а) определение напряжений изгиба в опасных сечениях с учетом знакопеременности нагрузки и концентрации напряжений;
б) определение наибольших величин прогиба вала с учетом характера распределения нагрузки;
в) вычисление величин углов поворота (перекоса) осей валов в подшипниках;
г) определение напряжений кручения в опасном сечении с учетом цикличности нагрузки и расчетом угла закручивания. При расчете осей обычно определяется величина прогиба с целью предотвращения возможности заклинивания зубчатой пары.
Особо тщательными и ответственными должны быть расчеты прогиба валов и углов поворота (перекоса) в опорах в случае применения в насосе подшипников скольжения.
Во избежание нарушений нормальной работы подшипников и появления кромочных давлений допускаемые величины прогиба
должны быть меньше величин зазора ~, который определяется
зависимостью = 0,001-0,003.
Допускаемые величины прогиба валов в случае использования подшипников качения (за исключением игольчатых подшипников) немного больше, чем при применении подшипников скольжения, но и они не должны превышать 0,015-0,025 мм. При этом угол поворота (перекоса) валов в опорах не должен превышать 0,0005- 0,001°. При большем же возникает опасность заклинивания тел качения в подшипниках.
Наиболее чувствительными к возможным перекосам валов являются игольчатые подшипники, что требует при их применении особо тщательных расчетов. Прогибы валов выше допустимых вызывают увеличение удельного давления по краям беговых дорожек, что ведет к быстрому износу игл и поверхностей дорожек.
Величина угла закручивания при наибольшем крутящем моменте не должна превышать одного градуса на длине, равной 20-25 диаметрам вала.
Материалы и технические условия на изготовление валов
Тип применяемых подшипников определяет комплекс технологических требований, предъявляемых к валам. К их числу относятся: выбор материала и метода его термической обработки, характер отдельных операций и точность обработки.
В случае применения подшипников скольжения материал валов, поверхностная твердость опорных шеек и степень чистоты обработки должны отвечать всем требованиям сопряженных пар скользящих опор, работающих в определенных условиях.
Для изготовления валов применяются главным образом легированные стали: 20Х, 12ХН2, 12ХНЗ, 18ХНВА и 13ХНВА, которые подвергаются цементации и последующей закалке до поверхностной твердости Rc порядка 62-64.
Аналогичные марки сталей с соответствующей термообработкой применяются для изготовления валов с шейками, представляющими беговые дорожки под иголки или ролики подшипников качения. Иногда для этих целей применяют азотируемые стали: 38ХМЮА, j 40ХЮ и 35ХЮА. 1
В насосах с подшипниками качения валы изготовляются обычно из стали марки 40Х и простой конструкционной стали марки 45 с последующей термической обработкой до получения поверхностной твердости Rc порядка 54-56.
Наибольшее распространение при термической обработке валов получили закалка токами высокой частоты (ТВЧ) и закалка с нагревом в печи и охлаждением в масле (во избежание появления трещин и короблений).
Для валов, работающих на подшипниках скольжения, очень важное значение имеет чистота обработки и качество поверхности опорных шеек.
Для увеличения срока службы подшипников шейки валов после термической обработки шлифуются, а затем полируются или притираются, либо подвергаются суперфинишной отделке в зависимости от окружной скорости на шейках и прочих условий работы. ,
Технические условия на валы включают обычно следующие требования:
а) допустимые отклонения тела вала от правильной геометри- ческой формы (конусность и овальность) не более 0,005 мм;
б) чистота и твердость поверхностей опорных шеек, согласно ГОСТу 2789-59;
в) биение мест посадки ротора относительно опорных шеек не должно превышать (0,3-0,35) 6,,;
г) посадки для сопряжений с деталями, сидящими на валах (роторами, подшипниками и др.) должны назначаться по конструктивным соображениям;
д) биение выходного конца приводного вала относительно опорных шеек не должно превышать 0,02-0,04 мм.
4. ОПОРЫ ВАЛОВ (ПОДШИПНИКИ)
в шестеренных насосах среднего и высокого давления опоры валов являются более нагруженными в сравнении с опорами других типов гидронасосов, работающих в аналогичных эксплуатационных условиях. Вместе с тем опоры должны обеспечивать работоспособность насоса в течение всего гарантированного срока службы при всех режимах, предусмотренных техническими условиями. Основные требования, предъявляемые к опорам валов следующие:
1) малые размеры диаметров вследствие ограниченности пространства для размещения подшипников;
2) долговечность работы порядка 5000-6000 час;
3) высокая степень точности в радиальном и осевом направлениях;
1П2
4) простота сборки и разборки;
5) экономичность технологии изготовления и эксплуатации.
В шестеренных насосах применяются опоры скольжения и качения.
Выбор типа опоры зависит от очень большого числа факторов. Предпочтение тому или другому типу подшипников должно строго обосновываться в каждом отдельном случае.
Большими преимуществами подшипников качения являются возможность их приобретения на стороне в готовом виде и простота монтажа. Существенным недостатком их являются сравнительно большие габариты, что в ряде случаев исключает возможность их встройки без значительного увеличения размеров насоса.
Применение подшипников скольжения позволяет сконструировать насос с гораздо меньшими габаритами, но требует более высокой квалификации рабочих и применения цветных металлов, повышающих стоимость насоса. При ограниченных межцентровых размерах и высоких рабочих давлениях предпочтение отдается подшипникам скольжения потому, что подобрать подшипники качения требуемой грузоподъемности для этих условий не всегда возможно.
Подшипники качения
В шестеренных гидронасосах применяются подшипники качения (различных типов) лишь в случаях, когда позволяют габариты насоса (межцентровое расстояние роторов). Но так как к шестеренным насосам, как и к большинству других узлов гидросистемы, подлежащих встройке в станки, предъявляются жесткие требования в отношении их габаритов, то это значительно ограничивает применение подшипников качения. Имеется немного конструкций насосов, роторы которых смонтированы на шариковых или роликовых подшипниках (фиг. 87, 74).
Вместе с тем в последнее время начинают широко применяться игольчатые подшипники, обладающие малыми габаритами и большой грузоподъемностью. Отрицательными качествами этих подшипников следует считать высокую степень чувствительности к монтажным погрешностям и относительно высокую стоимость. Но игольчатые подшипники обладают важными преимуществами перед подшипниками скольжения. Они способны работать в значительно более широком диапазоне температур и скоростей, чем подшипники скольжения. Игольчатые подшипники могут быть свободно заменены подшипниками скольжения без изменения конструкции.
Как свидетельствуют испытания [26], хорошие результаты дает применение игольчатых подшипников, в которых иглы заключены в сепараторы. Такие подшипники обладают большей грузоподъемностью, монтаж их значительно проще, так как эти подшипники менее чувствительны ко всякого рода монтажным погрешностям и неточностям изготовления
Следует отметить, что нагрузочная характеристика игольчатых подшипников связана с их габаритами не прямой зависимостью, поэтому применение их в насосах высокого давления (до 100 кГ/см)
