Классификация передач и их назначение

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ

ТЕХНИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА

Часть 3 «ДЕТАЛИ МАШИН»

 

г.Рыбинск

2010 год

Техническая механика: Курс лекций по дисциплине. Часть 3 «Детали машин»/ Сост. Т.А.Морозова; Филиал ФГОУ ВПО «МГАВТ» (Рыбинское речное училище им. В.И.Калашникова). – Рыбинск, 2010. (Очная форма обучения/ Филиал ФГОУ ВПО «МГАВТ» (Рыбинское речное училище им. В.И.Калашникова).

Конспект лекций предназначен для изучения теории по дисциплине 2-го семестра студентами специальностей

180408 Судовождение на внутренних водных путях и в прибрежном плавании

190501 Эксплуатация транспортного электрооборудования автоматики

(по видам транспорта) (на водном транспорте)

190502 Эксплуатация транспортных энергетических установок (по видам транспорта)

(на водном транспорте)

 

 

СОСТАВИТЕЛЬ:

преподаватель Т.А.Морозова

 

 

ОБСУЖДЕНО

на заседании предметно-цикловой комиссии общепрофессиональных дисциплин

 

РЕКОМЕНДОВАНО

Методическим Советом Филиала ФГОУ ВПО «МГАВТ»

(Рыбинское речное училище им. В.И.Калашникова)

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Глава 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

§1. Классификация машин стр.5

§2. Кинематические пары и цепи стр.6

§3. Основные требования к машинам и деталям машин стр.7

Глава 2. ПЕРЕДАЧИ ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ

§1. Классификация передач и их назначение стр.9

§2. Кинематические и силовые соотношения в передаточных механизмах стр.10

Глава 3. МЕХАНИЗМЫ ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО И КОЛЕБАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЙ

§1. Кривошипно-ползунный механизм стр.11

§2. Кулачковые механизмы стр.11

Глава 4. МЕХАНИЗМЫ ПРЕРЫВИСТОГО И ОДНОСТОРОННЕГО ДВИЖЕНИЯ

§1. Храповые механизмы стр.12

§2. Мальтийские механизмы стр.13

Глава 5. ФРИКЦИОННЫЕ ПЕРЕДАЧИ

§1.Общие сведения стр.15

§2. Классификация передач. стр.15

§3. Материалы катков стр. 16

§ 4. Прижимные устройства. стр.16

§5. К.п.д. фрикционных передач стр.17

§ 6. Вариаторы стр.18

Глава 6. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О РЕМЕННЫХ ПЕРЕДАЧАХ

§ 1. Общие сведения стр.19

§2. Натяжение ремней. К. п. д. ременных передач стр.22

§3. Плоскоременная передача. стр.23

§4. Конструкции ремней для плоскоременных передач. стр.24

§5. Шкивы плоскоременных передач стр.26

§6. Клиноременные передачи стр.27

§7. Шкивы клиноременных и поликлиноременных передач стр.28

§8. Зубчато-ременные передачи стр.29

Глава 7. ЗУБЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ

§1. Зубчатые передачи стр.30

§2. Изготовление зубчатых колес стр.32

§3. Конструкции зубчатых колес стр.34

§4. Виды разрушения зубьев стр.35

§ 5 Элементы теории зубчатого зацепления стр.38

§6 Геометрия стандартного эвольвентного зубчатого зацепления стр.39

§7 Цилиндрические косозубые и шевронные зубчатые передачи. стр.40

§ 8. Конические зубчатые передачи. стр.42

§ 9. Зубчатые передачи с зацеплением Новикова. стр.44

§ 10. Планетарные зубчатые передачи. стр.45

§ 11. Волновые зубчатые передачи. стр.47

Глава 8. ЦЕПНЫЕ ПЕРЕДАЧИ

§ 1. Общие сведения стр.49

§ 2. Конструкции приводных цепей и звездочек стр.51

§3. Звездочки для приводных цепей. стр.53

Глава 9. ЧЕРВЯЧНЫЕ ПЕРЕДАЧИ

§1. Общие сведения стр.54

§2. Классификация червячных передач стр.55

§3. Материалы червячной передачи. стр. 57

Глава10. ПЕРЕДАЧИ ВИНТ-ГАЙКА

§1. Общие сведения. Кинематические и силовые соотношения стр.60

 

