роликовые с коническими роликами (д), с бочкообразными ро- ликами (е) и иглами (ж).
51
Лабораторная работа № 6
Цель работы:изучение конструкций различных типов подшип- ников качения; знакомство с системой условных обозначений; практи- ческое определение сил, воспринимаемых подшипниками.
Задание
1. По маркировке определить тип и серию каждого из указан- ных подшипников качения.
2. Вычертить конструкцию подшипников качения. Проставить размеры, достаточные для привязки подшипника в механизме, и ука- зать основные справочные данные.
3. В условном центре тяжести подшипника проставить воспри- нимаемые силы.
Порядок выполнения работы
1. Изучить образцы подшипников качения, обращая внимание на форму колец снаружи, внутри, по торцам, форму тел качения, кон- струкцию и материал сепараторов.
2. Найти маркировку подшипника и составить характеристику подшипника, т.е. тип, серию, конструктивные разновидности.
3. Выполнить изображение разреза подшипников без сепара- торов с применением упрощений. Проставить размеры d, D и В.
4. Записать найденные в справочнике значения статической С
0
и динамической С грузоподъемности, предельную частоту вращения
n
пред
для различных типов смазки, массу m и угол контакта для ра- диально-упорных подшипников.
5. К точке в условном центре тяжести приложить силы, воспри- нимаемые подшипником с учетом их направления.
Вывод к лабораторной работе.
Контрольные вопросы
1. Назначение подшипников качения?
2. Из каких деталей состоит подшипник качения?
3. Зачем нужен сепаратор в подшипнике качения?
4. Как классифицируются подшипники качения по направле- нию воспринимаемой нагрузки?
5. Что обозначает маркировка подшипника качения?
6. Как из цифр маркировки определить внутренний диаметр подшипника?
52
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРУЖИН ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ
Теоретическое введение
Пружины – упругие детали, широко применяемые в машино- строении для амортизации ударов, виброизоляции, создания постоян- ных заданных сил, аккумулирования энергии и т. п.
По виду воспринимаемой внешней нагрузки различают пружи- ны силовыеи моментные.
Силовые пружины предназначены для восприятия сосредото- ченной силы. Моментные пружины служат для восприятия сосредо- точенной пары сил. По форме пружины подразделяются в основном на цилиндрические, конические и бочкообразные.
Металлические пружины изготавливаются из углеродистых и легированных сталей с содержанием углерода 0,5…1,1%. Для работы в химически активной среде применяют пружины из сплавов цветных металлов. И в зависимости от способа изготовления различают пру- жины витые, штампованные, точеные и наборные.
По назначению пружины бывают:
– пружины растяжения (рис. 7.1, а) навивают без просветов между витками; для передачи внешней нагрузки пружины снабжают зацепами в форме отогнутых последних витков;
– пружины сжатия (рис. 7.1, б) навивают с просветом между витками; опорные поверхности у пружин получают путем поджатия последних витков к соседним и шлифованием обеспечивают их пер- пендикулярность продольной оси пружины;
– пружины кручения (рис. 7.1, в) навивают обычно с малым уг- лом подъема и небольшими зазорами между витками; внешнюю на- грузку они воспринимают с помощью зацепов, образуемых отгибом концевых витков;
– пружины изгиба (рис. 7.1, г).
53
Рис. 7.1. Основные типы пружин
Основные геометрические параметры витых пружин
Рис. 7.2. Параметры витой пружины сжатия
Наибольшее распространение имеют пружины цилиндрической формы, получаемые в результате горячей навивки отожженной проволоки на цилиндрическую оправку. Витые цилиндрические пружины (рис. 7.2) характеризуются следующими геометрическими параметрами: диаметр проволоки d; средний диаметр D
o
; число рабочих витков i; рабочая длина
Н
р
; угол подъема витков α; шаг витков h.
Кривизну витка характеризует индекс пружины:
54
Расчет геометрии витых цилиндрических пружин сжатия
Длина пружины в сжатом состоянии: Н
с
= h
c
(i – 2) + d(i
a
+ 1), где h
c
= d + s – шаг пружины в состоянии сжатия; s = (0,1…0,15)d – абсолютное значение зазора между витками при условии их сжатия
(минимально допустимый зазор); i
a
– число опорных витков, не уча- ствующих в процессе деформации пружины.
Длина пружины в свободном состоянии: Н
0
= Н
с
+ δ, где δ – полная осадка пружины. Величина осевой осадки пружины при за- данном числе участвующих в деформации витков определяется сум- мой деформаций отдельных витков, каждый из которых представля- ется как брус большой кривизны.
Шаг пружины в ненагруженном состоянии:
Пружины под рабочей нагрузкой со снятием характеристики зависимости между приложенной осевой силой и деформацией пру- жины испытывают на приспособлениях со шкалами и грузами.
Жесткость пружины
Жесткостью пружины называют коэффициент пропорциональ- ности между силой упругости и изменением длины пружины под действием приложенной к ней силы.
Жесткость пружины k определяют при разных значениях силы упругости F
упр
и деформации |y|. Поэтому применяют графический способ нахождения среднего значения
k
. По результатам нескольких опытов строится график зависимости модуля силы упругости от де- формации |y|.
При построении графика большинство эксперимен- тальных точек не окажутся на прямой, которая соответствует закону
Гука:
.
Это связано с погрешностями измерения. В этом случае гра- фик надо проводить так, чтобы примерно одинаковое число точек,
55 оказалось, по разные стороны от прямой. После построения графи- ка берется точка на прямой в средней части графика и определяет- ся соответствующие этой точке значения силы упругости и удли- нения
(укорочения)
а б
Рис. 7.3. Схемы установок: 1 – основание; 2 – штатив; 3 – линейка;
4 – нагрузочная тарелка; 5 – пружина; 6 – грузы
Среднее значение жесткости k
ср
вычисляют по формуле
56
Результат измерения обычно записывают в виде выражения
k = k
cp
± Δ
k
, где Δ
k
- наибольшая абсолютная погрешность изме- рения. Относительная погрешность: откуда Δ
k
= δ∙k.
Наибольшая относительная погрешность δ = δ
m
+ δ
g
+ δ
y
, где δ
m
– погрешность массы грузов; δ
g
– погрешность ускорения свободного па- дения; δ
y
– погрешность при измерении удлинения
(укорочения).
