m34700

81

виде цифровых значений и графических изображений. Если необходим расчет вала на жесткость, то результаты вычислений деформаций надо зафиксировать на бумаге с монитора, т. к. в таблице результатов счета параметры жесткости не будут отображены.

Для большинства валов важна только прочность, поэтому, учитывая величину изгибающих моментов, наличие крутящего момента, диаметры сечений вала и концентраты напряжений, намечают одно–два опасных сечения (до трех). Если не одно опасное сечение, то для поиска ввести (1), а при одном – (2). Также ввести (2), если завершены вычисления во всех сечениях и необходим выбор предположительно самого опасного сечения. В случае необходимости изменить исходные данные для продол-

жения расчетов ввести (0).

Далее вводятся параметры материала и конструкции вала в соответствии с указаниями программы. Результаты счета представляются в таблице и после просмотра могут быть распечата-

ны. При неудовлетворительном результате расчет повторяет-

ся с внесением изменений в расчетную схему вала диаметра сечения, материала и т. д.

Печать результатов счета вместе с исходными данными осуществляется путем распечатки файла с именем пользователя (клавиша F4 – редактирование и клавиша F9 – печать). После успешного завершения печати нажать клавишу «Esc».

При отсутствии подключенного принтера предварительно можно файл с именем пользователя переписать на дискету и после осуществить печать с дискеты через компьютер с подключенным принтером.

При использовании APM WinMachine и ее программного модуля WinShaft – подсистемы расчета анализа и проектирования валов и осей необходимо учитывать следующее. Подсистема предназначена для расчета многоопорных валов (от 2 до 50) на сопротивление усталости и статической прочности, жесткости, для расчета динамических характеристик вала, причем рассчитываются как абсолютные значения собственных частот, так и их собственные формы.

Специализированный графический редактор, входящий в состав системы АРМ WinShaft, предназначен для задания геомет-

82

рии валов и осей, ввода нагрузок, действующих на вал и размещения опор, на которых установлен вал. Набор примитивов в системе АРМ WinShaft значительно упрощает ввод геометрии вала и других данных, необходимых для расчетов. Основные элементы конструкции вала (цилиндрические и конические секции, фаски, галтели, канавки, отверстия, участки с резьбой, шпоночные пазы и шлицы), а также условные обозначения для нагрузок, которые могут действовать на вал, опор, на которых он установлен, изображены пиктограммами на кнопках инструментальной панели редактора. Его основными элементами являются также информационная панель, используемая для вывода текущих значений параметров в процессе рисования вала, вертикальная и горизонтальная линейки и рабочее поле (окно редактирования).

Рабочее поле может быть увеличено за счет полос прокрутки («перемещение» вала), может изменяться масштаб изображения вала, выводиться вспомогательная прямоугольная сетка и т. п.

Чтобы нарисовать вал, нужно последовательно задать элементы его конструкции, а для расчетов – разместить опоры и ввести нагрузки на осевой линии геометрической модели вала. Рекомендуется следующая последовательность рисования вала:

1)нарисовать цилиндрические и конические участки вала;

2)задать переходные элементы (галтели, канавки, фаски);

3)задать отверстия, резьбовые участки, шпоночные пазы,

шлицы;

4)разместить опоры и ввести приложенные к валу нагрузки. Целесообразно после прочерчивания редуктора или другой

сборочной единицы на валу просчитать все диаметральные и линейные размеры цилиндрических и конических секций, что упростит процесс рисования (получения чертежа) вала.

Для рисования цилиндрической секции выберите команду Рисовать Цилиндр или кнопку «Цилиндр» в инструментальной панели. Дальнейшие действия могут быть выполнены разными способами. Опишем один из них.

Выводим ноль вертикальной линейки приблизительно в середину рабочего поля, полагая, что горизонтальная линия, проходящая через него, будет осью вала. От левого края рабочего поля на осевой линии, нажав левую клавишу мыши и удерживая ее, перемещаем курсор (перекрестие) вправо, задавая габариты секции, ориентируясь на размеры по сетке и текущие значения ос-

83

новных параметров в информационном окне. Отпустив клавишу, фиксируем параметры секции, уточнение значений которых может быть проведено в диалоговом окне (вызывается щелчком правой клавиши мыши на поле изображения секции).

Добавление новых секций может быть выполнено к правому и левому краю вала, а также вставкой секции между ранее выполненными. Для этого необходимо перекрестие курсора поместить к краю соответствующей секции и нажать левую клавишу мыши, после чего продолжить построение секции. Удаление ошибочно введенных секций можно провести в диалоговом окне, вызываемом нажатием правой клавиши мыши.

Редактирование в системе APM WinShaft предусматривает изменение параметров элементов вала, а при необходимости и их удаление. Указав курсором на редактируемый объект (в режиме рисования элементов редактируемого типа), нажать правую кнопку мыши. Появится диалоговое окно, с помощью которого можно ввести новые значения параметров или удалить объект. Удаление можно осуществить кнопкой в диалоговом окне или выбором команды во всплывающем меню "Правка".

