Осн. Критерии работоспособн. Зубч. Передач

Для закр. передач:

1.усталостная контактная прочность раб. пов-ей и зубьев. (контактная выносливость зубьев)

2.Усталостная изгибная прочность (изгибная выносливость зубьев)

Для откр. передач:

1.Усталостная изгибная прочность.

 

РАСЧЕТ НА ИЗГИБН. УСТАЛОСТН. ПРОЧНОСТЬ

Для открытых передач:

При проектном расчете опред-ся нормальный модуль m_n.

При проверочном расчете опред-ем расчетное напряж-е и сравниваем с допускаемым.

Для закрытых передач:

РАСЧЕТ НА КОНТАКТНУЮ ВЫНОСЛИВОСТЬ

При проектном расчете из условия прочности определяется межосевое расстояние

При проверочном расчете:

ЗУБЧАТЫЕ КОНИЧ. ПЕРЕДАЧИ.

Прим-ют для передачи вращения м/д пересекающимися осями.

,Σ-межосевой угол передачи.

«+»передача вращающего мом-та под углом.

«-»

-Большая масса и габариты.

-Сложны в изгот-ии и монтаже.

-Шум.

Классификация:

1.по форме зуба:

-прямозубые.

-косозубые.

-с круговыми зубьями.

-шевронные.

2. в зависимости от изменения размеров сечений по длине:

-форма I. Пропорц-но понижающиеся зубья.

Прим-ют при единичном и мелкосерийном произв-ве прямозубых и косозубых колес, ограниченно для передач с круговыми зубьями при m_n 2, z_Σ=20…100.

-форма II. Понижающиеся зубья.

Явл-ся основной для колес с круговыми зубьями. Позволяет 1им инструм-ом обрабатывать обе пов-ти зубьев колеса, прим-ют в массовом произв-ве.

-форма III. Равновысокие зубья.

Прим-ют для круговых зубьев при

при средн. конусных расст-ях 75-750 мм.

z_Σ 40.

ОСН.ГЕОМ.СООТНОШЕНИЯ

Произв-ми размерами конич. колеса явл. размеры в норм. сечении к большому торцу, выражаемые через внешн. окружной модуль.

- углы делительных конусов.

- межосевой угол передачи

b - ширина зубч. венца. Ограничена 2мя доп-ми конусами – внутр. и внеш.

- внешн. делит. окружной модуль

m – средн. окружн. делит. модул

- внешн. делит. диаметр

- средн. делит. диаметр

- внешн. конусное расст-е

R – средн. конусное расст-е

- внешн. высота головки зуба

- внешн. высота ножки зуба

- внешн. высота зуба

- внешн. диаметр вершин зубьев

- внешн. конусное расст-е ортогональной передачи

R – средн. конусное расс-е;

- угол головки и ножки зуба

 

КИНЕМАТ. ХАР-КИ КОНИЧ. ПЕРЕДАЧИ

Передат.отношение:

; ;

УСИЛИЯ В ЗУБЧ. КОНИЧ.ПЕРЕДАЧЕ

Окружн. сила на шестерне и колесе:

Рад. сила на шестерне численно = осевой силе на колесе:

Осевая сила на шестерне численно = рад. силе на колесе:

 

ОСН.КРИТЕРИИ РАБОТОСПОСОБН. КОНИЧ.ЗУБЧ.ПЕРЕДАЧ

1. Усталостная контактная прочность.

. При проектн. расчете опред-ем внешн. делит.диаметр колеса d_e2.

2. Усталостная изгибная прочность.

. При проектном расчете опред-ем средн.модуль зацепления m.

 

ЧЕРВЯЧНЫЕ ПЕРЕДАЧИ

Прим-ют для передачи вращ-ого движ-ия м/д валами, у кот. угол скрещивания осей обычно составляет ϴ=90°.

Черв. передача – зубчатовинтовая передача, движение в кот. осущ-ся по принципу винтовой пары. Ведущим явл. червяк.Для облегания тела червяка венец черв. колеса имеет зубья дугообразной формы, что увел. длину контактных линий в зоне зацепл-ия и повышает их прочн.

«+»

-Больш.передат.числа при сохранении малых габаритных размеров.

-Плавность и бесшумность работы.

-Повыш-ая кинемат-ая точность.

-Возможн.получ-я самотормозящей передачи.

«-»

-Низкий КПД.

-Большое тепловыдел-е.

-Повыш-ый износ и склонность к заеданию.

-Изгот-е зубьев колес из дорогих антифрикц-ых материалов(бронза).

Классификация:

1.по форме внешн.пов-ти червяка:

-с цилиндрич.червяком.

