Расчет и выбор посадки с гарантированным зазором для подшипника жидкостного трения

Посадки с зазором предназначены для подвижных и неподвижных соединений деталей. В подвижных соединениях зазор служит для обеспечения свободы перемещения, размещения слоя смазки, компенсации температурных деформаций, а также компенсации отклонений формы сборки и др.

В неподвижных соединениях посадки с зазором применяются для обеспечения беспрепятственной сборки деталей (в особенности сменных). Их относительная неподвижность обеспечивается дополнительным креплением шпонками, винтами, болтами, штифтами и т.п.

Если допускается работа соединения в условиях полужидкостного, полусухого трения, то выбор посадок производится по аналогии с посадками известных и хорошо работающих соединений. При этом должны быть внесены поправки с учётом конкретных особенностей параметров и условий работы соединений в соответствии с [9].

Примером подшипника жидкостного трения является подшипник скольжения. В подшипниках скольжения жидкостная смазка возможна лишь в определенном диапазоне диаметральных зазоров, ограниченном наименьшим , мкм и наибольшим , мкм функциональными зазорами (рисунок 2.1). Данным зазорам соответствует минимальная толщина масляного слоя , мкм.

Максимальная толщина масляного слоя обеспечивается при зазоре, называемом оптимальным - .

Условия подбора посадки после определения наименьшего и наибольшего функциональных зазоров следующие:

 

, (2.1)

 

Рисунок 2.1 - Зависимость толщины масляного слоя h от зазора S [4]

 

,

 

(не строго обязательно),

 

где S_{min табл.} - наименьший табличный зазор, мкм;

S_{max табл.} - наибольший табличный зазор, мкм;

S_{сред. табл.} - средний табличный зазор, мкм;

R_z1 и R_z2 , R_а1 и R_а2 - шероховатость поверхности вала и втулки, мкм.

 

Расчеты зазоров и выбор посадки:

2.1 Определение среднего давления в подшипнике, р, Па:

 

(2.2)

 

где F_r - радиальная нагрузка, Н;

l - длина контакта, м;

d_n - номинальный диаметр, м.

 

2.2 Определение минимальной допускаемой толщины масляного слоя [h_min], м, при которой ещё обеспечивается жидкостное трение:

 

(2.3)

 

где R_z1, R_z2 - шероховатости соответственно охватывающей и охватываемой поверхности, м;

k ≥2 - коэффициент запаса надёжности по толщине масляного cлоя, k принимается равным 2;

γ_д = 2...3 мкм - добавка на неразрывность масляного слоя, принимается равной 3·10^{-6 м.}

 

2.3 Расчет значения коэффициента A_h:

 

(2.4)

 

где μ - динамическая вязкость смазки при t_раб. = 50 °С, Па·с;

ω - угловая скорость, рад/с.

 

2.4 По найденному значению A_h, используя рисунок 2.2, при данном отношении , определяется минимальный относительный эксцентриситет χ _min, при котором толщина масляного слоя равна [h_min]. Пример определения χ_min представлен на рисунке 2.2 а. По найденному значению χ_min рассчитывается минимальный допускаемый [S_min]:

а) при χ _min > 0,3

; (2.5)

 

б) если χ _min < 0,3 (т.е. χ _min находится левее вертикальной оси А), то по рисунку 2.2 а определяется A_χ , при заданном отношении l / d_n и χ = 0,3. Затем рассчитывается минимальный допускаемый зазор [S_min], м, по формуле:

(2.6)

а) б)

 

Рисунок 2.2 - Зависимость А от относительного эксцентриситета χ

2.5 Определение оптимального расчётного зазора [S_oпт], м, выполняется по формуле:

 

(2.7)

 

где А_опт - максимальное значение A_h при данном значении отношения l / d_nпо рисунку 2.2;

χ _oпт -значение χ, при котором ;

 

2.6 По найденному ранее в п. 2.3 значению А_h, по рисунку 2.2 определяется максимальный относительный эксцентриситет χ_max, при котором толщина масляного слоя равна [h_min], Затем рассчитывается максимальный допускаемый зазор [S_max], м:

 

(2.8)

 

2.7 По полученным значениям расчетных зазоров [S_min] и [S_max], подбирается стандартная (табличная) посадка с численными значениями S_{min табл.} и S_{max табл.}, близкими значениям расчетных (приложение Б) [9], затем определяются численные значения предельных отклонений (ГОСТ 25347-82) [13]. Кроме того, при подборе посадки по приложению В, ГОСТ 25347-82 [13], необходимо предпочтение отдавать рекомендуемым посадкам. Подобранные посадки должны удовлетворять условиям (2.1).

Значения зазоров табличных посадок определяются по формулам:

а) наименьший табличный зазор:

 

(2.9)

 

где EI - нижнее отклонение отверстия, мкм;

es - верхнее отклонение вала, мкм.

б) наибольший табличный зазор:

 

(2.10)

 

где ES - верхнее отклонение отверстия, мкм;

ei - нижнее отклонение вала, мкм.

 

В отдельных случаях, когда не удается подобрать стандартную табличную посадку, удовлетворяющую условиям (2.1), допускается формировать так называемую комбинированную посадку. Комбинированная посадка представляет собой посадку, в которой не используются поля допусков ни основного отверстия (Н) ни основного вала (h). Например, Ø50 .

При принятии решения о пригодности выбранной посадки делается вывод о выполнении условий (2.1).

Для наиболее ответственных соединений, которые должны работать в условиях жидкого трения, зазоры рассчитываются на основе гидродинамической теории трения.

На практике чаще применяют упрощенный метод расчёта посадок с зазором. При этом также должен быть обеспечен запас надёжности жидкостного трения. Посадку выбирают из набора стандартных (табличных), ориентируясь на среднее значение зазора.

Пример расчета и выбора посадки с зазором для подшипника скольжения, работающего в условиях гидродинамического режима, рассмотрен в приложении Д. Исходные данные для расчета приведены в таблице Д.1.