В процессе работы система пытается отследить ошибочные действия пользователя, выдавая сообщения.

При вводе нагрузок, действующих на вал, необходимо иметь в виду, что момент кручения задается в двух точках его приложения (например, в центрах ступиц муфты и зубчатого колеса). Сначала нужно поместить курсор перекрестием в одну точку приложения момента и щелкнуть левой кнопкой мыши. В появившемся диалоговом окне ввести величину момента. В другой точке ввести отрицательную величину того же момента. В противном случае появится сообщение о неуравновешенности крутящего момента.

Осевая сила (например, от конической передачи) должна быть приложена вдоль оси вала в точке центра ступицы и со знаком, соответствующим направлению. Она должна быть уравновешена таким же значением силы, но противоположного направления и, следовательно, знака. Точка приложения для последней

– условный центр шарнира подшипника, воспринимающего осевую силу.

84

Фактическое положение осевой силы, смещенной относительно оси вала на величину радиуса зубчатого колеса и нагружающей его изгибающим моментом, учитывается вводом изгибающего момента равного произведению осевой силы на радиус приложения и соответствующего направления (устанавливается знаком).

Радиальная сила характеризуется осевой координатой приложения (расстоянием от левого конца вала), направлением и величиной. Можно задать силу двумя способами. По модулю и углу, который определяется между направлением линии действия силы и вертикалью. Во втором случае задаются горизонтальные и вертикальные проекции сил. Переключение между способами задания силы производится с помощью радио–кнопок. Пользователь может задать идентификатор силы (обозначение), который состоит из названия и индекса (F1…).

После завершения редактирования чертежа вала и ввода всех исходных данных в диалоговом окне, в том числе выбора материала вала, выбрать команду Рассчитать. Во всплывающем меню выбрать команду Общий расчет вала, по которой выполняются расчеты вала на статическую и усталостную прочность. Перед расчетом на монитор выводится диалог ресурса работы вала. При необходимости проверки вибростойкости вала может быть выбран Расчет динамических характеристик.

После успешного завершения расчетов команда Результаты вызывает на монитор диалоговое окно, с помощью которого можно просмотреть результаты расчетов. Нажав клавишу "Усталостная прочность", убедитесь в приемлемой работоспособности вала по основному критерию.

Программа предоставляет пользователю большие возможности в выборе палитры цветов и графики представления результатов.

По команде Справка можно получить ответы по вопросам функционирования программы без обращения к руководству пользователя.

85

Глава 4. ПОДШИПНИКОВЫЕ ОПОРЫ

*Руководство пользователя системами автоматизированного проектирования

4.1. Критерии работоспособности и расчет (подбор) подшипников качения

Основным видом опор вращающихся деталей стали подшипники качения. Причины потери их работоспособности: усталостное выкрашивание активных поверхностей тел и дорожек качения под действием переменных контактных напряжений; абразивный износ деталей подшипников, не имеющих надежной защиты от абразивных частиц; разрушение сепараторов; раскалывание колец и тел качения, связанное с отступлением от технических условий на эксплуатацию машин, некачественными материалами подшипника и т. д.; пластические деформации на беговых дорожках в виде лунок и вмятин (бриннелирование) под действием больших статических и кратковременных динамических нагрузок.

Расчет (подбор) подшипников качения базируется только на двух критериях: 1) расчет на статическую грузоподъемность для предупреждений остаточных деформаций; 2) расчет на ресурс (долговечность) по динамической грузоподъемности, определяемой условием предотвращения усталостного выкрашивания (при n > 1мин-1; в случае n = 1 … 10 принимают n = 10 мин-1).

При выборе подшипников качения радиальные реакции опор вала являются и радиальными нагрузками подшипника. Осевые нагрузки подшипников определяются значениями внешних осевых сил и осевых реакций радиально-упорных подшипников.

Предварительно подшипник выбирается по типу, диаметру вала; серия устанавливается начиная с легкой, если не очевидно другое решение.

Методика выбора подшипников стандартизована (ГОСТ и ИСО), поэтому базовый алгоритмический модуль расчета под-

86

шипников качения по критерию работоспособности – динамическая грузоподъемность основан на формуле

где L – ресурс, млн. оборотов;

C – динамическая грузоподъемность по каталогу; P – эквивалентная нагрузка;

p =3 для шариковых и p = 10/3 3,33 для роликовых подшипников;

a1 – коэффициент надежности;

a2 – обобщенный коэффициент совместного влияния качества металла и условий эксплуатации.

Эквивалентная динамическая нагрузка подшипника вычисляется с учетом радиальной и осевой сил (реакций опор) в зависимости от того, какое кольцо подшипника вращается, от характера нагрузки и температурных условий работы.

Номинальную долговечность (ресурс) удобнее считать в часах при постоянной частоте вращения n, об./мин:

Сопоставляя Lh с требуемой долговечностью, делается заключение о приемлемости выбора подшипника.