Глава 11. ВАЛЫ И ОСИ

§ 1. Общие сведения стр.62

§ 2. Конструктивные элементы. Материалы валов и осей стр.62

§ 3. Классификация валов и осей. стр.63

§ 4. Критерии работоспособности валов и осей стр.64

§5. Проектировочный расчет валов стр.65

Глава 12. МУФТЫ

§1. Общие сведения. стр.66

§2. Глухие муфты стр.67

§3. Упругие муфты стр.68

§4. Сцепные муфты стр.70

§5. Самоуправляемые муфты стр.72

Глава 13. ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ

§1. Общие сведения стр.74

§ 2. Виды смазки стр.76

§ 3. Материалы вкладышей стр.77

§ 4. Смазочные материалы стр.78

§ 5. Виды разрушения вкладышей стр.79

§ 6. Подвод смазочного материала. К.п.д. стр.80

Глава 14. ПОДШИПНИКИ КАЧЕНИЯ

§ 1. Общие сведения. стр.82

Классификации и область применений

§ 2. Сравнительная характеристика подшипников качения и скольжения стр.86

Глава 15. ЗАКЛЕПОЧНЫЕ, СВАРНЫЕ И КЛЕЕВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

§1. Общие сведения о сварных соединениях стр.88

§2. Общие сведения о сварных соединениях стр.91

§3. Клеевые соединения стр.94

§4. Соединение деталей с гарантированным натягом стр.95

Глава 16. ШПОНОЧНЫЕ И ШЛИЦЕВЫЕ (ЗУБЧАТЫЕ) СОЕДИНЕНИЯ

§ 1. Назначение и краткая характеристика стр.97

основных типов, достоинства и недостатки,

область применения шпоночных и шлицевых соединений

§2. Штифтовые и профильные соединения стр.101

Глава17 РЕЗЬБОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

§ 1. Виды резьбовых соединений стр.102

§ 2. Основные типы резьб, их сравнительная характе­ристика стр.103

и область применения

§ 3. Конструкции резьбовых деталей и применяемые материалы стр.105

Глава 18. РЕДУКТОРЫ

§ 1. Общие сведения стр.110

§ 2. Классификация редукторов стр.111

§ 3. Зубчатые редукторы стр.112

§ 4. Червячные редукторы стр.112

Список литературы: стр.114

Глава 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Классификация машин

Машиной называется устройство, создаваемое человеком, выпол­няющее механические движения для преобразования энергии, ма­териалов и информации с целью полной замены или облегчения физического и умственного труда человека, увеличения его производительности. Под материалами понимаются обрабатываемые пред­меты, перемещаемые грузы

и т. д.

Машина, в которой все преобразования энергии, материалов и информации выполняются без непосредственного участия человека, называется автоматом.

Машину характеризуют следующие признаки:

преобразование энергии в механическую работу или преобра­зование механической работы в другой вид энергии;

определенность движения всех ее частей при заданном движе­нии одной части;

искусственность происхождения в результате труда человека.

Все многообразие машин можно разделить по характеру ра­бочего процесса на классы:

машины-двигатели — энергетические машины, предназначенные для преобразования энергии любого вида (электрической, тепловой и т. д.) в механическую энергию (твердого тела);

машины-преобразователи — энергетические ма­шины, предназначенные для преобразования механической энер­гии в энергию любого вида (электрические генераторы, воздуш­ные и гидравлические насосы и т. д.);

рабочие машины:

транспортные машины, преобразующие механическую энергию двигателя в энергию пе­ремещения масс и предназначенные для перемещения людей и грузов; технологические машины, предназначенные для преобра­зования обрабатываемого предмета, состоящего в изменении его размеров, формы, свойств или состояния; информационные ма­шины, предназначенные для получения и преобразования ин­формации.

Совокупность машин-автоматов, соединенных между собой автоматическими транспортными устройствами и предназначен­ных для выполнения определенного технологического процесса, называется автоматической линией.

В машине можно выделить следующие основные части: прием­ник, непосредственно воспринимающий действие внешних сил, приводящих машину в движение (например, поршень в двигателе); исполнительные механизмы, производящие работу, для получения которой предназначена машина (например, шпиндель станка); передаточные механизмы, или приводы, служащие для передачи и преобразования движения от приемника к исполнительному механизму (например, кривошипный механизм, редуктор и др.). Кроме указанных основных частей машина имеет части для управ­ления и регулирования движения, а также неподвижную часть (станину, фундамент), служащую для поддержания движущихся звеньев машины.

