Тема 17 Цепные передачи. (1/-/- час)

План лекции:

1. Общие сведения.

2. Роликовые приводные цепи

3. Зубчатые приводные цепи

3. Силы в ветвях цепи

4. Натяжение цепи.

5. КПД цепных передач

 

Цепная передача – это передача зацеплением с гибкой связью. Движение передает шарнирная цепь 1, охватывающая ведущую 2 и ведомую 3 звездочки и зацепляющаяся за их зубья (рис. 70).

Рисунок 70 – Цепная передача

Достоинства цепных передач.

1. По сравнению с зубчатыми цепные передачи могут передавать движение между валами при значительных межосевых расстояниях (до 8 м).

2. По сравнению с ременными передачами: более компактны, передают большие мощности, требуют значительно меньшей силы предварительного натяжения, обеспечивают постоянство передаточного числа (отсутствует скольжение и буксование).

3. Могут передавать движение одной цепью нескольким ведомым звездочкам.

Недостатки цепных передач.

1. Значительный шум при работе вследствие удара звена цепи о зуб звездочки при входе в зацепление, особенно при малых числах зубьев и большом шаге (этот недостаток ограничивает применение цепных передач при больших скоростях).

2. Сравнительно быстрое изнашивание шарниров цепи, необходимость применения системы смазывания и установки в закрытых корпусах.

3. Удлинение цепи вследствие износа шарниров и сход ее со звездочек, что требует применения натяжных устройств.

Применение. Цепные передачи применяют в станках, мотоциклах, велосипедах, промышленных роботах, буровом оборудовании, строительно-дорожных, сельскохозяйственных, полиграфических и других машинах для передачи движения между параллельными валами на значительные расстояния, когда применение зубчатых передач нецелесообразно, а ременных невозможно. Цепные передачи наибольшее применение получили для передачи мощностей до 120 кВт при окружных скоростях до 15 м/с.

Приводные цепи. Приводная цепь – главный элемент цепной передачи – состоит из соединенных шарнирами отдельных звеньев. Помимо приводных бывают тяговые и грузовые цепи, которые в дальнейшем не рассмотрены.

Основные типы стандартизованных приводных цепей: роликовые, втулочные и зубчатые

 

Рекомендуемая литература

1. Гузенков П.Г. Детали машин. – М.: Высшая школа,1986.

2. Иванов М.Н. Детали машин. – М.: Высшая школа, 1991.

3. Леликов О.П. Основы расчета и проектирования деталей и узлов машин. – М.: Машиностроение, 2004.

 

Раздел 4 Узлы и детали, обслуживающие вращательное движение

Тема 18 Валы и оси (1/-/- час)

План лекции:

1. Общие сведения. Конструкции валов и осей

2. Способы передачи нагрузок на валы

3. Критерии работоспособности валов и осей

 

Зубчатые колеса, шкивы, звездочки и другие вращающиеся детали машин устанавливают на валах и осях.

Вал предназначен для передачи вращающего момента вдоль своей оси, а также для поддержания расположенных на нем деталей и восприятия действующих на эти детали сил. Примером могут служить валы редуктора (рис. 76). При работе вал испытывает действие напряжений изгиба и кручения, а в некоторых случаях дополнительно растяжения или сжатия.

Рисунок 76 – Валы редуктора

Ось только поддерживает установленные на ней детали и воспринимает действующие на эти детали силы. Например, ось железнодорожного вагона (рис. 77). В отличие от вала ось не передает вращающего момента и, следовательно, не испытывает кручения. Оси могут быть неподвижными или могут вращаться вместе с насаженными на них деталями. Вращающиеся оси обеспечивают лучшие условия работы подшипников, неподвижные – дешевле, но требуют встройки подшипников во вращающиеся на осях детали.

Большинство валов имеет неизменяемую номинальную геометрическую форму оси – жесткие валы. Особую группу составляют гибкие валы с изменяемой формой геометрической оси.

