двигателей имеют вращательное движение с различной угловой скоростью и ограниченные пределы регулирования.



Бесплатно
Узнать стоимость работы
Рассчитаем за 1 минуту, онлайн
Работа добавлена на сайт TXTRef.ru: 2019-10-29

64.Классификация передач и контактные напряжения.

Классификация передач. В технике применяются различные передачи энергии: электрические, тепловые, гидравлические, пневматические и механические. Мы рассмотрим только механические передачи и в дальнейшем будем их называть просто передачи.

Коренные валы машин-двигателей имеют вращательное движение с различной угловой скоростью и ограниченные пределы регулирования. Угловая скорость ω2 валов машин-орудий редко совпадает с угловой скоростью ω1 двигателя, и поэтому их не всегда удается соединить непосредственно, или как говорят напрямую.

Для получения  требуемых угловых скоростей производственных машин между ними и двигателями помещают передачи.

Отношение угловой скорости ведущего вала ω1  к угловой скорости ведомого ω2 называют передаточным числом   то угловая  скорость ведомого вала уменьшается по сравнению с угловой скоростью ведущего.

Если , то угловая скорость ведомого вала увеличивается.

Наиболее распространенными передачами являются:

  1.  передачи с непосредственным контактом (фрикционные) и зацеплением (зубчатые, червячные);
  2.  передачи гибкой связью (ременные, цепные).

Передачи зацеплением бывают:

  1.  открытые, обычно тихоходные, смазываемые периодически густой смазкой, не защищенные от пыли и грязи;
  2.  закрытые, т. е заключенные в чугунные, стальные или пластмассовые корпуса со смазкой окунанием  колес в масленую ванну или струйной и с надежной  защитой (уплотнением) от пыли и грязи.

Передачи 2-й группы для  безопасности должны иметь ограждение или кожух.

Ременная передача основана на использовании силы трения между шкивами и ремнем, а цепная - на зацеплении звездочек с цепью.

Передачи бывают кинематические (служат только для  преобразовании угловых скоростей) и силовыми (для передачи вращающих моментов).

Все типы передач могут быть встроены (как узлы) в ту или иную машину и могут быть выполнены как отдельные устройства.

Закрытые, отдельно  выполненные передачи c i >1 называются редукторами, а с I < 1 – мультипликаторами.

Контактные напряжения. Во многих узлах машин, в том числе во фрикционных зубчатых и червячных передач, усилия от данной детали к другой передаются путем непосредственного контакта их рабочих поверхностей.

Если начальный контакт  представляет собой точку, то под действием  нормальной силы к поверхности контакта  возникают местные деформации. Вследствие  этого начальный точечный  контакт  переходит в контакт по малой площадке, имеющей  в общем случае форму эллипса.

При начальном (без нагрузки) контакте по линии, что имеет место во фрикционных передачах с цилиндрическими или коническими  катками, и в зубчатых передачах с прямыми зубьями, в результате  деформации  получается  площадка контакта в виде весьма узкой прямоугольной полоски.

Силы взаимодействия между деталями распределены по ширине указанной  площадки неравномерно, в точках средней линии площадки контакта  давление максимально. В материале  контактирующих деталей  возникает  объемное напряжение  состояние – трехосное сжатие при этом наибольшие  по абсолютной  величине  напряжения для точек   средней линии  контактной  полоски равны внешнему давлению на единицу длины.


65. Фрикционные передачи

Фрикционные передачи. Фрикционные передачи для измерения угловых скоростей с постоянным или переменными передаточными отношениями для преобразования вращающихся моментов. Они состоят из пары прижатых друг к другу катков.

При вращении  ведущего катка в месте контакта возникает сила трения, увлекающая в движение ведомый каток. Передачи бывают с постоянным и с переменным передаточным отношением, большим или меньшим единицы.

Передачи с переменным передаточным отношением называют вариаторами.

К достоинствам фрикционных передач следует отнести:

  1.  простоту изготовления катков по сравнению с зубчатыми колесами;
  2.  возможность плавного регулирования угловых скоростей в заданных пределах;
  3.  бесшумность работы;
  4.  ограничение величины передаваемого вращающего момента.

Недостатками фрикционных передач являются:

  1.  необходимость нажимных устройств, обеспечивающих необходимую сжимающую силу;
  2.  большие нагрузки на валы и подшипники, что ограничивает передаваемую мощность. Обычно N ≤ 20 квт;
  3.  невозможность получения точного передаточного  отношения вследствие проскальзывания катков;
  4.  большие (по сравнению с зубчатыми передачами) габариты.

Фрикционные передачи широко распространены в приборостроении, где передаваемые нагрузки невелики.

Виды фрикционных передач: передача между параллельными валами, передача клинчатыми катками, передача между пересекающимися осями валов, уравновешенная фрикционная передача.

Уравновешенная фрикционная передача. Все рассмотренные выше передачи обладают существенным недостатком – большим усилием на подшипники. Это усилие  не только вызывает  потерю мощности  на трение в подшипниках, но и приводит к увеличению размеров валов и подшипников, что совершенно нежелательно и часто служит препятствием для построения передач  на значительные мощности.

Этот недостаток  может быть исключен, если  внешние силы преобразовать во  внутренние взаимно уравновешенные силы.

Оси валов правого ведущего, среднего ведомого и паразитного левого катков расположены в диаметральной плоскости кольца, охватывающего катки. Стальные кольца  надежно  сжимает катки,  так как его внутренний диаметр меньше суммы диаметров катков.

Ведущий  каток,  вращаясь по направлению  часовой стрелки, в том же  направлении  вращает  кольцо. Возникающие  в зонах  контакта  силы  трения  вращает ведомый каток. Все  фрикционные  передачи  не обеспечивают постоянства  передаточного  числа вследствие упругого и возможного  кинематического проскальзывания катков. Они являются  предельными  ограничивающими  величину передаваемых вращающих моментов в зависимости  от величины усилия, сжимающего катки.


66. Зубчатые передачи

Появление  зубчатых передач относится к глубокой древности. В то время зубчатые колеса обычно изготавливались из дерева.  Меньшее зубчатое колесо  выполнено  из нескольких деревянных пластин, волокна которых расположены по радиусу. В пластинках просверлено по шесть отверстий ( ток как окружность легко делится на шесть частей), в которых забиты цилиндрические стержни из твердого дерева. По внешнему виду это колесо не напоминает зубчатое, но поскольку оно имеет шесть стержней, его назвали шестерней.

Большое зубчатое колесо также выполнено  из дерева. Деревянные зубья вгоняют в отверстие с предварительно вставленным клином, который при забивании зуба расклинивает его ножку и прочно удерживает ее в отверстии. Большее в паре колесо получило название зубчатого колеса.

Эти названия сохранились в русской технической литературе до настоящего времени, и в дальнейшем меньшее зубчатое  колесо будем называть  шестерней, а большее – зубчатым колесом.

Зубчатые передачи делятся на следующие:

  1.   передачи с параллельно расположенными осями  валов – цилиндрические передачи;
  2.  передачи с пересекающимися осями валов – конические передачи;
  3.   конические передачи с перекрещивающимися  осями валов на расстоянии друг от друга – гипоидные передачи;
  4.   цилиндрические передачи с перекрещивающимися осями валов в диаметральных плоскостях – винтовые передачи.

Зубья шестерен и колес передач могут быть нарезаны на ободе:

  1.  параллельно образующей начальной поверхности – прямые зубья;
  2.  наклонно к образующей начальной поверхности – косые и шевронные зубья;
  3.  криволинейно, например, по дуге окружности.

По окружности скорости V зубчатые передачи  делятся  на следующие: весьма тихоходные – с окружной скоростью   V< 0,5 м/с; тихоходные – V = 0,5/3м/с; среднескоростные – V = 3/15 м/с; быстроходные – V > 15 м/с.

Зубчатые передачи бывают открытыми, полуоткрытыми, закрытыми. Зубчатые передачи могут быть промежуточными звеньями той или иной машины и могут быть выполнены как самостоятельные изделия. По сравнению с другими видами передач зубчатые передачи имеют ряд достоинств:

  1.  постоянство передаточного числа и компактность.

