Шкивы плоскоременных передач

Наибольшее распространение получили литые шкивы из чугу­на марки СЧ15, которые применяют при v≤30 м/с. Стальные сварные шкивы допускают окружные скорости до 60 м/с. Для снижения центробежных нагрузок при высоких скоростях шкивы изготовляют из алюминиевых сплавов. В настоящее время приме­няют шкивы из пластмасс. Они имеют малую массу и повышен­ный коэффициент трения между ремнем и шкивом, но плохо про­водят теплоту и не очень износостойки.

Шкивы быстроходных передач подвергают балансировке.

При диаметре D≤300 мм шкивы выполняют с дисками без спиц, шкивы больших диаметров — с 4...6 спицами. Число спиц, их форму и размеры выбирают из справочной литературы.

§ 5. Рекомендации по конструированию ременных передач

1.Для удобства надевания ремней шкивы передач должны быть консольными, иначе для смены ремня потребуется разбор­ка узла.

2.Необходимо избегать минимальных диаметров шкивов, так как с уменьшением диаметра долговечность и к.п.д. передачи резко падают.

3.Для создания натяжения ремня конструкция должна до­пускать изменение межосевого расстояния.

4. Рекомендуется ведомую ветвь передачи располагать вверху
для увеличения угла обхвата ai при провисании ремня.

5. На поверхности обода шкивов плоскоременных передач,
работающих с v>40 м/с, необходимо протачивать кольцевые
канавки для выхода воздуха из-под ремня, который вовлекается между набегающей ветвью ремня и шкивом, снижая их
сцепление.

§6. КЛИНОРЕМЕННЫЕ ПЕРЕДАЧИ

Общие сведения. Типы клиновых ремней

Общие сведения. Клиноременная передача может работать с одним или несколькими ремнями (см. рис.1, б).

Достоинством этой передачи по сравнению с плоскоременной является то, что благодаря повышенному сцеплению ремня со шкивами, обусловленному эффектом клина, она передает боль­шую мощность, допускает меньший угол обхвата на малом шкиве (см. рис. 1), а следовательно, и меньшее межосевое расстояние а. Передача проста и надежна в эксплуатации.

Недостатками в сравнении с плоскоременной являются мень­шая долговечность ремней вследствие значительной их высоты, большие потери на трение и деформацию изгиба, большая стои­мость шкивов и неодинаковая работа ремней в многоручьевой передаче из-за отклонений в их длине.

Клиноременные передачи рекомендуются при малых межосе­вых расстояниях, больших передаточных числах, вертикальном расположении осей валов. \

Типы ремней. По конструкции клиновые ремни бывают двух типов: кордтканевые (рис.2, а) и кордшнуровые (рис.2, б). В первых корд состоит из нескольких рядов вискоз­ной, капроновой или лавсановой ткани, расположенных в зоне нейтрального слоя ремня, завулканизированных в резину. Снару­жи ремень завернут в два-три слоя прорезиненной ткани. Корд­тканевые ремни применяют в приводах общего назначения.

В кордшнуровых ремнях корд состоит из одного ряда толстых крученых анидных шнуров. Эти ремни более гибки.

При выборе конструкции ремня рекомендуются кордтканевые ремни, как более долговечные. Если в передаче требуется приме­нить шкивы малых диаметров (но в пределах стандарта), то принимают кордшнуровые ремни.

В зависимости от отношения ширины сечения ремня к вы­соте стандартные клиновые ремни изготовляют нормального и узкого сечений в виде бесконечной ленты.

Клиновые ремни нормальных сечений изго­товляют семи сечений (О, А, Б, В, Г, Д, Е). Из-за большой массы скорость их ограничивается. Недо­статком ремня является его большая высота, что приводит к зна­чительным деформациям сечения при изгибе и неравномерному распределению нормальных давлений в зоне контакта ремня со шкивами.