Оборудование
В лабораторной работе используются макеты с пружинами раз- личных размеров, типов и форм. Для определения жесткости приме- няются установки для опыта с пружиной растяжения (рис. 7.3, а) и с пружиной сжатия (рис. 7.3, б), набор грузов
;
пружины растяжения и сжатия,
линейка с миллиметровыми делениями.
Лабораторная работа № 7
Цель работы: изучение конструкций различных типов пружин общего назначения, определение их основных геометрических пара- метров и знакомство с методикой расчета; экспериментальное иссле- дование жесткости пружин.
Задание
1. Дать характеристику представленных к исследованию пру- жин в зависимости от конструктивных особенностей.
2. Определить основные геометрические параметры витой ци- линдрической пружины сжатия (по указанию преподавателя).
3. Экспериментально определить жесткость пружин растяжения или сжатия с учетом погрешности.
Порядок выполнения работы
Этап I. Аналитическое исследование пружин
1. Дать характеристику каждой пружины на макете, обращая внимание на форму, конструктивные особенности и материал. Ре- зультаты занести в табл. 7.1.
57
Таблица 7.1
Характеристика пружин макета №___
№ пружины
Вид восприни- маемой нагрузки
Форма пружины
Способ изготовления
Назначение
1 2
…
11 2. Определить основные геометрические параметры витой ци- линдрической пружины сжатия (по указанию преподавателя). Штан- генциркулем измерить диаметр проволоки d, внешний диаметр D, длину H
0
и подсчитать количество рабочих iи опорных i
a
витков пружины. В журнал отчета занести результаты измерений и подсчета.
3. Рассчитать параметры указанной пружины:
– средний диаметр, мм
– индекс пружины
– шаг витков в ненагруженном состоянии, мм
– рабочая длина, мм Н
p
= i ∙h.
– угол подъема витков, град
– шаг пружины в состоянии сжатия, мм h
c
= d + 0,125d;
– длина пружины в сжатом состоянии, мм Н
с
= h
c
(i – 2) + d(i
a
+ 1).
4. Выполнить эскиз исследуемой пружины в натуральную ве- личину или в масштабе 2:1.
Этап II. Экспериментальное исследование
пружин растяжения
1. Рассчитать индекс пружины растяжения.
2. Закрепить на штативе витую пружину с нагрузочной тарел- кой. Отметить и записать деление линейки, против которого прихо- дится нагрузочная тарелка.
58 3. Установить на нагрузочную тарелку груз известной массы и измерить вызванное им удлинение пружины. К первому грузу до- бавьте второй, третий и т. д. грузы, записывая каждый раз удлинение
|y| пружины. По результатам заполните табл. 7.2.
Таблица 7.2
№ опыта
Вес грузов F, H
Удлинение пружины
, м
1 2
3
…
4. По результатам измерений постройте график зависимости силы упругости F
упр
= F от удлинения пружины
5. Определите среднее значение жесткости пружины k
cp
(Н/м) для точки на прямой в средней части графика:
6. Рассчитайте наибольшую относительную погрешность, с ко- торой найдено значение k ср
(из опыта с одним грузом):
δ
= δ
m
+ δ
y
7. Найдите наибольшую абсолютную погрешность, Н/м:
Этап III. Экспериментальное исследование
пружин сжатия
1. Рассчитать индекс пружины сжатия.
2. Установить в штатив витую пружину и закрыть нагрузочной тарелкой. Отметить и записать деление линейки, против которого приходится нагрузочная тарелка.
59 3. Установить на нагрузочную тарелку груз известной массы и измерить вызванное им сжатие пружины. К первому грузу добавьте второй, третий и т. д. грузы, записывая каждый раз сжатие |y| пружи- ны. Результаты измерений занести в табл. 7.3.
Таблица 7.3
№ опыта
Вес грузов F, H
Сжатие пружины
, м
1 2
3
…
4. По результатам измерений постройте график зависимости силы упругости F
упр
= F от сжатия пружины
5. Определите среднее значение жесткости пружины k
cp
(Н/м) для точки на прямой в средней части графика:
6. Рассчитайте наибольшую относительную погрешность, с ко- торой найдено значение k
ср
(из опыта с одним грузом):
δ = δ
m
+ δ
y
7. Найдите наибольшую абсолютную погрешность, Н/м:
Оформить вывод к лабораторной работе.
Контрольные вопросы
1. Для чего применяют пружины?
2. Что характеризует индекс пружины?
3. Как пружины подразделяются по форме?
4.Какие бывают пружины по назначению?
5. Как определить жесткость пружины?
60
УЗЛЫ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ
Теоретическое введение
Подшипниковый узел – это группа деталей, обеспечивающих работу, фиксацию, регулировку, защиту и смазку подшипника. В ре- дукторах подшипниковый узел не является самостоятельной сбороч- ной единицей, включаемой в спецификацию изделия.
Главный элемент подшипниковых узлов – подшипники, кото- рые являются опорами вращающихся валов, шкивов, блоков и т.д.
Подшипники по виду трения разделяют на подшипники скольжения и качения. В работе рассматриваются подшипниковые узлы с подшип- никами качения. Другие элементы подшипникового узла выполняют функции крепления подшипника, регулировки затяжки, смазки, за- щиты. Эти элементы используются также и для регулировки взаим- ного расположения деталей на валах, например, для регулировки за- цеплений.
Конструктивные решения подшипниковых узлов зависят от многих факторов. В первую очередь от сил, которые принимает на себя подшипник и передаёт их на корпус редуктора. Затем решается вопрос о фиксации подшипника на валу и в корпусе. Предпочтитель- ны конструкции подшипниковых узлов, образующие статически оп- ределимые системы валов.
Рис. 8.1. Подшипниковые узлы промежуточного вала:
1 – шариковый радиальный однорядный подшипник; 2 – корпус;
3 – крышки фланцевые (приставные); 4 – прокладка
61
Простейшим решением подшипниковых узлов является вари- ант, показанный на рис. 8.1. На цапфах вала установлены шариковые однорядные радиальные подшипники 1. Сами подшипники установ- лены в расточках (отверстиях) подшипниковых гнёзд корпуса 2. Кор- пус может быть разъёмным по оси вала. Подшипники закрыты флан- цевыми крышками 3 с установленными под фланцами прокладками 4.
