Материал: Гидродинамический расчет подшипника скольжения

Гидродинамический расчет подшипника скольжения

Министерство транспорта и коммуникаций Республики Беларусь

Учреждение образования

«Белорусский государственный университет транспорта»

Кафедра «Материаловедение и технология материалов»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине

«Смазка узлов трения»

на тему

гидродинамический расчет подшипника скольжения

Разработал

студент группы МО-41

Е. Г.           Чупрето

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

«Белорусский государственный университет транспорта»

Кафедра «Материаловедение и технология материалов»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе

Консультант Разработал

д. т. н., профессор студент группы МО-41

_____ П. Н. Богданович Е. Г. Чупрето

Принял

д. т. н., профессор

_____ П. Н. Богданович

Содержание

Введение

. Основные сведения о гидродинамическом расчете подшипников

. Гидродинамический расчет подшипника скольжения

.1 Определение диаметра цапфы, длины цапфы, среднего удельного давления, угловой скорости вала и окружной скорости цапфы

.2 Определение материала вкладыша

.3 Определение зазора между цапфой и вкладышем

.4 Определение класса чистоты рабочих поверхностей

.5 Определение критической толщины смазочного слоя

.6 Определение динамической и кинематической вязкости

.7 Выбор конструкции подшипника и способа подвода смазки

2.8 Определение безразмерного коэффициента

.9 Определение относительного эксцентриситета  

.10 Определение минимальной толщины смазочного слоя

.11 Определение безразмерной характеристики трения  

.12 Определение коэффициента трения  

.13 Определение тепла, выделяющегося в подшипнике W

.14 Определение безразмерного коэффициента торцового истечения смазки  

.15Определение расхода смазки  

.16 Определение количества тепла, отводимого смазкой  и через крышку подшипника  2

.17 Определение температуры масла на входе и выходе в подшипник.

.18 Определение требуемой поверхности охлаждения масляного резервуара

.19 Гидродинамический расчет подшипника при различных скоростях

Заключение

Список литературы

Введение

При проектировании опор осей и валов перед конструктором возникает прежде всего вопрос о том, что в данном конкретном случае предпочтительнее - подшипник качения или подшипник скольжения. Существенную роль при этом играют экономические соображения, условия монтажа и требования взаимозаменяемости.

Правильное определение основных рабочих характеристик подшипников (грузоподъемности, потерь на трение и необходимого количества смазки) во многом обеспечивает надежность и долговечность проектируемого опорного узла при его эксплуатации.

Подшипник скольжения во многих случаях предпочтительнее, так как он способен работать в более широком температурном диапазоне, стоек в химически активной среде, виброустойчив, бесшумен, сохраняет работоспособности при недостаточной смазке, а в специальных конструкциях даже без смазки.

Область применения опор скольжения имеет определенную тенденцию к расширению, в особенности в новейших машинах с быстро вращающимися валами - в сепараторах, центрифугах, газовых турбинах, шлифовальных станках и др, где скорость вращения вала измеряется десятками тысяч оборотов в минуту.

Инженерные расчеты при проектировании данных подшипников производятся на основе методики гидродинамического расчета. Для обеспечения высокой точности которого должна быть установлена взаимосвязь целого ряда различных параметров: конструктивных элементов опоры, зазора между трущимися деталями, свойств смазывающей жидкости, нагрузки, скорости вращения, способов теплоотвода и т.д.

Гидродинамический расчет уже нашел широкое применение, именно поэтому целью курсовой работы и является освоение его методики, и анализ полученных результатов.

1. Основные сведения о гидродинамическом расчете подшипников

Существует множество методов расчета подшипников, например таких как: методика расчета радиальных цилиндрических подшипников (Е. И. Квитницкий); расчет радиальных подшипников, работающих в экстремальных условиях (Е. И. Квитницкий); гидродинамический расчет подшипников скольжения (Н. П. Петров) методика расчета осевых подшипников скольжения ( В. И. Дьяков); условный расчет подшипников скольжения и т.д.

Рассмотрим гидродинамический расчет подшипников скольжения.

Расчет подшипников скольжения, работающих в режиме жидкостного трения, основан на гидродинамической теории смазки. Исходные положения этой теории были сформулированы Н. П. Петровым в 1883 г. Дальнейшее развитие гидродинамическая теория смазки получила в трудах О. Рейнольдса, Н. Е. Жуковского и С. А, Чаплыгина, А. Зоммерфельда, Е.М Гутьяра и др. Для достаточно точного расчета должна быть установлена взаимосвязь целого ряда различных параметров: конструктивных элементов опоры, зазора между трущимися деталями, свойств смазывающей жидкости, нагрузки, скорости вращения, способов теплоотвода и т.д. В данной методике эта взаимосвязь представлена в полной мере.

Расчетные зависимости содержат ряд параметров связанных друг с другом. Далеко не все эти параметры могут быть определены расчетом, поэтому при проектировании подшипников приходится задаваться некоторыми величинами.

