CC BY
25
УДК 621.822.114
О МЕТОДЕ РАСЧЕТА ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ
А.Н.Гордиенко
. Павлодарский государственный университет HI им. С.Торайгырова
Щ
м
Жумыс устшде бойльщ жырашыгы бар сырганау мойынппректерЫ ||§§ есептеу тэсм кврсепплген. Бул macin цурылымды жобалау кезшде геометрияльщ KepcemKiuimepdi аньщтауга жэне мойынт1ректердщ
щШ тексерут жург1зуге кемектесеЫ.
ЯЩ:
Излагается метод расчета подшипников скольжения с продольными
|||р канавками на рабочих поверхностях, позволяющий определять
геометрические параметры на стадии разработки конструкции и
проводить поверочные расчеты подшипников. \
The offered method calculation sleeve with longitudinal gutters on working surface, which permit defined geometrical parameters on the stage elaboration of construction and execute control calculations of bearings.
Повышение производительности транспортных машин обеспечивается увеличением их энергонасыщенности. Это диктует необходимость проведения работ по повышению надежности узлов трансмиссии транспортных машин. Одним из наиболее эффективных конструктивных решений в этом направлении является применение постоянного зацепления шестерен в автомобильных и тракторных коробках передач. При этом одна из шестерен постоянного зацепления устанавливается на подшипниковой опоре и при включении данной передачи она жестко соединяется с валом зубчатой или фрикционной муфтой. При выключений передачи шестерня начинает вращаться относительно вала без нагрузки. В коробках передач автомобилей ВАЗ, ЗИЛ, тракторов ЧТЗ в качестве опор свободно вращающихся шестерен используются подшипники скольжения. Для предотвращения задиров на поверхностях скольжения стальных подшипников их выполняют с продольными канавками различного профиля, а рабочие поверхности фосфатиру-ют и пропитывают трансмиссионным маслом или дисульфидом молибдена.
Работоспособность таких подшипников зависит от несущей способности масляного слоя в зоне контакта сопряженных поверхностей. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили разработать методику расчета таких подшипников на основе положений гидродинамической теории смазки [ 1 ] с использованием принципа обратимости реального подшипника в подшипник с фиксированным положением цапфы и результатов работы [2]. Целью расчета является определение несущей силы, момента трения и количества выделяемой теплоты в подшипнике скольжения и средней температуры масла в несущем слое.
Расчетная схема подшипника приведена в работе [3].
1 Расчетные зависимости
1.1 Несущая сила подшипника скольжения с продольными канавками
где (Л - динамическая вязкость масла, Н -с/м2> и - скорость скольжения, м/с', £ -длинаподшипника, м; ср - коэффициент несущей силы; г - номинальный радиус подшипника, м; со - угловая скорость, с"1 •
о ^й)1±0)2 (2)
где со1 - угловая скорость цапфы подшипника, с~л; со^ - угловая скорость корпуса подшипника, ¿г1; (+) - цапфа и корпус вращаются в противоположных направлениях; (-) - цапфа и корпус вращаются в одном направлении.
Р = /и■ и-£-ср - /Л' &- г*2-е
(1)
(3)
(4)
где ЦТ - 5 / г - относительный зазор; % = е / 8 - относительный эксцентриситет; (5 - радиальный зазор, м;
Л е - эксцентриситет подшипника, м; 1б& - угол от оси у - у до начала масляного слоя, град.;
Щ: - угол ог оси у - у до конца несущего масляного слоя, град.; £ _ количество одновременно работающих площадок подшипника; / - угол от оси 7 - у до несущей силы / - площадки подшипника. При количестве рабочих площадок равном п :
360° •(/-!)
а = <р0 +-^-град; (5)
п
п 4 180° • (2 • г -1)
Р = ^ +- } 7град\
п
(б)
Р-а = —,рад\ (7)
% 1 =
где - угол поворота подшипника до данного фиксированного положения цапфы;
с1г~ диаметры цапфы и отверстия корпуса подшипника;
гг и г2 - радиусы цапфы и отверстия корпуса подшипника.
1.2 Момент трения в подшипнике скольжения с продольными канавками
Мт = ]>1'и-£-г-см = Ц'ф-1'г2 • смН • м, (8)
где см - коэффициент момента трения.
С 71 V 4-(1 + <уС08Су)~3-(1 + ДГ-С05/?)