Крышки крепятся к корпусу винтами. Плоскость гнезда корпуса, к которой примыкает крышка с прокладкой, должна быть обработана на станке. В конструкции предусмотрен зазор а (0,2…0,5 мм) между цилиндрическим пояском крышки и наружным кольцом правого подшипника. Зазор может быть и слева, и с обеих сторон, но суммар- ная величина должна быть равна заданной. Наличие зазора показыва- ет, что подшипники в осевом направлении винтами не затягиваются, следовательно, под крышки поставлены уплотнительные прокладки из картона.
На валу по рис. 8.1 может быть установлено прямозубое цилин- дрическое колесо или звёздочка цепной передачи. Представленные на рисунке подшипниковые узлы обеспечивают фиксированную опору, схема установки – «враспор»
При достаточной нагрузочной способности радиальные шари- ковые однорядные подшипники могут принимать и осевые силы, воз- никающие в зацеплении. Если на валу будет установлено цилиндри- ческое колесо с косозубым зацеплением, червячное или коническое колесо, то зазор должен быть выбран при затяжке винтов с подбором регулировочных прокладок требуемой толщины. Эти прокладки изго- тавливаются из стальной ленты или чёрной полировочной ленты. Ре- комендуемую толщину набора принимают 2 мм.
Регулировочные прокладки используются сначала для регули- ровки затяжки подшипников, при этом толщина пакета под каждой крышкой роли не играет, но фланцы крышек должны плотно приле- гать к гнёздам. Перестановкой части прокладок из одного подшипни- кового узла в другой, сохраняя общую толщину, определяемую при затяжке подшипников, смещают колесо и подшипники в нужную сторону в осевом направлении, т.е. регулируют зацепление передач.
На рис. 8.2 показано регулирование набором тонких металличе- ских прокладок 1, устанавливаемых под фланцы приставных крышек.
Для регулирования подшипников набор прокладок можно установить
62 под фланец одной из крышек. Если дополнительно требуется регули- ровать осевое положение вала, то общий набор прокладок разделяют на два, а затем каждый из них устанавливают под фланец соответст- вующей крышки. Регулирование набором металлических прокладок применяют при установке как радиальных, так и радиально-упорных подшипников.
Рис. 8.2. Подшипниковые узлы с фланцевыми крышками
В современных конструкциях редукторах вместо приставных крышек, показанных выше, применяются крышки закладные 1 по рис. 8.3. Эти крышки могут устанавливаться только в разъёмные кор- пуса, т.к. наружный размер крышки превышает размер отверстия в корпусе. Закладные крышки имеют меньшие размеры и массу, чем приставные, в них нет отверстий под крепёжные детали. Отпадает необходимость в крепёжных деталях и отверстиях в корпусах. На ус- тановку закладной крышки в корпусную деталь требуется меньшее время.
Рис. 8.3. Подшипниковые узлы с закладными крышками:
1 – крышка закладная; 2 – шариковый радиальный однорядный подшипник;
3 – кольцо компенсаторное
63
Регулирование радиальных подшипников 2 можно выполнять установкой компенсаторного кольца 3 между торцами внешнего кольца подшипника и крышки. Для удобства сборки компенсаторное кольцо нужно устанавливать со стороны глухой крышки подшипни- ка. При установке радиальных шарикоподшипников между торцами наружного кольца подшипника и торцем крышки подшипника остав- ляют зазор а для компенсации тепловых деформаций.
Регулировка радиально-упорных подшипников 1 с закладными крышками 2 существенно усложняется (рис. 8.4). Правая опора вала до- полнена самоустанавливающейся шайбой 3, слева сопрягаемой с наруж- ным кольцом подшипника, а справа – с регулировочным винтом 4, ввёр- нутым в закладную крышку. Вращая винт 4 можно выбрать все зазоры между сопрягаемыми деталями до нужной величины.
В процессе работы подшипники должны смазываться. Чаще для смазки подшипников используется масло, которое залито в корпус редуктора. При вращении деталей передач масло разбрызгивается, кроме этого образуется масляная пена. В результате все детали и стенки корпуса оказываются смазанными. Если для подшипников эта смазка, её называют картерной, недостаточна, применяют дополни- тельные средства, вплоть до насосных установок, в частности, когда подшипниковые узлы размещены на значительном расстоянии от по- верхности залитого в корпус объёма масла.
Рис. 8.4. Подшипниковые узлы с закладными крышками:
1 – радиально-упорный подшипник; 2 – крышка закладная; 3 – самоустанав- ливающаяся шайба; 4 – винт регулировочный; 5 – уплотнение
64
Масло не должно вытекать за пределы корпуса. Из окружающе- го корпус пространства внутрь его не должны попадать влага, грязь и пыль. Защитные средства подшипников выполняют эти функции.
Ранее отмечено, что крышки подшипников используются для крепления подшипников. Одновременно крышки являются защитны- ми средствами в ряде случаев с дополнительными элементами – уп- лотнениями. Если вал не выходит за пределы корпуса, подшипник закрывается «глухой» крышкой. Если крышка приставная, под её фланец закладывают прокладки.
Вал, имеющий выход из корпуса, закрывается крышкой с от- верстием. В отверстие устанавливается или в нём формируется уп- лотнение. Выбор того или иного уплотнения зависит от окружной скорости вала, условий эксплуатации, ответственности изделия.
На рис. 8.4 и 8.5,а в крышку подшипника впрессовано манжет- ное армированное уплотнение открытым торцем внутрь корпуса.
Манжета выполняется из маслобензостойкой резины, армируется Г- образным кольцом и снабжается браслетной пружиной, обеспечи- вающей прижатие уплотняющего элемента манжеты к валу. Если участок вала полируется, армированные манжетные уплотнения при- меняют при скоростях вала до 10 м/с.
При скоростях вала до 5 м/с применяют войлочные уплотне- ния, выполненные в форме колец прямоугольного сечения, пропитан- ные горячим маслом. Эти кольца устанавливаются в трапецеидальной формы канавки крышки (рис.8.5,б).
