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/cosβ – 1),
где β – половина угла контакта, рад.
Наибольшая относительная деформация материала вкладыша:
ε = Δ·β / (2·R·S)· (1/cosβ – 1),
где S – толщина стеки вкладыша.
Радиальное напряжение:
τr = Р / (R·L·l)· [2/3·(tgβ – β) / (π – β) + 1/cosβ – 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 = sinβ - β / cosβ – 4 sinβ / 3(π - β)·(tgβ - 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·lnD/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 научилисьпроектировать 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.