Инженер начинается в школе

Детали и передачи вращательного движения

В любом механизме, приборе и машине часть деталей в процессе работы должна перемещаться относительно друг друга. Характер движения, степень подвижности соедине­ния и его точность зависят от вида и назначения соедине­ния.

Наиболее распространенным видом движения в технике является вращательное. Вращающиеся детали имеются в любой машине. Движение можно передавать при помощи жесткой или гибкой связи. Так что инженеру постоянно приходится конструировать и изготавливать детали различ­ных передач.

Вращательное движение деталей машин является самым распространенным, так как: 1) его легко сделать непрерыв­ным; 2) при нем легче достигается равномерность хода; 3) его легче всего осуществить; 4) потери на трение при нем меньше, чем при других видах движения; 5) его молено вы­полнить в виде весьма компактной конструкции.

Детали вращательного движения подразделяются на: 1) детали для поддержания и соединения вращающихся ча­стей машин (сюда относятся: цапфы, оси, валы, подшип­ники, муфты, пяты и пр.); 2) собственно передачи: фрикцион­ные, зубчатые, червячные, ременные, цепные, канатные (эти сейчас почти не применяются). Передачи основаны либо на трении вращающихся частей при их непосредственном соприкосновении, либо на нажатии одних твердых частей деталей передачи на другие.

Оси служат для поддержания вращающихся на них или вместе с ними различных деталей машин (например, перед­няя ось велосипеда и ось железнодорожного вагона).

Валы не только поддерживают детали, вращающиеся вместе с ними, но и передают движение при помощи этих деталей другим деталям. Например: вал привода коробки скоростей токарного станка, несущий на себе шестерни, пе­редает с их помощью вращение мотора шпинделю. Валы, как и оси, могут быть сплошными или полыми.

Та часть вала, которая опирается на опору, когда нагру­зка направлена перпендикулярно его оси, называется цап­фой, а та часть вала, которой он опирается на опору, когда нагрузка направлена вдоль его оси, называется пятой.

Опоры валов и осей, в которых помещаются цапфы, назы­ваются подшипниками, а те, в которых располагаются пяты, называются подпятниками.

Детали, при помощи которых соединяют концы разных валов, называются муфтами.

Цапфы. Если цапфа (рис. 53) расположена на конце ва­ла, ее называют концевой (I, IV, V), если посредине— назы­вают шейкой (II—III). Цилиндрическая поверхность цапфы и ее торцовая, прилегающая к опоре поверхность должны быть очень тщательно отшлифованы. Переход от поверхности вала к поверхности цапфы должен быть плавным, тщательно закругленным. Прямой или острый угол в месте перехода значительно ослабит прочность вала.

Рис. 54. Пяты.

Пяты (рис. 54) — это те части вала, которыми он опи­рается на подпятники. Пяты бывают плоские (I), кольцевые (II), шаровые (III), вставные (IV) и гребенчатые (для очень больших усилий). В кольцевой пяте выточку можно исполь­зовать для подвода масла. Шаровая пята применяется в тех случаях, когда она должна допускать отклонение вала на некоторый угол. Вставная пята при повреждении ее ра­бочей поверхности может быть заменена новой без замены всего вала.

Подпятники служат опорами для валов, препят­ствуя их смещению от усилий, действующих вдоль оси. По­верхность подпятника скольже­ния должна соответствовать форме поверхности пяты.

В тех случаях, когда осевое давление невелико, например вдоль оси шпинделя токарного станка по дереву, вместо под­пятников можно надевать на вал установочные буртики или коль­ца. Установочный буртик наде­вают в горячем состоянии, а установочные стопорные кольца являются съемными. Кольцо (рис. 55) устанавливают на валу в нужном месте во время пред­варительной сборки И сверлят рис> 55 Установочные в нем перпендикулярно оси кольца.

Вала два отверстия так, чтобы сверло прошло насквозь через кольцо и на несколько миллиметров вошло в те­ло вала. Оси отверстий должны быть расположены под углом в 90—135° друг к другу. После сверления коль­цо снимают, в отверстиях нарезают резьбу, очень акку­ратно зачищают заусенцы и прилегающую сторону коль­ца. Затем производят окончательную сборку, закрепляя кольцо стопорными винтами. Удерживающий конец винта должен иметь ту же форму, что и отверстие под него в теле вала. Головки винтов обязательно должны быть для без­опасности утоплены в теле кольца.

Муфты являются соединительными устройствами для валов, концы которых подходят друг к другу вплотную или на очень близкое расстояние. Обычно валы расположены на одной оси или под углом, а их концы выполнены так, чтобы они могли передавать вращение от одного вала к другому.