Рисунок 77 – Ось

По форме геометрической оси валы делят на прямые (рис. 78) и непрямые – коленчатые, служащие для преобразования возвратно–поступательного движения во вращательное (или наоборот), и эксцентриковые.

Оси, как правило, изготовляют прямыми. Прямые валы и оси имеют форму тел вращения и по конструкции мало отличаются друг от друга.

Прямые валы и оси могут быть постоянного диаметра — гладкие (рис. 78,а, б)или ступенчатые (большинство валов, рис. 78,в). По форме поперечного сечения валы и оси бывают сплошные и полые (с осевым отверстием, рис. 29.3,б)Полые валы применяют для уменьшения массы, а также при необходимости пропуска сквозь валы или размещения внутри них других деталей или материалов (масла, охлаждающих газов или жидкостей).

По внешнему очертанию поперечного сечения валы разделяют на шлицевые и шпоночные,имеющие на некоторой длине шлицевой профиль или профиль со шпоночным пазом.

Валы классифицируют также по условным признакам, например, по относительной скорости вращения в узле (в редукторе, рис. 76): быстроходный 1, среднескоростной 2, тихоходный 3, или по расположению в узле: входной 1 (ведущий), промежуточный 2, выходной 3 (ведомый).

Опорными частями валов и осей служат цапфы. Промежуточные цапфы называют шейками.

Рисунок 78 – Конструкции валов

Форма вала по длине. По условиям равнопрочности целесообразно конструировать валы в продольном сечении приближающимися к телам равного сопротивления изгибу – очерчиваемым кубической параболой К форме тела равного сопротивления приближаются ступенчатые валы. Эта форма также упрощает изготовление и установку деталей на валу.

Переходные участки валов и осей между двумя ступенями разных диаметров выполняют: с галтелью постоянного радиуса, рис. 79,а(галтель – поверхность плавного перехода от меньшего сечения к большему); с галтелью переменного радиуса (рис. 79, б); с канавкой со скруглением для выхода шлифовального круга (рис. 79,в).

Переходные участки являются концентраторами напряжений. Эффективным средством для снижения концентрации напряжений в переходных участках является повышение их податливости (например, путем увеличения радиусов галтелей, выполнения разгрузочных канавок). Деформационное упрочнение (наклеп) галтелей повышает несущую способность валов и осей.

Рисунок 79 – Оформление переходных участков валов

 

Рекомендуемая литература

1. Гузенков П.Г. Детали машин. – М.: Высшая школа,1986.

2. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин. – М.: Высшая школа, 2001.

3. Иванов М.Н. Детали машин. – М.: Высшая школа, 1991.

4. Леликов О.П. Основы расчета и проектирования деталей и узлов машин. – М.: Машиностроение, 2004.

5. Решетов Д.Н. Детали машин. – М.: Машиностроение, 1989.

 

Тема 19 Подшипники качения и скольжения (1/0,5/0,5 часа)

План лекции:

1. Общие сведения о подшипниках качения. Классификация

2. Назначение основных деталей подшипников качения

3. Посадка колец подшипников качения

4. Общие сведения о подшипниках скольжения

5. Классификация подшипников скольжения

6. Режимы смазки подшипников скольжения

Подшипники качения

Подшипником называют опору или направляющую, определяющую положение движущихся частей по отношению к другим частям механизма. Подшипники, работающие преимущественно на движение с трением качения, называют подшипниками качения, а на движение с трением скольжения — подшипниками скольжения. Подшипник качения включает в себя детали с дорожками качения и тела качения.

Достоинства подшипников качения.

1. Полная взаимозаменяемость, готовность к эксплуатации без дополнительной подгонки или приработки.

2. Малые осевые размеры, простота монтажа и эксплуатации.

3. Малая потребность в смазочном материале. Подшипники с защитными шайбами заполняют пластичным смазочным материалом при изготовлении. Этого запаса хватает на весь срок работы.

4. Малые потери на трение, особенно при трогании с места и невысоких частотах вращения, незначительный нагрев при работе.