К числу основных данных, известных в начале проектирования опоры, относятся: нагрузка на опору P (по величине и направлению), скорость вращения n об/мин, все размеры вала, в частности диаметр вала близ опор и расстояние между серединами опор L, температура окружающей среды . Иногда заранее указывают сорт масла, если подшипник смазывается от общей системы. В отдельных случаях могут быть наложены ограничения на длину подшипника, величину зазора, значения относительного эксцентрицитета, на выбор материала и тд. Но и после того, как будут установлены эти данные, все же остается много неизвестных, часть которых необходимо выбрать до гидродинамического расчета. Освоение методики расчета и анализ результатов и является основной задачей этой курсовой работы.

2. Гидродинамический расчет подшипника скольжения

Рассчитаем подшипник скольжения для вала зубчатой передачи при следующих данных: нагрузка на вал, приложенная в середине между опорами, Q = 4000 кГ; скорость вращения вала n = 700 об/мин; диаметр вала на участке между опорами  170 мм; расстояние между серединами опор L = 600 мм. Передача работает в хорошо вентилируемом помещении; температура окружающей среды .

Расчет основывается на следующих допущениях:

) Если смазка осуществляется маслом или водой, т.е несжимаемой жидкостью, то при t = const плотность ее ρ = const и, следовательно, ;

) Если температура и давление жидкости изменяются по протяжению смазочного слоя в узких пределах и могут быть заменены с малой погрешностью средними значениями, то величину  можно отнести к этим средним значениям и принять ее постоянной;

) Для установившегося режима работы с постоянной скоростью вращения цапфы окружная скорость в направлении Ox будет величиной постоянной (рисунок 1);

) Для установившегося режима работы с постоянной скоростью вращения цапфы окружная скорость также будет постоянной;

)Протяжение смазочного слоя в направлении оси подшипника неограниченно велико (подшипник бесконечной длины), исключение торцового истечения смазывающей жидкости приводит к плоскому потоку.

Рисунок 1 - Элементы поверхностей цапфы и подшипника, разделенные смазочным слоем.

.1 Определение диаметра цапфы, длины цапфы, среднего удельного давления, угловой скорости вала и окружной скорости цапфы

По диаметру вала находим диаметр цапфы:

 (1)

По примеру опор подобных проектируемой задаемся отношением отсюда значение длины цапфы

Вычисляем среднее удельное давление, так как по условию нагрузка приложена в середине пролета, то на каждый подшипник действует сила:

 (2)

Тогда средняя удельная нагрузка определяется по формуле:

 (3)

Находим угловую скорость вала:

 (4)

Окружная скорость цапфы определяется по формуле:

 (5)

.2 Выбор материала вкладыша

Выбор материала подшипника произведем с учетом значений p и v, а также следует учитывать опыт эксплуатации аналогичных конструкций. Поэтому свой выбор останавливаем на бабите марки Б6 (ГОСТ 1320 - 55). Содержание основных компонентов в сплаве: сурьма 14-16 %; медь 2,5 - 3 %; кадмий 1,75 - 2,25 %; олово 5 - 6 %; остальное - свинец. Баббиты - сложные антифрикционные белые сплавы, которые весьма различны по своему химическому составу и физико-механическим свойствам, но все они характеризуется мягкой основой из свинца или олова с твердыми зернами сплавов сурьмы, меди, щелочных металлов и пр. Мягкая основа обеспечивает хорошую прирабатываемость подшипника к валу, а твердые зерна повышают износоустойчивость.

.3 Определение зазора между цапфой и вкладышем

Зазор между цапфой и вкладышем выбирается на основании опыта и анализа работы опор аналогичных машин. Используя таблицу 32 источника [1], принимаем относительный зазор  в интервале от 0,001 - 0,002 ( т.к средняя удельная нагрузка p < 100 кГ/см2 и умеренная скорость  м/с ).

Подбираем ближайшую соответствующую посадку: в системе отверстия выбранному диапазону  соответствует широкоходовая посадка 2-го класса точности

Определим диаметр вкладыша (с отклонениями) диаметр цапфы . Тогда:

наибольший зазор

наименьший зазор

средний зазор ;

.4 Определение класса чистоты рабочих поверхностей

Класс чистоты рабочих поверхностей цапфы и вкладыша выбирается в зависимости от требуемой точности узла трения и условий эксплуатации. Назначаем для поверхностей вкладыша и цапфы 8-й класс чистоты; при этом высота неровностей Rz = 3,2 мк.

.5 Определение критической толщины смазочного слоя

Для вычисления критической толщины смазочного слоя  находим величину максимального прогиба цапфы в подшипнике , предварительно определив прогиб в середине пролета вала постоянного сечения по формуле:

 (6)

где:

модуль упругости стали,

осевой момент инерции сечения вала, см4

 (7)

Тогда:

 (8)

где:

высота неровностей поверхностей цапфы и вкладыша;

.6 Определение динамической и кинематической вязкости