Глава 4. Механизмы прерывистого и одностороннего движения

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°).