Общие сведения о червячных передач.

Вопросы по «ОК и ДМ»

1.Критерии работоспособности и изнашивание деталей машин

2.Общие сведения о соединениях.

3.Общие сведения о резьбовых соединениях.

4. Основные понятия о передачах.

5. Основными критериями работоспособности ременных передач

6.Ременные передачи их достоинство и недостатки.

7. Достоинства и недостатки прямозубой цилиндрической передачи. 39.

Общие сведения о червячных передач.

Цепная передача их достоинство и недостатки.

Цилиндрическая прямозубая передача.

11.Валы и оси.

12.Подшипники качения.

13 Основными критериями работоспособности подшипников качения.

14. Назначение и классификация муфт.

15.Коническая прямозубая передача

16. Виды электросварки.

17.Достоинства и недостатки фрикционные передачи

18.Основные критерии работоспособности и расчета деталей машин.

19.

20.Шпоночные соединения.

21. Общие принципы проектирования и конструирования механизмов и машин.

22. Щлецовые соединение

23. Фрикционные передачи

24. Элементы крепежных соединений

25.Расчет на прочность детали машин.

 

21.Мәшина бөлшектері мен тораптарының жобалау жұмыстарын жүргізу негізі, орындау жолдары және оларды ұйымдастыру.

 

Ответы.

Основные понятия о передачах.

Механическая энергия, используемая для приведения в движение машины-орудия, представляет собой энергию вращательного движения вала двигателя. Вращательное движение получило наибольшее распространение в механизмах и машинах, так как обладает следующими достоинствами: обеспечивает непрерывное и равно мерное движение при небольших потерях на трение; позволяет иметь простую и компактную конструкцию передаточного механизма.

Все современные двигатели для уменьшения габаритов и стоимости выполняют быстроходными с весьма узким диапазоном изменения угловых скоростей. Непосредственно быстроходный вал двигателя соединяют с валом машины редко (вентиляторы и т. п.). В абсолютном большинстве случаев режим работы машины-орудия не совпадает с режимом работы двигателя, поэтому передача механической энергии от двигателя к рабочему органу машины осуществляется с помощью различных передач.

В современном машиностроении применяют механические, пневматические, гидравлические и электрические передачи. В настоящем курсе рассматривают только наиболее распространенные механические передачи.

Механическими передачами, или просто передачами, называют механизмы, передающие работу двигателя исполнительному органу машины. Передавая механическую энергию, передачи одновременно могут выполнять следующие функции: понижать и повышать угловые скорости, соответственно повышая или понижая вращающие моменты; преобразовывать один вид движения в другой (вращательное в возвратно-поступательное, равномерное и прерывистое и т. д.); регулировать угловые скорости рабочего органа машины; реверсировать движение (прямой и обратный ходы), распределять работу двигателя между несколькими исполнительными органами машины.

В зависимости от принципа действия все механические передачи делятся на две группы; передачи трением - фрикционные и ременные; передачи зацеплением - зубчатые, червячные, цепные.

Все передачи трением имеют повышенную изнашиваемость рабочих поверхностей, так как в них неизбежно проскальзывание одного звена относительно другого.

В зависимости от способа соединения ведущего и ведомого звеньев бывают: передачи непосредственного контакта – фрикционные, зубчатые, червячные; передачи гибкой связью - ременные, цепные. Передачи гибкой связью допускают значительные расстояния между ведущим и ведомым валами.

 

5. Основнымикритериями работоспособности ременных передач.

Основными критериями работоспособности ременных передач являются:

- тяговая способность, определяющаяся силой трения между ремнем и шкивом; б_t = F_t / A,

где: F_t сила трения, A - площадь сечения ремня

- долговечность ремня, в условиях нормальной эксплуатации ограничивается разрушением ремня от усталости.

