ІНЖЕНЕРНА МЕХАНІКА (ДЕТАЛІ МАШИН)

 

         Мета роботи: Ознайомлення з основними принципами вибору та розрахунку систем змащування для різних типів передаточних механізмів, зокрема редукторів загального призначення. Огляд конструкцій основних типових елементів системи змащування. Проведення аналізу видів змащування типових підшипникових вузлів, ущільнень вихідних кінців валів.

 

        Основні теоретичні відомості

       Для зменшення втрат потужності на тертя і зниження інтенсивності зносу поверхонь, що труться, а також для оберігання їх від заїдання, задирів, корозії і кращого відведення теплоти від поверхонь деталей, що труться, вони повинні мати надійне мастило.

      В даний час у машинобудуванні для мастила передач широко застосовують картерну систему змащування. У корпус редуктора заливають мастило так, щоб вінці коліс були в нього занурені. При їх обертанні мастило захоплюється зубцями, розбризкується, утворюючи масляний туман, потрапляє на внутрішні стінки корпусу, звідки стікає в нижню його частину. Усередині корпусу утворюється суспензія частинок мастила в повітрі, які покривають поверхню деталей, розташованих усередині корпусу.

      Картерне змащування застосовують при коловій швидкості зубчастих коліс від 0,3 до 12,5 м/с. При вищих швидкостях мастило скидається із зубців відцентровою силою і зачеплення працює при недоліку мастила. Крім того, помітно збільшуються втрати потужності на перемішування мастила і підвищується його температура.

      Вибір змащувального матеріалу заснований на досвіді експлуатації машин. Принцип призначення сорту мастила наступний: чим вище контактний тиск в зубцях, тим більшою в'язкістю повинне володіти мастило, чим вище колова швидкість колеса, тим менше повинна бути в'язкість мастила.

       Для змащення деталей циліндричних і конічних редукторів застосовують індустріальні мастила марок І-20а, І-30а, І-40, І-50 та І-60. Підходять також мастила марок І-Г-С-32, І-Г-С-46, І-Г-С-68 та І-Г-С-100 (якщо колова швидкість зубців більшого зубчастого колеса не перевищує 12 м/с).

     У основі корпусу редуктора передбачений вказівник рівня мастила і зливна пробка (рис. 1, 2).

       Циліндрична різьба не створює надійного ущільнення. Тому під пробку з циліндричною різьбою ставлять ущільнюючі прокладки з фібри, алюмінію, пароніту. Для цієї мети застосовують також кільця з мастилобензостійкої гуми. Кільця розміщують в поглиблення t, щоб вони не видавлювалися пробкою при її закручуванні.

       Конічна різьба створює герметичне з'єднання, пробки з цією різьбою додаткового ущільнення не вимагають. Тому застосування їх більш бажано.

Для спостереження за рівнем мастила в корпусі встановлюють покажчик з числа наведених на рисунках 1, 2; мастилопокажчики жезлові (щупи) (рис. 1, а, б),  круглі (рис. 1, в); мастилозливні пробки (рис. 2).

       В процесі роботи мастило забруднюється продуктами зносу, властивості мастила з часом погіршуються. Тому мастило, налите в корпус редуктора, періодично змінюють, зливають його, корпус промивають і заливають свіже мастило. Заливають мастило через люк в кришці корпусу, а зливають через отвір для гвинта в його нижній частині. Зливний отвір закривають пробкою з циліндричним (рис. 2, а) або конічним різьбленням (рис. 2, б).

 

в)

 

а), б) жезлові (щупи), в) круглі

Рисунок 1 – Вказівники рівня мастила

 

 

Рисунок 2 – Зливна пробка

 

       Підшипники змащують тим же мастилом, що і деталі передач. Інше мастило застосовують лише у відповідальних виробах, в яких потрібно захистити підшипники від продуктів зносу деталей передач.

       При картерному змащенні коліс підшипники кочення змащуються бризками мастила. При коловій швидкості обертання коліс понад 1 м/с бризками мастила покриваються всі деталі передач і внутрішні поверхні стінок корпусу. Мастило, що стікає з коліс, валів і стінок корпусу, потрапляє до підшипників.

       У двоступеневій передачі при коловій швидкості < 1 м/с в мастило досить занурити тільки колесо тихохідної ступіні, а максимальний рівень приймається рівним третині радіуса колеса тихохідної ступіні (рис. 3).