Кинематические пары и цепи

Кинематической парой называется подвижное соединение двух соприкасающихся тел, например поршень и цилиндр, вал и под­шипник и др. Тела, составляющие кинематическую пару, называются звеньями

Рис. 1

 

Звено механизма может состоять из нескольких деталей (отдельно изготовляемых частей механизма), не имеющих между собой относительного движения.

По характеру соприкосновения элементов кинематические пары делятся на два основных класса: низшие и высшие. У низших кинематических пар соприкосновение звеньев происходит по поверхностям, а у высших — по линиям или точкам.

 

Низшие кинематические пары:

1) поступательные (рис.1, а, б): а — цилиндр / и поршень со што­ком 2; б — ползун 1 и прямоли­нейные направляющие 2;

2) вра­щательные (рис. 1,в,г,д): в — плоский шарнир; г — вал и под­шипник; д — шаровой шарнир.

Высшие кинематические пары:

1)колесо и рельс — соприкосновение по линии (рис. 2 а);

2)фрикционные катки—соприкос­новение по линии (рис. 2 б);

3)кулачковая пара с острым толка­телем -соприкосновение в точке(рис.2в).

Низшие пары более износо­стойки, так как сила давления одного звена на другое у них распределяется по поверхности соприкосновения, тогда как у высших пар соприкосновение звеньев происходит в точках или по линиям.

Кинематической цепью называется связанная система звеньев, образующих между собой кинематические пары.

Рис. 3

Система тел, предназначенная для преобразования движения одного или нескольких твердых тел в требуемое движение дру­гих твердых тел, называется механизмом. Механизм обяза­тельно имеет неподвижные /, 5, ведущее 2 и ведомые 3, 4 звенья (рис. 3)

Неподвижное звено называют также стойкой. Ведущим назы­вается звено, которое передает заданное движение. Ведомым на­зывается звено, воспринимающее движение.

Наличие стойки и других наложенных связей в виде кинема­тических пар делает возможным получение в механизме опреде­ленных движений ведомых звеньев при заданном законе движения ведущего.

 

§3. Основные требования к машинам и деталям машин.

Основные тенденции в развитии машиностроения: уве­личение производительности и мощности машин, скоростей, дав­лений и других показателей интенсивности технологических про­цессов, повышение КПД машин, уменьшение их массы и габа­ритных размеров, широкая автоматизация управления маши­нами, повышение их надежности и долговечности, снижение стоимости изготовления, повышение экономической эффективно­сти эксплуатации, удобства и безопасности обслуживания.

С этими тенденциями непосредственно связаны общие требова­ния, предъявляемые к машинам независимо от их назначения: высокая производительность; высокий КПД; удобство и простота сборки, разборки, обслуживания и управления; низкая стои­мость изготовления; надежность; долговечность и безопасность в работе; малые габариты и масса.

Отсюда вытекают основные требования к деталям любой машины:

прочность — деталь не должна разрушаться или получать остаточные деформации под влиянием действующих на нее сил в течение заданного срока службы;

жесткость — упругие перемещения, возникающие в детали под влиянием действующих на нее сил, не должны превышать некоторых допустимых заранее заданных значений;

износостойкость — износ детали в течение заданного срока службы не должен вызывать нарушения характера сопряжения ее с другими деталями и приводить к недопустимому уменьшению ее прочности;

малая масса и минимальные габариты — деталь должна иметь достаточные прочность, жесткость и износостойкость при мини­мально возможных габаритах и массе;

недефицитность материалов — удовлетворение всех предыду­щих требований не должно осуществляться за счет применения дефицитных материалов, так как использование таких материалов приводит к резкому увеличению стоимости детали;

технологичность — форму и материал детали желательно вы­бирать такими, чтобы изготовление ее требовало наименьших затрат труда и времени;

безопасность — форма и размеры детали должны обеспечивать безопасность обслуживающего персонала при изготовлении и эксплуатации машины;

соответствие государственным стандартам — деталь должна удовлетворять действующим стандартам на формы, размеры, сорта и марки материала.

 

 

Глава 2. ПЕРЕДАЧИ ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ

Кулачковые механизмы

Кулачковые механизмы применяют в тех случаях, когда пере­мещение, скорость и ускорение ведомого звена должны изме­няться по заранее заданному закону, в частности, когда ведомое звено должно периодически останавливаться при непрерывном движении ведущего звена.

