Файл: Хандельсман Ю.М. Камневые опоры.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 02.07.2024

Просмотров: 132

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Главные кривизны поверхности цапфы

 

 

h oj^ — 0 и

Аі2*2 —

 

1

 

 

г'<

 

 

 

 

 

 

Так как плоскости главных кривизн

k\\ и £2|

совпадают,

то

угол g= 0 и cos2£ = 1.

 

 

 

 

 

При той же схеме нагружения, но цилиндрическом отверстии

камня д0 рассчитывают по формуле

 

 

 

 

Чо = 0,5642

-, /

G

ги)

.

(27)

/

----

,

 

V

 

I т\ ггц

 

 

При действии осевой нагрузки максимальные контактные на­ пряжения в закрытой опоре (пята цапфы контактирует с подпят­ ником) определяются уравнением

 

1,5 Р

 

<7о =

- Я О“

(28)

Радиус площадки контакта

а в зависимости от формы

сопри­

касающихся поверхностей рассчитывают по одной из формул (20) пли (22).

Установление величины допускаемого наибольшего давления в контакте требует проведения поверочных расчетов опор, нормально работающих в заданных режимах. Ориентировочно [?0] для плас­

тичных материалов могут быть приняты равными (3-М)

стт — пре­

дела текучести. Для хрупких материалов, у которых

 

 

 

 

— < 0 ,3 3 ,

 

 

 

 

0в,

 

 

 

 

 

 

наибольшее допускаемое давление в контакте

 

 

 

 

[<7о] ÄS 4 НВ н/мм2

 

 

 

 

или, используя установленную в работе [7] связь

между

контакт­

ной прочностью при одноосном растяжении стр и

сжатии

а 0,

наи­

большее допускаемое давление определяют по формуле

 

 

 

м

КО г

 

 

 

 

(29)

 

Ор_

 

 

 

2 +

 

 

 

 

Ос

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При динамических нагрузках

[<7о]

снижается

до 2

раз.

При

работе опоры в условиях вибрации

приближенное значение макси­

мального усилия (без учета поглощения энергии при ударе)

нахо­

дят из выражения

 

 

 

 

 

 

Gmax — 0,382 йц %шх

^

(30)

где

V___ =_

8,8 Фдг +

У

2 Ар g

 

( 3 1 )

относительная максимальная скорость соударения цапфы и камня; X — частота вибрации в гц; Ф — амплитуда вибрации в мм; а„


коэффициент восстановления (для камневых опор со стальной цап­ фой а и» 0 ,6 ).

При работе опор в условиях линейных ускорений и тряски рас­ четную нагрузку, действующую па опору, увеличивают пропорцио­

нально перегрузке.

Расчет цилиндрических опор на износ проводят также по наи­ большим контактным давлениям. В этом случае допускаемые дав­ ления ç0 определяют анализом напряженного состояния иормальноработающнх опор в течение заданного времени.

Использовать для этих целен данные, которые приводятся в ли­ тературе, следует с большой осторожностью. Как было показано вы­ ше, на изнашивание влияют различные факторы, учет которых не­ обходим при определении [<?<>]. Например, известно, что при про­ чих равных условиях износ цапфы зависит от ориентации контакт­ ной поверхности камня к оптической оси кристалла, из которого он изготовлен. Если пренебречь этим фактором, то [<7о], определенные

Рис. 50.

Зависимость

интен­

сивности линейного

износа

Ih от

наибольшего

давле­

ния в контакте q0 (точки — экспериментальные, линии — теоретические) :

/,

2 — твердый

сплав ВК'ІО;

3,

4 — сталь У10А;

/ — смазка

УПИ; 2, 3 — сухое

трение; 4 —

 

смазка

МЗП-6

анализом, могут оказаться завышенными или заниженными. Кроме того, в одних случаях под нормально работающими КО понимают

опоры, которые в течение заданного времени работы

сохраняют

момент трения, не превышающий исходный более чем

на 10 или

20%; в других случаях под нормально работающими опорами пони­ мают такие, которые в течение определенного времени работают без регистрируемого износа или износа, снижающего исходную ше­ роховатость контактных поверхностей цапфы и камня более чем на один или два класса чистоты. Неполный учет факторов изнашива­ ния и различные требования, предъявляемые к КО, объясняют столь широкий диапазон встречающихся в литературе [?0]. Они колеблют­ ся от 250 до 4000 н/лш2.

Была ' сделана попытка связать допустимые контактные напря­ жения с интенсивностью линейного изнашивания Іи [47]. Из теории известно, что интенсивность изнашивания пропорциональна контакт­

ным

давлениям [50]. Проведенные

исследования подтвердили, что

эта

закономерность распространяется на материалы, применяемые

для

КО. Исследования проводились

на четырехшариковом трибо-

метре со сталью У10А и твердым сплавом ВКЮ. Контртелом слу­ жил лейкосапфир, изнашивающая способность которого не менялась во время опыта.