Муфты применяются для составления длинных валов, для включения одной из частей вала, для соединения валов с частями приводных механизмов — шкивами ременной пере­дачи, зубчатыми колесами и прочее. По условиям работы муфты разделяют на неразъемные и разъемные. При помощи первых сцепление и расцепление валов может быть произве­дено только при остановке движения (вращения) и разборке самих муфт. При помощи разъемных муфт сцепление и рас­цепление валов производится без разборки муфт, на ходу передачи. Такой, например, является фрикционная муфта включения коробки скоростей токарного станка.

Для примера рассмотрим упругую дисковую муфту (рис. 56), с помощью которой соединяют вал двигателя с Ба­лом насоса, кулачковую муфту (рис. 57), применяемую в ко­робках скоростей, и шарнирную муфту (муфту Гука) (рис. 58), которую называют также карданным соединением. С ее помощью соединяют валы, расположенные под углом друг к другу, причем угол изменяется в процессе работы. Карданная муфта передает вращение от двигателя авто­мобиля к его ведущим колесам, от двигателя трактора к различным агрегатам, от коробки подач фрезерного станка к механизму подачи его стола, да и вообще используется в технике весьма широко.

Упругая дисковая муфта (рис. 64) состоит из двух поло­вин, каждая из которых надевается на конец своего вала и соединяется с другой половиной при помощи 6 или 8 бол-

Рис. 56. Упругая дисковая муфта.

Тов. Отверстия под болты в одной из половин сверлят боль­шего диаметра, так как кроме болтов в них входят еще и ко­жаные или резиновые кольца-прокладки, которые смягчают удар при включении двигателя. На концах валов половин­ки муфты крепятся с помощью призматических шпонок.

Кулачковая муфта состоит из двух (реверсивная — из трех) частей. В их торцах, обращенных друг к другу, про - фрезерованы пазы. Одна из частей муфты может перемещать­ся вдоль вала и таким образом соединяться или разъединя­ться с другой, передавая или не передавая ей движение. Работа кулачковой муфты хорошо видна в коробке скоро­стей токарного станка. На рисунке 57 показана простейшая кулачковая муфта с двумя кулачками.

Шарнирная муфта Гука (рис. 58) состоит из двух поло­вин — «вилок», насаженных на концы вала с помощью шпонок. Между ними нахо­дится кольцо, соединенное с вилками при помощи болтов.

Из разъемных муфт наи­большее применение имеют фрикционные муфты. Они бы­вают с осевым ()) и радиаль­ным нажатием (2) (рис. 59). Первые требуют постоянного нажатия в течение всего време - Рис< 57, простейшая кулачко - ни передачи движения, это на - вая муфта,

Жатие осуществляется пружиной. Такие муфты применяю­тся, например, в приспособлениях для нарезания резьбы в глухих (несквозных) отверстиях. Пружина, отрегулирован­ная на определенное усилие, вращает держатель с мет­чиком, нарезающим резьбу в отверстии, но как только метчик упирается в дно отверстия, держатель начинает про­вертываться вхолостую. Вторые (радиального нажатия) —

Требуют усилия только в момент включения и вы­ключения. Так, например, работает муфта, соединя­ющая приводной шкив ко­робки скоростей с ее веду­щим валом на токарном станке.

Подшипники поддержи­вают валы при радиальной нагрузке, то есть когда на­грузка направлена перпен­дикулярно оси вращения. Примером являются под­шипники, в которых вра­щается шпиндель токарно­го станка. Они восприни­мают вес самого шпинделя, насаженных на него дета­лей, вес патрона и других приспособлений.

Подшипники и подпят­ники в зависимости от воз­никающего в них рода тре­ния разделяются на: 1) подшипники и подпятники скольжения (рис. 60) и 2) подшипники и подпятники

Качения. В первых цапфы осей и валов помещаются в неподвижных вкладышах и при своем вращении скользят относительно их. Во вторых цапфы и пяты осей и валов опи­раются на специальные тела вращения — шарики или ро­лики и при своем вращении катятся по ним.

У подшипников и подпятников скольжения корпус обыч­но изготовляют из чугуна, он бывает целым или разъем­ным. Его верхняя часть называется крышкой, нижняя — подушкой. В корпус вставляют вкладыши из антифрикцион­ных материалов или из пластмасс. Вкладыши необходимо закреплять, чтобы они не имели осевого перемещения и не вращались.

