5 ВИБІР ПІДШИПНИКІВ І ПОБУДОВА ТРИВИМІРНИХ МОДЕЛЕЙ ВАЛІВ У СКЛАДЕНОМУ ВИГЛЯДІ

Після визначення діаметрів валів з перевіркою їх на статичну міцність та жорсткість і встановлення розмірів вихідних кінців валів переходять до створення їх тривимірних моделей. Цю роботу починають з вибору компонування вала в складеному вигляді. Керуючись розрахунками (підрозд. 1.3), перевагу віддають загальному компонуванню редуктора і компонуванню підшипникових вузлів (рис. 5.1), за допомогою яких вали встановлюють у корпусі редуктора.

На даному етапі необхідно було б переконатися в правильності зробленого вибору або внести в конструкцію зміни. При визначенні діаметрів ступенів вала (так зазвичай називають його гладкі циліндричні або конічні частини) за основу беруть розраховане в розд. 4 значення діаметра вихідного кінця вала (на рис. 5.1 – Ø16).

Створюючи тривимірну модель будь-якої деталі, необхідно користуватися літературою [8, т. 1, с. 481], щоб правильно будувати стандартизовані та нормалізовані конструктивні елементи (вже готові тривимірні моделі зубчастих коліс також слід перевіряти на відповідність зазначеним вимогам). Існують певні відмінності між принципом побудови складальних одиниць валів у циліндричних, конічних та черв’ячних зубчастих передачах, але завжди цю роботу починають з вибору підшипників.

r.5.1.png

Рисунок 5.1 – Компонування підшипникових вузлів вала

 

5.1 Типи підшипників кочення та їхні позначення

 

Найчастіше для описаних вище складальних одиниць використовують підшипники кочення, підбір яких починають, керуючись вимогами ГОСТ 8338–75, передбаченими для діаметра отвору під вал, який дорівнює 30 мм. З цією метою спочатку вставляють у підшипниковий вузол недорогі підшипники надлегких 1, 2, особливо легких 3, 4 і легких 5 серій, а якщо вони не підходять за вантажопідйомністю або довговічністю, то починають встановлювати підшипник середньої 6 і важкої 7 серій. За параметром ширини розрізняють вузьку 3, нормальну 4, широку і особливо широку серії. Причому у виробництві підшипників для одного стандарту або типу не завжди передбачено випуск усіх серій. Користуючись елементом програми КОМПАС «Библиотеки Стандартных Изделий», кожну з них можна знайти в папці з номером стандарту «Подшипник ГОСТ 8338–75», двічі клацнувши лівою кнопкою миші по рядку «d, внутренний диаметр» таблиці вибору підшипників.

Увівши значення діаметра 30 у ліву колонку таблиці «Выбор типоразмеров и параметров», яка при цьому з’явилася, відкривають усі можливі варіанти підшипників цього стандарту із розміром внутрішнього діаметра отвору 30 мм та різними значеннями зовнішнього діаметра й ширини.

Умовні позначення підшипників кочення в Україні відповідають прийнятим у державах СНД. Маркування підшипників складається із стандартизованого умовного позначення за ГОСТ 3189–89 і товарного знака заводу-виробника.

 

5.2 Особливості компонування валів циліндричних редукторів

 

Вали циліндричних редукторів зазвичай спираються на кулькові, рідше – на роликові радіальні підшипники. Якщо передача косозуба і має великий кут нахилу лінії зубця, то можна застосовувати радіально-упорні підшипники, але, наприклад, шевронні колеса, зрівноважені за осьовими силами, таких підшипників не потребують.

Найчастіше внутрішні кільця підшипників безпосередньо або через масловідбивальні кільця (дистанційні втулки) упираються в буртики вала ліворуч чи праворуч від зубчастого колеса, а зовнішні кільця стискаються назустріч одне одному виступами кришок підшипникових вузлів, одна з яких глуха, а друга – прохідна (у вихідному кінці вала). Саме такі процеси відбуваються в нагрітому до робочої температури підшипнику, але в холодному стані між однією з кришок на валу та зовнішнім кільцем підшипника має бути зазор величиною від 0,5 до 1,0 мм [9, т. 2, с. 250]. Правильним було б зобразити цей вузол без проміжку, але тоді необхідно задати розмір висоти упорної частини кришки з допуском гарантованого зазору, наприклад b12 або b13. Конічні ж підшипники завжди мають бути стиснені деяким попереднім монтажним осьовим зусиллям, яке виключає перекіс тіл кочення по відношенню до кілець підшипника.