Клиновые узкие ремни изготовляют четырех сече­ний (УО, УА, УБ, УВ). Отличаются от ремней нор­мального сечения кордом повышенной прочности. Благодаря меньшему отношению ширины ремня к высоте имеют более рав­номерное распределение нагрузки по нитям корда, что повышает их тяговую способность в 1,5...2 раза. Это дает возможность уменьшить число ремней в комплекте и ширину шкивов. Скорость узких ремней допускается до 40 м/с. Применяют для автомоби­лей, тракторов, комбайнов и др.

Все клиновые ремни в сечении имеют форму трапеции с углом профиля 40° в недеформированном состоянии.

Для многоручьевых передач требуется тщательно подбирать комплекты ремней по длине. При выходе из строя одного ремня снимают весь комплект. Использование новых ремней с ремнями, бывшими в употребле­нии, недопустимо.

Поликлиновые ремни — бесконечные плоские ремни с высокопрочным полиэфирным кордшнуром и продольными клиньями, входящими в кольцевые клиновые канавки на шкивах. Изготовляют по стандарту трех сечений: К, Л и М. Сочетают достоинства плоских и клиновых ремней. Благодаря высокой гибкости допускают применение шки­вов малых диаметров. Могут работать при скоростях [v]<40 м/с. Корд и рабочая поверхность расположены по всей ширине ремня, поэтому при одинаковой мощности ширина шкивов для поликли­новых ремней в 1,5...2 раза меньше ширины шкивов передач/

§7. Шкивы клиноременных и поликлиноременных передач

У шкивов клиноременных и поликлиноременных передач ра­бочей поверхностью являются боковые стороны клиновых канавок (рис.3, а, б).

а) б)

Рис.3. Литые шкивы клиноременной и поликлиноременной передач

Диаметр d, по которому определяют расчет­ную длину ремня, называют расчетным диаметром шкива.

 

§8. ЗУБЧАТО-РЕМЕННЫЕ ПЕРЕДАЧИ

Общие сведения

При больших нагрузках применение клиновых ремней приво­дит к увеличению габаритов привода. В этом случае предпочита­ют зубчато-ременную передачу, работающую по принципу зацеп­ления.

Зубчатое зацепление ремня с шкивом устраняет скольжение и необходимость в большом предварительном натяжении. Умень­шается влияние межосевого расстояния на тяговую способность, что снижает габариты передачи и позволяет применять большие передаточные числа.

Достоинства. 1. Постоянное передаточное число. 2. Неболь­шие нагрузки на валы. 3. Малое межосевое расстояние. 4. Низкий уровень шума.

Недостатки. 1. Сравнительно высокая стоимость. 2. Повы­шенная чувствительность к непараллельности валов.

Распространению передачи зубчатым ремнем способствуют ее достоинства. Эластичность ремня и упругость зубьев устраня­ют шум и динамические нагрузки, что позволяет применять пе­редачу в ЭВМ, киносъемочной и телевизионной аппаратуре, при­водах металлорежущих станков, швейных машин и др.

Зубчатые ремни представляют собой бесконечную ленту с зубьями на внутренней поверхности. Стандартизова­ны. Состоят из несущего слоя — стальных тросов (диаметром 0,36 или 0,75 мм, свитых из проволоки диаметром 0,12 мм) и элас­тичного связывающего материала — резины или пластмассы. Для ремней приборов трос изготовляют из стекловолокна. Зубья ремня трапецеидальной формы с углом профиля 50° и 40°.

Размеры ремня зависят от модуля m — основного расчетного параметра передачи.

Значения m, мм: 1; 1,5; 2; 3; 4; 5; 7; 10.

Шкивы зубчатоременных передач представляют собой зубча­тые колеса, головки зубьев которых срезаны.

Зубья на шкивах нарезают методом обкатки спе­циальными фрезами.

Глава 7. ЗУБЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ

§1. Зубчатые передачи

Зубчатые передачи применяют для передачи движения с соответствующим изменением угловой скорости и вращающего момента по значению и направлению. В современном машиностроении они являются наиболее распространенным типом механических передач. Их используют для передачи движения и вращающего момента в широком диапазоне мощностей (до 300 МВт), окружных скоростей и передаточных отношений (от десятков до нескольких тысяч).