При средних и малых мощностях зубчатые передачи много компактнее других, а передачи больших мощностей (до 50 000кВт и более) вообще неосуществима без зубчатых передач;

  1.  высокий КПД. При хорошей смазке потери мощности в зацеплении одной пары зубчатых колес составляют не более 1 – 3%;
  2.   большой срок службы. Если передача надежно защищена от пыли и грязи, то при хорошей смазке правильно спроектированная и хорошо изготовленная зубчатая передача работает весьма длительное время без заметного износа;
  3.  простота ухода. Надежно защищенные от пыли и грязи передачи требуют лишь периодической смены масла;
  4.  недефицитность материалов. Для зубчатых  передач общего назначения можно использовать углеродистые или низколегированные стали, а также чугуны.

Недостатки зубчатых передач:

  1.  для изготовления  среднескоростных и быстроходных  передач, требуются  специальные, высокой точности станки и режущие инструменты. Поэтому такие передачи  стоят  значительно  дороже  других  видов  передач (фрикционных, ременных);
  2.  зубчатые передачи  в отличие от фрикционных и ременных не могут быть предельными и при перегрузке не предохраняют от поломки другие детали  машины;
  3.  зубчатые передачи не смягчают вибраций,  а в ряде случаев могут сами создавать вибрации.
  4.  нельзя осуществить  бесступенчатое, плавное изменение передаточного числа.


67. Основная теорема зубчатого зацепления

Возьмём одну пару сопряжённых зубьев в произвольном положении. В точке касания k зубьев проведём общую нормаль ТК и касательную ТТ к профилям зубьев.

Точка К1 принадлежащая зубу ведущего колеса, будет перемещаться с окружной скоростью V1=R1*ω1 вокруг центра О1, а та же точка К1 принадлежащая зубу ведущего колеса, будет перемещаться с окружной скоростью  V2=R2*ω2 вокруг центра О2.

Отсюда следует, что

Скорости V1 и V2 разложим на направления ТТ и NN и получим составляющие   и   а также С1 и С2.

Если предположим, что   <   , то зуб ведущего колеса должен отставать от зуба ведомого колеса, чего не может быть; если же предположить, что  >   , то зуб ведущего колеса будет врезаться в зуб ведомого колеса, чего не должно быть.

Следовательно остаётся единственное правильное предположение, что  =  .

Из подобных треугольников KDB и KO1n, а также KO2m и  со взаимно перпендикулярными сторонами следует, что

откуда

Но так как  =   , то   ; передаточное отношение   .

Очевидно, что передаточное отношение i будет постоянным в том случае, если будет постоянным отношение радиусов r2 и r1.

Эту основную теорему зубчатого зацепления можно сформулировать так: нормаль в точке контакта профилей делит линию центров на части, обратно пропорциональные угловым скоростям.

Для обеспечения постоянного передаточного отношения профили зубьев должны быть такими, чтобы общая нормаль NN в точке контакта профилей проходила через неизменную точку P на линии центров О1О2 и тем самым делила бы последнюю в неизменном отношении:

Точку P называют полюсом зацепления, а отрезок nm нормали NN – линией зацепления.

Окружности, очерченные радиусами  , называют основными. Для построения профилей зубьев обычно используют эвольвенту и циклические кривые, в соответствии с чем различают эвольвентные и циклоидные профили зубьев.

Большинство зубчатых колёс изготовляют с эвольвентными профилями зубьев. Это объясняется рядом преимуществ эвольвентнего зацепления: возможностью некоторого отклонения от заданного межосевого расстояния без нарушения постоянства передаточного отношения, простотой изготовления зуборезного инструмента и удобством нарезания зубьев на станках.


68. Материалы, термическая и термохимическая обработка

Материалы, термическая и термохимическая обработка.

Для стальных колёс существуют следующие способы термической и термохимической обработки.

1. Нормализация, то есть нагрев несколько выше верхней критической точки и охлаждением в спокойном воздухе. Этой обработке подвергаются заготовки, полученные поковкой или штамповкой, для снятие наклёпа и получения равномерной структуры и твёрдости во всей массе заготовки. Нормализации подвергаются также литые стальные заготовки для снятия литейных напряжений в местах сопряжений спиц с ободом и для улучшения структуры металла по всему ободу. Нормализации подвергаются углеродистые стали марок Cr 5 и 6, а также качественные стали марок 40, 45, 50.

2. Улучшение, то есть нагрев до 550-6500С (в зависимости от химического состава), закалка и высокий отпуск. Улучшенные стали поддаются чистовой обработке. Улучшению обычно подвергаются стали 40, 45, 50, 50Г и легированные 50С2Г, 40Х, 40ХН, 35ХГС, 30ХНЗМ и др.

3. Цементация, то есть поверхностное науглероживание и закалка, применяется для хромистых сталей 15Х и 20Х. Для особо ответственных передач с возможными перегрузками и ударными нагрузками для цементации применяются стали 12ХН3А, 15ХФ, 18ХГТ, 18ХНВА, 20Х2Н4А.

Углеродистые стали для зубчатых колёс цементации не подвергаются, так как науглероженный закаленный слой имеет свойство отслаиваться от сердцевины зуба.

4. Азотирование, насыщение азотом поверхностного слоя толщиной 0,1-0,3 мм в специальных печах сухим аммиаком при t=490-5600. После закалки азотированный слой имеет особо высокую твёрдость, но так как он очень тонкий, то при ударных нагрузках может продавливаться.

5. Цианирование, то есть насыщение на глубину 0,1-0,3 мм углеродом и азотом, бывает низко-, средне- и высокотемпературным. При низкотемпературном цианировании насыщенный азотом слой приобретает высокую твёрдость и закалке не подвергается. При высокотемпературном требуется закалка, которая может дать коробление колеса.

Чугуны марок СЧ 21-40, СЧ 24-44 и модифицированные чугуны СЧ 28-48, СЧ 32-52, СЧ 35-56, а так же высокопрочные чугуны с шаровидным графитом широко применяются взамен стали для тихоходных передач, особенно когда они не ограничены заданными габаритами.

Неметаллические материалы – текстолит, ДСП (лигнофоль), стекловолокнит – применяются для шестерен в сочетании со стальными, улучшенными и закаленными до твёрдости НВ > 250 или с чугунными колёсами. Текстолит, лигнофоль и стекловолокнит применяются для бесшумных передач, а капрон, нейлон – для работы в агрессивных средах, например для зубчатых насосов.

При выборе материалов и назначении термической или термохимической обработки следует иметь в виду, что зубья шестерен по сравнению с зубьями колёс подвергаются большому наклёпу и износу, пропорциональному передаточному числу.

Поэтому чем больше t, тем прочнее и твёрже должен быть материал шестерни по сравнению с материалом колеса. Здесь имеются в виду металлы, а не пластмассы.  


69. Эквивалентная передача цилиндрическими колесами

Главными элементами, определяющими работоспособность зубчатых и червячных передач, являются зубья колёс. Основными критериями которых являются контактная и изгибная прочность зубьев, а также износостойкость.

При максимальном напряжении, при работе открытых передач у ножек зуба возникают усталостные трещины. Это усугубляется изнашиванием зубьев, что приводит к уменьшению сопротивления сечения зуба у основания. Максимальные изгибные напряжения не должны превышать допускаемых.

Контактные выкрашивания рабочих поверхностей зубьев, является основным видом разрушения для закрытых зубчатых и любых червячных передач.

На рисунке 55а показаны начальные конусы колёс и дополнительный конус БО2Г, построенный на среднем диаметре dд2 ср.

Окружности радиусов r1 и r2, полученные при развёртке дополнительных конусов, называют начальными окружностями эквивалентных цилиндрических колёс, которые служат для построения профилей зубьев.

Из треугольника БО2Р видно, что

и соответственно

Получаем передаточное отношение эквивалентных колёс:

Числа зубьев эквивалентных колёс равны:

                         Рис. 55.  Конусы колёс, построенные на среднем диаметре


70. Червячные передачи.

Червячная передача состоит из червяка (винта) и червячного колеса (гайки). Рассмотрим процесс передачи движения от червяка к колесу.