        Загальна кількість мастила в редукторі повинна бути не меншою від 0,5 л на один кіловат потужності редуктора. Нижній рівень змащення зануренням колеса відповідає величині m, а верхній становить приблизно 0,25d₂.

 

Рисунок 3 – Визначення рівня мастила у двоступеневих редукторах

 

       При тривалій роботі, узв'язку з нагріванням мастила та повітря підвищується тиск усередині корпусу. Це призводить до просочування мастила через ущільнення і стики. Щоб уникнути цього, внутрішню порожнину корпусу з’єднують з зовнішнім середовищем шляхом установки віддушин в його верхніх точках.

         Найбільше застосування знаходять віддушини, зображені на рис. 4.

 Рисунок 4 – Пробка-віддушина та ручка-віддушина

 

       Ущільнювальні пристрої застосовують для оберігання від витікання мастильного матеріалу з підшипникових вузлів, а також для захисту їх від попадання ззовні пилу і вологи.  У сучасному машинобудуванні  широко застосовують манжетні ущільнення.

       Манжету зазвичай встановлюють робочим крайком всередину корпусу (рис. 5) так, щоб забезпечити до неї хороший доступ мастила. При пресуванні пластичного мастильного матеріалу тиск всередині підшипникової камери може бути дуже високим. Щоб не пошкодити манжету, її встановлюють в цьому випадку робочим крайком назовні. Тоді при підвищенні тиску мастильний матеріал відігне крайок манжети і надлишок його вийде назовні. При високому рівні мастила ставлять поряд дві манжети.

 

Рисунок 5 – Манжетне ущільнення

 

Завдання для самостійної домашньої підготовки

         Під час підготовки до даного практичного заняття проробити матеріали з розрахунку системи змащення деталей та підшипникових вузлів [1].

      При огляді літературних джерел по темі „Системи змащування“ зосередитись на:

- критеріях вибору систем змащування різних типів редукторів;

- критеріях вибору сорту мастила для передач зачепленням;

- особливостях змащування підшипників кочення;

- конструктивних особливостях корпусних деталей редукторів, коробок та деталей, що обслуговують систему змащування (пробок, кришок, масельничок, покажчиків рівня мастила, тощо);

- способах ущільнення нерухомих стиків корпусних деталей та рухомих деталей, зокрема вихідних кінців валів;

- методиках визначення кількості мастила для картерного способу змащування редукторів та коробок передач.

 

Програма роботи

- видача варіанта індивідуального завдання, ознайомлення з оформленням, графіком його виконання;

- узгодження, порядку звітності студентів по результатах самостійної роботи, форм і строків консультацій;

- видача методичної літератури, ознайомлення з порядком користування довідковими даними;

- узгодження основних етапів методики розрахунку;

- попередження про типові помилки, що часто допускають студенти;

- виконання студентами прикладу вибору і розрахунку згідно з темою даного практичного заняття;

- аналіз етапів розрахунку, які потребують прийняття конкретних конструктивних рішень;

- контроль викладача за ходом проведення заняття з аналізом виникаючих у його процесі помилок;

- аналіз кінцевих результатів проведеного розрахунку, формулювання висновків і рекомендацій;

- підведення підсумків практичного заняття, узгодження завдань на самостійну роботу студентів.

 

Завдання та вихідні дані для розрахунків

         1 Оформлення вихідних даних на розрахунок:

а) сформулювати задачу розрахунку з зазначенням основних етапів;

б) навести вихідні дані розрахунку системи змащування редуктора:

  - потужність, що передається редуктором;

  - діаметр кола виступів найбільшого зубчастого колеса;

  - колова швидкість на ділильному колі найбільшого зубчастого колеса редуктора;

  - розміри дна редуктора: довжина і ширина між внутрішніми стінками (з ескізного компонування).

- потужність, яку передає редуктор, кВт                Р =

- обертаючий момент на валі, Н·мм                      Т =

- ділильний діаметр і ширина колеса, мм              d₂ =

                                                                                   b₂ =

-колова швидкість, м/с                                              v₂ =

- розміри дна редуктора по внутрішніх стінках, мм:

- довжина                                                     L =

- ширина                                                      В =

 

Рисунок 6 – Розрахункова схема системи змащення

 

         2 Вибір способу змащення

       Система змащування механічної передачі служить для пониження коефіцієнта тертя ковзання, зменшення зносу, відводу тепла і продуктів зносу від поверхонь тертя, захисту від корозії і зниження шуму і вібрацій.