В зубчатых передачах движение передается с помощью зацепления пары зубчатых колес. Меньшее из зубчатых колес (ведущее) называется шестерней, а большее (ведомое) - зубчатым колесом. Термин "зубчатое колесо" относится как к шестерне, так и к колесу.

 

Рис. 1. Цилиндрические зубчатые передачи внешнего зацепления

 

Основные достоинства: постоянство передаточного отношения; компактность; долговечность, надежность в работе; высокая нагрузочная способность; высокий КПД (до 0,97...0,99 для одной пары колес); простота обслуживания; сравнительно малые нагрузки на валы и оси.

Основные недостатки: невозможность бесступенчатого изменения передаточного отношения; высокие требования к точности изготовления и монтажа; возможность появления шума, особенно при больших скоростях; плохие амортизирующие свойства; громоздкость при больших расстояниях между осями колес; не предохраняют машину от возможных опасных перегрузок.

Рис. 2. Конические зубчатые передачи: а — прямозубая; Рис. 3. Винтовая зубчатая

б— с круговым зубом; передача

Зубчатые передачи и колеса классифицируются по следующим признакам.

1. По взаимному расположению геометрических осей валов - оси валов параллельные (цилиндрические); оси валов пересекаются (конические); оси валов перекрещиваются (гиперболоидные, винтовые, гипоидные, червячные).

Наибольшее распространение в строительных машинах нашли цилиндрические, конические и червячные передачи.

2. По расположению зубьев относительно образующей колес - прямозубые, косозубые, шевронные и с криволинейным зубом.

Прямозубые передачи применяют преимущественно при невысоких и средних окружных скоростях, при большой твердости зубьев, когда динамические нагрузки от неточностей изготовления колес невелики по сравнению с полезными. Прямозубые колеса используют в планетарных и открытых передачах, а также при необходимости осевого перемещения колес для переключения скоростей в коробках передач.

3. По расположению зубьев в передаче и колесе (типу зацепления) внешнее, внутреннее и реечное.

 

4. По конструктивному исполнению - открытые и закрытые (редукторы и коробки передач) передачи. В первых зубья колес работают в сухую или периодически смазываются. Вторые размещают в специальном корпусе с постоянным смазыванием мест зацепления зубьев.

5. По форме бокового профиля зубьев - эвольвентные (профили зубьев очерчены эвольвентами окружностей), циклоидальные (профили зубьев очерчены по эли- и гипоциклоидам) и круговые (профили зубьев очерчены дугами окружностей).

6. По числу ступеней - одноступенчатые (простые зубчатые передачи) и многоступенчатые (сложные зубчатые передачи). Сложной зубчатой передачей называется такая передача, в состав которой входит более чем два зубчатых колеса. Различают два основных типа сложных зубчатых передач: геометрические оси всех колес неподвижны; геометрические оси некоторых колес подвижны (планетарные передачи).

7. По скорости вращения- тихоходные (до 3 м/с); - для средних скоростей (от 3 до 15 м/с); - быстроходные (более 15 м/с).

8. По степени точности изготовления- 12 степеней точности.

9.

§2. Изготовление зубчатых колес

Заготовки зубчатых колес получают литьем, ковкой в штампах или свободной ковкой в зависимости от материала, формы и размеров. Зубья колес изготовляют накатыванием, нарезанием, реже литьем.

Накатывание зубьев. Применяется в массовом производстве. Предварительное формообразование зубьев цилиндрических и конических колес производится горячим накатыванием. Венец стальной заготовки нагревают токами высокой частоты до температуры ~ 1200°С, а затем обкатывают между колесами-накатниками. При этом на венце выдавливаются зубья. Для получения колес более высокой точности производят последующую механическую обработку зубьев или холодное накатывание — калибровку.

Холодное накатывание зубьев применяется при модуле до 1 мм.