В основе создаваемых в настоящее время методов расчета ремней на долговечность лежит уравнение кривой усталости, по которому наибольшее напряжение в ремне

,

Где: С и m – постоянные, определяемые экспериментально для

каждой конструкции ремня;

N_Σ – число циклов нагружения за полный срок службы.

 

Полный цикл напряжений соответствует одному пробегу ремня, при котором четыре раза меняются напряжения. Число пробегов ремня за весь срок работы передачи пропорционально числу пробегов в секунду:

 

U = υL/l ≤ [U],

Где: υ – скорость ремня, м/с; l – длина ремня, м; [U] – допускаемое

число пробегов в секунду, с^-1.

Число пробегов является скоростным фактором, влияющим на долговечность: чем больше U, тем выше частота циклов, тем меньше срок службы ремня.

Упругое скольжение ремня характеризуется коэффициентом скольжения ξ, который представляет относительную потерю скорости на шкивах:

ξ = (υ₁ – υ₂)/ υ_1,

Где: υ₁ и υ₂ – окружные скорости ведущего и ведомого шкивов.

При нормальном режиме работы обычно ξ = 0,01...0,02. Упругое скольжение является причиной некоторого непостоянства передаточного числа ременных передач.

Окружные скорости шкивов передачи

υ₁ = w₁d_l/2 и υ₂ = w₂d₂/2,

где: w₁ и w₂ – угловые скорости ведущего и ведомого шкивов;

d₁ и d₂ – диаметры этих шкивов.

Вследствие упругого скольжения υ₁>υ₂. Разделив υ₁ на υ₂ с учетом формулы, получим передаточное число ременной передачи:

u = w₁/w₂ = d₂/[d₁(1 - ξ)]

Для плоскоременных передач рекомендуется u ≤ 5, для клиноременных u ≤7, для поликлиноременных u ≤ 8.

1.Межосевое расстояние а рекомендуется:

для плоскоременных передач

а≥ 1.5 (d₂ + d₁);

для клиноременных и поликлиноременных передач

а ≤ 0,55 (d₂ + d₁) + h

 

2. Расчетная длина ремня l равна сумме длин прямолинейных участков и дуг обхвата шкивов:

l = 2а +π (d₂ + d₁) /2 + (d₂ - d₁) / (4 а)

3.Межосевое расстояние при окончательно установленной длине ремня

_________________________

а = { 2l - π (d₂ + d₁) +√ [ 2l-π (d₂ + d₁)]² -8 (d₂ - d₁)² } / 8

Материалы зубчатых передач.

Все зубчатые колеса за исключением червячных, изготавливаются из качественных конструкционных или легированных сталей с последующей термической обработкой.

Все зубчатые колёса изготавливаются на специальном оборудовании:

зубофрезерных, зубострогальных и зубодолбежных станках.

Для изготовления зубчатых колёс существует 12 степеней точности.

В машиностроении используются четыре степени:

(6) шестая - высокоточная

(7) седьмая - точная

(8) восьмая - ср. точная

(9) девятая - пониженной точности.

 

Валы и оси.

Вал – деталь машины, предназначенная для передачи крутящего момента вдоль своей осевой линии. В большинстве случаев валы поддерживают вращающиеся вместе с ними детали (зубчатые колеса, шкивы, звездочки и др.)., н В отдельных случаях валы изготовляют как одно целое с цилиндрической или конической шестерней (вал - шестерня) или с червяком (вал - червяк).

Ось – деталь машин и механизмов, служащая для поддержания вращающихся частей, но не передающая полезный крутящий момент. Оси бывают вращающиеся и неподвижные

Из определений видно, что при работе валы всегда вращаются и испытывают деформации кручения или изгиба и кручения, а оси – только деформацию изгиба.

По форме геометрической оси валы бывают прямые (гладкий и ступенчатый), коленчатые и гибкие (с изменяемой формой оси). Простейшие прямые валы имеют форму тел вращения. На рис. 1 показан ступенчатый прямой вал. Ступенчатые валы являются наиболее распространенными. Для уменьшения массы или для размещения внутри других деталей, валы иногда делают с каналом по оси; в отличие от сплошных такие валы называют полыми.