а б в
Рис. 8.5. Уплотнения
65
Лабиринтные уплотнения (рис. 8.5,в) образованы чередованием радиальных и осевых зазоров большой длины неподвижных и вра- щающихся деталей. Зазоры заполняются пластичной смазкой и за- щищают подшипник при окружной скорости вала до 30 м/с.
Изнутри подшипник также за- щищается в тех случаях, когда он обильно заливается жидкой смазкой, что приводит к перегреву, а также с целью исключить попадание в под- шипник продуктов износа деталей.
Для обеспечения такой защиты между торцем внутреннего кольца подшип- ника 1 и уступом вала 2 (рис. 8.6) за- щемляется тонкостенная шайба 3.
1 2 3 4 5
51
Лабораторная работа № 6
Цель работы:изучение конструкций различных типов подшип- ников качения; знакомство с системой условных обозначений; практи- ческое определение сил, воспринимаемых подшипниками.
Задание
1. По маркировке определить тип и серию каждого из указан- ных подшипников качения.
2. Вычертить конструкцию подшипников качения. Проставить размеры, достаточные для привязки подшипника в механизме, и ука- зать основные справочные данные.
3. В условном центре тяжести подшипника проставить воспри- нимаемые силы.
Порядок выполнения работы
1. Изучить образцы подшипников качения, обращая внимание на форму колец снаружи, внутри, по торцам, форму тел качения, кон- струкцию и материал сепараторов.
2. Найти маркировку подшипника и составить характеристику подшипника, т.е. тип, серию, конструктивные разновидности.
3. Выполнить изображение разреза подшипников без сепара- торов с применением упрощений. Проставить размеры d, D и В.
4. Записать найденные в справочнике значения статической С
0
и динамической С грузоподъемности, предельную частоту вращения
n
пред
для различных типов смазки, массу m и угол контакта для ра- диально-упорных подшипников.
5. К точке в условном центре тяжести приложить силы, воспри- нимаемые подшипником с учетом их направления.
Вывод к лабораторной работе.
Контрольные вопросы
1. Назначение подшипников качения?
2. Из каких деталей состоит подшипник качения?
3. Зачем нужен сепаратор в подшипнике качения?
4. Как классифицируются подшипники качения по направле- нию воспринимаемой нагрузки?
5. Что обозначает маркировка подшипника качения?
6. Как из цифр маркировки определить внутренний диаметр подшипника?
52
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРУЖИН ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ
Теоретическое введение
Пружины – упругие детали, широко применяемые в машино- строении для амортизации ударов, виброизоляции, создания постоян- ных заданных сил, аккумулирования энергии и т. п.
По виду воспринимаемой внешней нагрузки различают пружи- ны силовыеи моментные.
Силовые пружины предназначены для восприятия сосредото- ченной силы. Моментные пружины служат для восприятия сосредо- точенной пары сил. По форме пружины подразделяются в основном на цилиндрические, конические и бочкообразные.
Металлические пружины изготавливаются из углеродистых и легированных сталей с содержанием углерода 0,5…1,1%. Для работы в химически активной среде применяют пружины из сплавов цветных металлов. И в зависимости от способа изготовления различают пру- жины витые, штампованные, точеные и наборные.
По назначению пружины бывают:
– пружины растяжения (рис. 7.1, а) навивают без просветов между витками; для передачи внешней нагрузки пружины снабжают зацепами в форме отогнутых последних витков;
– пружины сжатия (рис. 7.1, б) навивают с просветом между витками; опорные поверхности у пружин получают путем поджатия последних витков к соседним и шлифованием обеспечивают их пер- пендикулярность продольной оси пружины;
– пружины кручения (рис. 7.1, в) навивают обычно с малым уг- лом подъема и небольшими зазорами между витками; внешнюю на- грузку они воспринимают с помощью зацепов, образуемых отгибом концевых витков;
– пружины изгиба (рис. 7.1, г).
53
Рис. 7.1. Основные типы пружин
Основные геометрические параметры витых пружин
Рис. 7.2. Параметры витой пружины сжатия
Наибольшее распространение имеют пружины цилиндрической формы, получаемые в результате горячей навивки отожженной проволоки на цилиндрическую оправку. Витые цилиндрические пружины (рис. 7.2) характеризуются следующими геометрическими параметрами: диаметр проволоки d; средний диаметр D
o
; число рабочих витков i; рабочая длина
Н
р
; угол подъема витков α; шаг витков h.
Кривизну витка характеризует индекс пружины:
54
Расчет геометрии витых цилиндрических пружин сжатия
Длина пружины в сжатом состоянии: Н
с
= h
c
(i – 2) + d(i
a
+ 1), где h
c
= d + s – шаг пружины в состоянии сжатия; s = (0,1…0,15)d – абсолютное значение зазора между витками при условии их сжатия
(минимально допустимый зазор); i
a
– число опорных витков, не уча- ствующих в процессе деформации пружины.
Длина пружины в свободном состоянии: Н
0
= Н
с
+ δ, где δ – полная осадка пружины. Величина осевой осадки пружины при за- данном числе участвующих в деформации витков определяется сум- мой деформаций отдельных витков, каждый из которых представля- ется как брус большой кривизны.
Шаг пружины в ненагруженном состоянии:
Пружины под рабочей нагрузкой со снятием характеристики зависимости между приложенной осевой силой и деформацией пру- жины испытывают на приспособлениях со шкалами и грузами.
Жесткость пружины
Жесткостью пружины называют коэффициент пропорциональ- ности между силой упругости и изменением длины пружины под действием приложенной к ней силы.
Жесткость пружины k определяют при разных значениях силы упругости F
упр
и деформации |y|. Поэтому применяют графический способ нахождения среднего значения
k
. По результатам нескольких опытов строится график зависимости модуля силы упругости от де- формации |y|.
При построении графика большинство эксперимен- тальных точек не окажутся на прямой, которая соответствует закону
Гука:
.
Это связано с погрешностями измерения. В этом случае гра- фик надо проводить так, чтобы примерно одинаковое число точек,
55 оказалось, по разные стороны от прямой. После построения графи- ка берется точка на прямой в средней части графика и определяет- ся соответствующие этой точке значения силы упругости и удли- нения
(укорочения)
а б
Рис. 7.3. Схемы установок: 1 – основание; 2 – штатив; 3 – линейка;
4 – нагрузочная тарелка; 5 – пружина; 6 – грузы
Среднее значение жесткости k
ср
вычисляют по формуле
56
Результат измерения обычно записывают в виде выражения
k = k
cp
± Δ
k
, где Δ
k
- наибольшая абсолютная погрешность изме- рения. Относительная погрешность: откуда Δ
k
= δ∙k.