Чаще всего кулачковый механизм состоит из трех звеньев (рис. 3, а): кулачка 1, толкателя 2 и стойки 3. На рис. 3, б представлен четырехзвенный кулачковый механизм (четвертое звено — ролик 4).

Кулачковые механизмы под­разделяются на плоские и про­странственные. Плоскими назы­вают такие кулачковые механизмы, у которых кулачок и толкатель перемещаются в одной или парал­лельных плоскостях; простран­ственными — такие, у которых кулачок и толкатель перемещают­ся в непараллельных плоскостях.

На рис. 4 представлена схема пространственного цилиндриче­ского кулачкового механизма с профильным пазом на боковой по­верхности.

Для увеличения стойкости кулачки изготовляют из высокока­чественной стали с рабочей поверхностью высокой твердости. С целью уменьшения трения и износа на толкателе устанавливают ролик, который вращается на оси и катится без скольжения по рабочей поверхности кулачка (рис. 3, б).

Кроме износа звеньев недостатком кулачковых механизмов является необходимость обеспечивать постоянное соприкоснове­ние (замыкание) между звеньями. В процессе работы кулачкового механизма могут возникать большие силы, главным образом инерционные, направленные на отрыв рабочей поверхности тол­кателя от кулачка. Для восприятия этих сил применяется либо геометрическое (кинематическое), либо силовое замыкание кине­матической цепи.

Геометрическое (кинематическое) замыкание применено в пред­ставленном на рис. 4 и 5 механизме с пазовым кулачком. Толкатель движется поступательно. При вращении кулачка ролик толкателя соприкасается с боковыми сторонами паза, прорезан­ного на кулачке. Паз создает два рабочих профиля кулачка, которые перемещают ролик толкателя в обоих направлениях.

При силовом замыкании толкатель во всех положениях прижат к кулачку с силой, которая больше силы, стремя­щейся оторвать толкатель от кулачка.

Замыкающая сила в подав­ляющем большинстве случаев создается пружиной (см. рис. 3).

К числу недостатков кулачковых механизмов следует отнести сложность изготовления профиля кулачка, от которого требуется большая точность.

В тех случаях, когда толкатель должен перемещаться с перио­дическими остановками, участки профиля кулачка, соответствую­щие этим периодам, должны быть очерчены дугами окружности, проведенными из центра вращения кулачка.

Храповые механизмы

Прерывистое движение в одну сторону чаще всего осуществляется при помощи храповых и мальтийских механизмов.

Храповые механизмы применяют для осуществления движений подачи инструмента и обрабатываемого материала в различных станках. Кроме того, их используют в качестве тормозных устройств, препятствующих обратному ходу.

 

Рис.6

 

Так, храповой меха­низм в грузоподъемных лебедках предотвращает падение под­нятого груза.

Основой храпового механизма служит храповая пара (рис. 6, а), состоящая из звена /, называемого храповиком, и звена 2, называемого собачкой или щеколдой. Замыкая оба звена пружиной 3, получаем храповой механизм.

Храповые механизмы делятся на два основных класса:

1. Механизмы, в которых храповик задерживается собачкой только в одном направлении, а в другом направлении может двигаться и приподнимать собачку. К этому классу относятся механизмы, имеющие храповики с острыми зубьями (рис. 6, а).

2. Механизмы, в которых храповик затормаживается в двух направлениях. К этому классу относятся механизмы, имеющие храповики с симметричными зубьями. Действие такого храпо­вика соответствует работе двух противоположно действующих храповых механизмов.

Широкое распространение получили фрикционные храповые механизмы (рис. 6, б). Их можно рассматривать как зубчатые с бесконечно малым шагом. Центр вращения кулачка О_х и центр дуги, по которой он очерчен, не совпадают, поэтому торможение происходит только при вращении звена / в одном направлении.

Мальтийские механизмы

Мальтийские механизмы (рис. 7) применяют для преобразования непрерывного вращения ведущего звена 1 в прерывистое движение ведомого звена 3. Палец 2, закрепленный на ведущем звене 1, последовательно входит в прорези ведомого звена (креста 3).

На рисунке показан момент начала движения креста 3. Палец 2 нахо­дится в начале прорези. При вра­щении звена 1 по часовой стрелке палец входит внутрь прорези, при­ближаясь к оси вращения креста, а затем начинает удаляться от оси и выходит из прорези. Пока палец перемещается по прорези, крест по­ворачивается, а после выхода пальца из прорези крест останавливается. Палец, продолжая вращаться, через некоторое время входит в следующую прорезь креста, и движение креста снова повторяется. Если крест имеет четыре прорези, как показано на рис. 7, то при одном полном повороте пальца крест поворачи­вается на четверть поворота. Чтобы крест во время остановки не поворачивался самопроизвольно, поверхность между его прорезями делается вогнутой, а поверхность ведущего диска — выпуклой.

