Подшипники являются основной частью опоры коленчатого или кри­вошипного вала. Основными элементами подшипника являются корпус подшипника, вкладыши в подшипниках скольжения и шарико - или роликоподшипники качения.

В паровых машинах применяются подшипники с разъемными корпу­сами, состоящими из основания и крышки. Основание корпуса под­шипника в зависимости от типа локомобиля либо составляет одну общую обливку с рамой, либо выполняется отдельным.

Крышка корпуса присоединяется к основанию с помощью болтов или шпилек. Число болтов или шпилек зависит от конструкции и раз­меров подшипника, но чаще всего бывает 2 или 4. В корпус подшип­ника вкладывается шарико - или роликоподшипник, либо чугунный или стальной вкладыш. Преимуществом шарико - и роликоподшипников по сравнению с подшипниками скольжения является уменьшение потерь на
трение, снижение расходов по ремонту и смазке, упрощение ухода за ними. Приведенный коэфициент трения в подшипниках качения для предварительных расчетов принимают равным р = 0,005-^-0,01.

Большое распространение в паровых машинах получили чугунные вкладыши, внутреннюю поверхность которых заливают антифрикцион­ным сплавом — баббитом. Поверхность чугунных вкладышей перед за­ливкой необходимо соответственным образом обработать, так как чугун­ное литье обладает меньшей связью с антифрикционным сплавом по сравнению с бронзой и сталью. Для улучшения связи между вкладышем и антифрикционным сплавом на внутренней поверхности вкладыша де­лают пазы различной формы, нарезают резьбу, делают конические или пирамидальные отверстия или просто грубо обрабатывают на токарном станке.

В быстроходных машинах все-большее применение находят стальные вкладыши из малоуглеродистой стали толщиной 2—5 мм. Заливка анти­фрикционным сплавом производится по гладкой поверхности. Толщина заливки не выше 1,5 мм.

Для лучшего распределения смазки по поверхности вкладышей, так же как и у подшипника кривошипной головки шатуна, делают, так назы­ваемые, холодильники (см. § 33 настоящего раздела).

Подача смазки должна производиться в менее нагруженную часть подшипника, иначе будет происходить выдавливание смазки.

Для восстановления необходимой величины зазора при износе по­верхностей скольжения в стык разъемного вкладыша ставят прокладки, которые постепенно вынимают по мере износа вкладыша.

Для ориентировочного выбора диаметра и ширины трущейся поверх­ности вкладыша подшипника исходят из допускаемой величины удель­ного давления k кг/см2 и условной удельной работы трения kcp ■ vkzm/cm2cck (см. расчет размеров коренных шеек коленчатого вала в § 34 настоя­щего раздела).

Шпильки для крепления крышек коренных подшипников проверяются на напряжение растяжения по формуле

о, = .-у кг/см*, (578)

где Р—сила, действующая на шпильки подшипника, в кг; і — число шпилек или болтов;

/— расчетная площадь поперечного сечения шпильки или болта в см2.

В сечении основания корпуса подшипника III—III (фиг. 204, а и б) действует усилие которое вызывает напряжения изгиба и растяже-

р

ния. В сечении IV—IV (фиг. 204, а и а) усилие — вызывает напряже­ние изгиба. В сечении V—V (фиг. 204, а) возникают напряжения изгиба от действия реакции опоры силы В. В сечении VI—VI (фиг. 204, а, г ид) крышки коренного подшипника вследствие дей-

р

ствия силы Р равной Р’ = — sin ср кг. возникают напряжения изгиба.

Фиг. 204. Корпус и крышка коренного
подшипника:

а — продольный разрез подшипника; б и а — поперечные
сечения корпуса; г — поперечный разрез крышки.
а — схема нагружения крышки.

При подъеме локомобиля краном за котел и коленчатый вал каждая крышка подшипников коренного вала будет нагружена силой 0,25ОЛ.