Винт 1 и гайку 2 с трапецеидальной резьбой установим в опорах так, чтобы винт мог вращаться вокруг своей оси, но не мог перемещаться вдоль неё. Очевидно, что при вращении винта гайка будет перемещаться вдоль него. Далее поступим так: возьмём длинную гайку, разрежем её в продольном направлении и оставим только сектор, заштрихованный на чертеже. Этот сектор будет совершать те же перемещения, что и целая гайка.

Теперь выберем центр О, выгнем по кругу центр гайки резьбой наружу относительно этого центра и соединим концы сектора. Мы получим червячное колесо.

При вращении червяка колесо будет вращаться вокруг своей оси, перпендикулярной к оси червяка и не лежащей с ним в одной плоскости.

При повороте однозаходного червяка (рис. 56а) на один оборот зуб червячного колеса переместится по начальной окружности на один шаг l. На рис. 56 видно, что независимо от числа заходов червяка между двумя витками червяка может поместиться только один зуб червячного колеса. Таким образом, шаг червяка должен быть равен шагу колеса. За время одного оборота двух заходного (рис. 56б) или трёх заходного червяка (рис. 56в) зуб колеса соответственно сместится на 2l или на 3l.

Червячные передачи применяются в машиностроении в тех случаях, когда оси ведущего и ведомого валов перекрещиваются, т.е. лежат не в одной, а в двух плоскостях. Оси могут находиться друг к другу под углом 90 градусов, но обычно под углом 90.

Червячные передачи представляют собой разновидность кинематической пары «винт-гайка», но имеют свои особенности. Поэтому для определения их достоинств и недостатков и кинематических соотношений вначале рассмотрим элементы передачи как элементы винта и гайки.

Показанные на рис. 56 червяки имеют резьбу трапецеидально профиля в осевой плоскости сечения. Если такой червяк рассечь плоскостью, перпендикулярной к оси червяка, то сечение витка будет очерчено по архимедовой спирали (рис. 56г). Такие червяки называются архимедовыми.

В настоящее время получают распространение так называемые эвольвентные червяки. Если такой червяк рассечь плоскостью, перпендикулярной к оси червяка, то сечение нитки будет очерчено по эвольвенте (рис. 56г).

Существенным преимуществом эвольвентных червяков является то, что их можно шлифовать плоской стороной шлифовального круга. Вследствие более тщательной обработки резьбы червяка КПД червячных передач с эвольвентными червяками несколько выше, чем передачи с архимедовыми червяками.

                                          .

Рис.56 Червячные передачи
71. Корригирование червячных передач. Коэффициент полезного действия и усилия в червячном зацеплении

Корригирование червячных передач

Для червячных редукторов для уменьшения числа типоразмеров корпусов установлены стандартные межосевые расстояния А, мм (80; 100; 120; 150; 180; 210; 240; 270; 300; 360; 420; 480; 540; 600). Для червячных передач, являющихся узлами машин, желательно применять межосевые расстояния, оканчивающиеся на 0 и 5. Для получения указанных межосевых расстояний применяют корригирование передач. Нарезание зубьев некорригированных колёс и корригирование производят одной и той же фрезой, имеющей размеры парного червяка. Поэтому корригированию подвергается только червячное колесо путём смещения фрезы, как это делается и для зубчатых передач. С изменением А у корригированного червячного колеса размеры Da и Dk отличаются от размеров некорригированного колеса. Диаметр d не меняется.

Коэффициент сдвига определяется: = A/m-0.5(q+zk)

Межосевое расстояние: A= 0.5m(q+zk+2)

Диаметр впадин: Dk= m(zk+2-2.4)

Диаметр выступов: Dk= m(zk+2+2)

Коэффициент полезного действия и усилия в червячном зацеплении

Часть подводимой к передачи мощности затрачивается на трение винта и гайки, а часть затрачивается на трение зубьев колеса по профилям витков червяка, на трение в опорах и на перемешивание масла внутри корпуса редуктора. Когда мощность передаётся от червяка к колесу, получаем КПД передачи: ηч.г= φ*tgλд/ tgд+ρ).

При передачи вращения от колеса к червяку: ηк.ч= φ*tg(λд-ρ)/ lg λд

Где j- коэффициент, учитывающий потери в зацеплении, в опорах и при перемещении масла.

В зависимости от вида подшипников и вязкости масла φ= 0,94/0,97.

КПД червячных передач значительно ниже зубчатых, и это является их основным недостатком. Затрата мощности на трение переходит в тепло, вследствие чего червячные передачи могут сильно нагреваться.

Из условия равенства работ на ведущем и ведомом валах передачи можно получить зависимость между вращающимися моментами на валах червячного колеса и червяка: Mв=Mч*iч.кч.к

Где Мв – вращающий момент на валу колеса;

      Мч – вращающий момент на червяке;

       Iч.к – передаточное отношение между червяком и колесом;

       ηч.к – КПД передачи при передаче вращения от червяка к колесу.


72. Схемы червячных передач и материалы. Допускаемые напряжения.

Схемы червячных передач.

В практике построения червячных передач встречаются следующие схемы расположения червяка и червячного колеса (рис. 57):

1) червяк вверху, а колесо внизу; оси их расположены в горизонтальных плоскостях (рис. 57а);

2) червяк внизу, а колесо вверху; обе оси расположены в горизонтальных плоскостях (рис. 57б);

3) червяк и червячное колесо лежат в горизонтальной плоскости; ось червячного колеса вертикальна (рис. 57в);

4) червяк и червячное колесо расположены в вертикальной плоскости; ось червяка вертикальна (рис. 57г);

5) двухступенчатая (сдвоенная) червячная передача (рис. 57д);

6) червяк и оба червячных колеса лежат в одной плоскости (вертикальной или горизонтальной); вращение колёс в противоположных направлениях (рис. 57е);

7) два червяка, посаженные на один вал, а оба колеса расположены в одной плоскости; вращение колёс в одну или в противоположные стороны в зависимости от направления витков червяка (оба правые или оба левые, или один правый, а второй левый, рис. 57ж).

Кроме указанных, могут быть и другие схемы расположения червяков и червячных колёс. Например, их оси наклонены под некоторым углом к горизонтальной или вертикальной плоскости.

Червячные передачи имеют следующие достоинства:

  1.  одной червячной парой можно осуществить большое передаточное отношение (обычно 10-80);
  2.  компактность передачи;
  3.  плавность и бесшумность работы передачи;
  4.  свойство самоторможения (при z=1), т.е. невозможность передачи движения от колеса к червяку.

Недостатками червячных передач являются:

  1.  низкий КПД;
  2.  Нагревание передачи;
  3.  Высокая точность монтажа.

                         

                                         Рис. 57. Схемы червячных передач


73. Материалы и конструкции плоских ремней

Кожаные ремни однослойные или двухслойные изготавливаются из полос кожи крупного рогатого скота. Концы полос срезаются «на ус» и склеиваются специальным клеем или сшиваются ушивальником из сыромятной кожи.

Места стыков полос двухслойных (двойных) ремней не должны совпадать (рис. 58а). Обе полосы должны быть прошиты по всей длине ремня.

На рисунке левая половина ремня показана прошитой, а правая – еще не прошитой.

Прорезиненные ремни изготовляются из нескольких слоев (прокладок) хлопчатобумажной ткани, связанных между собой вулканизированной резиной.

Виды прорезиненных ремней:

  1.  нарезные (рис. 58б) с резиновыми прослойками между слоями ткани; выполняются разной ширины нарезанием лент из широкой заготовки; эти ремни могут применяться в пыльных и сухих помещениях при высокой температуре;
  2.  завернутые (рис. 58в); эти ремни не имеют резиновых прослоек и могут применяться в сырых помещениях, где воздух содержит пары воды и кислот.

Прорезиненные ремни надо тщательно оберегать от попадания на них минеральных масел.

Хлопчатобумажные тканые ремни можно применять при неравномерной и переменной нагрузках, но при сильных колебаниях нагрузки, толчках и ударах применять их не рекомендуется.

Хлопчатобумажные шитые и тканые ремни чувствительны к воздействию паров щелочей и кислот, применяются в сухих помещениях при температуре до 50 °C и совершенно непригодны для работы в сырых помещениях с небольшим колебанием температуры.

