Контрольная работа: Проектирование и расчет различных пластмассовых изделий
10.1 Расчет и проектирование несмазываемых
подшипников скольжения
Сводится к определению
величины зазора из условия прочности пластмассового вкладыша и теплового
расчета, обеспечивающего нормальную работу узла трения.
Толщина стенки вкладыша:
S = (0,05 – 0,07)·dв,
где dв – диаметр вала.
Диаметр гнезда под
вкладыш подшипника:
Dгн = dв + 2·S
Найденный диаметр гнезда
округляется до значения, предусмотренного рядом предпочтительных чисел, с целью
изготовления отверстия при помощи инструмента в соответствии с действующими
ГОСТами.
Внутренний диаметр
подшипника при запрессованном вкладыше:
dпр = dв + Δ,
где dпр – внутренний диаметр вкладыша после
запрессовки;
Δ – рекомендуемая
величина сборочного зазора в сопряжении вал – вкладыш; определяется по ГОСТ.
Наружный диаметр
вкладыша:
D = Dгн + δ,
где δ –
рекомендуемая величина натяга.
Подшипники скольжения из
пластмасс относятся к классу тихоходных: чем выше число оборотов вала, тем
меньше нагрузка, которую может выдержать подшипник (при 3 об/мин – 35 МПа, при
1500 об/мин – 0,5 МПа). При сравнительно невысокой прочности самого полимера
пластмассовые подшипники обеспечивают значительную грузоподъемность. Это
связано с тем, что благодаря мягкости полимера контакт между валом и вкладышем
происходит по площади значительной величины, что приводит к небольшой концентрации
напряжений в зоне контакта. Опасным сечением пластмассового вкладыша является
середина зоны контакта.
Радиальная деформация
стенки вкладыша, т.е. перемещение вала под нагрузкой, равна:
Ucт = Δ/2 · (1/cos β – 1),
где β – половина
угла контакта, рад.
Наибольшая относительная
деформация материала вкладыша:
ε = Δ·β
/ (2·R·S)· (1/cos β – 1),
где S – толщина стеки вкладыша.
Радиальное напряжение:
τr = Р / (R·L·l)· [2/3·(tg β – β) / (π
– β) + 1/cos β – 1],
где L – относительная характеристика зоны
контакта, равная:
L = P·S / (E·b·l);
Р – нагрузка;
Е – эффективный модуль
упругости;
В – радиус гнезда
вкладыша;
l – длина подшипника.
Упрощенно L можно рассчитать через β:
L = sin β - β
/ cos β – 4 sin β / 3(π - β)·(tg β - β)
Значения L в зависимости от β приводятся в специальных таблицах.
Тангенциальное напряжение
равно:
τ т = 1/3·τr
Осевое напряжение равно:
τ т = 2/3·τr = 2·τт
По этим напряжениям
рассчитывают эквивалентное напряжение и сравнивают его с допускаемым.
Тепловой расчет
пластмассового подшипника имеет целью определение максимальной температуры,
возникающей при работе подшипника, и сравнение ее с температурой, допускаемой
для данного типа пластика.
Количество выделяемого
тепла может быть рассчитано по формуле:
Q = f · d · P · n · Z,
где f – коэффициент трения в паре сталь -
пластик;
d – диаметр вала;
Р – полная нагрузка на
подшипник;
n – число оборотов ала в минуту;
Z – угловой коэффициент, определяемый
для вкладыша с разрезом по формуле:
Zр= (β – tg β) / L;
для сплошного вкладыша по
формуле:
Zс = [(3π + β) / 3·(π – β)]·(β– tg β) / L
Приближенно можно
принимать Zр = 0,510; Zс = 0,565.
Если рассматривать
тепловой баланс подшипника, работающего при установившемся режиме, и считать,
что выделяющееся в зоне контакта за счет трения тепло отводится в окружающую
среду с некоторой поверхности F,
можно получить:
Q = π · d · l · aпр · Δt
Δt = tп – tо,
где d и l – геометрические размеры подшипника;
tп – температура в зоне трения подшипника;
tо – температура окружающей среды;
апр –
приведенный коэффициент теплопередачи, который можно рассчитать по формуле:
апр = 1 / [1/2λ1 ·d· ln D/d + 1/ (aп·ψп) + ав·ψв],
где λ1
– коэффициент
теплопроводности пластмассового вкладыша;
ап и ав
– коэффициенты
теплоотдачи с поверхности корпуса подшипника и вала;
ψп и
ψв - коэффициенты развитости поверхности корпуса подшипника и
вала, равные:
ψп = Fп / f; ψв = Fв / f,
где Fп и Fв – площади поверхности подшипника и
вала, участвующие в теплообмене с окружающей средой.
Для облегчения
определения значения приведенного коэффициента теплопередачи рекомендуется
пользоваться специальными номограммами.
Решая совместно два
уравнения, получим:
tп = tо + P·v·f / (d·l·aпр)
Рекомендуется, чтобы
Δt не превышала 20 – 30 0С
для подшипников с вкладышами из термопластов и 40 –60 0С из
реактопластов. В противном случае производят корректировку размеров и
конструкции подшипника или замену полимерного материала.
Вывод
В процессе выполнения
контрольной работы мы научились проектировать и расчитывать корпусные детали машин и
приборов из пластмассы, малогабаритные корпусные детали коробчатой формы,
крупногабаритные корпусные изделия, расчитывать элементы, находящиеся под
различными видами нагружения, расчитывать
и проектировать пластмассовые емкости, расчитывать передачи движения с
использованием пластмасс, расчитывать и проектировать пластмассовые элементы
трубопроводной арматуры, расчитывать пластмассовые опоры скольжения и качения и
др.
Литература
1.
Альшиц И.Я. и др.
Проектирование изделий их пластмасс. – М.: Машиностроение, 1979. – 248с.
2.
Зенкин А.с. и др.
Допуски и посадки в машиностроении. К.: Техніка, 1990. –320 с.
3.
Штейнберг Б.И. и
др. Справочник молодого инженера-конструктора. – К.: Техніка, 1979. – 150 с.
4.
Лепетов В.А.,
Юрцев Л.И. Расчет и конструирование резиновых изделий. М.: Химия, 1987. – 408
с.
|