Зубонакатывание — высокопроизводительный метод изготовления колес, резко сокращающий отход металла в стружку.

Нарезание зубьев. Существует два метода нарезания зубьев: копирование и обкатка. М е т о д копирования заключается в прорезании впадин между зубьями модульными фрезами (рис. 7): дисковыми (а) или пальцевыми (б). После прорезания каждой впадины заготовку поворачивают на шаг зацепле­ния. Профиль впадины представляет собой копию профиля режущих кромок фрезы, отсюда и название — метод копирования.

Метод копирования — малопроизводительный и неточный, применяется преимущественно в ремонтном деле.

Нарезание зубьев методом обкатки основано на воспроизведении зацепления зубчатой пары, одним из элементов которой

является режущий инструмент — червячная фреза (рис. 8, а), долбяк

(рис.8, б) или реечный долбяк — гребенка (см. рис. 6).

Рис.6 Нарезание зубьев методом обкатки

Рис. 7. Нарезание зубьев методом копирования

Червячная фреза имеет в осевом сечении форму инструментальной рейки. При нарезании зубьев заготовка и фреза вращаются вокруг своих осей, обеспечивая непрерывность процесса.

 

Рис. 8. Нарезание зубьев методом обкатки

Нарезание зубьев червячными фрезами широко применяют для изготовления цилиндрических колес с внешним расположением зубьев

 

Рис. 9. Нарезание конических колес

. Для нарезания колес с внутренним расположением зубьев применяют долбяки. Гребенками нарезают прямозубые и косозубые колеса с большим модулем зацепления.

Нарезание зубьев конических колес методом обкатки производится строганием (рис. 10, а), фрезерованием (рис. 10, б), инструментом с прямобочным профилем или резцовыми го­ловками.

Отделка зубьев. Зубья точных зубчатых колес после нарезания подвергают отделке шевингованием, шлифованием, притиркой или обкаткой.

Шевингование применяют для тонкой обработки незакаленных колес. Выполняют инструментом — шевером, имеющим вид зубчатого колеса с узкими канавками на поверхности зубьев. Вращаясь в зацеплении с обрабатываемым колесом, шевер снимает режущими кромками канавок волосообразные стружки с зубьев колеса.

Шлифование применяют для обработки закаленных зубьев. Выполняют шлифовальными кругами способом копирования или обкатки.

Притирку используют для отделки закаленных зубьев колес. Выполняют притиром - чугунным точно изготовленным колесом с использованием притирочных абразивных паст.

Об катка применяется для сглаживания шероховатостей на рабочих поверхностях зубьев незакаленных колес. В течение 1...2 мин зубчатое колесо обкатывается под нагрузкой с эталонным колесом большой твердости.

§3. КОНСТРУКЦИИ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС

В зависимости от получения заготовки колеса подразделяют на литые (рис. 3.9), кованые или штампованные, изготовленные механической обработкой (рис. 3.10, сварные (рис. 3.11).

Зубчатые колеса, у которых диаметр впадин незначительно превышает диаметр вала в месте посадки зубчатого колеса, изготовляют за одно целое с валом. Такую конструкцию (рис. 312) называют валом-шестерней. В остальных случаях зубчатое колесо выполняется отдельно, после
чего насаживается на вал. -

Колеса диаметром меньше 400 мм имеют форму диска с выточками (см. рис. 3.9) или без выточек (см. рис. 3.3). Чаще всего эти колеса изготовляют из поковок. Колеса диаметром более 400 — 500 мм изготовляют со спицами (рис. 3.13) различного сечения.

При конструировании колеса наиболее важным требованием является его жесткость. Основные соотношения элементов зубчатых колес в зависимости от их конструкции при­ведены в специальных справочниках.

Для экономии высокопрочных дорогостоящих материалов изготовляют сборные конструкции — бандажированные колеса (рис. 3.14). В этом случае зубчатый венец колеса изготовляют из качественной стали, а центральную часть делают из ме­нее дорогого материала (например, чугуна).