Установлено, что зависимость Іи от q0 носит линейный характер (рис. 50). В исследованных пределах зависимость Іи от q0 выраже­


на эмпирической формулой, вид которой и значение коэффициен­ тов приведены в табл. 31. Проверка показала, что найденные зави­

симости сохраняются и при

малых контактных

давлениях

(до

200 н/мм2).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 31

Зависимость интенсивности линейного износа / Л от наибольших

 

 

контактных давлений q0

 

 

 

 

 

Эмпирическая

Значение коэффициентов

Материал

Смазка

 

 

 

 

формула

k

 

b

 

 

 

 

 

 

Твердый

Фторуглеродная

 

1,28-Ю-10

—2 ,04-10- 8

сплав ВКЮ

жидкость

 

 

 

 

 

То же

Без смазки

Ui = kqo + b 5,0- ІО-

' 0

- 6 , 0 - ю- 8

Сталь У10А

То же

 

3,13-Ю- 9

0,4 -ІО"7

То же

Масло МЗП-6

 

3,96 • 10~ *°

0,3-іо-8

При проектировании КО контактные напряжения можно варьи­ ровать в относительно широких пределах. Если задаться, исходя из требований точности центрирования,’ интенсивностью изнашивания, то по формуле, приведенной в табл. 31, или аналогичной вычисляют

допустимую

величину

q0.

В спроектированных опорах, зная

контактные

давления,

можно

определить срок надежной

службы

опор.

работы часовых КО, в которых <7OR*340 н / м м 2 ,

показал,

Анализ

что при этих давлениях в условиях совершенной граничной смазки не происходит регистрируемого износа; они обеспечивают стабиль­ ное трение и могут быть приняты за допустимые.

Для обеспечения стабильного трения на пяте цапфы радиус ее сферической поверхности целесообразно определять, исходя из до­ пускаемых контактных напряжений:

0,194 Р

(32)

М 3

Формула (32), при известном значении [ç0], позволяет опреде­ лить радиус пяты гп, соответствующий заданной продолжительности работы опоры.

Оптимальный радиус оливажа, соответствующий минимальному

и стабильному трению, можно

определить, преобразуя

формулу

(26):

 

 

2 т |* (

я [go]

(33)

 

 

G

г


Коэффициент tip, в свою очередь, зависит от rt. При его опре­ делении задаемся величиной п, а после нахождения величины г\, пр уточняем и расчет повторяем.

2.ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ КАМНЕВЫХ ОПОР С КОНИЧЕСКОЙ ЦАПФОЙ

КО с конической рабочей поверхностью подшипника встречают­ ся крайне редко. Они требуют индивидуальной подгонки и приме­ няются только в уникальных приборах. Более широкое распростра­ нение получили опоры с конической цапфой (центр) п камневым подшипником с цилиндрическим отверстием, имеющим выполненную по радиусу фаску — опоры на центрах (рис. 51). В таких опорах

Рис. 51. Опоры на центрах

применяют камни основной формы Ш, У и реже Д. Цилиндрические, отверстия камней снабжаются дополнительной формой б, д, е, кото­ рая образует контактную поверхность камня. Для изготовления цап­ фы-центра можно применить камень формы Лк, но, как правило, цапфа-центр изготавливается из металла.

Опоры на центрах при использовании одного камня воспринима­ ют осевые и радиальные нагрузки, причем при изменении поло­ жения оси в пространстве момент трения изменяется в меньшей ме­ ре, чем в цилиндрических опорах. Благодаря малым поверхностям трения они допускают без заклинивания значительный перекос оси, но по этой же причине имеют малую несущую способность.

Комическая цапфа опор на центрах при одинаковом

моменте

Трения в цапфах Л4Ц с' цилиндрическими опорами обладает

большей

прочностью, чем цилиндрическая цапфа, что является важным пре­ имуществом опор па центрах. Такие опоры во избежание возмож­ ного заклинивания при изменении температуры снабжаются отно­

сительно

большими

осевыми зазорами, что приводит к

увеличе­

нию радиальных зазоров и снижению

точности

центрирования. Они

применяются для небольших нагрузок

и малых

скоростей вращения

как со смазкой,

так

и без смазки.

Удельная маслоемкость

опор на

центрах

меньше,

чем

у закрытых

опор с цилиндрической

цапфой.

 

Рис. 52. Схемы к расчету опор на центрах

 

Конструктивно

опоры выполняются либо с

неподвижным

(рис. 51, а,

б, в), либо с подвижным

центром (рис. 51, г).

С целью

повышения

точности

центрирования

и направления

одна

из опор

осп снабжается упругим элементом в виде цилиндрической пружи­ ны (рис. 51, г, д) или прокладки из резины (рис. 51, е). Осевой за­ зор регулируется или перемещением втулки с подшипником (рис. 51, д, е), или перемещением центра (рис. 51, а, б, в, г). Регулировка положения оси достигается поворотом втулки, в которую эксцент­

рично запрессован центр

(рис. 51, а).

радиального

Момент трения

конических опор. При действии

усилия (рис. 52, а)

момент трения Мп определяют по формуле

M4 = f

- ( d ' - A o t g ß ) .

(34)

 

 

2 cos р

 

При расчете считают, что осевой зазор Д0 распределен равно­ мерно между опорами оси. В этой формуле d' является диаметром отверстия камня по линии контакта с цапфой при отсутствии за­ зора. При действии осевого усилия момент трения в цапфе (рис. 52, б)

(35)

При одновременном действии радиальных и осевых усилий об­ щий момент сил трения равен сумме моментов трения, определенных по формулам (34) и (35).

Как следует из расчетных формул, момент трения в цапфе Л4Ц

зависит от угла

конуса

цапфы и зазора. Если на ось, установленную

в опорах без

зазора,

действует только сила тяжести подвижной