5. Малое использование дефицитных цветных металлов при изготовлении. 6. Малая стоимость изготовления в связи с массовым производством.

Недостатки подшипников качения.

1. Большие радиальные размеры.

2. Малая жесткость.

3. Большое сопротивление вращению, шум и низкая долговечность при высоких частотах вращения.

4. Чувствительность к ударным и вибрационным нагрузкам.

Применение. Подшипники качения являются основным видом опор в машинах: в легковом автомобиле более 30 типоразмеров подшипников, в грузовом автомобиле — более 120, в самолете — бо­лее 1000 и т.д.

Классификация подшипников качения. Подшипники качения передают силы между валом и корпусом при относительном их вращении. Нагружающие подшипник силы подразделяют на:

– радиальную, действующую в направлении, перпендикулярном оси подшипника;

– осевую, действующую в направлении, параллельном оси подшипника.

Подшипники качения классифицируют по следующим основным признакам:

· по форме тел качения (рис. 82) — шариковые (а)и роликовые (б — з), причем последние могут быть с роликами: цилиндрическими короткими (б), длинными (в) и игольчатыми (г), а также бочкообразными (д),коническими (е), бомбинированными (ж)— с небольшой (7–30 мкм на сторону) выпуклостью поверхности качения (бомбиной) и витыми (з)– пустотелыми;

· по направлению воспринимаемой нагрузки – радиальные, предназначенные для восприятия радиальных сил; некоторые типы могут воспринимать и осевые силы; радиально–упорные — для восприятия радиальных и осевых сил; подшипники регулируемых типов без осевой силы работать не могут; упорные — для восприятия осевых сил; радиальную силу не воспринимают; упорно–радиальные — для восприятия осевых и небольших радиальных сил;

· по числу рядов тел качения — одно–, двух– и четырехрядные;

· по основным конструктивным признакам — самоустанавливающиеся (например, сферические самоустанавливаются при угловом смещении осей вала и отверстия в корпусе) и несамоустанавливающиеся; с цилиндрическим или конусным отверстием внутреннего кольца, сдвоенные и др.

Рисунок 82 – Виды тел качения подшипников

Назначение основных деталей подшипника. На рис. 83 показано осевое сечение шарикового радиального однорядного подшипника. Основные детали подшипника:

1 — внутреннее кольцо с диаметром d отверстия; 2 — наружное кольцо; D — наружный диаметр подшипника; 3 — тело качения — шарик; D_w — диаметр тела качения; 4 — сепаратор; охватывает тела качения и перемещается вместе с ними.

Кольца подшипников имеют желоба (канавки), служащие направляющими для тел качения.

Сепаратор (см. сечения А–А и Б–Б на рис. 30.2) предназначен для направления, удержания тел качения в определенном положении (с целью обеспечения соосности колец) и для разделения тел качения от их непосредственного контакта (с целью уменьшения изнашивания и потерь на трение). При невысоких частотах вращения и при качательном движении применяют подшипники без сепараторов (например, подшипники крестовин карданных валов).

Рисунок 83 – Осевое сечение шарикового радиального однорядного подшипника

Основное применение имеет змейковый сепаратор, состоящий из двух волнистых кольцеобразных полусепараторов, соединенных между собой заклепками; в быстровращающихся узлах и подшипниках высокой точности применяют массивные сепараторы (цельные или составные), обеспечивающие более точное положение тел качения относительно колец подшипников.

Посадки колец подшипников. Различают три случая нагружения колец подшипников:

· циркуляционное – кольцо вращается относительно линии действия нагрузки;

· местное – кольцо неподвижно относительно линии действия нагрузки;

· колебательное – кольцо не совершает полного оборота относительно линии действия нагрузки.

Подшипники скольжения

Подшипники скольжения состоят из корпуса, вкладышей и смазывающих устройств. В простейшем виде подшипник скольжения представляет собой вкладыш (втулку) 1(рис. 85,а),который с зазором устанавливают на цапфу вала и закрепляют в корпусе подшипника или чаще всего непосредственно в станине или раме машины.