Рассчитаем корпус подшипника машины локомобиля П-25. Опреде­лить напряжения в шпильках крышки и в сечениях III—III, IV—IV, V—V и VI—VI корпуса и крышки подшипника последующим данным:

1) крышка крепится к основанию корпуса посредством двух шпи­лек М20 е расчетной площадью поперечного сечения каждой из них / = = 2,145 см2;

2) вес локомобиля в сборе Gj, — 4000 кг;

3) размеры рассчитываемых сечений даны на чертеже (фиг. 204);

4) сила давления пара на поршень машины Р — 2000 кг. Рассматривая сечение III—III (фиг. 204, а и 6) как плоскость за­щемления балки, нагруженной на свободном конце сосредоточенной и

Р

переменной по величине силой кг, направленной под углом 30° к се­чению, определим напряжения в сечении III—ЦІ.

Положение центра тяжести, используя чертеж, муле (420):

4,6 см

е2 = h — е1 = 10 — 4,6 = 5,4 см.

Величина площади сечения равна

F = 2 Fi = 38,9 смг.

Момент инерции площади сечения относительно оси, проходящей через центр тяжести параллельно основанию, получаем по формуле (421 ;

/ = 2 Ut + Рі(ег - Уі)г) = 479,4 сл4.

Момент сопротивления изгибу равен: 1) для нижнего края сечения

104 см3;

2) для верхнего края сечения

= 1Ц1 = 89 см3. 1 5,4

Напряжения изгиба в сечении 111—III определим по уравнению (419):

1) для крайних волокон нижней части сечения

2) для крайних волокон верхней части сечения

кг) см1

Напряжение от растяжения или сжатия определится из уравнения

Суммарные напряжения в крайних волокнах сечения III—III равны:

1) для нижней части сечения

°і = °иі " ®2 = «аі — od — 54 — 13 = 41 кг/смг,

2) для верхней части сечения

а2 = аи 2 2 + °<t = 63 + 13 = 76 кг/смг

Переходим к рассмотрению сечения IV—IV (фиг 204, а и в) В се­чении приложен изгибающий момент

= 14 000 кгсм,

вызываемый силой - у кг, действующей на плече /3 = 14 см

Положение центра тяжести сечения определяется согласно размерам на фиг 204, в по формуле (420).

е, ~ = 5,3 см,

1 SF,

Момент инерции площади сечения IV—IV относительно оси, прохо­дящей через центр тяжести параллельно основанию, находится по фор­муле (421).

/ = 2 [/, + F, (*і - У,?) = 883,2 см

Момент сопротивления при изгибе равен: 1) для нижней части сечения

2) для крайних волокон верхней части сечения

Как уже отмечалось выше, в плоскости, проходящей через оси цилиндра и коренного вала, параллельно оси цилиндра на подшипник

„ Р

действует сила - у кг

Так как расстояние между осью подшипника и его опорной поверх-

р

костью I - — 20 см, то момент силы - у, равный

„ Р-Ц 2000-20 ол

М0 = —у =---------- 2----- = 20 000 кгсм,

стремится опрокинуть подшипник относительно опоры в плоскости, перпендикулярной к оси вала (фиг. 204, а), но уравновешивается опор­ным моментом, создаваемым крепящими подшипник болтами.

Опорный момент равен произведению усилия Qon, передаваемого крепящими подшипник болтами, на расстояние между осями болтов 24 = 31,5 см, т. е

'11 о ^ Q on кгсм,

откуда усилие, передаваемое болтом, равно

Сила Qon производит изгиб выступающих концов основания под­шипника подобно балке, защемленной в сечении V—V и нагруженной сосредоточенным грузом Qon.

Изгибающий момент в сечении V—V равен

М — Qon-h — 635-2,5 — 1588 кгсм

Момент инерции площади сечения V—V (прямоугольник высотой h = 3 см и основанием Ь = 9 см) равен

Ь

Определим напряжения в сечении VI—VI крышек коренного под­шипника (фиг 204, а) Крышка подшипника принимается за балду, свободно лежащую на опорах и нагруженную равномерно распределен­ной нагрузкой на участке Ьь = 11 см (фиг 204, д)

Нагрузка на крышку равна составляющей силы — кг в направлении нормали к крышке,,т. е.

п, Р. опо 2600,. - - Лг.

Р = — sin 30 = —0,5 = оОО кг.