Наибольшая относительная погрешность δ = δ
m
+ δ
g
+ δ
y
, где δ
m
– погрешность массы грузов; δ
g
– погрешность ускорения свободного па- дения; δ
y
– погрешность при измерении удлинения
(укорочения).
Оборудование
В лабораторной работе используются макеты с пружинами раз- личных размеров, типов и форм. Для определения жесткости приме- няются установки для опыта с пружиной растяжения (рис. 7.3, а) и с пружиной сжатия (рис. 7.3, б), набор грузов
;
пружины растяжения и сжатия,
линейка с миллиметровыми делениями.
Лабораторная работа № 7
Цель работы: изучение конструкций различных типов пружин общего назначения, определение их основных геометрических пара- метров и знакомство с методикой расчета; экспериментальное иссле- дование жесткости пружин.
Задание
1. Дать характеристику представленных к исследованию пру- жин в зависимости от конструктивных особенностей.
2. Определить основные геометрические параметры витой ци- линдрической пружины сжатия (по указанию преподавателя).
3. Экспериментально определить жесткость пружин растяжения или сжатия с учетом погрешности.
Порядок выполнения работы
Этап I. Аналитическое исследование пружин
1. Дать характеристику каждой пружины на макете, обращая внимание на форму, конструктивные особенности и материал. Ре- зультаты занести в табл. 7.1.
57
Таблица 7.1
Характеристика пружин макета №___
№ пружины
Вид восприни- маемой нагрузки
Форма пружины
Способ изготовления
Назначение
1 2
…
11 2. Определить основные геометрические параметры витой ци- линдрической пружины сжатия (по указанию преподавателя). Штан- генциркулем измерить диаметр проволоки d, внешний диаметр D, длину H
0
и подсчитать количество рабочих iи опорных i
a
витков пружины. В журнал отчета занести результаты измерений и подсчета.
3. Рассчитать параметры указанной пружины:
– средний диаметр, мм
– индекс пружины
– шаг витков в ненагруженном состоянии, мм
– рабочая длина, мм Н
p
= i ∙h.
– угол подъема витков, град
– шаг пружины в состоянии сжатия, мм h
c
= d + 0,125d;
– длина пружины в сжатом состоянии, мм Н
с
= h
c
(i – 2) + d(i
a
+ 1).
4. Выполнить эскиз исследуемой пружины в натуральную ве- личину или в масштабе 2:1.
Этап II. Экспериментальное исследование
пружин растяжения
1. Рассчитать индекс пружины растяжения.
2. Закрепить на штативе витую пружину с нагрузочной тарел- кой. Отметить и записать деление линейки, против которого прихо- дится нагрузочная тарелка.
58 3. Установить на нагрузочную тарелку груз известной массы и измерить вызванное им удлинение пружины. К первому грузу до- бавьте второй, третий и т. д. грузы, записывая каждый раз удлинение
|y| пружины. По результатам заполните табл. 7.2.
Таблица 7.2
№ опыта
Вес грузов F, H
Удлинение пружины
, м
1 2
3
…
4. По результатам измерений постройте график зависимости силы упругости F
упр
= F от удлинения пружины
5. Определите среднее значение жесткости пружины k
cp
(Н/м) для точки на прямой в средней части графика:
6. Рассчитайте наибольшую относительную погрешность, с ко- торой найдено значение k ср
(из опыта с одним грузом):
δ
= δ
m
+ δ
y
7. Найдите наибольшую абсолютную погрешность, Н/м:
Этап III. Экспериментальное исследование
пружин сжатия
1. Рассчитать индекс пружины сжатия.
2. Установить в штатив витую пружину и закрыть нагрузочной тарелкой. Отметить и записать деление линейки, против которого приходится нагрузочная тарелка.
59 3. Установить на нагрузочную тарелку груз известной массы и измерить вызванное им сжатие пружины. К первому грузу добавьте второй, третий и т. д. грузы, записывая каждый раз сжатие |y| пружи- ны. Результаты измерений занести в табл. 7.3.
Таблица 7.3
№ опыта
Вес грузов F, H
Сжатие пружины
, м
1 2
3
…
4. По результатам измерений постройте график зависимости силы упругости F
упр
= F от сжатия пружины
5. Определите среднее значение жесткости пружины k
cp
(Н/м) для точки на прямой в средней части графика:
6. Рассчитайте наибольшую относительную погрешность, с ко- торой найдено значение k
ср
(из опыта с одним грузом):
δ = δ
m
+ δ
y
7. Найдите наибольшую абсолютную погрешность, Н/м:
Оформить вывод к лабораторной работе.
Контрольные вопросы
1. Для чего применяют пружины?
2. Что характеризует индекс пружины?
3. Как пружины подразделяются по форме?
4.Какие бывают пружины по назначению?
5. Как определить жесткость пружины?
60
УЗЛЫ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ
Теоретическое введение
Подшипниковый узел – это группа деталей, обеспечивающих работу, фиксацию, регулировку, защиту и смазку подшипника. В ре- дукторах подшипниковый узел не является самостоятельной сбороч- ной единицей, включаемой в спецификацию изделия.
Главный элемент подшипниковых узлов – подшипники, кото- рые являются опорами вращающихся валов, шкивов, блоков и т.д.
Подшипники по виду трения разделяют на подшипники скольжения и качения. В работе рассматриваются подшипниковые узлы с подшип- никами качения. Другие элементы подшипникового узла выполняют функции крепления подшипника, регулировки затяжки, смазки, за- щиты. Эти элементы используются также и для регулировки взаим- ного расположения деталей на валах, например, для регулировки за- цеплений.
Конструктивные решения подшипниковых узлов зависят от многих факторов. В первую очередь от сил, которые принимает на себя подшипник и передаёт их на корпус редуктора. Затем решается вопрос о фиксации подшипника на валу и в корпусе. Предпочтитель- ны конструкции подшипниковых узлов, образующие статически оп- ределимые системы валов.