Для изготовления зубчатых колес применяют следующие материалы:

сталь углеродистую обыкновенного качества марок Ст5, Стб; качественную сталь; леги­рованную сталь; сталь 35Л, 45Л, 55Л;

серый чугун марок, высококачественный чугун; неметаллические материалы (текстолит марок ПТК, ПТ, ПТ-1, бакелит, капрон и др.).

 

§4. ВИДЫ РАЗРУШЕНИЯ ЗУБЬЕВ.

Правильно спроектированная и изготовленная передача при выполнении всех правил эксплуатации не должна перегреваться и производить при работе сильного шума. Появление значительного перегрева и чрезмерного шума свидетельствует о недостатках в работе передачи, связанных с ее конструкцией, изготовлением, неправильным выбором смазочного материала или возможными повреждениями зубьев.

Наблюдаются следующие виды разрушения зубьев: их поломка, изнашивание, заедание, выкрашивание рабочих поверхностей.

Поломка зубьев. Этот вид разрушения зубьев полностью выводит передачу из строя. Чаще поломка наблюдается у основания зуба (рис. 3.25) вследствие периодического действия переменной нагрузки F, а также в результате значительной кратковременной перегрузки (ударной нагрузки). Если зуб работает одной стороной, то первоначальная трещина, как правило, образуется в зоне растяжения. Тре­щина распространяется вдоль основания ножки зуба, а иногда к его вершине или по какой-то рабочей части зуба.

Долговечность зубьев можно повысить, увеличив прочность основания зуба и уменьшив концентрацию напряжений в опасном сечении.

Выкрашивание рабочих поверхностей зубьев. Этот вид повреждения зубьев нарушает нормальную работу всей передачи, но не выводит ее из строя полностью. Чаще это повреждение наблюдается в закрытых передачах, работающих при обилии смазочного материала. Выкрашивание поверхности зубьев возникает на ножках зубьев колес. Смазочный материал, который за­ходит в микротрещины, находясь под действием внешнего дав­ления (при работе передачи), расклинивает трещины. Повторяясь, такие действия

приводят к откалыванию части металла (рис. 3.27). Диаметр ямок выкрашивания (оспинок) доходит до 2-5 мм. Установлено, что чем тверже по­верхности зубьев и чем меньше шероховатость их по­верхностей; тем большую нагрузку они могут выдерживать без опасности возникновения выкрашивания. Более вязкое масло способно лучше гасить динамические нагрузки на зубья и тем самым уменьшать выкрашивание поверхности зубьев.

В открытых передачах выкрашивание наблюдается очень редко, так как поверхностный слой, в котором возникают начальные трещины, истирается раньше, чем в нем успевает произойти усталостное выкрашивание.

 

Изнашивание зубьев чаще наблюдается в открытых передачах, чем в закрытых, заключается в истирании рабочих поверхностей (рис. 3.28) вследствие попадания в зону зацепления металлических частиц, пыли, грязи (абразивное изнашивание). Изнашивание может начаться также в результате недостаточно гладкой поверхности у новой передачи и про­должаться до сглаживания неровностей рабочих поверх­ностей зубьев.

Заедание зубьев. Наблюдается как в открытых, так и в закрытых тихоходных, тяжело нагруженных передачах. Этот вид повреждения зубьев заключается в том, что под действием высоких давлений сопряженные поверхности зубьев сцепляются одна с другой настолько сильно, что частицы металла с поверхности зубьев в зоне раздавленной масляной пленки отрываются и прихватываются к поверхности зубьев парного колеса. При последующем относительном движении зубьев эти частицы отрываются и делают на рабочих поверхностях борозды, задиры.

 

Правильно спроектированные передачи должны быть рассчитаны так, чтобы любая из возможных причин повреждения зубьев была исключена. В соответствии с этим проверяют выносливость рабочих поверхностей (расчет на контактную прочность и прочность на изгиб). Открытые передачи рассчитываются на изгиб, закрытые – на контактную прочность и на изгиб.