Положение центра тяжести площади поперечного сечения крышки VI—VI (фиг. 204, г) относительно основания находим по формуле (420):

е, = = 2,25 см

1 2^ и

е% = h — ех = 4,7 — 2,25 = 2,45 см.

Моменг инерции относительно оси, проходящей через центр тяжести сечения параллельно основанию, подсчитываем по формуле (421):

I = 2 Vt + РЛеі — Л)21 = 32,6 см

Момент сопротивления изгибу составит:

1) для нижней части сечения

^1 = §|= 14’5 см%-

2) для верхней части сечения

= 13,3 с*3.

Изгибающий момент в опасном сечении VI — VI балки в соответ­ствии со способом ее нагружения выразится уравнением (470)

л* Р (16 500 /17,2 11

м=т— -т) = т= 1462>5 *гс-*-

Напряжение изгиба находим по формуле (419): 1) для крайних волокон нижней части сечения

101 кг/см[51];

_ М _ 1462,5 1 ~ 14,5

Нагрузку на крышку подшипника получим как проекцию силы Р на нормаль к крышке, т. е.

р" = р' cos 30° = 1000-0,866 = 866 кг.

Напряжение изгиба вычисляем по формуле (419): 1) для крайних волокон нижней части сечения

2) для крайних волокон верхней части сечения, М' 2533 1ПП, „

°«2= 1Г2=Ш= 190 КгІСМ ■

Определим напряжения в шпильках для крепления крышек коренных подшипников.

Максимальное напряжение растяжения шпильки будут испытывать в том случае, когда локомобиль в сборе будет поднят краном. При этом на шпильки одного подшипника будет действовать сила

р’ = % cos 30° = 0,866 = 866 кг.

4 4

При двух шпильках М20 с расчетной площадью поперечного сече­ния для каждой /=2,145 см2, учитывая предварительную затяжку коэ- фициентом f,25, можно получить величину напряжения в них по фор­муле (578):

252 кг/см2.

Во время работы локомобиля наибольшее напряжение в шпильках при нагрузке на крышку силой Р = 500 кг составит

§ 43. РАСЧЕТ ФУНДАМЕНТНЫХ БОЛТОВ МАШИНЫ

Фундаментные болты паровой машины должны своей затяжкой пред­отвратить всякое перемещение машины по фундаменту.

Чтобй определить величину затяжки болтов, необходимо выявить все усилия и моменты, приложенные к раме машины.

1. На раму машины при работе действует опрокидывающий момент в вертикальной плоскости, равный по величине и обратный по направлению

крутящему моменту на валу машины (см. § 11 настоящего раздела). Максимальное значение его равно

Мопр — ^тах* кгсм, (579)

где Гтач — наибольшее тангенциальное усилие, приложенное к пальцу кривошипа, в кг;

R — длина кривошипа в см.

2. На коренные подшипники вала при работе машины действуют динамические давления в виде равнодействующих сил инерции: по ОСИ X — СИЛЫ Ри И ПО ОСИ У — СИЛЫ РЧи. Силы И Рц меняют свою величину и направление в зависимости от положения кривошипа (см. § 40 настоящего раздела).

Горизонтальные силы инерции также создают момент М' относи­тельно опорной плоскости рамы, стремящийся опрокинуть машину.

3. Давление на вал от натяжения ремня передачи принимается равным

Qnp=(S-s-4)U кг,

где U — окружное усилие в кг, приведенное к наружному диаметру шкива.

Давление на вал Qnp стремится сдвинуть машину с фундамента и создает два момента: один Мгор в горизонтальной плоскости относи­тельно вертикальной оси стремится повернуть машину на фундаменте, а второй Мверт в вертикальной плоскости относительно опорной пло­скости рамы — опрокинуть машину.

Плечом первого момента является расстояние между средней пло­скостью шкива и вертикальной осью машины. Плечо второго момента — это расстояние от оси коренного вала машины до опорной плоскости рамы.

