Влияние посадок гладких цилиндрических соединений на работу червячных колес и подшипников опор

Афаунова О.В, Федяев Д.И.
Донецкий национальный технический университет

  В современном машиностроительном комплексе промышленности существует проблема выбора посадок червячных колес и подшипников. Исследование влияния посадок можно проводить посредством исследования напряженного состояния деталей узла выходного вала червячного редуктора. В качестве деталей выбраны червячное колесо и подшипники. При проведении исследований следует решать задачи: получить исходные данные, составить расчетную схему, проанализировать результаты. В работе в качестве метода исследования используется метод конечных элементов, заложенный в основу работы программы ANSYS Workbench, версия 11.0, которой мы будем пользоваться при исследованиях.В качестве объекта исследования выбраны: два узла, функциональное назначение которых- передача крутящего момента от вала червяка к рабочему органу.

Узлы содержат в себе:

- 1-вал,

- 2-подшипники,

- 3-червячное колесо.

Рисунок 1- Выходные валы червячных редукторов

    Надежность работы подшипниковых узлов в значительной степени зависит от правильного выбора посадок колец подшипников на вал и в корпус.

Проворачивание колец на валах и в отверстиях корпусов может происходить в следствии повышенных моментов трения. Это приводит к изнашиванию посадочных поверхностей , потере точности вращения в следствии разбалансировки вращающейся системы, разрушению деталей подшипника. Вследствие этого соединение вращающихся относительно нагрузки колец с валом или корпусом должно осуществляться обязательно с натягом, исключающим проворачивание и обкатывание кольцом сопряженной детали, развальцовку посадочных отверстий и контактную коррозию.

  Кроме того значительные, натяги и силы запрессовки колец могут вызвать повреждение посадочных мест и рабочую поверхность подшипников. Поэтому предпочтение нужно отдавать посадкам с небольшими натягами, обеспечивающими не проворачивание колец при работе подшипника.

  В червячной передаче при передаче вращающего момента шпоночным соединением, применение по цилиндрической поверхности посадок с зазором не допустимо, а переходных посадок крайне не желательно.

  Натяг по цилиндрической поверхности улучшает работу шпоночного соединения, но не устраняет скольжения, которое возникает из-за разности длин окружностей.

   Исходные данные для расчета приведены в таблице 1:

  Для построения расчетной схемы составляем схему нагружения выходного вала червячного редуктора.Схема нагружения выходного вала червячного редуктора приведена на рисунке 2.

Рисунок 2- Выходные валы червячных редукторов

  Согласно расчетных схем было получено решение задач результаты которых представлены на рисунках 3 и 4.

  Эпюра деформаций выходного вала червячного редуктора узла “а”

Рисунок 3а- Эпюра деформаций выходного вала червячного редуктора

  Эпюра деформаций выходного вала червячного редуктора узла “б”

Рисунок 3б- Эпюра деформаций выходного вала червячного редуктора

  Эпюра распределения нормальных напряжений в элементах узла "а" выходного вала червячного редуктора

Рисунок 4а- Эпюра распределения нормальных напряжений в элементах узла "а" выходного вала червячного редуктора

  Эпюра распределения нормальных напряжений в элементах узла "б" выходного вала червячного редуктора

Рисунок 4б- Эпюра распределения нормальных напряжений в элементах узла "б" выходного вала червячного редуктора

  Согласно методики [1] результат расчета по узлу а и б составит:

  N_max=0.169+24=24.169 мкм; и N_max=0.217+24=24,217 мкм соответственно.

  По результатам проделанной работы можно сделать следующие выводы

  -влияние посадок на работу типовых соединений неоднозначно, поэтому методики требуют дальнейшего совершенствования;

  -развитие вопроса позволит совершенствовать выбор посадок с более детальным учетом работы соединения.

Литература

1. Дунаев П.Ф.,Целиков О.П., ВарламоваЛ.П., Допуски и посадки. Обоснование выбора: Учебное пособие для студентов машиностроительных вузов.-М.:Высш.шк.,1984-112с