Конструктивные элементы валов и осей.

Опорная часть вала или оси называется цапфой. Концевая цапфа называется шипом, а промежуточная – шейкой. Концевая цапфа, предназначенная нести преимущественную осевую нагрузку, называется пятой. Шипы и шейки вала опираются на подшипники, опорной частью для пяты является подпятник. По форме цапфы могут быть цилиндрическими, коническими, шаровыми и плоскими (пяты).

Кольцевое утолщения вала, составляющее с ним одно целое, называется буртиком. Переходная поверхность от одного сечения к другому, служащая для упора насаживаемых на вал деталей, называется заплечиком.

Для уменьшения концентрации напряжений и повышения прочности переходы в местах изменения диаметра вала или оси делают плавными.

Криволинейную поверхность плавного перехода от меньшего сечения к большему называют галтелью Галтели бывают постоянной и переменной кривизны. Галтель вала, углубленную за плоскую часть заплечика, называют поднутрением.

Форма вала по длине определяется распределением нагрузок, т.е. эпюрами изгибающих и крутящих моментов, условиями сборки, и технологией изготовления. Переходные участки валов между соседними ступенями разных диаметров нередко выполняют с полукруглой канавкой для выхода шлифовального круга.

 

Подшипники качения.

Подшипники, работающие по принципу трения качения, называются подшипниками качения. В настоящее время такие подшипники имеют наибольшее распространение. Подшипники качения стандартизованы и в массовых количествах выпускаются специализированными заводами. Подшипники качения изготовляют в большом диапазоне типоразмеров с наружным диаметром от 2 мм до 2,8 м и массой от долей грамма до нескольких тонн.

В большинстве случаев подшипники качения состоят из наружного и внутреннего кольца с дорожками качения, тел качения (шарики и ролики) и сепаратора, удерживающего тела качения на определенном расстоянии друг от друга. В некоторых случаях для уменьшения радиальных размеров одно или оба кольца подшипника могут отсутствовать; в этих случаях тела качения перемещаются непосредственно по канавкам вала или корпуса.

Достоинства подшипников качения: малые потери на трение и незначительный нагрев, малый расход смазки, небольшие габариты в осевом направлении, невысокая стоимость (массовое производство) и высокая степень взаимозаменяемости.

К недостаткам подшипников качения относятся: чувствительность к ударным и вибрационным нагрузкам, большие габариты в радиальном направлении, малая надежность в высокоскоростных приводах.

Классификация подшипников качения может осуществляться по многим признакам, а именно: По форме тел качения (шариковые, цилиндрические и конические роликовые, игольчатые); по числу рядов тел качения (однорядные, двухрядные и многорядные);

По направлению воспринимаемой нагрузки (радиальные, радиально – упорные, упорно – радиальные, упорные, комбинированные);

По возможности самоустановки (самоустанавливающиеся, несамоустанав-ливающиеся);

По габаритны размерам (серии диаметров и ширин);

По конструктивным особенностям (с контактным уплотнением, с защитной шайбой, с фланцем на наружном кольце и т.д.).

ГОСТ устанавливает для подшипников качения следующие классы точности (в порядке повышения точности): 0; 6; 5; 4 и 2. Нормальный класс точности обозначается цифрой 0, сверхвысокой класс точности обозначается 2. В общем машиностроении обычно применяют подшипники класса точности 0.

 

Виды электросварки.

Сварное соединение - неразъемное. Сварное соединение образуется путем сваривания материалов деталей в зоне стыка и не требует никаких вспомогательных элементов.