Проверка подшипников по статической грузоподъемности проводится сопоставлением ее каталожного значения и эквивалентной статической нагрузки.

4.2. Исходные данные и анализ результатов расчетов

Автоматизированный расчет по программам предусматривает ввод исходных данных и вывод на монитор результатов расчетов, которые могут быть распечатаны.

Для подшипников качения при расчете их долговечности исходные данные включают:

-силы радиальные и осевые, нагружающие рассчитываемый подшипник; Fr и Fa;

-динамическую и статическую грузоподъемность подшипника по каталогу, С и Со;

-частоту вращения вала (кольца внутреннего или внешнего) n, об./мин;

87

-коэффициент безопасности (динамичности нагрузки), Kб;

-температурный коэффициент, Кт (до 100о Кт=1);

-коэффициент надежности (обычно 0,9; тогда а1=1);

-условия эксплуатации, качества металла (при обычных

условиях для шарикоподшипников а2 = 0,8, для роликоподшипников и сферических шариковых а2 = 0,6);

-тип нагрузки (постоянная, переменная …).

При использовании системы АРМ WinMachine и ее подсистемы расчета подшипников качения WinBear, выполняющей комплексный анализ опор качения всех известных типов, дополнительно вводятся геометрические параметры выбранного подшипника (обычно из базы данных) и параметры точности (радиальные биения дорожек качения внешнего и внутреннего колец).

Анализ результатов расчетов позволяет приблизиться к оптимальному выбору подшипника перебором вариантов по типу подшипников (шариковый-роликовый, радиальный-радиальноупор- ный), серии, схеме установки (одинарный-сдвоенный, "враспор"- "врастяжку" для радиально-упорных (рис. 4.1) и т.п.). Может потребоваться и полная перекомпановка узла, так как известно, что при вращении внешнего кольца долговечность подшипника заметно ниже, чем при вращении внутреннего. В конструкции предусматриваются регулировки осевого люфта валов (рис. 4.2; 4.3).

Рис 4.1

88

Рис. 4.2

Рис. 4.3

4.3. Вопросы анализа производственных ситуаций

Пример вопроса 1. Во сколько раз изменится долговечность подшипника

опоры вала, нагруженного только радиальной силой, если пришлось вместо подшипника № 2210 (С = 45,7 кН) использовать подшипник № 210 (С = 35,1 кН).

Ответ 1) Критерий работоспособности – расчет на долговечность

(ресурс) по динамической грузоподъемности; формула 4.1, выбранная для анализа.

89

2)Изменение типа подшипника с роликового на шариковый приведет к снижению долговечности подшипника (подшипниковой опоры): показатель степени был 10/3, а стал 3.

3)Долговечность опоры уменьшится, т. к. С уменьшится в 45,7/35,1 = 1,3 раза.

4)Долговечность опоры при действии двух факторов уменьшится в 1,310/3/1,03 = 1,310/3 раз, т. е. несколько больше, чем

в1,3 раза.

Примеры вопросов:

1.Как изменится долговечность подшипникового узла, если применить вместо подшипника № 209 № 2209?

2.Как изменится долговечность подшипникового узла, если

применить вместо шарикового подшипника роликовый (динамическая грузоподъемность остается неизменной за счет изменения серии подшипника)?

4.4. Краткое руководство пользователя системами

автоматизированного расчета (подбора) подшипников качения

Для учебной программы подбора подшипников качения ПМ ВГАУ специальное руководство пользователя не предусмотрено, т. к. действия пользователя предопределены диалоговым режимом работы.

При использовании АРМ WinMachine и ее програмного модуля WinBear – подсистемы расчета неидеальных подшипников качения необходимо учитывать следующее. Подсистема предназначена для комплексного анализа опор качения всех известных типов. С ее помощью могут быть рассчитаны: долговечность подшипника, перемещения, наибольшие контактные напряжения, силы, действующие на тела качения, моменты трения, потери мощности, тепловыделение в подшипнике.

После запуска программы WinBear по команде Данные вводятся в появляющихся диалоговых окнах последовательно: тип подшипника, его геометрия, точность, условия работы. Только после ввода всех исходных данных активизируется команда Расчет, при нажатии (курсором – левой клавишей мыши) на которую выполняются все вычисления.

90

Для вывода результатов на монитор используется команда Результаты, где отражена средняя долговечность подшипника в часах. Результаты расчета (вместе с исходными данными) могут быть распечатаны (достаточно только одной страницы). При необходимости могут быть проанализированы и все другие итоги вычислений, представленные в табличной и графической формах, анимацией биений.

Программой предусматривается диагностика исходных данных в виде сообщений о некорректности параметров и т. п.

При нажатии кнопки Подсказка можно получить справку по всем вопросам функционирования программы, не прибегая к чтению руководства пользователя.

Для расчета подшипников скольжения в системе АРМ WinMachine предусмотрен программный модуль WinPlain.