Несущую способность подшипника обеспечивает применение смазочного материала (жидкого, газообразного, пластичного) или создание магнитного поля.

В зависимости от направления воспринимаемой нагрузки подшипники скольжения подразделяют на:

· радиальные – предназначенные для восприятия радиальной силы F_r (рис. 33.1,а);

· упорные – предназначенные для восприятия осевой силы F_a–Упорные подшипники часто называют подпятниками (рис. 85,б);

· радиально–упорные – предназначенные для восприятия радиальных и осевых сил (рис. 85,в и г).

Достоинства подшипников скольжения.

1. Надежно работают в высокоскоростных приводах (подшипники качения в этих условиях имеют малую долговечность).

2. Способны воспринимать значительные ударные и вибрационные нагрузки вследствие больших размеров рабочей поверхности и высокой демпфирующей способности масляного слоя.

3. Работают бесшумно.

4. Имеют сравнительно малые радиальные размеры (см. рис. 85).

5. Разъемные подшипники допускают установку их на шейки коленчатых валов; при ремонте не требуют демонтажа муфт, шкивов и т.д.

6. Для тихоходных машин могут иметь весьма простую конструкцию.

Рисунок 85 – Подшипники скольжения

Недостатки подшипников скольжения.

1. В процессе работы требуют постоянного надзора из–за высоких требований к наличию смазочного материала и опасности перегрева; перерыв в подаче смазочного материала ведет к разрушению подшипника.

2. Имеют сравнительно большие осевые размеры.

3. Значительные потери на трение в период пуска и при несовершенной смазке.

4. Большой расход смазочного материала, необходимость его очистки и охлаждения.

Применение. Подшипники скольжения применяют во многих отраслях машино- и приборостроения преимущественно в условиях, в которых применение подшипников качения невозможно или нецелесообразно:

1. Для валов изделий, работающих с ударными и вибрационными нагрузками (двигатели внутреннего сгорания, молоты и др.).

2. Для коленчатых валов, когда по условиям сборки необходимы разъемные подшипники.

3. Для валов больших диаметров, для которых отсутствуют подшипники качения.

4. Для высокоскоростных валов, когда подшипники качения непригодны вследствие малого ресурса (центрифуги и др.).

5. При очень высоких требованиях к точности и равномерности вращения (шпиндели станков, опоры телескопов и др.).

6. В тихоходных машинах, бытовой технике.

7. При работе в воде и агрессивных средах, в которых подшипники качения непригодны.

В общем машиностроении для подшипников скольжения наиболее часто применяют жидкие смазочные материалы – масла. Масла имеют низкий коэффициент внутреннего трения, хорошо очищают и охлаждают рабочие поверхности, их легко подавать к местам смазывания. Недостатком является необходимость уплотнения мест смазывания.

Вязкость является важнейшим свойством масел. Вязкость характеризует объемное свойство смазочного материала оказывать сопротивление относительному перемещению его слоев. В гидродинамических расчетах используют динамическую вязкость m, Па·с. Вязкость существенно понижается с ростом температуры (примерно по кубической параболе).

 

Тема 20 Муфты механических приводов. (0,5/-/- часа)

План лекции:

1. Общие сведения. Классификация

2. Расчетный момент

3. Глухие муфты

4. Смещение валов. Жесткие компенсирующие муфты

5. Основные свойства упругих муфт

 

Большинство машин и технологических систем состоит из отдельных узлов. Для обеспечения кинематической и силовой связей валы узлов соединяют муфтами.

Муфтой называют устройство для соединения концов валов или валов со свободно установленными на них деталями (зубчатыми колесами, шкивами и т.д.). Муфты передают вращающий момент без изменения его значения и направления. Некоторые типы муфт дополнительно могут способствовать снижению в машинах вредных нагрузок, предохранять от перегрузок, включать и выключать исполнительный элемент машины без останова двигателя.

По управляемости муфты приводов разделяют на (рис. 88): неуправляемые (нерасцепляемые), управляемые (сцепные), самоуправляемые (автоматического действия).