-с глобоидным червяком.

2.по располож-ю черв.относит-о червячного колеса:

-под колесом(нижнее).

-над колесом(верхнее).

-вертик-о сбоку колеса(боковое).

3.по направл-ю винтовой линии:

-с правым червяком.

-с левым червяком.

4.по числу заходов червяка:

-с однозаходным червяком.

-с многозаходным червяком.

5.по форме винтовой пов-ти червяка:

-с архимедовым червяком.(ед.произв-во)

-с конволютным червяком.(редко)

-с эвольвентным червяком.(масс.произв.)

ОСН.ГЕОМ.ХАР-КИ В ЧЕРВЯЧНОЙ ПЕРЕДАЧЕ

а) червяк.

-число заходов червяка z₁(выбир-ся в завис-ти от передат.числа).

-осевой модуль черв. m(= торцевом модулю черв.колеса).

-шаг червяка p= *m (для однозаходных).

-ход витка червяка (для многозах.)

-коэф.диаметра червяка q(в целях сокращ-я номенклатуры зуборезного инструм-та стандартизованы модули и коэф.диаметра червяка).

-делит.диаметр черв.

-высота головки витка.

-высота ножки витка.

-диаметр вершин витков червяка.

-диаметр впадин витков червяка.

-угол подъема линии витка червяка.

-угол профиля витка черв. в осевом направлении. 2

-длина нарезанной части червяка b₁.

б) червячное колесо.

-число зубьев черв.колеса. z₂

Для силовых передач 30…90

-делит.диаметр колеса. d₂=m*z₂ (по средн.сечению)

-диаметр вершин зубьев колеса.

-диаметр впадин зубьев колеса.

-наиб.диаметр колеса.

-ширина венца колеса b₂.

-угол обхвата червяка венцом.

-межосевое расст-е.(стандартизовано)

ОСН.КИНЕМАТ.ХАР-КИ ЧЕРВЯЧНЫХ ПЕРЕДАЧ

Передат.число-число зубьев колеса к числу заходов червяка:

Окружн.скорость червяка:

Окружн.скорость колеса:

Скорость скольжения:

КПД: , - приведенный угол трения.

КПД ↓ с ↑ , т.к. при этом улучшаются усл-я образ-я масляного клина.

При ↑ z₁ ↑ угол подъема и ↑ КПД.

 

 

9.2.

СИЛЫ В ЗАЦЕПЛ-ИИ ЧЕРВ.ПЕРЕДАЧ

Окружная сила на колесе = осевой силе на червяке:

Окружная сила на червяке = осевой силе на колесе:

Радиальная сила:

 

МАТЕРИАЛЫ ЧЕРВ.ПЕРЕДАЧ

Т.к высокие скор-ти скольжения и неблагопр-ые усл-я смазки, то мат-лы червячной пары должны обладать низк. коэфф. трения, хорошей износост-ю и пониженной склонностью к заеданию.

Червяки: среднеуглеродистые и легированные стали с закалкой.

Чем больше нагружена передача,тем больше твердость.

Червячные колеса: оловянные и безолов.бронзы.

Выбор мат-ла зависит от скор-ти скольж.

Ступицы: углеродистые стали(Ст45).

 

ВИДЫ РАЗРУШ-ИЙ ЧЕРВ.ПЕРЕДАЧ

1. Заедание.

Из-за высоких скоростей скольж-я и недостаточной смазки.

Виды:

-«Намазывание».

Происх-ит постеп-ый перенос мат-ла зубьев колеса на витки червяка. Хар-но для червячных колес, изгот-ых из мягкого мат-ла (оловянных бронз).

-«Задир».

Тяж. форма заедания черв. передач, колеса кот. изгот-ы из тверд. мат-ов (чугун, безоловянные бронзы). Резко повыш-ся коэфф. трения в зацепл-и с послед. быстрым изнаш-ем зубьев.

2. Изнашивание.

Происх-ит из-за заедания, а также при абразивном изнашивании или при неточном монтаже передачи.

3. Усталостное выкраш-ие раб.пов-ей.

Из-за действия переменных контактных напряж-ий.

Трещины à выкрашивание.

4. Поломка зубьев колеса.

Из-за напряж-ий изгиба.(редко)

 

КРИТЕРИИ РАБОТОСПОСОБН. ЧЕРВ. ПЕРЕДАЧ

1.Усталостная контактная прочн.(осн.)

. При проектном расчете опред-ем межосевое расст-е .

Расчет по 1ому усл-ю косвенно учиты-вает стойкость против заед-ия и изнаш-е передачи.