Рис. 8.1. Подшипниковые узлы промежуточного вала:
1 – шариковый радиальный однорядный подшипник; 2 – корпус;
3 – крышки фланцевые (приставные); 4 – прокладка
61
Простейшим решением подшипниковых узлов является вари- ант, показанный на рис. 8.1. На цапфах вала установлены шариковые однорядные радиальные подшипники 1. Сами подшипники установ- лены в расточках (отверстиях) подшипниковых гнёзд корпуса 2. Кор- пус может быть разъёмным по оси вала. Подшипники закрыты флан- цевыми крышками 3 с установленными под фланцами прокладками 4.
Крышки крепятся к корпусу винтами. Плоскость гнезда корпуса, к которой примыкает крышка с прокладкой, должна быть обработана на станке. В конструкции предусмотрен зазор а (0,2…0,5 мм) между цилиндрическим пояском крышки и наружным кольцом правого подшипника. Зазор может быть и слева, и с обеих сторон, но суммар- ная величина должна быть равна заданной. Наличие зазора показыва- ет, что подшипники в осевом направлении винтами не затягиваются, следовательно, под крышки поставлены уплотнительные прокладки из картона.
На валу по рис. 8.1 может быть установлено прямозубое цилин- дрическое колесо или звёздочка цепной передачи. Представленные на рисунке подшипниковые узлы обеспечивают фиксированную опору, схема установки – «враспор»
При достаточной нагрузочной способности радиальные шари- ковые однорядные подшипники могут принимать и осевые силы, воз- никающие в зацеплении. Если на валу будет установлено цилиндри- ческое колесо с косозубым зацеплением, червячное или коническое колесо, то зазор должен быть выбран при затяжке винтов с подбором регулировочных прокладок требуемой толщины. Эти прокладки изго- тавливаются из стальной ленты или чёрной полировочной ленты. Ре- комендуемую толщину набора принимают 2 мм.
Регулировочные прокладки используются сначала для регули- ровки затяжки подшипников, при этом толщина пакета под каждой крышкой роли не играет, но фланцы крышек должны плотно приле- гать к гнёздам. Перестановкой части прокладок из одного подшипни- кового узла в другой, сохраняя общую толщину, определяемую при затяжке подшипников, смещают колесо и подшипники в нужную сторону в осевом направлении, т.е. регулируют зацепление передач.
На рис. 8.2 показано регулирование набором тонких металличе- ских прокладок 1, устанавливаемых под фланцы приставных крышек.
Для регулирования подшипников набор прокладок можно установить
62 под фланец одной из крышек. Если дополнительно требуется регули- ровать осевое положение вала, то общий набор прокладок разделяют на два, а затем каждый из них устанавливают под фланец соответст- вующей крышки. Регулирование набором металлических прокладок применяют при установке как радиальных, так и радиально-упорных подшипников.
Рис. 8.2. Подшипниковые узлы с фланцевыми крышками
В современных конструкциях редукторах вместо приставных крышек, показанных выше, применяются крышки закладные 1 по рис. 8.3. Эти крышки могут устанавливаться только в разъёмные кор- пуса, т.к. наружный размер крышки превышает размер отверстия в корпусе. Закладные крышки имеют меньшие размеры и массу, чем приставные, в них нет отверстий под крепёжные детали. Отпадает необходимость в крепёжных деталях и отверстиях в корпусах. На ус- тановку закладной крышки в корпусную деталь требуется меньшее время.
Рис. 8.3. Подшипниковые узлы с закладными крышками:
1 – крышка закладная; 2 – шариковый радиальный однорядный подшипник;
3 – кольцо компенсаторное
63
Регулирование радиальных подшипников 2 можно выполнять установкой компенсаторного кольца 3 между торцами внешнего кольца подшипника и крышки. Для удобства сборки компенсаторное кольцо нужно устанавливать со стороны глухой крышки подшипни- ка. При установке радиальных шарикоподшипников между торцами наружного кольца подшипника и торцем крышки подшипника остав- ляют зазор а для компенсации тепловых деформаций.
Регулировка радиально-упорных подшипников 1 с закладными крышками 2 существенно усложняется (рис. 8.4). Правая опора вала до- полнена самоустанавливающейся шайбой 3, слева сопрягаемой с наруж- ным кольцом подшипника, а справа – с регулировочным винтом 4, ввёр- нутым в закладную крышку. Вращая винт 4 можно выбрать все зазоры между сопрягаемыми деталями до нужной величины.
В процессе работы подшипники должны смазываться. Чаще для смазки подшипников используется масло, которое залито в корпус редуктора. При вращении деталей передач масло разбрызгивается, кроме этого образуется масляная пена. В результате все детали и стенки корпуса оказываются смазанными. Если для подшипников эта смазка, её называют картерной, недостаточна, применяют дополни- тельные средства, вплоть до насосных установок, в частности, когда подшипниковые узлы размещены на значительном расстоянии от по- верхности залитого в корпус объёма масла.
Рис. 8.4. Подшипниковые узлы с закладными крышками:
1 – радиально-упорный подшипник; 2 – крышка закладная; 3 – самоустанав- ливающаяся шайба; 4 – винт регулировочный; 5 – уплотнение
64
Масло не должно вытекать за пределы корпуса. Из окружающе- го корпус пространства внутрь его не должны попадать влага, грязь и пыль. Защитные средства подшипников выполняют эти функции.
Ранее отмечено, что крышки подшипников используются для крепления подшипников. Одновременно крышки являются защитны- ми средствами в ряде случаев с дополнительными элементами – уп- лотнениями. Если вал не выходит за пределы корпуса, подшипник закрывается «глухой» крышкой. Если крышка приставная, под её фланец закладывают прокладки.
Вал, имеющий выход из корпуса, закрывается крышкой с от- верстием. В отверстие устанавливается или в нём формируется уп- лотнение. Выбор того или иного уплотнения зависит от окружной скорости вала, условий эксплуатации, ответственности изделия.
На рис. 8.4 и 8.5,а в крышку подшипника впрессовано манжет- ное армированное уплотнение открытым торцем внутрь корпуса.
Манжета выполняется из маслобензостойкой резины, армируется Г- образным кольцом и снабжается браслетной пружиной, обеспечи- вающей прижатие уплотняющего элемента манжеты к валу. Если участок вала полируется, армированные манжетные уплотнения при- меняют при скоростях вала до 10 м/с.
