Характеристика передач привода

    Основные характеристики:

1) нагрузка на рабочем органе: сила, вращающий момент или мощность и характер (циклограмма) ее изменения;

2) скорость рабочего органа;

3) ресурс – в частности, срок службы.

Эти характеристики минимально необходимы и достаточны для проектировочного расчета любой передачи.

Кроме основных, важное значение имеют следующие дополнительные характеристики:

1) общее передаточное число привода и ₀ = и ₁ и ₂… и _i, где и _i – передаточное число одной i -й ступени передач.

2) общий КПД привода: η₀ = η₁η₂…η _i, где η _i – КПД одной i -й кине-матической пары;

3) потребная (расчетная) мощность двигателя Р _дв ′:

                                 Р _дв′ = T _р.о n _р.о / 9550η₀,                                        

где T _р.о, n _р.о  – соответственно вращающий момент и частота вращения рабочего органа;

4) частота вращения i -го вала (i = 1,2,3… k; i = 1 – вал двигателя; i = k – вал рабочего органа): n _{i =} n ₁ / и _{1 - i}, где и _{1 - i} – передаточное число между первым и i -мвалами;

5) вращающий момент i -го вала:

T _i = Т _р.о / (и _k-i η _k-i),                                                           

где и _{k - i},η _{k - i} – соответственно передаточное число и КПД между k -м (рабочего органа) и i -м валами.

ЗУБЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ

 

Условия работоспособности зубьев

Напомним, что меньшее из пары зубчатых колес называется шестерней (z ₁), большее – колесом (z ₂). Параметры, относящиеся к шестерне, обозначают с индексом «1», к колесу – с индексом «2». Термин «зубчатое колесо» относят как к шестерне, так и к колесу.

На рис. 4.1 изображены направления наклонов линий зубьев и их названия: а) прямые зубья; б) правый наклон; в) левый наклон; г) шевронный наклон.

 

 

							г)
					в)
	а)		б)

 

При передаче вращающего момента Т в зацеплении (рис. 4.2) действует нормальная сила F n = 2000 Т / / d b _ (d b = d w cosα tw – диаметр основной окружности, где d w – диаметр начальной окружности; α t w – угол зацепления), направленная по линии зацепления N 1 N 2. По отношению к зубу колеса сила F n 2 активна, т.е. движущая, и направлена в сторону вращения z 2, по отношению к зубу z 1 сила F n 1 реактивна (сила сопротивления колеса) и направлена против вращения шестерни. По закону Ньютона F n 1 = F n 2 = F n.       Деформацию зубьев под действием силы F n рассматривают как сжатие двух цилиндров в плоскости заце

пления – задача Герца с первоначальным контактом по линии.

Кроме того, относительно заделки ножки зуба сила F _n действует на некотором плече, что вызывает изгибающий момент в основании зуба.

    За счет скольжения поверхностей зубьев между ними возникает сила трения F _f = fF _n, где f – коэффициент трения скольжения.

Зуб испытывает сложное напряженное состояние. Решающее влияние на его работоспособность оказывают два основных напряжения: контактное  σ _Н и

изгиба σ _F (“ F ” - Foot – ножка). Эти напряжения – переменные, изменяются по отнулевому циклу и приводят к усталостному разрушению зубьев. Число циклов изменения напряжений σ _Н и σ _F за один оборот равно с, где с – число зацеплений фиксированного зуба за один оборот.

      Суммарное число циклов изменения напряжений за весь срок службы

N _Σ = 60 n с L _h, где L _h – ресурс в часах.

Материалы зубчатых передач

    Важнейшими критериями при выборе материалов являются масса и габариты передачи. Наименьшую массу имеют стальные зубчатые колеса. Причем, масса и габариты тем меньше, чем выше твердость поверхности зубьев.

Границей качественных свойств зубьев является твердость поверхности Н ₀, равная 350 НВ:

    1. При Н ₀ ≤ 350 НВ зубья подвергают улучшению или нормализации до нарезания зубьев. Применяют в единичном и мелкосерийном производствах при отсутствии жестких требований к габаритам и массе передачи (например, стационарные машины и механизмы). Зубья из улучшенных сталей хорошо прирабатываются, не подвержены хрупкому разрушению, но имеют ограниченную нагрузочную способность.

2. Высокую твердость Н ₀> 350 НВ (45…63 HRC) получают применением поверхностного термического или химико-термического упрочнения предварительно улучшенных зубчатых колес: поверхностной закалки (чаще ТВЧ – токами высокой частоты), цементации и нитроцементации с закалкой, азотирования. Упрочнение проводят после нарезания зубьев, а после него – шлифование или полирование зубьев.

Применяют в массовом и крупносерийном производствах или в любом при наличии жестких требований к габаритам и массе (например, в передачах

транспортных машин).

    Зубья с твердостью Н ₀ ≥ 56 HRC называют высокотвердыми.

    Твердые зубья (Н ₀ > 45 HRC) плохо прирабатываются.

    Для обеспечения одинаковой долговечности материал шестерни z ₁ должен иметь более высокие механические свойства, чем колеса z ₂, так какпри

σ _Н – const зубья z ₁ в “ и ” – раз чаще входят в зацепление (N ₁ > N ₂), что приводит к их большей усталости.

    Практикой рекомендуются соотношения твердостей:

    а) для прямозубых передачН ₀₁ – Н ₀₂ ≥ (20…30) НВ;

    б) для передач косозубых, шевронных, с круговым зубом с целью повышения прирабатываемости и нагрузочной способности Н ₀₁ – Н ₀₂ ≥ (100…150) НВ;

    в) для твердых передач (Н ₀ ≥ 45 HRC)   Н ₀₁ ≈ Н ₀₂.