КОНСТРУКЦИЯ и РАСЧЕТ КРИВОШИПНО-ШАТУННОЙ ПЕРЕДАЧИ. § 31. ПОЛЗУН
Ползун предназначается для шарнирного соединения поршневого штока с шатуном. Специальные направляющие (параллели), выполненные в станине (раме) машины или укрепленные на ней, обеспечивают прямолинейность движения ползуна.
Ползуны делятся: 1) на двухсторонние и односторонние и 2) на открытые и закрытые. Двухсторонние, т. е. снабженные двумя башмаками, ползуны конструктивно просты, допускают любое направление вращения коренного вала машины и поэтому широко применяются в стационарных паровых машинах, в том числе и в локомобильных. Открытые ползуны охватываются вильчатой головкой шатуна. В закрытых головка шатуна входит в коробку корпуса ползуна.
Типичная конструкция закрытого ползуна, применяемая в локомобильных машинах, показана на фиг. 181. Ползун состоит из корпуса 1 и двух башмаков 2, прикрепленных к корпусу винтами. Наличие отдельных башмаков дает возможность при помощи прокладок между корпусом и башмаками компенсировать износ башмаков.
Корпус ползуна большей частью выполняется литым из стали марок 15-4D24 и 25-4522 (ГОСТ 977-41) или из серого чугуна марок СЧ 18-36 и СЧ 21-40 (ГОСТ 1412-48). Башмаки ползуна для локомобильных машин отливаются от серого чугуна марок СЧ 12-28—СЧ21-40. В некоторых случаях трущиеся поверхности башмаков заливаются баббитом марки Б16 (ГОСТ 1320-41) или наставляются накладками из подшипниковой бронзы марки Бр. ОЦС 5-5-5 (ГОСТ 613-41) или других марок.
В локомобильных машинах наиболее часто встречается резьбовое и клиновое соединение поршневого штока и ползуна. На фиг. 181 представлен ползун, в котором применено резьбовое соединение с контрящей гайкой.
Соединение ползуна с шатуном осуществляется при помощи пальца, вставленного в отверстие корпуса ползуна.
Ползун находится под действием следующих внешних сил (§П настоящего раздела): 1) силы давления пара на поршень Р кг; 2) усилия Q кг, передаваемого шатуном через палец на ползун в направлении оси шатуна; 3) реакции параллелей ДГ0 кг, нормальной к их поверхности (силами трения обычно пренебрегают).
Величина силы Р определяется по формуле (417), силы Q — по формуле (340).
Сила N0 кг складывается из силы N, вычисляемой по формуле (339), и (для горизонтальных машин) сил веса ползуна, половины веса штока и четвертой части веса шатуна, которую для расчетов условно сосредоточивают на пальце ползуна. Значение силы N0 подсчитывается по следующему уравнению:
Л/0 = N — — GK — f 0,5Ошт — 0,25Ош кг. (439)
При проектировании ползуна толщину стенок корпуса выбирают исходя в основном из технологических и конструктивных соображений
с последующей проверкой прочности ряда сечений. Стальные ползуны выполняются с меньшей толщиной стенок и поэтому получаются более легкими, чем чугунные.
Чтобы обеспечить достаточную прочность резьбы для соединения со штоком, необходимо делать длину ее равной, примерно, двум диаметрам.
Часть щеки корпуса ползуна, отмеченная буквами defg (фиг. 181), рассматривается как балка, лежащая свободно на опорах и в средней своей части, соответствующей отверстию для пальца, несущая равномерно распределенную нагрузку — давление, передаваемое пальцем.
Палец передает усилие, действующее вдоль оси шатуна на ползун. Для большей надежности расчета взята балка, свободно лежащая на опорах, так как в этом случае напряжения имеют большую величину, чем для случая балки с защемленными концами.
Так как угол отклонения шатуна от траектории поршня невелик (6тах = 8 н — 12°), то можно считать, что палец действует на две щеки ползуна, принимаемые за балки, с силой Р кг (давление пара на поршень). Ввиду симметричной нагрузки балки наибольший изгибающий момент будет в сечении /—/ (середина балки). На каждую щеку корпуса приходится усилие 0,5Р кг, и величина максимального момента в сечении /—I будет выражена уравнением
М = ~) кгсм, (440)
где / — длина балки между опорами в см;
Ь — длина нагруженной части балки в см.
Далее по уравнению прочности (419) проверяется величина максимального напряжения, причем величина допускаемого напряжения для стального корпуса не должна быть больше Ru ■< 600 кг/см2.
Напряжение смятия на цилиндрической поверхности отверстий под палец находится по формуле
‘JcM = кг/см2, (441)
где і — число отверстий под палец;
d — диаметр отверстия под палец в см;
/0■—длина опорной поверхности одного отверстия в см. Допускаемое напряжение в этом случае должно быть не больше Рем = 250ч-350 кг{см2 для чугунного ползуна и RCM = 3004- 350 кг/см2 для ползуна из стального литья.