У пазах прохідних кришок монтують ущільнення (лабіринтові або сальникові), завдяки яким мастило не витікає, а пил не потрапляє всередину редуктора.

 

5.3 Побудова тривимірної моделі вала

 

КОМПАС-3D дозволяє створити вал і вал-шестірню декількома способами. Можна накреслити використовуючи графічні примітиви і просторове мислення, а можна створити деталь. Так само, за допомогою Прикладних бібліотек зробити майже те ж саме, креслення і модель.

Для створення креслення вала або шестірні, в документі креслення треба запустити «Валы и механические передачи 2D», в розділі «Механика» вкладення  «Приложения» головного меню (рис. 5.2).

r.5.2.png

Рисунок 5.2 – Підключення бібліотеки «Валы и механические передачи 2D»

 

Активувавши побудову моделі і вибравши тип відтворення (рис. 5.3), варто вказати точку початку.

r.5.3.png

Рисунок 5.3 – Створення нової моделі і вибір типу відтворення

 

На наступному етапі треба вибрати потрібну ступінь. Вказати її розміри, параметри зліва і справа (рис. 5.4).

 

r.5.4.png

 

Рисунок 5.4 – Створення циліндричної ступені

Далі переходимо до створення і генерування тривимірної моделі вала (рисунки 5.5 та 5.6).

 

r.5.5.png

 

Рисунок 5.5 – Створення моделі вала

  

 r.5.6.png

Рисунок 5.6 – Генерація тривимірної моделі вала


 

5.4 Вибір підшипників

 

Вибір підшипників залежить від виду навантаження на валі. При відсутності осьового навантаження (циліндричні, прямозубі і шевронні передачі) обирають радіальні підшипники: кулькові підшипники радіальні однорядні і роликові радіальні з короткими циліндричними роликами. Роликопідшипники мають більшу навантажувальну спроможність при однакових габаритах. Їх зазвичай використовують при потужності редуктора понад 8 кВт. Роликопідшипники не здатні сприймати осьове навантаження. Кулькові підшипники припускають осьове навантаження (до 70% невикористаного радіального).

Кулькові підшипники радіально-упорні однорядні встановлюють при невеликих осьових навантаженнях, що створюють циліндричні косозубі і конічні прямозубі передачі невеликої потужності. Роликопідшипники конічні однорядні використовують при значних осьових навантаженнях у конічних передачах із круговими зубцями і черв’ячних, а також при потужності редукторів понад 10 кВт. Конічні роликопідшипники і радіально-упорні кулькові підшипники встановлюють попарно для усунення осьових зазорів.

При наявності тільки осьового навантаження вибираються радіальні кулькові підшипники. Спочатку обирають підшипники легкої серії; при недостатній навантажувальній спроможності опор обираються підшипники більшого діаметра або підшипники іншої (важчої) серії.

 

5.5 Розрахунок підшипників при дії радіального навантаження

 

Радіальні кулькові та роликопідшипники призначені для сприймання здебільшого радіального навантаження, проте вони здатні витримувати й незначне осьове навантаження. Для вибраного підшипника з бібліотеки стандартних виробів (рис. 5.7) або з довідкової літератури виписують значення базової динамічної вантажопідйомності.

Визначають еквівалентне навантаження, що діє на підшипник, а саме:

Qекв = X×V×Fr×kб×kt,

де X – коефіцієнт радіального навантаження, X = 1,0;

V – коефіцієнт обертання, при обертанні внутрішнього кільця V = 1,0;

Fr – радіальне навантаження на опору, Н;

kб – коефіцієнт безпеки, залежно від умов його значення приймають у діапазоні від 1,0 до 2,5 (таблиця 5.1);

kt – температурний коефіцієнт, kt = 1,0, оскільки робоча температура підшипників кочення, як правило, не перевищує 100 °С.