При скоростях вала до 5 м/с применяют войлочные уплотне- ния, выполненные в форме колец прямоугольного сечения, пропитан- ные горячим маслом. Эти кольца устанавливаются в трапецеидальной формы канавки крышки (рис.8.5,б).
а б в
Рис. 8.5. Уплотнения
65
Лабиринтные уплотнения (рис. 8.5,в) образованы чередованием радиальных и осевых зазоров большой длины неподвижных и вра- щающихся деталей. Зазоры заполняются пластичной смазкой и за- щищают подшипник при окружной скорости вала до 30 м/с.
Изнутри подшипник также за- щищается в тех случаях, когда он обильно заливается жидкой смазкой, что приводит к перегреву, а также с целью исключить попадание в под- шипник продуктов износа деталей.
Для обеспечения такой защиты между торцем внутреннего кольца подшип- ника 1 и уступом вала 2 (рис. 8.6) за- щемляется тонкостенная шайба 3.
1 2 3 4 5
Оборудование
Лабораторная работа выполняется с использованием односту- пенчатого цилиндрического, конического и червячного редукторов.
Для анализа конструкции подшипниковых узлов промежуточных ва- лов применяют двухступенчатые цилиндрические редукторы.
Лабораторная работа № 8
Цель работы: изучить конструктивное исполнение подшипни- ковых узлов с выяснением их функциональных назначений в зубча- том или червячном редукторе; разобраться со способами защиты и смазки подшипников; изучить способы регулировки подшипников.
Задание
1. Изучить конструкции подшипниковых узлов редуктора и вы- полнить их эскизы в разрезе, соблюдая пропорции деталей.
2. Дать описание способов защиты и смазки подшипников.
3. Охарактеризовать способ регулировки подшипника.
Рис. 8.6. Пример защиты подшипника
Лабораторная работа выполняется с использованием односту- пенчатого цилиндрического, конического и червячного редукторов.
Для анализа конструкции подшипниковых узлов промежуточных ва- лов применяют двухступенчатые цилиндрические редукторы.
Лабораторная работа № 8
Цель работы: изучить конструктивное исполнение подшипни- ковых узлов с выяснением их функциональных назначений в зубча- том или червячном редукторе; разобраться со способами защиты и смазки подшипников; изучить способы регулировки подшипников.
Задание
1. Изучить конструкции подшипниковых узлов редуктора и вы- полнить их эскизы в разрезе, соблюдая пропорции деталей.
2. Дать описание способов защиты и смазки подшипников.
3. Охарактеризовать способ регулировки подшипника.
Рис. 8.6. Пример защиты подшипника
66
Порядок выполнения работы
1. Изучить конструкции подшипниковых узлов редуктора (по указанию преподавателя). Вычертить кинематическую схему редук- тора с указанием типа подшипников (рис. 8.7).
Радиальный
Радиально-упорный
Упорный
Рис. 8.7. Условные обозначения подшипников качения [1]
2. Выполнить эскиз конструкции подшипниковых узлов в раз- резе для одного вала редуктора (по указанию преподавателя), ориен- тируясь на рисунки в методических указаниях или дополнительной литературы.
Допускается:
– не измерять действительные размеры деталей, но при их изо- бражении соблюдать пропорции;
– выполнять неполный разрез.
В эскизе должны быть изображены вал, подшипники с указани- ем его типа, часть корпуса, крышки с указанием их конструкции, элементы системы защиты, детали крепления подшипника, уплотне- ния и другие детали.
К эскизу дать краткое пояснение конструкции узла с указанием схемы расположения подшипников.
3. Охарактеризовать способ регулировки подшипников.
Оформить вывод к лабораторной работе.
Контрольные вопросы
1. В чем назначение подшипникового узла?
2. Какие детали и сборочные элементы входят в конструкцию подшипникового узла?
3. Как осуществляется регулировка?
4. В чем основное конструктивное отличие подшипниковых уз- лов длинных валов?
5. Что обеспечивает уплотнение?
67
ВИНТОВЫЕ ПЕРЕДАЧИ
Теоретическое введение
Винтовые передачи (передачи винт - гайка) служат для преоб- разования вращательного движения в поступательное. Встречаются различные варианты винтовой передачи:
– вращение винта и поступательное перемещение гайки (ходо- вые винты станков);
– вращение и одновременно поступательное перемещение вин- та при неподвижной гайке (домкраты);
– вращение гайки и поступательное перемещение винта (точ- ные измерительные устройства, установочные и регулировочные ме- ханизмы).
Состоит передача из двух звеньев – винта 1 и гайки 2, при этом одно из звеньев закреплено от осевого перемещения (рис.9.1).
Передачи винт – гайка делят на передачи скольжения и каче-
ния. В передачах скольжения используют свойства резьбы, которая может иметь различный профиль (рис. 9.1,а). Материалы винта и гай- ки должны представлять антифрикционную пару, т. е. быть износо- стойкими и иметь минимальный коэффициент трения. Выбор марки материала зависит от назначения передачи, условий работы и способа обработки резьбы. В передачах качения между витками гайки и винта размещают тела качения 3 – шарики или ролики (рис. 9.1,б). Услов- ное обозначение передачи дано на рис.9.2
а б
Рис.9.1. Передача винт – гайка:
а – скольжения; б – качения
68
Винты в передачах делят на грузовые и ходовые. Грузовые вин- ты предназначены для передачи значительных осевых усилий (в дом- кратах, винтовых прессах и нажимных устройствах), ходовые – для установочных перемещений рабочих органов механизмов. В силовых передачах чаще всего используют упорную резьбу, в ходовых – тра- пецеидальную, прямоугольную или треугольную. Для установочных передач винт – гайка чаще всего используют метрическую резьбу
(применяемых для точных перемещений и регулировок).
Винт - гайка качения
Винт - гайка скольжения
(гайка неразъемная)
Рис. 9.2. Условное обозначение передач винт - гайка [1]
В винтовых механизмах вращение винта или гайки осуществ- ляют обычно с помощью маховика, шестерни и т.п. При этом переда- точное отношение есть отношение окружного перемещения маховика к перемещению гайки: где
– диаметр маховика;
– ход винта: – шаг резьбы;
– число заходов резьбы.