2.Износостойкость.

3.Стойкость против заедания.

4.Изгибная усталостная прочн.(пров). Он становится осн. при расчете передач с ручным приводом + силовых при числе зубьев колеса > 100.

Проверочный расчет червяка на жесткость при изгибе.

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ЧЕРВ. ПЕРЕДАЧИ

Усл-е теплового баланса: Q₁=Q₂.

Выделяющаяся тепловая мощность:

Тепловая мощн.,передаваемая в окруж. среду:

Р₁-мощн. на червяке; t_м – темпер-ра масла; А- площадь пов-ти охлаждения корпуса; k_t – коэф.теплопередачи.

Температура масла в редукторе:

Способы охлажд-я масла:

-на валу черв.делают лопасти.Обдув корпуса воздухом.

-в масляной ванне проходят трубы с холодной водой.

-циркул-ая сист-ма смазки при боковом или верхн.располож-ии черв.

 

ВАЛЫ И ОСИ

Ось – дет. предназначенные для поддержания насаженных на них дет. и направл-я вращ-я.

Ось вращающий мом-т не передает.

-вращающиеся(колеса вагона)

-неподвижные

Вал – дет., предназначенная для передачи вращ-их мом-ов и поддержания насаженных на него дет.

-коренные(валы машин, кот. кроме дет. передач несут раб. органы машины)

-шпиндель(коренной вал станков с вращ-ым движ-ем инстр-та или изд-ия)

-трансмисионные(вал, распред-ий мех. Е по отдельным раб. машинам)

Классификация:

1.по форме геом.оси:

-прямые

*гладкие

*ступенчатые

-коленчатые

-гибкие(для передачи небольш. мом-ов под углом)

 

КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛ-ТЫ ВАЛОВ И ОСЕЙ.

1.посадочная пов-ть – пов-ть, на кот.насаживают ступицы дет.: зубч. колеса,шкивы,звездочки.

-цилиндрические.

-конические(прим-ся там,где необх. зафиксир-ть в осевом направл-ии; центровка детали)

2.цапфа – опорная часть вала или оси.

Концевая цапфа, воспринимающая преимущ-но радиальную нагрузку,наз. шипом: -цилиндрический

-конический

Промежуточная цапфа,воспринимающая преимущ-но рад.нагрузку,наз. шейка.

Концевая цапфа,воспринимающая осевую нагрузку,наз. пятой: - плоская

-гребенчатая

3.переходная пов-ть.

а)галтель – плавн. переход от 1ого диаметра к др. Уменьш. концентр-ю напряжений.

-const R

- переменного R

-с поднутрением

б)канавки – углубл-е определ-ого профиля. Для выхода шлифовального круга.

«-»

-↑ концентр-ю напряж-ий.

-слишком сильное ослабл-е вала.

в)буртик - кольцевое утолщ-е вала.

Для упора дет. и осевого фиксир-я дет. на валу.

Плоск. пов-ти буртика наз. заплечиком.

Размеры заплечиков,галтелей и канавок назначают по ГОСТам и они зависят от диаметра вала.

г)фаска - скошенная часть пов-ти вала у торцев + в местах перехода ступеней.

Для безопасности. Размеры в ГОСТах; зависят от диаметра вала.

 

МАТЕРИАЛЫ ВАЛОВ И ОСЕЙ

Осн.требования к материалам:

-прочность

-упругость

-жесткость

-обрабатываемость.

Мат-лы: углеродистые и легир-ые стали;

высокопрочный чугун (для тяжелонагруж-ых коленчатых валов сложн.формы).

ОСН.КРИТЕРИИ РАБОТОСПОСОБН. ВАЛОВ

1.Усталостная прочность.

2.Статич.прочн.(проверка на перегрузки)

3.Жесткость(для трансмис.валов)

4.Виброустойчивость(для быстровращ.)

 

РАСЧЕТ ВАЛОВ НА ПРОЧНОСТЬ

I эт. Проектный расчет(с учетом статич. действия нагрузок)

а)предварит-о опред-ся диам. участков вала(начиная с выходного конца).

из усл-я прочности на кручение:

б)составл-е компановочной схемы редуктора.

в)расчет вала на совместное действие изгиба с кручением.

II эт. Конструирование.

а)длина и форма кажд. участка вала.

б)констр-ия и размеры переходных участков м/д ступенями (галтели, канавки, фаски)

в)размеры шпоночных пазов, шлиц и др.

г)параметры шерох-ти пов-ей

д)термообр-ка всего вала и его участков

III эт. Проверочный расчет(проверка на выносливость)

, - допуск-ый коэф. запаса усталостной прочности.