Шерстяные тканые ремни изготовляются c основой из шерсти; они обладают значительной упругостью и пригодны для работы с неравномерной и ударной нагрузкой. Эти ремни, будучи пропитаны специальными составами, малочувствительны к колебаниям влажности и температуры и более стойки, чем все остальные ремни, к воздействию пыли, кислот, едких паров, газов и др.

Шелковые ремни изготовляются  из искусственного шелка; они достаточно прочны, эластичны, легки, тонки. Применяются при больших окружных скоростях.

Прорезиненные и шитые хлопчатобумажные ремни в силу многослойности требуют шкивов большего диаметра по сравнению с кожаными, хлопчатобумажными ткаными и шерстяными ремнями.

Наименьшие диаметры требуются при шелковых ремнях, имеющих наименьшую толщину. Для различных условий работы ремня (температура, влажность, вредные пары, кислоты, щелочи, пыль, минеральные масла, характер нагрузки) следует подбирать наиболее подходящие ремни.

Рис.58. Конструкция плоских ремней

Кожаные и резиновые ремни соединяются склейкой специальными клеями, нечувствительными к влаге. Концы ремней скрашиваются, склеиваемые поверхности покрываются клеем и сушатся под прессом. Концы склеенных ремней полезно закрепить тонкой (1 мм) жильной струной, как показано на рисунке 58г. Эти же ремни часто сшиваются ушивальниками из сыромятной кожи (рис. 58д).


74. Скольжение ремней и передаточное отношение

Когда передача находится в состоянии покоя, то каждая ветвь ремня под действием начального натяжения S0 удлиняется на d0l.

При передаче вращающего момента ветви ремня будут натянуты ведущей силой: S1=P*et/(et – 1)> S0  и ведомой силой:  S2=P*et/(et – 1)< S0  .

Соответственно этим силам изменится и удлинение d0l. Удлинение ведущей ветви станет d1l , а ведомой – d2l , причем d1l > d2l , так как S1  > S2 . Удлинения  d1l и d2l отложены перпендикулярно к ремню и графически показаны на рисунке 59.

Рис.59. Скольжение ремней и передаточное отношение

В точке а ведущего шкива R1  окружные скорости vш1 шкива и vр ремня равны друг другу, а при дальнейшем движении по дуге ab ремень постепенно укорачивается на величину разности d1l - d2l , так что скорость его точки a к точке b снижается, т. е. оказывается, что vш1  > vш2 .

В точке с ведомого шкива R2 окружные скорости vр  и vш2 равны, а в точке e окружная скорость  vш2 шкива будет меньше окружной скорости vр вследствие его удлинения на величину d1l - d2l , т. е. vр > vш2 , следовательно,  vш1  > vр > vш2 или vш1  > vш2.

На ведущем шкиве ремень отстает от шкива, а на ведомом – обгоняет его, и, следовательно, на обоих шкивах имеет место скольжение ремня. Это скольжение ремня называют упругим скольжением.

Упругое скольжение ремня по шкивам – закономерное явление, поскольку причиной его является неизбежная разность натяжений P=S1S2 . Упругое скольжение ремня тем больше, чем больше эта разность, т. е. величина его зависит от нагрузки, передаваемой ремнем. В силу этого ременной передачей невозможно осуществить передаточное отношение.

Проскальзывание ремня может возникнуть и в результате плохого ухода за ременной передачей или недостаточного предварительного натяжения S0 . Иногда в условиях эксплуатации ремней на производстве в случаях буксования ремня на шкив посыпают канифоль и тем самым увеличивают коэффициент трения. Отметим, что это временное мероприятие является вредным, поскольку оно препятствует упругому скольжению, способствует чрезмерному вытягиванию ремня, уменьшает срок его службы и понижает КПД передачи.

Без учета скольжения ремней по шкивам передаточное отношение равно i=n1/n2=w1/w2=D2/D1 .

Чтобы компенсировать уменьшение угловой скорости ведомого вала вследствие скольжения ремня, необходимо повысить угловую скорость ведущего вала, или при постоянной угловой скорости его увеличить диаметр ведущего шкива D1=D2/i*(1- ε) или уменьшить диаметр ведущего шкива D2=D1*i*(1- ε) .

С учетом скольжения ремней получаем  i= D2/D1*(1- ε)= w1/w2*(1- ε)


75. Шкивы ременных передач

В машиностроении применяются шкивы из чугуна, стали, алюминиевых сплавов и дерева.

Чугунные шкивы используются при окружных скоростях v=< 30 м/с, при v> 30 м/с применяются стальные литые и сварные шкивы, при v< 30 м/с – деревянные.

Разъемные шкивы выполняются с разъемом по спицам или между спицами. Они изготавливаются двумя способами:

  1.  Шкив отливают как одну цельную деталь с тонкими перешейками в месте будущего разъема. После отливки или остывания, когда в теле шкива уравновесится достаточно напряжения, в щели разъемных спиц загоняют клинья и раскалывают шкив на две половины. Места разъема (раскол) дополнительно не обрабатывают.
  2.  Отдельно отливают половины шкивов с припусками на обработку по месту разъема. В этом случае места разъема обрабатываются (строганием или фрезерованием). Число спиц в разъемных шкивах обязательно берется четным в целях его уравновешивания.

При ширине шкива B > 300 мм делают два ряда спиц.

Стальные сварные шкивы выполняются из прокатного листового и тянутого круглого материала.

Рядом с рабочим шкивом на валу станка или промежуточной трансмиссии часто устанавливают холостой шкив. В этом случае ширина ведущего шкива берется равной B1=2B + dB, где dB=1/3 мм.

По мере необходимости ремень с помощью переводного устройства (вилки) перемещают или на рабочий шкив (тогда механизм станка придет в движение), или на холостой шкив (тогда он будет вращаться на втулке, а станок будет находиться в покое).

Втулка (чугунная или бронзовая) снабжена масленкой и имеет по наружной поверхности винтообразные канавки с отверстиями, через которые масло поступает к трущимся поверхностям втулки и ступицы холостого шкива, когда он находится в покое, а вал вращается. Одновременно втулка служит и стопорным кольцом, так как она укреплена на валу тремя стопорами. Соответственно ширине ремня подбирается ширина B рабочего и холостого шкивов.

Ступенчатые шкивы применяются в тех случаях, когда требуется изменять число оборотов ведомого вала при постоянном числе оборотов ведущего вала. На ведущем валу ступени шкива направлены в противоположную сторону. Ступенчатый шкив, состоящий из 2-4 шкивов разных диаметров, является одной деталью с одной ступицей и с внутренними ребрами жесткости, выполняющими так же функции спиц.

Деревянные шкивы небольших диаметров (до 500 мм) выполняются из деревянных секторов, расположенных в несколько рядов. Набор хорошо подогнанных и промазанных клеем секторов скрепляют посредством стальных пластин и болтов так, что каждый сектор стягивается двумя болтами. После просушки и окончательного стягивания болтами шкив обрабатывается на токарном станке: обтачиваются диски, обод. Отверстие для вала. Центрирование и установка на станке при обработке должны производиться по окружности центров болтов.

Для изготовления деревянных шкивов применяют твердые кольцепористые лиственные породы (березу, клен, граб и др.)

Шкивы для клиноременных передач выполняются с профилями, соответствующими типу и числу ремней. Ширину B шкива определяют по формуле, приведенной при рассмотрении клиноременных передач.


                                         
     76. Цепные передачи

          Часто бывает необходимо передать вращательное движение без проскальзывания между валами, расположенными друг от друга на значительном расстоянии. В этом случае применение как ременной, так и зубчатой передач исключается.

          На рисунке 60а показан пример, когда требуется передать вращение между валами А к Б, вращающимися по часовой стрелке с передаточным отношением L = 2 и заданным межосевым расстоянием.

          Одна пара колёс 1 и 2 не обеспечивает требуемого направления вращения, а при заданном межосевом расстоянии А сами колёса получаются весьма громоздкими. Передача посредством трёх зубчатых колёс 3, 4, 5 обеспечивает заданное направление, но требуется дополнительная ось для паразитного колеса 4 и опоры для неё, усложняющие конструкцию передачи.