Величина опорной поверхности башмаков определяется по допускаемому удельному давлению, используя уравнение:
N0—p-R6icz, (442)
где р—удельное давление в KzjcM2;
F6—проекция опорной поверхности башмака в см2 на плоскость, проходящую через ось цилиндра и параллельную оси коренного вала.
В зависимости от материала трущейся поверхности башмаков принимаются следующие значения удельного давления: для башмаков с баббитовой заливкой /? = 2 4- 2,45 кг/см2; для чугунных башмаков р = = 54-8 кг/см2; для башмаков с бронзовыми накладками р — 8 4- 4-16 кг/см2.
После выбора величины опорной поверхности башмака необходимо проверить, не превосходит ли удельная работа сил трения допускаемой величины. Удельная работа сил трения определяется зависимостью
Lmp—р-сср кгм/см2сек (443)
и не должна превосходить следующих допускаемых величин: для башмаков с баббитовой заливкой
р-сср — 20 4-25 кгм1см2сек; для чугунных башмаков
р-с(р — 35 4- 40 кгм1см2сек;
для башмаков с бронзовыми накладками
р ■ сСр — 55 70 кгм1см2сек.
Рассчитаем ползун паровой машины локомобиля марки П-25(фиг. 181), используя следующие данные:
1) давление пара перед машиной р — 13 кг см2;
2) диаметр цилиндра D — 14 см;
3) длина кривошипа /? = 0,115 м;
4) длина шатуна L = 0,63 м;
5) вес ползуна GK — 10,5 кг;
6) вес поршневого штока Gmm =2,7 кг;
7) вес шатуна Gm = 17,1 кг;
8) линейные размеры ползуна приведены на чертеже (фиг. 181);
9) корпус ползуна и рама машины с параллелями отлиты из серого чугуна марки СЧ 18-36;
10) башмаки ползуна отлиты из серого чугуна СЧ 12-28. Определяем силы, действующие на ползун.
1. Давление пара на поршень по формуле (417) равно
71 •
Р = Pi— = 2000 кг.
что соответствует 6max = Ю°30′, COS 0mjx = 0,983 и tg6max Тогда величина силы Q будет равна
3. Сила нормальной реакции ползуна по формуле (439) (при таком направлении вращения вала машины, когда сила давления на ползун N направлена вниз) равна
N0 = /V + GK 4- 0,5 Gmm 0,25 Gm —
= 2000 tg6max — f — 10,5 + 0,5-2,7 + 0,25.17,1 =
= 370+ 10,5 + 1,35 +4,275^386 кг.
Поверочный расчет корпуса ползуна. Проверяем величину напряжения изгиба в сечении I — I корпуса ползуна (фиг. 182).
Положение центра тяжести площади сечения находится по уравнению (420):
„■ _ *"* У1 _ /і ‘Уі +/2~JV2 +/з~Уз +/4’Уі __
S/г fi+h + fs+fi
_ 1,2-2,1-І,05 + 2,2-0,5-2,35 + 0,5 0,5-0,5-1.933+2,5-0,8-3 _ 0 — 1,2• 2,1 + 2,2-0,5 + 0,5-U,5• 0,5 + 2,5-0,8 = 2 см;
є" — hi — г’х = 3,4 — 2 = 1,4 см.
Момент инерции площади сечения определяем по формуле (421);
/,= 2 [Л+ Л К,-Уг)2] = Щ11 + 2,52 (2—1,05)2 4-
+ —■— + U (2,35—2)2 + 0,5 J!’- + 0,125(2—1,933)2 +
+ + 2 (3—2)2 = 5,47 см*.
Моменты сопротивления сечения для растягиваемой и сжатой сторон балки вычисляем следующим образом:
7, к 47
W = 4 = = 2,735 см3
ei
и
if; = 4 = = 3,907 сж*.
1 1.4
Величину момента, изгибающего балку в сечении /—/, найдем по формуле (440), измерив по чертежу значения
шему отверстию). Момент будет равен
„ _ М _ 1256 3,907
Полученные величины напряжений меньше допускаемых.
Значение напряжения смятия на цилиндрической поверхности отверстий под палец определим по формуле (441):
Величина диаметра отверстия под палец была взята по меньшему отверстию конуса (фиг. 181). Напряжение смятия получается незначительным.
Поверочный расчет чугунных башмаков ползуна Используя чертеж ползуна (фиг 181), подсчитываем величину опорной поверхности
башмака с учетом канавок для распределения смазки и отверстий для винтов крепления:
|
F*= 19-9—2-1-7,6-2—-= 147,5 см2 4 |
и определяем удельное давление по формуле (442):
— 2,62 кг см2.
Средняя скорость поршня, определяемая по формуле (302), будет равна
2,3 м/сек.
Получив все предварительные данные, находим величину удельной работы трения по формуле (443):
Lmp = р ■ Сер — 2,62-2,3 — 6,03 кгм/см2сек.
Поверочный расчет показывает, что размеры башмаков выбраны с большим запасом.