Предварительная затяжка фундаментных болтов должна быть такой:

1) чтобы сила затяжки болтов могла предохранить машину от опро­кидывания ее моментами Мопр, М'опр и Меерт;

2) чтобы силы трения между рамой машины и фундаментом, вы­званные затяжкой фундаментных болтов, предотвращали перемещение машины под действием сил Qnp и Р^р и момента Мгор>

3) чтобы сила затяжки болтов не допускала отрыва машины от фундамента под действием силы р^рт.

Методика поверочного расчета болтов приведена в примере.

Приведем поверочный расчет фундаментных болтов машины локо­мобиля марки П-25.

Схема крепления горизонтальной машины локомобиля на кронштей­нах котла показана на фиг. 205. Жесткое крепление вальной подставки осуществлено посредством болтов М24 в количестве і = 4 (расчетная площадь поперечного сечения болта / = 3,089 см2).

Подвижное крепление цилиндра выполнено при помощи болтов М20 в количестве і' — 4 (расчетная площадь сечения болта f = 2,145 см2)-

Необходимые данные для расчета следующие:

1) эффективная мощность машины при номинальной нагрузке Ne = 25 л. с.;

2) число оборотов вала машины п = 300 в минуту:

3) давление на вал от натяжения ремня Qnp = 450 кг;

4) наибольшая величина тангенциальной силы Ттак = 1309 кг;

5) длина кривошипа R — 11,5 см;

6) наибольшая величина силы инерции по оси х = 163,2 кг;

7) наибольшая величина силы инерции по оси у Руи = 128,8 кг;

8) коэфициент трения (чугуна по стали) [а = 0.12.

Определим необходи­мые расчетные величины (фиг. 205):

1) максимальный опро­кидывающий момент при <р ^ 60° подсчитываем по формуле (579):

М0пр ~ ^тах'Р —

= — 1309-11,5^

~ — 15 060 кгсм

(моменты, направленные против движения часовой стрелки, будем считать положительными);

2) максимальный опрокидывающий момент от действия силы при со = 0 составит

м'опр = Ра - 20 = 163-20 = 3260 кгсм;

3) момент силы давления на вал от натяжения ремня в вертикаль­ной плоскости равен

Меерт = — Qnp - 20 = — 450• 20 = — 9000 кгсм;

4) момент силы давления на вал от натяжения ремня в горизонталь­ной плоскости составит

Мгор — Qnp - 49,5 = 450- 49,5 = 22 275 кгсм;

5) так как МОПр имеет максимум при со гг; 60° и М’ — при ср = О

и 180°, а при со^60° М' гг;0 и так как величина момента М _ все время постоянна, то суммарный опрокидывающий момент будет равен

S М0№ = Мопр + Меерт = — 15060 + (— 9000) = — 24 060 кгсм.

Опрокидывающий момент 2 Мопр уравновешивается парой сил, соз­даваемой фундаментными болтами с плечом, равным 126,8 см (фиг. 205), причем при данном направлении вращения машины группа болтов под

цилиндром будет испытывать дополнительное напряжение от растяжения. Сила, передаваемая на группу болтов от пары сил, составит

Горизонтальный момент Мгор уравновешивается моментом пары сил, создаваемым силами трения при затяжке болтов под вальной подставкой.

Сила этой пары сил приходится на два болта, а плечо пары равно расстоянию между осями болтов, расположенных по обе стороны под­ставки, а именно 55 см. Тогда сила пары будет равна

Один болт М24 под вальной подставкой должен создать своим на­тяжением силу трения между рамой и кронштейном котла, по своей величине превосходящую сумму сил, действующих в горизонтальной плоскости и отнесенных к одному болту:

Необходимая для создания силы трения F сила затяжки болта со­ставит

357

0,12

К этой силе нужно прибавить силу натяжения болта для уравнове шивания вертикальной силы инерции, т. е.

Полная сила затяжки болта с учетом запаса равна

Рб= 1,25 (Р' + Р") = 1,25 (3000 + 32) = 3790 кг.

Напряжение растяжения в расчетном сечении болта М24 (под валь­ной подставкой) находится по уравнению

Рб 3790 . опп,2

^=У==ЗД89~ 1200 Кг>СЛ -

Напряжение в болтах под цилиндром под действием силы Р — 190 кг (суммарный опрокидывающий момент) ничтожно.