 

r.5.7.png

 

Рисунок 5.7 – Вибір підшипників для вала

 

Таблиця 5.1 – Значення коефіцієнта безпеки

Характер навантаження на підшипники

kδ

Спокійне навантаження без поштовхів

1

Легкі поштовхи. Короткочасні перевантаження до 125% номінального розрахункового навантаження

1…1,2

Помірні поштовхи. Вібраційне навантаження. Короткочасне перевантаження до 150% номінального навантаження

1,3…1,5

Те ж саме, в умовах підвищеної надійності

1,5…1,8

Навантаження із значними поштовхами та вібрацією. Короткочасні перевантаження до 200% номінального навантаження

1,8…2,5

Навантаження з сильними ударами, короткочасні перевантаження до 300% номінального розрахункового навантаження

2,5…3

 

Визначають номінальну довговічність (ресурс) підшипників у мільйонах обертів або у годинах

f.5.5.png

де р – показник степеня довговічності, для кулькопідшипників р = 3, для роликопідшипників – 10/3;

nі – частота обертання i-го вала, об./хв.

Отримані значення ресурсу порівнюють із встановленим у завданні на курсове проектування. Якщо розрахована довговічність менша від заданої або перевищує її більш ніж у 10 разів, то приймають інший відповідний типорозмір підшипника.

  

5.6 Розрахунок підшипників при дії радіального і осьового навантажень

 

Радіальні підшипники здатні сприймати як радіальні зусилля, так і осьові, що не перевищують 70 % невикористаного допустимого радіального навантаження.

Для вибраного з довідкової літератури [5] підшипника виписати значення базової динамічної C (іноді її позначають Cr) і статичної C0 (іноді її позначають через C0r) вантажопідйомності.

Послідовність розрахунку підшипників:

– Установити величину відношення осьової сили, що виникає в зубчастій передачі, до статичної вантажопідйомності підшипника,

f.5.6.png

 

і за його величиною з табл. 5.2, знайти величину параметра осьового навантаження e.

– Розрахувати відношення величини осьової сили, що виникає в зубчастій передачі, до радіальних навантажень на підшипники двох опор вала

f.5.7.png

 

– Визначити еквівалентне навантаження, що діє на кожен підшипник

f.5.8.png

де X, Y – коефіцієнти радіального та осьового навантаження, відповідно, значення яких вибирають з таблиці 5.2, а решту коефіцієнтів визначають як описано вище в п. 5.5.

Таблиця 5.2 – Значення параметра е та коефіцієнтів X, Y для радіальних кулькових підшипників

r.5.8.png

 

* При визначенні параметрів е, X та Y виконати лінійну інтерполяцію.

 

5.7 Редагування розмірів валів і місць монтування підшипників на валах

 

При побудові ескізу складальної одиниці може з’ясуватися, що вали передачі виявилися занадто довгими чи короткими або підшипники одного з валів (наприклад, одноступеневого редуктора) розташовані на різній відстані від зубчастого колеса або не на одній лінії з підшипниками іншого вала. На рис. 5.8 майже всі підшипники, за винятком лівого нижнього, розташовані правильно. Як бачимо, підшипник швидкохідного вала встановлено зі зміщенням до інших з нижнього ряду. Отже, треба відредагувати елементи вала і переробити службовий ескіз площини рознімного з’єднання корпусу.

  

 r.5.8.1.png

 

Рисунок 5.8 – Ескіз площини рознімного з’єднання корпусу

 

Стандартизовані елементи з бібліотек програми КОМПАС редагують аналогічно, але тоді знову відкривають вікно бібліотеки, у якому слід вибрати інший подібний елемент. Відредаговані файли мають бути збережені під уже наданими їм іменами.

 

 

Питання для самоконтролю

 

1 Діаметр якої частини вала переважно мінімальний?

2 Які підшипники встановлюють на валах циліндричної прямозубої передачі?

3 Які підшипники встановлюють на валах циліндричної косозубої передачі?

4 Які підшипники найчастіше монтують на валах конічної передачі?

5 Підшипниками якого типу здебільшого обладнують черв’ячні передачі?

6 Котре з двох кілець підшипника має упиратися в буртик вала, на якому цей підшипник встановлено?

7 Що являє собою довговічність підшипника?

8 У чому полягає різниця між радіальним та радіально-упорним підшипником?

9 У якого типу файлів програми КОМПАС будують зображення складальних одиниць?

10 Яка різниця між базовою статичною і динамічною вантажопідйомністю підшипника?