- коэф. запаса усталостной прочн. по напряж-ям изгиба.

- коэф. запаса прочн. по напряж-ям кручения.

ОПОРЫ ВАЛОВ И ОСЕЙ

Назначение:

- поддерживать валы и оси в простр-ве, обеспечивая возм-ть вращ-я или качания

- воспринимать действующие на них нагрузки.

Классификация:

1.по виду трения:

-подш.качения

-подш.скольжения.

 

 

ПОДШИПНИКИ КАЧЕНИЯ.

Подш. качения – это опоры вращ-ся или качающихся дет., использующие эл-ты качения и работающие на основе трения качения.

«+»

-Малые потери на трение и незначит.нагрев.

-Малый расход смазки.

-Не требуют тщат-ого ухода.

-Не требуют прим-я дорогостоящих антифрикц-ых мат-ов.

-Массовое произв-во.

-Высокая степень взаимозаменяемости.

-Малая стоим-ть.

«-»

-Высокая чувствит-ть к ударным и вибрационным нагрузкам.

-Шум при работе.

-При υ 30 м/с сепараторы выходят из строя; малая надежность в высокоскоростных приводах.

-Коррозия.

Классификация:

1.по виду воспринимаемой нагрузки:

-радиальные(предназначены для восприятия рад. и частично осевой силы)

-упорно-радиальные(↑↓)

-упорные(восприятие только осевой нагрузки)

2.по форме тел качения:

-шариковые(при высоких υ и малых нагрузках)

-роликовые(при средн. и малых υ и повыш-ых нагрузках)

* короткие цилиндр.ролики

* длинные цилиндр.ролики

* игольчатые* витые* бочкообразные* конические

3.по числу рядов тел качения:-однорядные-двухрядные

-многорядные

4.по способн-ти самоустанавливаться:

-самоустанавливающиеся

-несамоустанавливающиеся

Классификация подш. по габаритным размерам:

0 – сверхлегкая

1 – особолегкая

2 – легкая

5 – легкая широкая

3 – средняя

6 – средняя широкая

4 – тяжелая

С ↑ серии ↑ грузоподъемность

↓ скорость

Типы подш.: 0000…9000

Конструкция:

-внутр.кольцо

-наружн.кольцо

-сепаратор

-тела качения

ПРИЧИНЫ ВЫХОДА ИЗ СТРОЯ ПОДШ. КАЧЕНИЯ

1. Усталостное выкраш-ие раб.пов-ей дорожек колец и тел качения в виде раковин или отслаивания (шелушения).

Причина–переменные контактные напряжения.

2. Пластич. деформ-и в виде вмятин на раб. пов-ях качения.

Причина-действие больших статич. и ударных нагрузок.

3. Задиры раб. пов-ей качения.

Причина – недост. смазывание, перегрузки, малые зазоры из-за неправильного монтажа.

4. Абразивный износ дет.

Причина –плохая защита от попадания абразивных частиц.

5. Разрушение сепараторов.

Причина – действие центроб-ых сил и воздействие на сепаратор тел качения.

6. Разрушение колец и тел качения.

Причина –перекосы при монтаже, больш. динам-ие нагрузки.

 

КРИТЕРИИ РАБОТОСПОСОБН. ПОДШ.КАЧЕНИЯ

1. Долговечность по усталостному выкрашиванию.

Долговечность подш. – число млн. оборотов, кот. 1о из его колец делает относ-но др. до начала усталостного разруш-я мат-ла на 1ом из колец или тел качения.

2. Статическая грузоподъемность

по пластическим деформациям.

 

ПОДБОР ПОДШ. ПО ДИНАМ. ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ

Базовой динам-ой г/п наз. const нагрузка, кот. группа идентичных подш. может выдержать в течение базовой долговечности, составляющей 1 млн. оборотов внутр. кольца, без появл-я признаков усталостного выкраш-я.

Знач-е динам-ой г/п для кажд. типоразмера подш. приводится в каталогах.

1)Предварительно намечается конкретный подшипник.

Усл-е подбора: расчетная долговечность подш. не меньше треб.

, а₁- коэф. надежн.

Р – эквивал.нагрузка; С – динам.г/п.

Эквив-ой нагрузкой наз. const нагрузка, под действием кот. подш. качения будет иметь такую же долговечность, как и в действит-ых усл-ях нагруж-я.

2)Условие подбора: базовая динам-ая грузоподъемность выбираемого подш. С не меньше требуемой С т

 

ПОДБОР ПОДШ. ПО СТАТИЧ. ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ

Подш. качения, воспринимающие нагрузку без вращ-я или при частоте вращ-я менее 1 об/мин подбирают по стат. грузоподъемности.