          Наиболее простой, удовлетворяющей поставленным требованием, является передача посредством цепи. На рисунке 60 показана схематическая цепь.

          Колёса цепных передач в отличие от зубчатых называются звёздочками.

          Цепные передачи по сравнению с другими имеют следующие достоинства:

  1.  возможность передавать вращательное движение на большие по сравнению с зубчатыми          передачами расстояния;
  2.  возможность привода в движение одной цепью нескольких валов ( рис. 61 );
  3.  возможность передавать большие мощности и большие окружные усилия;
  4.  компактность по сравнению с ременной передачей;
  5.  меньшее давление на валы;
  6.  большой диапазон окружных скоростей;
  7.  сравнительно высокий КПД – 0,96-0,98.

Недостатками передачи являются:

  1.  удлинение цепи вследствие износа шарниров;
  2.  более тщательный монтаж по сравнению с ременными передачами;
  3.  сложность подвода смазки к шарнирам цепи;
  4.  невозможность передачи движения между непараллельными валами;
  5.  повышенный по сравнению с ременными шум при работе.

Приводные цепи, применяемые в машиностроении, по роду выполняемой работы делят на приводные для передачи вращательного движения, грузовые, используемые в грузоподъёмных машинах, и тяговые, применяемые в транспортирующих устройствах.

Рис. 60. Передача вращения между валами

Рис. 61. Привод в движение одной цепью нескольких валов

77. Оси и валы

          Оси служат для поддержания вращающихся деталей. Оси бывают вращающимися и невращающимися. На рис. 62а изображён канатный блок 4, вращающийся относительно неподвижной оси 1, а сама ось своими концами закреплена в серьгах 2 посредством шпонок 3. Эта ось невращающаяся. Между ступицей блока и серьгой помещена втулка 5, фиксирующая положение блока на оси. На рисунке 62б блок закреплён шпонкой на оси, а ось вращается в серьгах. Эта ось вращающаяся. Оси подвергаются только изгибу: они не воспринимают и не передают вращающих моментов. Невращающиеся оси рассчитывают по первому случаю нагрузки, когда она постоянная, и по второму случаю нагрузки, когда она меняется от . Вращающиеся оси независимо от рода нагрузки всегда рассчитывают по третьему роду нагрузки, так как меняется положение волокон осей: они то растягиваются, то сжимаются. Валы, как и оси, служат для поддержания деталей, чаще всего закреплённых на них.

Рис. 62. Оси и валы

           Во время работы машины валы всегда вращаются: они воспринимают и передают вращающие моменты. Валы бывают прямые, кривошипные и коленчатые. Их рассчитывают на кручение, на кручение с изгибом, растяжением, сжатием. На осях и валах имеются участки, носящие определённые названия. На рисунке 63 изображён вал ( или ось ). Участки, помещающиеся в опорах, называют цапфами. Если цапфа расположена на конце оси или вала, то её называют шипом, а если в средней части, то шейкой. Опоры, в которых помещаются цапфы, называются подшипниками. Участки, на которых крепят вращающиеся детали, называют подступичными частями ( головками ).

Рис. 63. Схема вала

На рисунке 64 изображён вертикальный вал ( или ось ), торцовая часть которого воспринимает реакцию R опоры. Эту часть называют пятой, а её опору – подпятником.

Рис. 64. Вертикальный вал

78. Конструктивные виды шипов и шеек

          Участок вала или оси, поддерживаемый опорой, называется цапфой. Концевая цапфа называется шипом, расположенная в средней части вала, - шейкой, торцевая – пятой. Шипы и шейки выполняются коническими, цилиндрическими, в некоторых случаях сферическими.

          Конические цапфы позволяют регулировать зазор в подшипнике скольжения, сферические допускают значительный перекос вала относительно подшипника.

          Оси и валы должны занимать вполне определённое положение и под действием осевых усилий не должны иметь продольного перемещения относительно опор.

          Для предупреждения продольного перемещения цапфы изготовляют с буртиками, которыми они упираются в опоры ( рис.65 ).

          В конструкции на рисунке 65а при переходе одного диаметра к другому сделано достаточное скругление, снижающее местные напряжения, и сохранена кольцевая опорная поверхность, обеспечивающая удержание цапфы в данном положении.

          Высоту буртика е берут конструктивно: от 0,07 d + 3 мм до 0,1 d + 5 мм. Шейки делают с двумя буртиками или с одним ( рис.65в ). Два буртика делают тогда, когда продольные силы, приложенные к оси или валу, попеременно действуют в обе стороны. Для достижения той же цели у каждой шейки можно сделать по одному буртику на противоположных концах. Можно также использовать установочные кольца 1, закреплёнными винтами 2. Буртики отковывают заодно с валом или осью или приваривают и затем обрабатывают по заданным размерам.

          Конические шипы и шейки ( рис.65б ) применяют в тех случаях, когда требуется точная регулировка зазора между трущимися поверхностями цапфы и вкладышем подшипника. Изменение величины зазора достигается перемещением вкладыша подшипника в продольном направлении при постоянном положением цапфы подшипника или продольным перемещением шипа относительно вкладыша.

                                              Рис. 65. конструктивные виды шипов и шеек


79. Расчет вала на жесткость при кручении. Полые валы и оси

Расчет вала на жесткость при кручении.

На рис. 66 показан взаимный поворот на угол φ двух поперечных сечений вала, расположенных на расстоянии L друг от друга. Угол φ называется углом закручивания. Во многих случаях по условиям кинематики механизма угол закручивания вала ограничивается заранее заданной величиной, т. е. вал должен обладать необходимой жесткостью на кручение. Поскольку, как известно из курса сопротивления материалов, угол закручивания участка вала зависит от его длины, обычно расчет ведут по углу закручивания на единицу длины. Обозначая этот, как его называют, относительный угол закручивания θ, а его допускаемое значение [θ], получаем условие жесткости

.

Учитывая, что

и

можем представить условие жесткости в виде

.

Из формулы вытекает зависимость для определения диаметра вала по условию жесткости на кручение (проектный расчет на жесткость):

.

При указанных выше единицах измерения d получается в м.

Нормы жесткости (значения), принятые в различных отраслях машиностроения, отличаются большим разнообразием.

Пустотелые (полые) валы и оси

В целях уменьшения собственного веса валов и осей, а также для пропуска сквозь них других деталей их выполняют пустотелыми. На рисунке 67 изображено поперечное сечение такого вала (или оси). Штриховой окружностью показана пропущенная сквозь вал деталь.

Моменты сопротивления кольцевого сечения: полярный  

осевой

Для исключения одного неизвестного задаются отношением  откуда .

Расчетные формулы:

1) для расчета оси:

2) для расчета вала на кручение:

                                                               

Рис. 66. Взаимный поворот   Рис. 67. Поперечное сечение пустотелого вала

80. Проверка жесткости вала при изгибе. Кривошипные и коленчатые валы

Проверка жесткости вала при изгибе.

Расчет на прочность не всегда обеспечивает достаточную жесткость вала. Между тем, если перемещения (прогибы, углы поворота), обусловленные упругими деформациями валов, будут недопустимо велики, то они вызовут нарушение правильности работы деталей, сидящих на валах. Так, перекашивание цапфы в опоре влечет за собой неравномерный износ (нагревание и др.); в редукторах значительный прогиб вала приводит к неравномерности распределения нагрузки по длине зубьев зубчатых колес и т. п.

Поэтому в ряде случаев валы рассчитывают на жесткость при изгибе, определяя перемещения по формулам, полученным в курсе сопротивления материалов.

Общепринятых норм допускаемых величин перемещений (прогибов и углов поворота) не существует; они определяются в каждом отдельном случае конкретными условиями. В общем машиностроении наибольший допускаемый прогиб вала часто берут

,

где L - расстояние между опорами.

Для валов станков,  где требуется повышенная жесткость, эта норма составляет

   ,

В зубчатых передачах (коробки скоростей, зубчатые редукторы и др.) допускаемую величину прогиба иногда определяют как.

,

где т - модуль зубчатых колес, расположенных на данных валах.

Наибольший допускаемый угол поворота опорного сечения вала обычно  рад.

Кривошипные и коленчатые валы.

Эти валы применяют в устройствах для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное и наоборот.