Сварные соединения являются наиболее распространенными и совершенными из неразъемных соединений, так как лучше других обеспечивают условия равно прочности, снижения массы и стоимости конструкции. Замена клепаных конструкций сварными уменьшает их массу до 25%, а замена литых конструкций сварными уменьшает расход металла на 30% и более. Трудоемкость сварных конструкций значительно меньше клепаных, а возможности механизации и автоматизации технологического процесса значительно больше. Сварка позволяет соединять детали сложной формы, обеспечивает сравнительно бесшумный технологический процесс и герметичность соединений. В настоящее время сваривают детали, изготовленные из черных, многих цветных металлов, а также из пластмасс. Свариваемость материалов характеризуется их склонностью к образованию трещин при сварке и механическими свойствами соединения. Хорошей свариваемостью обладают низкоуглеродистые стали и чугуны.

Недостатки сварных соединений: недостаточная надежность при ударных и вибрационных нагрузках, коробление деталей в процессе сварки, концентрация напряжений и сложность проверки качества соединений. Из всех видов сварки наиболее широко распространена электрическая.

Различают два основных вида электросварки: дуговую и контактную.

Электродуговая сварка основана на использовании теплоты электрической дуги для расплавления металла. Различают три разновидности дуговой сварки:

1. Автоматическая сварка под флюсом. Применяется в крупносерийном и массовом производстве для конструкций с длинными швами.

2. Полуавтоматическая сварка под флюсом. Применяется для конструкций с короткими прерывистыми швами.

3. Ручная сварка. Применяется в тех случаях, когда другие виды нерациональны. Этот вид малопроизводителен. Для этого вида сварки применяют электроды с различной флюсовой обмазкой. При ручной сварке образование шва достигается в основном за счет металла электрода.

При автоматической сварке шов формируется в значительной степени за счет расплавленного основного металла, что не только сокращает время, но и значи- тельно снижает расход электродного материала.

Контактная сварка основана на использовании повышенного сопротивления в стыке деталей и осуществляется несколькими способами:

1.Стыковая контактная сварка – через детали в месте стыка пропускается ток в несколько тысяч ампер, металл в этой зоне разогревается, затем ток выключают, а разогретые детали сдавливают с некоторой силой, происходит сварка металлов по всей поверхности стыка.

2.Точечная контактная сварка- соединение происходит не по всей поверхности стыка, а лишь в отдельных точках, к которым подводят электроды сварочной машины.

Виды сварных швов: стыковой (С); тавровый (Т); угловой (У); нахлесточный (Н). Нахлесточный по расположению подразделяется на лобовой, фланговый и комбинированный.

 

Щлецовые соединение.

Шлицевые соединения можно рассматривать как многошпоночные, в которых шпонки как бы изготовлены заодно с валом. В последние годы, в связи с общим повышением напряжений в деталях машин, шлицевые соединения получили самое широкое распространение взамен шпонок. Этому способствует оснащение промышленности специальным оборудованием - шлицефрезерными и протяжными станками. В сравнении со шпоночными шлицевые соединения имеют большую нагрузочную способность, лучше центрируют соединение и меньше ослабляют вал.

По профилю различают следующие шлицевые соединения

прямобочные - число шлиц Z = 6, 8, 10, 12;

звольвентные - число шлиц Z = 12, 16 и более;

треугольные - число шлиц Z = 24, 36 и более.

Эвольвентные шлицы создают меньшую концентрацию напряжений у основания шлица, поэтому в настоящее время получают преимущественное распространение. Треугольные шлицы мелкие, поэтому мало ослабляют вал, однако они способны передавать лишь относительно небольшую нагрузку.

Шлицевые соединения применяются с центрированием ступицы по валу:

а) по наружному диаметру;

б) по внутреннему диаметру;

в) по боковым граням.

Соединение во избежание термических короблений, требует чистовой протяжки ступицы после термообработки, поэ­тому твердость ступицы не может быть выше HRC=30. Соединение требует шлифовки вала по посадочному диаметру на специальных станках, зато ступица может быть твердой, так как посадочный диаметр шлифуется на обычных внутришлифовальных станках. Соединение допускает твердые шлицы на валу и на ступице, однако для обеспечения сборки, считаясь с возможных короблением шлицов при закалке, зазоры в соединении должны быть увеличенными.