Мальтийские механизмы изготовляют с тремя, четырьмя, пятью, шестью и восемью прорезями креста, что соответствует 1/3, 1/4, 1/6 и 1/8 оборотам ведомого звена за один полный оборот ведущего звена.

 

Глава 5. ФРИКЦИОННЫЕ ПЕРЕДАЧИ

§1. Общие сведения

В фрикционной передаче вращательное движение от веду­щего катка к ведомому передается силами трения, которые возникают в месте контакта двух прижатых друг к другу катков (рис. 7.1).

Условие работоспособности передачи

R,> F_t (7.1)

где F_t — передаваемая окружная сила; Rf — сила трения в месте контакта катков.

Нарушение условия (7.1) приводит к буксованию. При буксо­вании ведомый каток останавливается, а ведущий скользит па нему; при этом рабочие поверхности катков изнашиваются. Для, создания требуемой силы трения Rf катки прижимают друг к дру­гу силой F_r, которая во много раз превышает силу Ft.

§2. Классификация передач.

В зависимости от назначения разли­чают фрикционные передачи: с нерегулируемым переда­точным числом и с бесступенчатым (плавным) регулированием передаточного числа. Такие передачи называют вариаторами.

В зависимости от взаимного расположения осей валов фрик­ционные передачи бывают: цилиндрические — при па­раллельных осях; конические — при пересека­ющихся осях; лобовые — при скрещивающихся осях.

В зависимости от условий работы фрикционные передачи подразделяют на: открытые — работают всухую изакрытые— работают в масляной ванне.

В закрытых фрикционных передачах масляная ванна обеспе­чивает хороший отвод теплоты, делает скольжение менее опас­ным, увеличивает долговечность передачи.

 

Достоинства. 1. Простота конструкции и обслуживания. 2. Равномерность и бесшумность вращения. 3. Возможность бес­ступенчатого регулирования передаточного числа, причем на хо­ду, без останова передачи. 4. Невозможность аварий при пере­грузках.

Недостатки. 1. Большое и неравномерное изнашивание рабо­чих поверхностей катков при буксовании. 2. Большие нагрузки на валы и подшипники от прижимной силы F_r, что требует увеличе­ния размеров валов и подшипников и, следовательно, делает передачу громоздкой. Этот недостаток ограничивает передавае­мую мощность. 3. Непостоянное передаточное число из-за про­скальзывания катков.

Применение. Фрикционные передачи с нерегулируемым пе­редаточным числом в машиностроении применяют сравнительно редко. В качестве силовых передач они громоздки и малонадеж­ны. Эти передачи используют преимущественно в приборах (спи­дометры, магнитофоны и др.), где требуется плавность и бесшум­ность работы. Фрикционные передачи с бесступенчатым регули­рованием — вариаторы — широко применяют в различных машинах, например в металлорежущих станках, в текстильных и транспортирующих машинах и т. д. Фрикционные передачи предназначены для мощностей, не превышающих 200 кВт, ок­ружная скорость катков допускается до 25 м/с.

§3. Материалы катков

Материалы фрикционных катков должны иметь высокие ко­эффициент трения (для уменьшения требуемой силы прижатия F,) и модули упругости Е (для уменьшения упругого скольжения и потерь на перекатывание), должны быть износостойкими и влаго непоглощающими.

Для фрикционных катков применяют следующие сочетания материалов:

1. Закаленная сталь по закаленной стали. Рекомендуются стали 40ХН, 18ХГТ, ШХ15 и др. Применяют в быстроходных закрытых силовых передачах. Такие передачи отличаются высо­кими износостойкостью и к.п.д., малыми габаритами, но требуют точного изготовления.

2. Текстолит, гетинакс или фибра по стали. Применяют в слабонагруженных открытых передачах. Катки из этих материалов имеют пониженную износостойкость.

Значения коэффициентов трения / следующие:

Сталь по стали (в масле)................ 0,04...0,05

Сталь по стали или чугуну (всухую) 0,15...0,18

Текстолит или фибра по чугуну или стали (всухую) 0,20...0,25

Сталь по бронзе (периодическое смазывание).... 0,08...0,10

В открытых фрикционных передачах коэффициент трения выше, прижимная сила F_r катков меньше.

