Конспект лекций по технической механике Техническая механика
 Скачать 3.99 Mb.
|
|
Зубчатые передачи. Преимущества и недостатки. Преимущества: 1. Компактность. 2. Возможность передавать большие мощности (до 1000 квт). 3. Наибольшие скорости вращения (до 30 м/с). 4. Постоянство передаточного отношения. 5. Наибольший ККД (0,98..0,99 в одной ступени). Недостатки: 1. сложность передачи движения на значительные расстояния; 2. жесткость передачи; 3. шум во время работы; 4. необходимость в смазке. Классификация. По расположению валов: Конспект лекций по технической механике Техническая механика http://bcoreanda.com 105 1 2 с параллельными осями (цилиндрические с внутренним и внешним зацеплениям), с пересекающимися осями (конические), с перекрестными осями (винту, гипоидные, червячные, колесо- рельс). Пары зубчатых колес образовывают степень ( модуль одинаковый для обеих колес). Ведущее колесо – шестерня 1. Ведомое – колесо Для ЗП характерное значение передаточного числа u в одной ступени. Поэтому для реализации больших передаточных чисел чаще всего используют многоступенчатые зубчатые редукторы. Они размещаются в отдельном корпусе и выполняются как самостоятельные изделия. Серийное изготовление на заводах разрешает получать широкую номенклатуру редукторов, которые применяются в поводах общего машиностроительного назначения. Цилиндрические передачи Цилиндрические зубчатые колеса бывают с внешним и внутренним зацеплением. В зависимости от угла наклона зубьев выполняют прямозубые и косозубые колеса. Косозубые цилиндрические передачи нарезаются тем же режущим инструментом, на тех же станках, по такой же технологии, что и прямозубые. При этом заготовку поворачивают на угол , поэтому зубья располагаются не по образующей делительного цилиндра, а под углом к ней . С увеличением угла β повышается прочность косозубых передач. Вследствие наклона зубьев, получается как-бы колесо больших размеров, или при той же нагрузке уменьшаются габариты передачи. Поэтому в современных передачах косозубые колеса получили преобладающее распространение. В отличие от прямых, в которых нагрузка на зубья прикладывается мгновенно, косые зубья входят у зацепление не сразу по всей длине, а постепенно. Косозубое колесо не имеет зоны однопарного зацепления. Это определяет плавность работы косозубого зацепления, снижение шума и дополнительных динамических нагрузок по сравнению с прямозубым зацеплением. Однако, в косозубых передачах появляется дополнительная осевая сила, направленная вдоль оси вала и создающая дополнительную нагрузку на Конспект лекций по технической механике Техническая механика http://bcoreanda.com 106 опоры. Для уменьшения этой силы ограничивают угол наклона = 8...20 0 , применяют редукторы с раздвоенной ступенью. Этот недостаток исключен в шевронной передаче. Конические передачи Конические зубчатые передачи применяют в тех случаях, когда оси валов пересекаются под некоторым углом , чаще всего =90 0 Конические передачи более сложны в изготовлении и монтаже, чем цилиндрические, вследствие следующих причин: 1) Для нарезания конических колес требуются специальные станки. 2) Необходимо выдерживать допуски на углы 1 и 2 3) При монтаже нужно обеспечивать совпадение вершин конусов. 4) Сложнее выполнять колеса той же точности, что и цилиндрические. 5) Пересечение валов усложняет расположение опор вследствие того, что одно из конических колес располагается, как правило, консольно. 6) В коническом зацеплении действуют осевые силы, усложняющие конструкцию опор. Нагрузочная способность конической прямозубой передачи составляет приблизительно 85% цилиндрической. Конические передачи получили широкое распространение вследствие того, что из условия компоновки необходимо располагать валы под углом. Для повышения нагрузочной способности конических колес применяют колеса с непрямыми зубьями. На практике наиболее распространены конические колеса с тангенциальными (а) и круговыми (б) зубьями. Тангенциальные зубья направлены по касательной к некоторой воображаемой окружности радиусом е и составляют с образующей конуса угол n =25..30 0 ; Круговыезубья располагаются по дуге окружности а, по которой движется инструмент при нарезании зубьев. Червячные передачи Червячные передачи применяют для передачи движения между перекрещивающимися е d m n d m n a а) б) Конспект лекций по технической механике Техническая механика http://bcoreanda.com 107 осями, угол между которыми, как правило, составляет 90 0 . Движение в червячных передачах передается по принципу винтовой пары или по принципу наклоненной плоскости. Преимущества: - большие передаточные отношения; - плавность и бесшумность работы; - высокая кинематическая точность; - самоторможение. Недостатки: - низкий ККД; - износ, заедание; - использование дорогих материалов; требования к высокой точности сборки. В червячной передаче, в отличие от зубчатой, окружные скорости на червяке и на колесе не совпадают. Они направлены под углом 90 0 и отличаются по значению. При относительном движении начальные цилиндры скользят. Большое скольжение является причиной снижения ККД, повышенного износа и заедания. 