Расчет шлицевых соединений

Как и шпонки, шлицы рассчитывается на смятие и срез:

s_см = £ [s]_см

t = £ [t] Р =

где R_c - средний радиус шлицов;

М_k - крутящий момент на оси вала.

Фрикционные передачи

Фрикционной передачей называется механизм, служащий для передачи вращательного движения от одного вала к другому с помощью сил трения, возникающих между насаженными на валы и прижатыми друг к другу дисками, цилиндрами или конусами. Фрикционные передачи можно классифицировать по нескольким признакам: по расположению осей валов (с параллельными осями, с пересекающимися осями и соосные); по форме тел качения (с гладкими цилиндрическими катками; катками с клинчатым ободом; с коническими катками; торовые; сферические и др.); по условиям работы (открытые — работающие всухую и закрытые—работающие в масляной ванне); по возможности регулирования передаточного числа (с условно постоянным передаточным числом, с бесступенчатым регулированием передаточного числа — фрикционные вариаторы).Критерием работоспособности фрикционных передач является износостойкость рабочих поверхностей тел качения. В процессе работы на поверхности тел качения возникают циклически изменяющиеся контактные напряжения, которые вызывают усталостное изнашивание рабочих поверхностей катков.
Вариатором или бесступенчатой передачей называется механизм для плавного изменения передаточного отношения. В машиностроении фрикционные вариаторы используют в силовых приводах, мощность которых колеблется от небольших величин до десятков и даже сотен киловатт. Вариаторы бывают одно- и двухступенчатые. Основной кинематической характеристикой любого вариатора является диапазон регулирования Д, равный максималь­ному передаточному отношению, деленному на минимальное. Для одноступенчатых вариаторов преимущественные значения Д=3...6. С увеличением диапазона регулирования снижается к. п. д. вариатора.
Материалы тел качения фрикционных передач должны обладать высокой износостойкостью и прочностью рабочих поверхностей, возможно большим коэффициентом трения скольжения, высоким модулем упругости (для уменьшения упругого скольжения). Максимальную нагрузочную способность имеют катки из закаленной стали типа ШХ15, которые могут работать в масляной ванне и всухую. Применяются в силовых передачах также чугунные катки и сочетания текстолитовых и стальных или чугунных катков. Кроме того, для изготовления катков или их облицовки (для повышения коэффициента трения) применяют кожу, резину, прорезиненную ткань, дерево, фибру и другие материалы. Катки из неметаллических материалов работают всухую.

25. Элементы крепежных соединений

Болт требует для размещения гайки много места что увеличивает габариты и вес конструкции. Зато, при обрыве он легко заменяется.

Винт может иметь головку разной формы, в частности и шестигранную. Винт ввертывается в корпус и поэтому требует мало места для размещения, что сокращает размеры и вес конструкции. Однако, при сборке, резьба в корпусе (в особенности чугунном или алюминиевом) может быть повреждена. При обрыве трудно извлечь оставшуюся в резьбе часть винта.

Шпилька также ввертывается в корпус, для чего имеет с этой стороны тугую нарезку. При разборке свинчивается только гайка и тугая резьба в корпусе не повреждается. Шпильки рекомендуется применять при чугунных или алюминиевых корпусах.

В машинах, где действуют циклические нагрузки, для всех винтов и гаек должны предусматриваться средства против самоотвинчивания. В порядке убывающей надежности применяются для этой цели: корончатые гайки со шплинтом, отгибные шайбы, завязывание проволокой, пружинные шайбы (Гровера), контргайки и другие способы.

Стандартные винты и гайки изготавливаются из Ст.3, иногда Ст.4 и Ст.5, а также сталей: А-12 (автоматная), Ст.20, Ст.35, Ст.45 и других.