§4. Виды разрушения рабочих поверхностей фрикционных катков

Усталостное выкрашивание. Встречается в закрытых переда­чах, работающих при обильной смазке и защищенных от попада­ния абразивных частиц. Прижимная сила F, вызывает в месте соприкасания катков высокие контактные напряжения, которые при работе меняются циклически вследствие пе­ремещения места контакта по ободу. Циклическое действие кон­тактных напряжений способствует развитию усталостных мик­ротрещин на рабочих поверхностях и образованию мелких рако­вин.

Для предотвращения усталостного выкрашивания произво­дят расчет на контактную прочность. Повышение твердости по­верхностей катков обеспечивает более высокие допустимые кон­тактные напряжения.

Заедание. Возникает в быстроходных сильно нагруженных передачах при разрыве масляной пленки на рабочей поверхно­сти катков. В месте касания катков развивается высокая темпе­ратура, масляный слой разрывается и катки непосредственно соприкасаются друг с другом. В результате происходит привар частиц металла с последующим отрывом от одной из поверхно­стей катков. Приварившиеся частицы задирают рабочие повер­хности в направлении скольжения.

Для предупреждения заедания применяют специальные масла.

Изнашивание. Повышенное изнашивание имеют открытые передачи.

Все виды разрушения рабочих поверхностей катков зависят от контактных напряжений а_н.

§ 4. Прижимные устройства.

Постоянная по значению прижимная сила катков допустима при передаче постоянной нагрузки. При переменной нагрузке прижатие катков должно изменяться авто­матически, соответственно ее значению, что повышает к.п.д. и до­лговечность передачи.

Постоянное прижатие катков осуществляют пружинами, ко­торые периодически регулируют. Автоматическое прижатие катков осуществляется самозатягиванием элементов передачи, а также нажимными устройствами, например, винтового типа.

К.п.д. фрикционных передач

К.п.д. фрикционных передач зависит от потерь на скольжение катков и потерь в подшипниках. Скольжение в зоне контакта обусловлено деформациями поверхностей катков. Потери в под­шипниках зависят от нагрузки на валы, которая определяется прижимной силой F_r.

Для закрытых фрикционных передач η= 0,88...0,93, для открытых η =0,78...0,86.

 

§ 6. Вариаторы

Назначение и характеристики. Вариаторы служат для плав­ного (бесступенчатого) изменения на ходу угловой скорости ве­домого вала при постоянной угловой скорости ведущего.

В качестве механизма главного движения применяют переда­чи различного типа — фрикционные, ременные, цепные. Выпол­няются в виде отдельных механизмов с непосредственным контактом веду­щего и ведомого катков или с промежуточным элементом. Применяются в стан­ках, прессах, конвейерах и т. п.

Бесступенчатое регулирование ско­рости способствует повышению произ­водительности работы машины вслед­ствие возможности выбора оптималь­ного процесса, оно благоприятно для автоматизации и управления на ходу.

В некоторых машинах — воло­чильные станы, текстильные, бумаго­делательные и подобные им машины — плавное регулирование скорости яв­ляется технологически обязательным.

Главной характеристикой вариа­тора является диапазон регули­рования, равный отношению ма­ксимальной угловой скорости ведомого катка к его минималь­ной угловой скорости Вариаторы подбирают по каталогам или справочникам в зависимости от передаваемого момента, диапазона регулирова­ния и угловой скорости ведущего вала.

Разновидности вариаторов. В зависимости от формы тела качения вариаторы бывают лобовые, конусные, торовые и др.

Лобовые вариаторы применяют в вин­товых прессах и приборах. Бесступенчатое изменение угловой скорости ведомого вала достигается передвижением малого кат­ка вдоль вала, т. е. изменением радиуса R₂. Допускают реверси­рование вращения. Имеют интенсивный износ рабочих поверхно­стей катков и пониженный к.п.д. вследствие разности скоростей на площадке контакта.

 

Вариаторы с раздвижными конусами имеют наибольшее применение в машиностроении. Промежуточным элементом является клиновой ремень или специ­альная цепь. Плавное изменение угловых скоростей ведомого вала достигается раздвижением или сближением конусных кат­ков, т. е. изменением расчетных радиусов катков.