Отверстие вкладыша должно точно прилегать, к цапфе по всей ее длине. Поэтому отверстие нужно тщательно растачи-

Вать, а еще лучше после расточки и развертывать. Оно дол­жно получиться при этом строго соосным с наружным диа­метром вкладыша, и потому его необходимо обрабатывать целикохМ с одного установа в патроне токарного станка. Если же вкладышей несколько, то следует сначала на всех обработать отверстия, а затем, на оправке,— наружные их диаметры.

Смазку вкладыша производят мазями, например, таво­том (если в цапфе большое давление, сильный нагрев и ра­бота идет с перерывами), и маслами (во всех остальных слу­чаях). Для смазки в стенке вкладыша делают отверстие, перпендикулярное его оси, а от него вдоль отверстия вкла­дыша прорубают спиральные канавки, не доводя их до тор­цов (боковых поверхностей) вкладыша, чтобы масло не вы­текало. Для смазки мазями в теле подшипника (подпятника) сверлят отверстие, в котором нарезают резьбу и ввертывают масленку. В масленку набивают мазь, которую выдавли­вают к смазываемым поверхностям периодически: маслен­кой Штауфера с крышкой на резьбе (рис. 61—I и 61—И) или непрерывно — из тавотницы с пружинной крышкой (рис. 61—III).

Смазку вкладыша маслом можно производить и по-дру­гому: при помощи масляной ванны (как смазывают шестерни в коробке скоростей токарного станка), при помощи фитиля

(благодаря его капиллярно­сти), через капельницу и пе­риодической смазкой из обыч­ной масленки.

О приспособлениях для смазки и смазочных канавках юные техники, к сожалению, нередко забывают.

Подшипники качения яв­ляются одним из наиболее массовых видов изделий, из­готовляемых и применяемых в машиностроении. В под­шипниках качения вращают­ся шпинели станков, валы электромоторов, валы авиа­ционных и автомобильных двигателей, на них катятся велосипеды и автомобили и т. д.

Подшипники качения не рассчитывают, а подбирают по ГОСТу в зависимости от: 1) величины и направления на­грузки (радиальная, осевая или комбинированная); 2) ха­рактера нагрузки (постоян­ная, переменная, ударная); 3) числа оборотов вращающегося кольца подшипника; 4) усло­вий работы подшипника (лег­кость сборки, перекосы вала ит. д.); 5) необходимой дол­говечности.

Все подшипники качения подразделяются на шарико­вые и роликовые. Те и другие в основном делятся на: 1)ра-

Рис. 62. Основные виды шарико­подшипников.

Рис. 63. Основные виды роликоподшипников.

Диальные (опорные), предназначенные для восприятия ра­диальных усилий; 2) упорные (подпятники) — для вос­приятия осевых усилий и 3) радиально-упорные, пред­назначенные для одновременного восприятия радиальных и осевых усилий. Все подшипники качения — неразъем­ные. Их устанавливают на концах вала. Роликовые под­шипники применяют для очень больших нагрузок.

Обычно подшипник качения состоит из колец, между которыми помещаются шарики или ролики, самих шариков или роликов и сепаратора, который их разделяет и удержи­вает на одинаковом расстоянии друг от друга. Одно из ко­лец запрессовывается в охватывающую деталь (например, крышку электромотора или корпус велосипедной втулки), а другое надевается на охватываемую (например, вал элек­тромотора или ось велосипедного колеса). При вращении охватываемой детали она катится вокруг охватывающей детали на шариках или роликах подшипника. В этом и со­стоит, как говорится, «весь фокус».

Шариковые подшипники бывают одно - и двухрядные. Вторые допускают небольшое отклонение оси вала от оси вращения.

На рисунке 62 показаны основные ви^ы шарикоподшип­ников— несамоустанавливающиеся: I — радиальный, III — Упорный односторонний, V — упорный двусторонний; са­моустанавливающиеся: II — радиальный, IV — упорный

Односторонний, VI — упорный двусторонний; VII — ради - ально-упорный; VIII — сепаратор для шариков одноряд­ного подшипника.

Основные виды роликоподшипников приведены на ри­сунке 63. Несамоустанавливающиеся: I — с короткими ци­линдрическими роликами; II — с длинными цилиндриче­скими роликами; III — с витыми роликами; IV — игольча­тый. Самоустанавливающиеся: V — с бочкообразными ро­ликами; VI — радиально-упорный.

В качестве смазки для подшипников качения, вращаю­щихся с небольшим числом оборотов (например, в металло­режущих и деревообрабатывающих станках и электромото­рах), служат тавот и другие густые смазки. На производстве такую смазку меняют примерно через 3000 часов работы.

При скоростях в несколько тысяч оборотов в минуту подшипники сильно нагреваются и их подвергают принуди­тельному охлаждению жидким маслом, подаваемым насосом.