Проектирование проушин подвижных соединений

В проушинах подвижных соединений типа качалок и тяг управления, узлов подвески рулей и других (рис.10), подвергающихся действию сравнительно небольших расчетных нагрузок и, следо­вательно, имеющих

небольшие размеры, минимальное трение может быть обеспечено применением подшипников качения (шариковых или роликовых).

Рис.10 Рис.11

Подшипники запрессовываются в проушину и дополнительно кернятся или развальцовываются. Соединение проушины с внешним кольцом под­шипника становится непо­движным. Определяющим при расчете на прочность такой проушины становится не смя­тие, а разрыв. Из-за установки в проушину подшипника ее размеры увеличиваются. Зна­чительная высота подшипника приводит к увеличению тол­щины проушины . В связи с этим при расчете проушины на разрыв размер перемычки часто получается очень малым. В этом случае величину надо выбирать из условия проч­ности при запрессовке подшипника.

При расчете проушины на разрыв коэффи­циент , учитывающий концентрацию напряжений, можно не вводить, так как при запрессовке подшипника в стенках проушины возникают сжимающие напряжения, которые снижают концен­трацию напряжений от растяжения. При проектировании проушин с подшип­ником выбор параметров соединения обычно начинают не с рас­чета болта, как для неподвижного соединения, а с выбора подшип­ника под заданную нагрузку. Если подшипник подобран правиль­но, то отверстие под болт или ось в его внутреннем кольце соот­ветствует шарнирному болту, выдерживающему заданную на­грузку. Толщина подшипника определяет высоту проушины. При этом по стандарту толщина проушины

где — толщина подшипника; — стандартизованный размер на заделку подшипника.

За счет затяжки болта и большего, чем в подшипнике, трения, соединение болта с внешними проушинами можно считать неподвижным. Поэтому расчетным случаем для них также будет не смятие, а раз­рыв. Параметры внешних проушин определяют по методике рас­чета неподвижных разъемных соединений. Если проушины изго­товлены из алюминиевого или магниевого сплавов, то для повыше­ния их долговечности и предотвращения от смятия под стальным болтом в них запрессовываются стальные или бронзовые втулки.

Если подшип­ник, запрессованный в среднюю проушину, имеет выступающее кольцо, то втулки заторцовываются заподлицо с наружными про­ушинами. При отсутствии у подшипника выступающего внутрен­него кольца втулки выполняются с буртами, упираю­щимися во внутреннее кольцо подшипника.

В проушинах подвижных соединений, работающих при высо­ких значениях расчетной нагрузки (проушинах подвески рычагов и двухзвенников шасси, тележек шасси и т. п.), применять под­шипники качения обычно бывает нецелесообразным, так как из-за этого резко увеличиваются габаритные размеры, а следовательно, и масса соединений. Наличие же несколько большего трения для этих узлов не имеет столь существенного значения. В этих соеди­нениях применяют обычно подшипники скольжения в виде вту­лок. Проектирование этих конструкций имеет свои особенности (рис.11). Так, для уменьшения размеров, а, следовательно, и массы кон­струкции в этих узлах минимизируют число подвижных соединений. Это достигается фиксацией болта относительно средней или край­них проушин.

На рисунке 11а показано соединение, в котором болт зафиксирован относительно средней проушины. Соеди­нение крайних проушин с болтом (или осью) является подвижным. Для умень­шения трения в эти проушины запрес­сованы втулки — подшипники скольже­ния.

Параметры втулок так же, как и подшипников качения, за­даются стандартом. В соединении, приведенном на рисунке 11б, подвиж­ным является соединение средней проушины с болтом. В средней проушине запрессованы две втулки.

Более технологичным является второе соединение. Это объясняется следующим. Для устранения люфта между проушинами выступаю­щую часть втулок надо торцевать точно под размер. При изготов­лении первого соединения для торцевания требуется специальная калиброванная фреза. При определении параметров подвижного соединения втулку рассчитывают на смятие под болтом (рис.12).

Рис.12 Площадь смятия будет:

где , — диаметр болта и внутренний диаметр втулки; — длина втулки и соответственно высота проушины; = (0,2... 0,3) ; — временное сопротивление на разрыв мате­риала втулки.

Так как втулка запрессована в проушине, то их соединение является неподвижным, поэтому расчёт на смятие проушины под втулкой можно не проводить. Проушину рассчитывают на разрыв по ранее рассмот­ренной методике с введением коэффициента, учитывающего кон­центрацию напряжений . При расчете на разрыв площадь раз­рыва определяем по выражению

,

где — внешний диаметр втулки; — временное сопротивле­ние материала проушин.

Все проушины подвижного соединения требуют обязательной смазки. Как правило, смазывание осуществляется при помощи масленки, вворачиваемой в тело проушины или в го­ловку болта. Для смазывания всей внутренней поверхности втулки в ней делают канавки для протока масла — кольцевые, спираль­ные или пересекающиеся

. Втулки изготавливают или из бронзы БРАЖМц, или для случая больших нагрузок — из стали ЗОХГСА. При этом стальной втулки должен быть меньше проушины, чтобы при работе на смятие в первую очередь сминалась бы втулка, а не проушина. Кроме того, этим предотвращают возможность

возникновения на оси (или болте) рисок или задиров от более прочной втулки. Втулка запрессовывается

в тело проушины по внешнему диаметру, а иногда еще дополнительно фиксируется от возможного поворота с тем, чтобы была гарантирована полная неподвижность втулки. В соединении применяется шарнир­ный болт. Если масленка вворачивается в головку болта, то в его теле делают проточки для протекания масла. Чаще в этом случае применяется специальный полый болт. Ослабление болта проточками приводит к увеличению его диаметра. Все это влечет за собой увеличение размеров соеди­нения, а следовательно, и его массы. В связи с этим целесообраз­нее вворачивать масленку в тело проушины.