Клиноременные вариаторы просты и надежны в эксплуатации, стандартизованы. Диапазон регулирования Д = 2...3. При использовании широких ремней передаваемая мощ­ность достигает Р = 50 кВт при к.п.д. η =0,8...0,9.

Цепные вариаторы слож­нее и дороже клиноременных, но компактнее, долговечнее и более надежны; обеспечи­вают постоянство передаточ­ного числа; применяются для мощностей до 30 кВт; Д<6; η = 0,8...0,9.

Торовые вариатор ы состоят из двух соосных катков с тороидной рабочей поверхностью и двух проме­жуточных роликов. На рис. показана схема вариатора системы ЦНИИТмаш.

Регулирование угловых скоростей производится пово­ротом роликов с помощью рычажного механизма, в результате чего изменяются радиусы контакта Я, и R₂.

Из всех вариаторов торовые наиболее компактны и совершен­ны, но имеют сложную конструкцию и требуют высокой точности изготовления. Отличаются высоким к.п.д.— до 0,95.

 

Многодисковые вариаторы состоят из пакетов ведущих и ведомых раздвижных конических тонких дисков, при­жимаемых пружинами. Изменение угловой скорости ведомого вала осуществляется радиальным смещением ведущего вала относительно ведомого. При этом изменяется расчетный радиус Rt ведущих дисков. Долговечность повышается при рабо­те дисков в масляной ванне

Глава 6. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О РЕМЕННЫХ ПЕРЕДАЧАХ

Общие сведения

Ременная передача относится к передачам трением с гибкой связью. Состоит из ведущего и ведомого шкивов, огибаемых ремнем (рис.1). Нагрузка передается силами трения, возни­кающими между шкивом и ремнем вследствие натяжения по­следнего.

 

В зависимости от формы поперечного сечения ремня передачи бывают: плоскоременные (рис. 1, а), к л и н о р е м е н н ы е (рис.1, б), круглоременные (рис.1, в), п о ликлиноременные (рис. 1, г).

В современном машино­строении наибольшее применение имеют клиновые и поликлиновые ремни. Передача с круглым ремнем имеет ограниченное применение (швейные машины, настольные станки, приборы).

Разновидностью ременной передачи является зубчато-ременная, передающая нагрузку путем зацепле­ния ремня со шкивами.

Классификация.

Ременные передачи классифицируют по следующим признакам.

1. По форме сечения ремня: плоскоременные (см.рис.6.1,б);клиноременные(см. рис. 6.1, в): круглоременные (см. рис. 6.1, г); с зубчатыми ремнями (см. рис. 6.1, д) с поликлиновыми ремнями (см.рис6.1,8).

2. По взаимному расположению осей валов: с параллельными осями (см.; рис. 6.2,а,б); с пересекающимися осями -угловые (см. рис. 6.2,г); со скрещивающимися осями (см.рис. 6.2, в).

3.По направлению вращения шкива: с одинаковым направлением (открытые и полуоткрытые) (см. рис. 6.2, а, в -ж); с противоположными направлениями (перекрестные), (см.рис. 6.2,6).

4.По способу создания натяжения ремня: простые (см.рис. 6.1); с натяжным роликом (см. рис. 6.2, д); с натяжным устройством (см. рис. 6.3).

5. По конструкции шкивов: с однорядными шкивами (см.рис.6.2, q—д); со ступенчатыми шкивами (см.рис. 6.2, е); с раздвижными конусными шкивами (клиноременный вариатор, см. рис. 6.2, ж).

Достоинства. 1. Простота конструкции и малая стоимость.

2. Возможность передачи мощности на значительные расстояния (до 15 м). (что важно, например, для сельскохозяйственного машиностроения); 3. Плавность и бесшумность работы. 4. Смягчение вибрации и толчков вследствие упругой вытяжки ремня; способность предохранения передачи от поломки; 5. Возможность работы с большими угловыми скоростями; 6. Простота конструкции.