Г« 1 (1 + ^'Соза)2 ^
1.3 Количество теплоты, выделяемой в единицу времени, или тепловой поток в подшипнике скольжения
<2 = -£-см •г2 -£-см,Дж/с (10)
1.4 Средняя температура масла в несущем слое или температура поверхностей скольжения подшипника
г =-2_ * а-5
е ст
+ г °Г
+ (И)
где а - коэффициент теплопередачи, Дою /{м2 • с • °с); 5 - поверхность охлаждения подшипника, м2; г - время работы подшипника, с;
с - удельная теплоемкость, Дою / кг • °С; т - масса деталей, отводящих тепло от подшипника, кг ; 1М - температура масла в картере, °С •
«г = 283 + 5,765 • ф2 • Дою /(.ы2 • с . °с)> (12)
где - наружный радиус корпуса подшипника, л*. 1.5 Критическая температура масла [4]
1кр - 0,335410б • 1/50 +113,6,°С, (13)
где У50 - кинематическая вязкость масла при температуре 50°С • 2 Методика расчета подшипников скольжения с продольными канавками
2.1 Принимаем количество рабочих площадок или канавок п в пределах от 8 до 20; для канавок, профиль которых выполнен по радиусу, необходимо проверить правильность принятого количества канавок по формуле
К = г\' I1 - со$<рк)+Ки -(1 - соз(ри), (14)
где Нк - глубина канавки, м; Ки- радиус инструмента, м;
(рк • угол дуги окружности цапфы подшипника скольжения, соответствующей половине ширины канавки, град;
(ри - угол дуги окружности инструмента, соответствующей половине ширины канавки, град.
( V \
срк - ——. Фи = агсЗаг — • 8йирк
2-п'
IКи
Глубина канавки должна находиться в пределах 0,5... 1,5 мм. Если вычисленная глубина канавки меньше или больше указанных предельных значений, то необходимо изменить число канавок или принять инструмент с другим радиусом ¿?ц.
2.2 Принимаем значения относительного зазора Ц/ (4... 5 значении) и относительного эксцентриситета X (3... 5 значений); диапазон значений ^ должен охватывать все зазоры, которые могут образоваться при изготовлении и эксплуатации подшипника.
, 2.3 Определяем углы а и $ по формулам (5), (6) для принятого фиксированного положения цапфы подшипника; можно принимать одно фиксированное положение при (р0 = 0°.
2.4 Определяем коэффициенты несущей силы ср и момента трения см по формулам (3) и (9); при этом количество одновременно работающих площадок подшипника к принимается в пределах от 0,2 • п до 0,5 • п и округляется до целого числа; меньшие значения принимать при бедной смазке, большие - при обильной смазке.
2.5 Строим графики ср и См в зависимости от относительного зазора Ц/ при принятых значениях относительного эксцентриситета X; примеры приведены на рисунках 1 и 2.
2.6 Определяем нагрузку р, действующую на подшипник при вращении шестерни на валу, скорость скольжения, вязкость масла при предполагаемой рабочей температуре (по справочникам) и вычисляем коэффициент несущей силы р
2.7 Определяем относительный зазор Щ в подшипнике и на графике коэффициента несущей силы для данного относительного зазора и вычисленного значения коэффициента несущей силы находим относительный эксцентриситету подшипника.
2.8 По известным значениям относительного зазора V и относительного эксцентриситета X на графике коэффициента момента трения находим см и определяем момент трения и тепловой поток по формулам (8) и (10).
2.9 Определяем коэффициент теплопередачи и установившуюся температуру поверхностей скольжения или масла в несущем слое по формулам (11) и (12).
2.10 Расчетная температура масла должна быть меньше критической температуры, определенной по справочникам или по формуле (13); если расчетная температура масла будет больше критической, то необходимо изменить параметры подшипника или способ смазки.
3 Заключение
Для сравнения опытных и расчетных значений температур был произведен расчет подшипников шестерен 5, 6, 7 передач трактора ДТ-75МЭ (110 кВт) по изложенному методу при тех же условиях работы, при которых проводились стендовые исследования.
Анализ результатов расчета и стендовых исследований показал, что расхождение расчетных значений установившихся температур поверхностей сколь-
жения и полученных экспериментально на стенде не превышает 12%. При этом для большинства режимов работы подшипников скольжения указанная разница температур находится в пределах 2%, что подтверждает достаточную достоверность расчетов по предлагаемой методике.
Данная методика позволяет производить расчеты на стадии разработки конструкции для определения геометрических параметров подшипников и поверочные расчеты существующих конструкций.
ЛИТЕРАТУРА
1. Коровчинский М.В. Теоретические основы работы подшипников скольжения.- М.: Машгиз, 1959.-404 с.
2. Гордиенко А.Н. Исследование режимов работы подшипников скольжения тракторной коробки передач при разных способах смазки: дисс. канд. техн. наук,-Куйбышев: СХИ, 1981.-206 с.
3. Гордиенко А.Н. Несущая способность подшипников скольжения с продольными канавками //Наука и техника Казахстана. - 2004,- №2.- С.57-61.
4. Трение, износ и смазка: Справочник /Под ред. И.В.Крагельского и В.В.А-лисина.-М.: Машиностроение, 1978.-400 с.
Рисунок 1 - График коэффициента несущей силы (пример)
СмкМ*
Рисунок 2 - График коэффициента момента трения (пример)