Под стат. г/п С₀ понимают такую стат. нагрузку, кот. соотв-ет общ. остаточная деформ-я тел качения и колец в наиболее нагруженной зоне контакта.

Знач-я С₀ указ-ся в каталогах для кажд. типоразмера подш.

Условие подбора:

- эквив-ая статическая нагрузка.

При совместном действии на подш. рад. и осевой нагрузок эквив-ая нагрузка опред-ся как большая из 2ух знач-ий.

- коэф. рад. и осевой стат-их нагрузок соотв-о, определяют по табл.

 

ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ

Подш., работающие по принципу трения скольж-я наз. подш. скольжения.

«+»

-Малые габариты в рад. направлении.-Бесшумность работы.

-Хорошая восприимчивость ударных и вибрационных нагрузок.

-Возможность примен-я разъемных подш.

-Допускают высокую частоту вращения.

-Возможность работы в воде и др. агрессивных средах.

-Большая долговечность в усл-ях жидкостного трения.

-Прим-ют при повыш-ых треб-ях к стабильности и точности полож-я валов.-Отсутствие подш. качения требуемых диаметров.

«-»

-Высокие потери на трениеà пониженные КПД.

-Необх-ть системат-ого наблюдения и непрерывного смазывания.

-Тяжелонагр-ые подш., работающие при высоких частотах вращ-я нуждаются в принудительном подводе под давл-ем смазочного материала для поддержания режима жидкостного трения и отвода выделяющейся теплоты.

-Подш. с обычными маслами надежно работают до t°C не выше 150°. -Неравном-ый износ подш. и цапфы.

-Примен-е для изгот-ия подш. дорогостоящих мат-ов.

-Относит-о большая длина в осевом направлении.

Классификация:

1.по виду воспринимемой нагрузки:

-радиальные(для восприятия рад. нагрузки и частично осевой)

-радиально-упорные(для комбинир-ого воспр-я рад. и осевой нагрузок)

-упорно-радиальные(для восприятия в основном осевой нагрузки и частично небольш. рад.)

-упорные(для воспр-я осевой нагрузки)

2. по способн-ти самоустанавливаться:

-самоустанавливающиеся

-несамоустанавливающиеся

Классификация подш. скольжения по конструктивным особенностям:

а) неразъемные (при малой υ скольжения с перерывами в работе)

«+» простота констр-и и низкая стоим-ть

«-»не дают возможн-ти компенсировать износ раб. пов-ей втулок и валов.

Имеют ограниченное применение.

*встроенные*присоединенные

Конструкция:

-смазочное отверстие-втулка-смазочная канавка

-стопорный винт-корпус

б) разъемные

Износ вкладышей в проц-се работы подш. компенсируется поджатием крышки к основанию.

«+» Разъемные подш. значительно облегчают сборку.

Конструкция:

-основание корпуса-крышка-разъемный вкладыш

-крепежная шпилька с гайкой-масленка

МАТЕРИАЛЫ ПОДШ. СКОЛЬЖЕНИЯ

Корпуса и крышки отливают из серого чугуна, реже сталь.

Цапфы валов подверг-ся закалке или азотир-ю,цианированию для получ-я твердости.

Втулка из антифрикц-ого мат-ла.

Требования к вкладышам:

-Высокая износостойкость.

-Низк.коэф.трения в паре с мат-ом вала.

-Высокая сопротивляемость заеданию.

-Достаточная пластичность.

-Хорошая прирабат-ть и смачиваемость смазочным мат-ом.

-Способность образовывать на трущихся пов-ях стойкие и быстро восстанавливаемые масляные пленки.

-Стойкость против коррозионно-мех. изнашивания.

Вкладыши:

-Ме

*бронзы(при средн.υ и больш.нагр)

*оловянные бронзы(наилучшие антифрикц.св-ва)

*алюминиевые(вызывают повыш-ое изнаш-е цапф валов,поэтому примен-ся в паре с закаленными св-ми)

*свинцовые(при знакопеременных и ударных нагрузках)

*антифрикц.чугуны(малоответств. и тихоходные мех-мы)

-биМе(сталь и чугун,покрытые слоем баббита)

-из порошковых мат-ов(Cu,Fe+графит,олово,свинецàспекают)

Обладают повыш.пористостью и не требуют подвода смазки,поэтому использ-ся в тихоходн.мех-ах в местах труднодоступных для подвода масла.

-из неМе мат-ов

*антифрикц.самосмазывающиеся пластмассы.*древеснослоистые пластики*тверд.породы дерева*резина.