Скорость поступательного перемещения гайки, мм/с: где – частота вращения винта, мин
-1
К достоинствам передачи винт – гайка можно отнести следую- щие свойства: большой выигрыш в силе благодаря большому переда- точному числу; возможность получения медленного перемещения с высокой точностью; плавность и бесшумность; простота конструк- ции, изготовления и монтажа; возможность изготовления с высокой
69 точностью; самоторможение в передаче; малые габариты при боль- шой несущей способности.
Основным недостатком передачи винт – гайка является низкий
КПД из-за больших потерь на трение (КПД передачи 0,3).
Этот недостаток можно уменьшить использованием передачи качения. В шариковых винтовых передачах (рис. 9.3) на винте и в гайке выполнены винтовые канавки (резьба) криволинейного про- филя, служащие дорожками качения для шариков, размещенных между витками винта и гайки. Наибольшее распространение полу- чила резьба с полукруглым профилем (КПД передачи 0,9 и выше).
При вращении винта шарики увлекаются в движение по винтовым канавкам, поступательно перемещают гайку и, выка- тываясь из резьбы, через пе- репускной канал (канал воз- врата) возвращаются в ис- ходное положение. К недос- таткам можно отнести сложность конструкции гай- ки, необходимость высокой точности изготовления и хорошей защиты передачи от загрязнений.
Основные геометрические параметры передачи: диаметр распо- ложения центров тел качения, шаг резьбы Р и диаметр тел качения.
Типоразмеры на шариковые винтовые передачи устанавливает ГОСТ
25329-82. Шаг резьбы Р, мм: 2,5*; 3; 4; 5*; 6; 8; 10*; 12; 16; 20*, где знаком «*» отмечены предпочтительные значения.
Шариковые винтовые передачи применяют в механизмах точ- ных перемещений, в следящих системах и в ответственных силовых передачах (станкостроение, робототехника, авиационная и космиче- ская техника, атомная энергетика, кузнечно-прессовое оборудование и др.). На рис. 9.4 представлена схема рулевого механизма (ЗиЛ 131 и
Камаз 4310).
Рис.9.3. Шариковая винтовая передача
70
Значительные передаточные отношения обеспечивают дифферен-
циальные винтовые передачи с двой- ной резьбой одного направления и разным шагом. Дифференциальная винтовая передача позволяет полу- чить малые линейные перемещения и скорости гайки при больших угло- вых перемещениях и скоростях винта.
Конструктивные особенности данной передачи представлены на рис 9.5. Винт 1, имеющий два участка с резьбой разных шагов
(P
1
и P
2
) одного направления, ввернут в стойку 3. На другой участок резьбы винта навернута гайка 2. От поворота она удерживается на- правляющей штангой 4, на которой нанесены риски через каждые
10 мм. При вращении винта 1 гайка 2 совершает поступательное движение, состоящее из переносного движения вместе с винтом и относительного по отношению к винту.
Рис. 9.5. Дифференциальная винтовая передача (вид сверху)
Суммарное поступательное перемещение гайки 2 относительно стойки 3 определяется как где – число заходов резьбы; – угол поворота винта; P
1
и P
2
– шаги резьбы первого и второго винта.
Рис. 9.4. Винтореечная рулевая передача: 1 – винт; 2 – гайка- рейка; 3 – шарики; 4 - сектор
71
В зависимости от соотношения шагов резьбы возможны варианты:
– при Р
1
> Р
2
– направление перемещения гайки совпадает с направлением перемещения винта;
– при Р
1
= Р
2
– гайка неподвижна при вращении винта;
– при Р
1
< Р
2
– направление перемещения гайки противопо- ложно по направлению перемещения винта.
Скорость поступательного перемещения гайки, мм/с: где – частота вращения винта, мин
-1
Интегральная винтовая передача устроена аналогично, но резьбовые участки винта имеют противоположные направления резь- бы. Геометрические и кинематические параметры в интегральной пе- редаче определяются из выражений:
– суммарное линейное перемещение гайки, мм
– скорость перемещения гайки, мм/с
Оборудование
В лабораторной работе исследуются конструкции передач винт – гайка скольжения и качения (рис. 9.1). Шариковая винтовая передача рассматривается на примере рулевого механизма (рис.9.4).
На рис. 9.5 представлена дифференциальная винтовая передача.
Винт интегральной винтовой передачи отличается от винта диффе- ренциальной винтовой передачи направлением резьбы. В дифферен- циальной винтовой передаче направления резьбы на обоих участках винта одинаковая, в интегральной винтовой передаче на одном – ле- вое, на другом – правое.
Лабораторная работа № 9
Цель работы: изучить конструкцию винтовой передачи и определить ее передаточное отношение в зависимости от пара- метров резьбы.
72
Задание
1. Исследовать конструкцию винтовой пары и отобразить ее ус- ловное обозначение.
2. Проверить зависимость линейного перемещения гайки от уг- ла поворота винта.
3. Определить передаточное отношение винтовой передачи.
Порядок выполнения работы
1. Исследовать конструкцию винтовой передачи (по указанию преподавателя) и определить ее название по параметрам резьбы.
2. Отобразить кинематическую схему винтовой передачи и дать пояснение о подвижности или неподвижности винта и гайки. В отче- те указать значение шага резьбы (для интегральной и дифференци- альной передач – и
).
3. Определить поступательное перемещение гайки (винта) в за- висимости от конструкции винтовой пары.
Вручнуюповорачивая винт 1, совместить стенку подвижной гайки 2 с одной из рисок штанги 4 или линейки 5. Считая обороты винта 1, переместить гайку 2 на величину
- суммар- ное линейное перемещение гайки. В отчете указать значения и .
4. Рассчитать число заходов резьбы, округляя полученный ре- зультат до ближайшего целого числа:
– для передач винт – гайка скольжения и качения
;
– для дифференциальной винтовой передачи
;
– для интегральной винтовой передачи
5. Принять значение диаметра маховика из ряда, мм: 100;
125; 140; 160; 180; 200; 250 (по указанию преподавателя). Определить передаточное отношение винтовой передачи:
– для передач винт – гайка скольжения и качения
- для дифференциальной винтовой передачи
- для интегральной винтовой передачи