Кривошипные валы (рис. 68а) называются так потому, что концевые цапфы (шипы), закрепленные одним концом в щеках 4, находятся на расстоянии r от оси ОО вращения вала. Шейки 2, называемые коренными, помещаются в опорах 1. Кривошипные валы могут иметь не более двух шипов, к которым присоединяются шатуны.

Коленчатый вал (рис. 686) может иметь шип на оси ОО, если для передачи вращающего момента используется только один конец вала, и не иметь шипов, если используются оба конца вала.

Шейка 5, закрепленная обоими концами в щеках 4, называется коленом. Для соединения с шатунами коленчатый вал может иметь одно, два колена и более.

Рис. 68. Кривошипные и коленчатые валы.


81. Разъемные и неразъемные подшипники

Неразъемный подшипник (рис. 69) представляет собой цельную втулку с фланцем, которым подшипник крепится к станине. Неразъемные подшипники имеют широкое применение в ручных лебедках, в станках как опоры ходовых винтов и ходовых валиков, во многих механизмах и приборах, где они могут быть частью станины. Эти подшипники можно применять в тех случаях, когда валы или оси вращаются с малой угловой скоростью или со значительной скоростью, но при небольших давлениях подшипник. Как в том, так и в другом случае работа силы трения между трущимися поверхностями цапфы и подшипника будет незначительной и, следовательно, износ трущихся поверхностей также будет небольшим. Оси и валы машин являются ответственными и относительно дорогими деталями. Поэтому при длительной работе необходимо подбирать материал подшипника менее износоустойчивый, чем материал цапф, так как сменить или отремонтировать подшипник легче и дешевле чем заменить ось или вал. С течением времени подшипник срабатывается, изнашивается и между цапфой и подшипником появляется зазор (рис. 69), который нарушает точность работы машины и установленный режим смазки подшипника. Для того чтобы не менять всего подшипника, в его корпус  1 запрессовывают втулку 2, которую легко заменить новой, выполнив ее по размерам цапфы. Корпус подшипника чаще всего делается литым из чугуна, а втулка - из бронзы, антифрикционного чугуна или из пластмассы. При монтаже и демонтаже узлов машин, имеющих глухие подшипники, необходимо продольное смещение осей или валов или самих подшипников. Регулировка зазора между цилиндрическими цапфой и вкладышем невозможна. Это обстоятельство является основным недостатком таких подшипников.

Разъемные подшипники.

Разъемный подшипник (рис. 70) состоит из корпуса 1, крышки 5 и вкладышей 2 и 3. Корпус болтами, проходящими через отверстия в лапах, прикрепляется к какому-либо основанию (настенному угольнику, фундаменту, раме или станине машины). Корпус подшипника может быть и частью станины. Через отверстия в крышке и в корпусе проходят болты 4 для крепления крышки к корпусу подшипника. Вместо болтов в корпус могут быть ввернуты шпильки. Бронзовая втулка разрезана по образующей на две части,  называемые вкладышами: верхний 3 и нижний 2. Вкладыши должны плотно, без зазора прилегать друг к другу. По мере износа вкладышей и образования зазора между ними и цапфой вкладыши в месте их касания пирипиливают или убирают установленные ранее прокладки и вновь плотно стягивают. Для этой цели между корпусом и крышкой подшипника имеется зазор. В крышке подшипника предусмотрено отверстие для подвода масла к трущимся поверхностям. Разъемные подшипники применяют в тех случаях, когда при монтаже или демонтаже невозможно продольное смещение вала или подшипника.

Рис. 69 Неразъемные подшипники

                                             

Рис. 70 Разъемные подшипники


82. Подшипники скольжения и материалы вкладышей

Подпятники скольжения

Подпятники воспринимают нагрузку, направленную вдоль оси вращения. Подпятник (рис.71) состоит из литого стального или чугунного корпуса 1, крышки 2, прикрепленной к корпусу винтами, бронзового вкладыша 3 и бронзового или каленого стального опорного вкладыша 4. Благодаря вкладышу 3 такая опора может также воспринимать и радикальную нагрузку.

В целях самоустановки опорный вкладыш 4 опирается на корпус сферической поверхностью, а от проворачивания предохраняется стопорным штифтом 5, запрессованным в корпус 1. Масло для смазки подшипника подается с низу; оно смазывает торцовую опорную поверхность пяты и цилиндрическую поверхность вкладыша 3, откуда через сборник крышки направляется в маслоотводящую трубку.

Материалы вкладышей

Серый чугун, имеющий в своем составе свободный углерод в виде графита, обладает хорошими антифрикционными свойствами. Поэтому его широко применяют для отливки вкладышей. Чугунные вкладыши обычно применяются при небольших скоростях.

Бронзы оловянистые являются хорошим материалом для вкладышей. Применяют их при средних скоростях и относительно больших нагрузках.

Бронзовые вкладыши имеют наиболее широкое распространение при всевозможных режимах работы, так как в случае нагревания подшипника не происходит задирания поверхности цапфы.

Баббиты применяют для заливки чугунных, стальных и бронзовых вкладышей. Баббит хорошо и быстро прирабатывается к цапфе. Чугунные вкладыши заливаются баббитом при неответственных или легко заменяемых осях и валах.

Текстолит находит применение для вкладышей тяжелонагруженных подшипников, например в прокатных станах. По сравнению с бронзой текстолит в несколько раз более стоек при смазке и охлаждении водой. Вкладыши изготавливают путем прессования в форме или в виде набора из отдельных секторов, заключенных в корпус подшипника.

Древеснослоистые пластмассы (ДСП – лигнофоль и лигностон) с большим успехом заменяют дорогостоящую бронзу и баббиты.

Положительными качествами подшипников скольжения являются: небольшие габариты по диаметру, простота устройства, регулировки и способность выдерживать большие нагрузки. А также нагрузки с вибрациями и ударами.

Во многих случаях при больших окружных скоростях и больших нагрузках на цапфы подшипники скольжения являются единственно возможными.

    

Рис. 71. Подпятники скольжения


83. Подшипники качения

Основные типы подшипников качения

Шариковый радиальный однорядный подшипник (несамоустанавливающийся) (рис.72а) состоит из наружного 1 и внутреннего 3 колец с полукруглыми канавками, по которым во время работы перекатываются шарики 2. Для того чтобы шарики не касались друг друга, они разделены сепаратором 4. Кольца и шарики сделаны из хромистой закаленной стали, тщательно отшлифованы и отполированы.

Шариковый радиальный двухрядный сферический подшипник (самоустанавливающийся) (рис. 72б) на наружной поверхности внутреннего кольца имеет две канавки, в которых шарики, удерживаемые своим сепаратором, расположены в шахматном порядке.

                      

 

Рис.72. а) шариковый радиальный однорядный подшипник; б) двухрядный сферический подшипник; роликовый радиальный однорядный подшипник

Внутренняя поверхность наружного кольца выполнена по сферической поверхности, для того чтобы в случае перекоса цапфы не происходило защемление шариков. Этот подшипник осевых усилий не воспринимает. Если подшипник не выдерживает заданной нагрузки, то можно применить двухрядный роликовый подшипник (рис. 73а).

Роликовый радиальный однорядный подшипник (рис. 72в). Внутреннее кольцо сделано с канавкой прямоугольного сечения, по которой перекатывается ролик. При осевом усилии ролик своим торцом упирается в кольцо; наружное кольцо буртиков не имеет. Такое устройство позволяет осям и валам вместе с внутренним кольцом некоторое смещение в осевом направлении. Подшипники этого типа изготавливают также с буртиками у наружного кольца. Внутреннее кольцо в этом случае буртиков не имеет или имеет только с одной стороны. При неудовлетворительной работоспособности этого подшипника следует взять двухрядный подшипник роликовый подшипник.

Роликовый двухрядный радиальный сферический подшипник (самоустанавливающийся) представлен на рисунке 73а, из которого достаточно ясна его конструкция. Он также наружное кольцо имеет сферическую поверхность, ролики имеют бочкообразную форму. Осевых усилий этот подшипник не воспринимает.

Шариковый радиально-упорный подшипник (рис. 73б) имеет такую конструкцию канавок во внутреннем и наружном кольцах, что он может одновременно воспринимать радиальное усилие и одностороннее осевое.