Неуправляемые (нерасцепляемые) муфты осуществляют постоянное соединение валов между собой. Длинные валы по условиям изготовления и транспортирования делают составными, соединяя отдельные части некомпенсирующими (глухими) муфтами.

Вследствие неточностей изготовления и монтажа, деформаций при передаче нагрузки неизбежно относительное смещение соединяемых валов. Для снижения вредных нагрузок на валы вследствие их смещения применяют компенсирующие муфты: жесткие или упругие. Упругие муфты способны также сглаживать динамические нагрузки (толчки, удары и вибрацию) вследствие наличия металлических или неметаллических упругих элементов (стальных пружин, стержней, резиновых втулок, диска, шайбы, оболочки).

Управляемые (сцепные) муфты допускают с помощью механизма управления сцепление и расцепление вращающихся или неподвижных валов. По принципу работы различают муфты с профильным замыканием (кулачковые, зубчатые) и фрикционные По форме поверхности трения фрикционные муфты делят на дисковые, конусные и цилиндрические.

Самоуправляемые муфты автоматически разъединяют валы при изменении заданного режима работы машины. Для предохранения машины от перегрузок, вызванных технологическим процессом или неправильной эксплуатацией, служат предохранительные муфты Для обеспечения плавного пуска машин с большими ускоряемыми массами применяют центробежные муфты. Передачу момента и вращения только в одном направлении обеспечивают автоматически срабатывающие обгонные муфты (муфты свободного хода).

Расчетный момент. Основной характеристикой муфт является передаваемый вращающий момент Т. На рис. 89 представлено возможное изменение во времени вращающего момента на одном из валов машины.

Рисунок 89 – Изменение во времени вращающего момента

Муфты подбирают по стандартам, ведомственным нормалям, каталогам или проектируют по расчетному моменту:

, (127)

где К – коэффициент режима работы муфты, учитывающий условия эксплуатации (тип двигателя, переменность нагрузки, тип машины);

Т_ном – номинальный вращающий момент (наибольший из длительно действующих).

В приводах от электродвигателя принимают следующие значения коэффициента режима работы:

· при спокойной работе и небольших разгоняемых массах (приводы конвейеров, испытательных установок и др.) К = 1,15...1,4;

· при переменной нагрузке и средних разгоняемых массах (металлорежущие станки, поршневые компрессоры и др.) К= 1,5...2;

· при ударной нагрузке и больших разгоняемых массах (прокатные станы, молоты и др.) К= 2,5...3.

Наиболее слабые звенья выбранной муфты проверяют расчетом на прочность по расчетному моменту T_р. Расчеты на прочность муфт включают также расчеты шпоночных или шлицевых соединений, используемых для передачи вращающего момента между валами и полумуфтами.

Для предохранения машин от разрушения при возможных значительных перегрузках (действии пикового момента Т_пик)устанавливают предохранительные муфты. Во избежание случайных выключений эти муфты рассчитывают по предельному моменту:

, (128)

где T_max – наибольший передаваемый момент при нормальной работе, обычно равный пусковому моменту T _пуск (T _mах = T _пуск).

 

Рекомендуемая литература

1. Гузенков П.Г. Детали машин. – М.: Высшая школа,1986.

2. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин. – М.: Высшая школа, 2001.

3. Иванов М.Н. Детали машин. – М.: Высшая школа, 1991.

4. Леликов О.П. Основы расчета и проектирования деталей и узлов машин. – М.: Машиностроение, 2004.

5. Решетов Д.Н. Детали машин. – М.: Машиностроение, 1989.

 

Тема 21 Пружины и другие упругие элементы (0,5/0,25/0,25 часа)

План лекции:

1. Общие сведения

2. Применение упругих элементов

3. Конструкции упругих элементов

 

В каждой машине есть специфические детали, принципиально отличающиеся от всех остальных. Их называют упругими элементами. Упругие элементы имеют разнообразные, весьма непохожие друг на друга конструкции. Поэтому можно дать общее определение.