Для более ответственных напряженных соединений применяются: СТ.40Х, СТ.40ХН и другие. Шайбы пружинные изготавливаются из Ст.65Г с термообработкой, отгибные пластины и проволока для завязывания из Ст.1.

Применив гайку переменной жесткости (показано пунктиром), можно получить более благоприятную эпюру.

Опасными напряженными состояниями для болта или винта могут быть следующие:

а) стержень болта - на разрыв по внутреннему сечению резьбы;

б) резьба гайки - на смятие, срез или изгиб;

в) головка болта - на срез.

В стандартных болтах пункты равнопрочным с пунктом поэтому рассчитывается только стержень на разрыв. Из этих соображений высота головки h=0,7d, гайки - H=0,8d.

Различают следующие виды резьбовых соединений:

- ненапряженные, воспринимающие только нагрузку;

- напряженные, которые, кроме действующей нагрузки, воспринимают также усилиe дополнительной затяжки.

 

25. Расчет на прочность детали машин.

 

При расчетах на прочность, как правило, определяют действующие в де-

тали напряжения и сравнивают их с допускаемыми [σ]([τ]) в так называемом условии прочности:

σ ≤ [σ] или τ ≤ [τ].

Однако возникает вопрос какое напряжение считать допускаемым с точки

зрения отсутствия разрушения? Определение [σ] (или [τ]) при расчете по различным критериям прочности является одной из важнейших задач.

Завышенные значения [σ] приводят к неоправданному перерасходу метал-

ла и утяжелению машины, заниженные – к разрушению деталей. Правильное определение [σ] с учетом всех действующих силовых факторов и физико-механических особенностей материалов способствует обеспечению принци-па равной прочности создаваемых машин.

Допускаемые напряжения определяются как предельные (опасные) на-

пряжения, разделенные на расчетный коэффициент запаса прочности s

[ ]s=σпред σ или [ ]s= пред τ.

Например: для пластичных материалов допускаемые напряжения

для хрупких материалов –срез

а при переменных (циклических) нагрузках –кручение

 

и при изгибе

 

– предел текучести, τв – временное сопротив-

ление, σm и σа – среднее и амплитудное значение напряжений).

Существует два метода определения расчетного коэффициента запаса

прочности

1. табличный метод;

2. дифференциальный метод.

Табличный метод наиболее удобен для использования в инженерной прак-

тике. Каждая отрасль машиностроения на основе опыта эксплуатации машин

составляет таблицы коэффициентов запаса прочности для различных деталей. Очевидно, что этот метод применим, если проектируемая деталь работает в аналогичных условиях и будет изготовлена из известного материала.

Дифференциальный метод применяют, когда указанные выше условия от-

сутствуют. В этом случае определение общего расчетного коэффициента запаса прочности происходит путем раздельного рассмотрения каждого фактора, влияющего на s, а коэффициент запаса прочности ni

определяют вначале для каждого фактора, а затем s вычисляют по формуле s = s1 · s2 · s3 · s4 · … · sn,

в которой, например, s1 – учитывает точность определения расчетных нагрузок и напряжений, то есть зависит от точности расчетных формул (это так называемый коэффициент «незнания»); s2 – зависит от однородности механических свойств материала детали; s3 – учитывает требования безопасности (например, подъемник для людей имеет бóльшее значение s3, чем для подъема грузов) и т. п.

 

Вопросы по «ОК и ДМ»

1.Критерии работоспособности и изнашивание деталей машин

2.Общие сведения о соединениях.

3.Общие сведения о резьбовых соединениях.

4. Основные понятия о передачах.

5. Основными критериями работоспособности ременных передач

6.Ременные передачи их достоинство и недостатки.

7. Достоинства и недостатки прямозубой цилиндрической передачи. 39.

Общие сведения о червячных передач.