                                   

   

                                                            Рис. 73


84. Опоры корпусов подшипников

Подшипники скольжения, благодаря использованию композитных материалов, обладают хорошей характеристикой скольжения и низким коэффициентом трения, очень высокой долговечностью и практически отсутствием изнашивания сопрягаемой поверхности трения, высокой химической стойкостью и пригодны как для вращения, так и для колебательного движения.

Опоры корпусов подшипников

Корпуса подшипников скольжения или качения обычно конструируют как часть рамы, станины или корпуса, например в редукторах.

В тех случаях, когда валы установлены не в корпусах машин, применяют подшипники, выполненные как самостоятельные узлы в отдельных корпусах.

В этих случаях корпуса подшипников прикрепляют к потолку, стене или полу посредствам так называемых подвесок, кронштейнов, стоек или башмаков.

На рисунке 74а представлена потолочная подвеска вала, на площадке которой устанавливается подшипник.

На рисунке 74б потолочная подвеска имеет винты 1 и 2 со сферическими торцами 3, между которыми помещается самоустанавливающийся подшипник.

На рисунке 74в представлен настенный кронштейн, имеющий винты со сферическими торцами для самоустанавливающегося подшипника, а на рисунке 74г – настенный кронштейн для крепления подшипника. Паз 1 дает возможность перемещать подшипник вдоль опорной поверхности 2.

Стойка на рисунке 74д служит для крепления подшипника на поверхности 1 при установке трансмиссии на полу. Башмак на рисунке 74е применяется для крепления подшипников на фундаменте. Наклонные поверхности П служат для более точного перемещения подшипника вдоль опорной поверхности посредством клиньев К.

                         

Рис. 74 Опоры корпусов подшипников


85. Муфты жесткие неразъемные

Устройства, называемые муфтами, служат для соединения труб, электрокабелей, стержней и другого, а в машиностроении для соединения валов.

Муфты, применяемые в машиностроении, имеют большое разнообразие по своему назначению, передаваемой мощности, внешним размерам, конструктивным особенностям и способам управления.

Режим работы муфты зависит от рода двигателя и от рода приводимой им в движение машины. Поэтому при расчетах муфт следует номинальную мощность умножить на коэффициент k режима работы.

Муфты жесткие неразъемные.

Жесткая неразъемная муфта (рис. 75а) представляет собой втулку, в которой помещают концы валов. Чтобы концы не проворачивались относительно муфты, в ней делают шпоночные канавки 1. такие же канавки 2 для шпонок 3 имеют и концы валов. Обычно муфты изготавливают из конструкционных сталей, реже – из чугуна. Такие втулочные муфты применяют для постоянного соединения строго соосных валов. Если такой муфтой соединить валы, оси которых будут находиться под некоторым углом ω друг к другу или будут смещены параллельно друг другу на некоторое расстояние, то эти погрешности монтажа вызовут деформации и дополнительные нагрузки валов и опор(рис 76б).

В зависимости от диаметра вала по таблицам ГОСТа определяют сечение шпонки b*h, а длину ее l – находят из условия прочности на смятие материала вала (муфты) по уравнению:

Где М – вращающий момент;

d – диаметр вала;

- допускаемо напряжение на смятие;

k – коэффициент режима работы.

Диаметр d, муфты определяют из условия прочности на кручение по уравнению:

,

Где  - допускаемое напряжение;

k=1.15/5 в зависимости от рода двигателя, типа производственной машины (станка).

а)

         

б)

          

Рис. 75. Муфты жесткие неразъемные

86. Муфты кулачковые жесткие подвижные.

Шкивы 1 и 3 (рис. 76), свободно вращающиеся в разные стороны на валу 5, имеют с обеих сторон такие же кулачки. Муфта 2 имеет с обеих сторон такие же кулачки. Перемещаюсь вдоль вала 5 по направляющей шпонке 4, муфта входит своими кулачками в соответствующие впадины правого или левого шкива и включает вал во вращение в ту или иную сторону.

Размеры кулачковой муфты (рис. 77) определят конструктивно, выступы проверят на прочность – изгиб и на смятие. На изгиб кулачки проверяют по уравнению:

или

.

где  для деталей сталей Ст. 5 и Ст. 6;

      для чугуна;

      b – длина кулачка по среднему диаметру;

      a – толщина кулачка;

      z – число кулачков;

     M – вращающий момент;

     N – мощность в кВт;

      n – число оборотов в минуту;

      h – высота кулачка;

      - средний диаметр кулачка.

Предполагая что давление на рабочую поверхность  распределяется равномерно, уравнение для проверки на смятие получим в таком виде:

Для незакаленных стальных поверхностей допускаемые напряжения следует принимать в 2-2,5 раза меньше; для чугунных – в 3-4 раза меньше.

                                            

Рис. 76. муфты кулачковые жесткие подвижные

                                                     

                                    Рис.77. размеры кулачковой муфты

87. Клиновые соединения

 

Для соединения деталей в машинах применяют разъемные и неразъемные соединения.

Разъемные соединения характеризуются тем, что при разборке (демонтаже) соединяющие детали не разрушаются и они годны для повторного употребления. Неразъемные соединения характеризуются тем, что при разборке их соединяющие детали разрушаются и к употребления уже не годятся. Клиновые соединенья относятся к числу разъемных и состоят из стальных стержня и клина и стальной или чугунной втулки (рис. 78).

Рис. 78. Клиновые соединения

В цилиндрическом стержне и во втулке имеются отверстия для клина. Если приложить усилие Q к клину, то он будет перемещаться, создавая давление на стержень и втулку, которые имеют возможность переместиться относительно друг друга на величину зазора. При этом в деталях соединения не будут возникать какие-либо деформации и напряжения. Такие соединения называются ненапряженными.

Если стержень и втулка упираются друг в друга буртиком или торцом стержня, то сила Q еще до приложения рабочей силы P вызовет в деталях деформации и напряжения. Такие соединения называются напряженными.

Ненапряженные соединения можно нагрузить только растягивающими силами Р, а напряженные - знакопеременными по циклу "растяжение-сжатие".

Сила Q забивки клина в напряженных соединениях может быть различной. Практика эксплуатации липовых соединений установила, что для учета предварительных напряжений, возникающих от забивки клина, расчетное усилие  надо взять равным , где Р рабочая нагрузка.

Диаметр  стержня определяется по уравнению:

где  - для ненапряженных соединений;

       - для напряженных соединений.

Диаметр стержня , ослабленного отверстием для клина, рассчитывается по уравнению:

Толщину s клина обычно принимают равной

Подставив значение s в уравнение (1), получим

Учитывая концентрацию напряжений, вызванную отверстием для клина, допускаемое напряжение  берут равным   или

88.Шпонки

 Шпонки служат для крепления деталей, нагруженных вращающим моментом, на осях и валах. Такими деталями являются шкивы, зубчатые колеса, муфты, маховики, кулачки и др.

Шпонки делятся на клиновые (с уклоном) и призматические (без уклона). Соответственно этому шпоночные соединения могут быть предварительно напряженными и ненапряженными.

Предварительно напряженными соединениями называются такие, когда в процессе сборки еще до приложения рабочей нагрузки в соединяемых деталях возникают те или иные деформации и соответствующие им напряжения.

Шпонки с головкой применяются тогда, когда невозможно выбить шпонку из гнезда ударами с противоположного конца. В этом случае их выжимают забивкой клина под головку. Во избежание захвата одежды обслуживающего персонала головкой шпонки ( при вращении вала) она должна быть закрыта.

Клиновые шпонки закрепляют сидящие на валу детали так, что они не могут ни перемещаться вдоль вала, ни вращаться относительного него.

Призматические шпонки не позволяют детали вращаться относительно вала. Но не могут удержать ее от продольного перемещения.

Торцы (концы) шпонок бывают нескругленными и скругленными.

Фрикционные шпонки – это шпонки клиновые, у которых сторона, прилегающая к валу, имеет цилиндрическую поверхность.

Шпонки на лыске опираются на площадку (лыску), сделанную вдоль вала, и, будучи клиновыми, также вызывают распирающие усилия. Эти шпонки применяются для регулировки положения детали вдоль вала.