        Для закритих зубчастих і черв’ячних передач, що є складовою частиною таких механізмів як редуктори, коробки передач, звичайно застосовують картерний спосіб змащення. При такому способі елементи передач – зубчасті і черв’ячні колеса, черв’яки змащуються зануренням, а підшипники кочення, встановлені в одній площині з внутрішньою стінкою корпусу, – розбризкуванням. Для конструкцій, що мають підшипники, віддалені від поверхні мастила (наприклад вертикальні багатоступінчасті редуктори) застосовують комбінований спосіб – коли підшипники верхніх валів змащуються консистентним мастилом. Для напружених відповідальних механізмів рекомендують примусове змащування.

        3 Вибір сорту мастила

      Сорт мастила вибирається в залежності від напруженості зачеплення (характеризується контактними напруженнями в зачепленні) і швидкісних характеристик передачі (фактичної колової швидкості).

      4 Визначення об’єму та рівня мастила

    Визначення кількості мастила пов’язане з коефіцієнтом корисної дії передачі, яка змащується, і проводиться по емпіричних формулах в залежності від потужності, яку передає редуктор, звичайно в літрах мастила на 1 кВт потужності. Для кожного виду і типу редукторів існують конкретні рекомендації.

     Рівень мастила при картерному способі змащування встановлюється з умови глибини занурення елементів передач в масляну ванну, яка, в свою чергу, залежить від компонувальної схеми редуктора і швидкісних характеристик передач.

     Наприклад, за рекомендаціями [1], в горизонтальних циліндричних і черв’ячних редукторах тихохідне колесо може занурюватись в рідину мінімум на величину модуля, максимум на чверть свого діаметра. При нижньому розташуванні шестірні мінімум – два модулі, максимум – половина діаметра, такі ж нормативи і для нижнього розташування черв’яка.

       Рівень змащення

h = y + h_м,

      де y – зазор між обідом колеса і днищем редуктора, мм;

          h_м – глибина занурення тихохідного колеса, мм.

      Обсяг масляної ванни

V = h × L × B.

      Для конічних зачеплень важливо, щоб мастило повністю покривало зуб колеса. Для підшипників бажано, щоб рівень мастила доходив до середини нижнього тіла кочення. Після визначення рівня мастила перевіряється відстань від зануреного в мастило елемента передачі до дна картера.

        5 Ущільнення і елементи системи змащення

     Стики нерухомих деталей – кришок люків, кришок підшипників, циліндричних пробок, тощо з корпусними деталями ущільнюються за допомогою прокладок. Якщо стик корпусних деталей проходить по постелях підшипників, він ущільнюється за допомогою рідких герметиків.

      Для ущільнення вихідних кінців валів та захисту підшипників від надмірного впливу мастильної рідини застосовується широкий спектр ущільнюючих пристроїв контактної і безконтактної дії.

     Типові елементи систем змащення, такі як покажчики рівня мастила, масельнички, віддушини, пробки та інші, в більшості своїй стандартизовані і нормалізовані.

     Провести розрахунок системи змащення згідно з індивідуальним завданням, виданим на даному практичному занятті.

 

         Контрольні запитання

 

1 Назвіть основні функції системи змащення редуктора, КПП.

2 З яких міркувань для більшості редукторів, коробок передач та коробок швидкостей застосовують картерний спосіб змащення?

3 Які види і сорти мастильних матеріалів застосовують для змащення зубчастих та черв’ячних передач, підшипників кочення?

4 За якими критеріями визначають об’єм масляної ванни при картерному способі змащення, глибину занурювання деталей передач в мастило?

5 Перерахуйте характерні деталі та вузли системи змащення.

6 За допомогою яких засобів здійснюють ущільнення нерухомих корпусних деталей?

7 Як ущільнюють вихідні кінці валів?

8 Як відбувається змащення зубчатого зачеплення і опор у закритій передачі, у відкритій?

9 Яким чином заливають та зливають мастило в редукторі?

10 Вкажіть пристрої для контроля рівня мастила в редукторі.