Недостатки. 1. Большие габаритные размеры, в особенности при передаче значительных мощностей. 2. Малая долговечность ремня в быстроходных передачах. 3. Большие нагрузки на валы и подшипники от натяжения ремня. 4. Непостоянное передаточ­ное число из-за неизбежного упругого проскальзывания ремня. 5. Неприменимость во взрывоопасных местах вследствие электри­зации ремня.; 6. Постепенное вытягивание ремней, их недолговечность; 7. Необходимость постоянного ухода (установка и натяжение ремней, *их перешивка и замена при обрыве и т. п.); 8. Сравнительно большие габаритные размеры передачи; 9. Необходимость натяжного устройства

Область применения. Наибольшее распространение в машиностроении находят клиноременные передачи (в станках, автотранспортных двигателях и т. п.). Эти передачи широко используют при малых межосевых рассеяниях и вертикальных осях шкивов, а также при передаче вращения несколькими шкивами. При необходимости обеспечения ременной передачи постоянного передаточного числа и хорошей тяговой способности рекомендуется устанавливать зубчатые ремни. При этом не требуется большего начального натяжения ремней; опоры могут быть неподвижными. Плоскоременные передачи в настоящее время применяют сравнительно редко (они вытесняются клиноременными). Круглоременные передачи (как силовые) в машиностроении не применяются. Их используют в основном для маломощных устройств в приборостроении и бытовых механизмах (магнитофоны, радиолы, швейные машины и т. д;). Передаваемая мощность силовых ременных передач практически достигает 50 кВт и в редких случаях достигает 1500 кВт. Скорость ремня 5…50 м/с, а в сверхскоростных передачах может доходить до 100 м/с. Ограничение мощности и нижнего предела скорости вызвано большими габаритами передачи.

Ремни, рассчитанные по тяговой способности, обладают нор­мальной долговечностью, которая в среднескоростных передачах равна 1000...5000 ч.

§2. Натяжение ремней. К. п. д. ременных передач

Натяжение ремней. Предварительное натяжение ремня F₀ является необходимым условием работы ременной передачи. Чем выше Fo, тем больше тяговая способность и к. п. д. передачи, но меньше долговечность ремня.

Для создания натяжения ремня конструкция должна допус­кать изменение межосевого расстояния в сторону уменьшения на 0,03 а и в сторону увеличения на 0,06 а, где а — номинальное значение межосевого расстояния.

Натяжение ремня в передачах осуществляется:

1.Устройствами периодического действия, где натяжение регулируется винтами (рис. 10, а) и др.

2.Устройствами постоянного действия, где натяжение созда­ется грузом, силой тяжести узла или пружиной. К ним относятся натяжные ролики, качающиеся плиты (рис.10, б) и др.

3.Устройствами, автоматически обеспечивающими регулиро­вание натяжения в зависимости от нагрузки с использованием активных и реактивных сил и моментов, действующих в передаче. Одно из таких устройств показано на рис.11. Шкив / здесь установлен на качающемся рычаге, который является одновре­менно осью ведомого колеса зубчатой передачи. Натяжение рем­ня (2F₀) равно окружной силе на шестерне электродвигателя, а следовательно, пропорционально передаваемому моменту. Эти устройства сравнительно дороги и не получили широкого распро­странения.

К. п. д. ременных передачзависит от потерь на скольжение ремня по шкивам, на внутреннее трение в ремне при изгибе, на сопротивление воздуха движению ремня и шкивов, на трение в подшипниках. К. п. д. также зависит от степени загруженности передачи. При нормальных условиях работы принимают:

для плоскоременной передачи η= 0,94...0,96;

для клиноременной и поликлиноременной передачи η = 0,88...0,96.

Плоскоременная передача.

Ременную передачу с параллельными, пересекающимися или скрещивающимися осями с плоским приводным ремнем называют плоскоременной.

На рис. 6.2 (кроме ж) показаны варианты плоскоре­менной передачи. Эта передача проста по конструкции, может работать при весьма высоких скоростях (до 100 м/с) и больших межосевых расстояниях (до 15 м). Вследствие большой эластичности ремня она обладает сравнительно высокой долговечностью. Для плоскоременных передач реко­мендуется принимать и < 6 (с натяжным роликом — до 10). До цоявления клиноременной передачи плоскоременная имела преимущественное распространение.

Наиболее типичные примеры:

открытая (см. рис. 6.2, а) — самая простая, надежная - и удобная в работе передача; ее применяют при параллель­ных осях;

перекрестная (см. рис. 6.2, б) — используется при необходи­мости вращения шкивов в противоположных направлениях и параллельных осях. Имеет повышенное изнашивание кромки ремня. Эта передача не находит широкого применения;

полуперекрестная (рис. 6.2, в) — передача для перекре­щивающихся осей;

угловая (рис. 6.2, г) — рекомендуется при пересекающихся осях (преимущественно под углом 90°).

Соединение ремней.

Плоские ремни в основном изго­товляют в виде длинных лент и поставляют потре