Шпонки врезные клиновые также работают за счет распирающих усилий, возникающих при забивке их в шпоночное гнездо, и применяются для передачи значительных моментов.

Существенным недостатком клиновых шпонок всех рассмотренных типов является то, что они являются напряженным клиновым соединением и смещают ступицу радиально относительно вала.

При короткой ступице возможен ее перекос относительно вала. Это явление в свою очередь вызывает радикальные и торцовые биения, которые во многих случаях совершенно недопустимы (например, в точных и быстроходных зубчатых передачах). Поэтому в настоящее время клиновые шпонки не находят широкого применения.

Шпонки врезные призматические распирающих усилий не вызывают. При передаче вращающего момента напряжения возникают на боковых сторонах шпонки.

Врезные призматические шпонки широко применяются в машиностроении. Недостатком соединений посредством врезных шпонок (клиновых и призматических)  является ослабление вала пазом для шпонки.

Тангенциальные шпонки применяют в тех случаях, когда врезные шпонки не обеспечивают передачу  требуемого момента М.  Эти  шпонки состоят из двух половин, каждая из которых представляет собой клин. В случае реверсивного вращения вала необходимо на нем устанавливать две шпонки под углом 120-135◦ друг к другу.

Сегментные шпонки широко применяют в станко-авто-строении и авиастроении, их часто используют как дополнительное средство крепления при каком-либо другом основном способе крепления детали на валу, например посредством посадки детали на конус вала или оси. По длине ступицы можно ставить несколько шпонок. Паз под шпонку фрезеруют дисковой фрезой.

Если требуется перемещать деталь (например, шестерню) вдоль вала, то употребляются направляющие шпонки, закрепленные на валу винтами.

Если требуется значительное перемещение детали вдоль вала, то шпонку укрепляют в ней. При этом шпонка скользит по канавке вала вместе с деталью.


89.
 Зубчатые и штифтовые соединения

Зубчатые (шлицевые) соединения

Для этого типа соединений вал фрезеруют так, что продольные выступы образуют как бы несколько зубьев (шпонок), расположенных по окружности. В ступице, сидящей на валу детали, делается отверстие с пазами соответствующей формы посредством инструмента, называемого протяжкой.

Рабочими поверхностями, так же как и в призматическом шпоночном соединении, являются боковые поверхности зубьев вала и ступицы.

Эти стороны (в поперечном сечении) могут быть плоскими параллельными, плоскими наклонными и криволинейными, очерченными по эвольвенте.

Центрирование сидящей на валу детали с выступами может осуществляться по внешнему диаметру D  вала или по внутреннему d или по боковым сторонам выступов, а центрирование – только по боковым сторонам.

Размеры элементов прямобочных соединений и эвольвентных выбираются по ГОСТу.

Эвольвентные шлицевые соединения хорошо центрируют детали на валу. Зубья этих соединений утолщаются к основанию, имеют меньшую концентрацию напряжений и, следовательно, прочнее по сравнению с выступами. В тех случаях, когда допустимая несоосность вала и сидящей на нем детали ограничена жесткими пределами, центрирование соединения боковыми гранями применить нельзя.  Наибольшая точность

центрирования достигается по диаметру d  или по D.

Если деталь в процессе работы должна перемещаться вдоль вала, то выступы делают на валу по всей длине продольного хода детали.

Зубчатые соединения имеют следующие преимущества по сравнению со шпоночными:

  1.  лучшее центрирование деталей и направление их при перемещении вдоль вала;
  2.  значительно меньшее ослабление вала;
  3.  значительно меньшее напряжение смятия за счет больших поверхностей контакта;
  4.  высокая точность изготовления, чем обеспечивается концентричность соединения, точность зазоров, равномерность распределения давления по длине;

Штифтовые соединения

Штифтовое соединение (рис.79) отличается простотой изготовления. Отверстие для штифта сверлится одновременно в ступице и в вале, после чего обрабатывается разверткой. Недостатком штифтового соединения является значительное ослабление вала отверстием под штифт. Это соединение не рекомендуется применять для крепления деталей в средней части вала и особенно тогда, когда вращающий момент передается в обе стороны вала.

В ответственных машинах, когда возможна случайная перегрузка, например в продольно-строгальных станках с реечной подачей стола, это соединение применяется как средство предохранения от поломки ответственных деталей.

Рис.79 Штифтовое соединение


90. Крепежные изделия

Для соединения деталей и крепления узлов машин применяют болты, винты, шпильки, гайки, шайбы, называемые крепежными изделиями.

Болтом называется стержень, имеющий на одном конце головку, а на другом –винтовую резьбу, на которую навертывается гайка.

Винт отличается от болта тем, что резьбовым концом он ввертывается в резьбовое гнездо, имеющееся в соединяемой детали. Винты могут иметь головку различного диаметра и формы.

Болты бывают с полукруглой головкой и квадратным подголовком. Такие болты применяют для крепления металлических пластин к деревянным. Подголовок удерживает болт от провертывания  при затяжке гайки. Наиболее распространенными являются болты с шестигранной головкой. Головки болтов с диаметром до 16 мм обычно получают высадкой в холодном, а свыше 16 мм в горячем состоянии. Резьба болтов может быть выполнена нарезанием, а на малых и средних диаметрах – накаткой на стержне. Винты небольших диаметров получают обтачиванием из профилированных прутков.

Шпильки представляют собой стержни с резьбой на обоих концах. Одним концом шпилька ввертывается в гнездо, имеющееся в детали, а другим концом проходит в отверстие другой детали и на него навертывается гайка. Гайками называют детали, имеющие сквозное центральное отверстие с внутренней резьбой, а снаружи – грани для захвата ключом или какое-либо другое устройство для захвата гайки. Гайки бывают низкие, нормальной высоты и высокие. Гайки изготовляют штамповкой из полосового материала или из профилированных прутков на специальных станках.

Шайбы подкладывают под гайки или под головки болтов и винтов с целью увеличения опорной поверхности или для предохранения  ее  от задирания при затяжке гайкой или головкой винта.

Шайбы, подобно гайкам, получают штамповкой из листового материала или точением из круглых прутков.

В зависимости от шероховатости поверхностей крепежные изделия делятся на изделия нормальной точности и изделия повышенной точности.

Изделия нормальной точности имеют шероховатость, соответствующую знаку V 3, а изделия повышенной точности частично обрабатываются по знак V 5 (например, стержень болта) и остальное – под знак  V 4.

На крепежные изделия имеются стандарты, нормирующие их назначение, форму, размеры, качество и др.

Материалами для стандартных крепежных изделий служат стали углеродистые и легированные с временным сопротивлением в =(3000/6000) кг/см ², сплавы цветных металлов и некоторые пластмассы.

Краткий обзор некоторых крепежных соединений. Соединения с прокладками являются прочно-плотными, а все остальные без прокладок на этих же рисунках- прочные.

Прокладки бывают жесткие – металлические и эластичные, кожаные, картонные, пластмассовые и др.

Плотность при тех или иных прокладках, а также прочность соединения и крепежных деталей-болтов, шпилек, винтов – обеспечивают  расчетом. Болтовые, шпилечные и винтовые соединения – разъемные, характеризующиеся тем, что при демонтаже (разборке) соединяющие детали не разрушают, и они годны для повторного употребления. Крепежные детали стандартные по диаметру и форме, а длину их определяют конструктивно.

Высота головки болтов по ГОСТу берется равной  Н = (0,55/ 0,65) d, где  d – внешний диаметр резьбы.

Другие работы

вибрационный контроль ощущение вибрации горта...


Способы и приемы коррекции. коррекции: по подражанию. коррекции: по подражанию. коррекции: по подражанию.

Подробнее ...

.Сущность и содержание дистрибутивной политик...


Распределительный комплекс маркетинга: организация каналов распределения маркетинговые мероприятия по физическому перемещению товара. Сущность ка...

Подробнее ...

.382.11 Токарная операция 005 подрезка торца ...


5 Расчет режимов резания Изм.1 где длина резания; подвод врезание и перебег инструмента 2 Определение рекомендуемой подачи на оборот заготовки.2 ...

Подробнее ...