1 2 повышенный износ наличие наличие сниженный КПД скольжения трения нагрев V V КПД червячной передачи 0, 7 0,9 , что ниже КПД зубчатых передач 0,97 0,99 Для снижения износа применяют специальные антифрикционные пары материалов: червяк – сталь, венец червячного колеса − бронза, реже из латунь или чугун. Для охлаждения червячных передач увеличивают площадь охлаждения корпуса, используют вентиляторы или дополнительную систему охлаждения. Методы изготовления зубчатых колес Существуют три метода изготовления зубчатых колес: копирование, накатка, обкатка. При изготовлении методом копирования используются пальцевая или дисковая модульная фреза, профиль которой соответствует профилю впадин зубчатого колеса. Вращаясь, фреза перемещается в направлении боковой образующей зуба. За каждый шаг фрезы вдоль оси колеса нарезается одна впадина. После этого колесо поворачивается на угол z 2 . Потом процесс Конспект лекций по технической механике Техническая механика http://bcoreanda.com 108 повторяется. Этот метод малопродуктивен и нуждается в большом количестве режущего инструмента. К методам копирования также принадлежат: отливка, штампование, протягивание, строгание. Метод накатки – зубчатое инструментальное колесо накатывает зубья колеса, материал которого достаточно эластичный (в холодном или горячем состоянии). Используется для мелкомодульных колес ( 5 m ) При методе обкатки для нарезания колес используется инструментальная рейка. Преимущество в том, что одним и тем же инструментом можно изготовить колеса с любым количеством зубьев общего модуля. Метод обкатки (долбяком, рейкой, червячной фрезой) заключается в том, что режущему инструменту и заготовке придается то относительное движение, которое имели бы зубчатые колеса, находясь в зацеплении. Если при изготовлении зубчатого колеса средняя (делительная) линия режущего инструмента касается делительной окружности заготовки колеса, то нарезаются колеса без смещения. Если средняя линия рейки смещается относительно центра заготовки нарезаются колеса со смещением (положительное (от центра) - увеличиваются размеры колеса, толщина зубца, зуб упрочняется; отрицательное (к центру) - используется для уменьшения межосевого расстояния, уменьшения габаритов, при этом возможно подрезание зубьев). Передачи с гибкими звеньями Для передачи движения между сравнительно далеко расположенными друг от друга валами применяют механизмы, в которых усилие от ведущего звена к ведомому передается с помощью гибких звеньев. В качестве гибких звеньев применяются: ремни, шнуры, канаты разных профилей, провод, стальная лента, цепи различных конструкций. Передачи с гибкими звеньями могут обеспечивать постоянное и переменное передаточное отношения со ступенчатым или плавным изменением его величины. Для сохранности постоянства натяжения гибких звеньев в механизмах применяются натяжные устройства: натяжные ролики и пружины, противовесы и т.п. Виды передач 1 По способу соединения гибкого звена с остальными: фрикционные; Конспект лекций по технической механике Техническая механика http://bcoreanda.com 109 с непосредственным соединением; с зацеплением. 2 По взаимному расположению валов и направлению их вращения: открытые; перекрестные; полуперекрестные. Ременные передачи Ременная передача состоит из двух шкивов, закрепленных на валах, и ремня, охватывающего эти шкивы. Нагрузки передается за счет сил трения, возникающих между шкивами и ремнем вследствие натяжения последнего. В зависимости от формы поперечного перереза ремня различают передачи: плоскоременную; клиноременную; круглоременную. Наиболее широкое применение получили клиноременные передачи, вследствие увеличения тяговой способности вследствие повышения зацепление со шкивом (приблизительно в 3 раза). Наибольшее преимущество наблюдается в передачах с зубчатыми (поликлиновами) ремнями. Преимущества: возможность передачи движения на значительные расстояния (до 15 м и более); плавность и бесшумность работы; защита механизмов от колебаний нагрузки вследствие упругости ремня; защита механизмов от перегрузки за счет возможного проскальзывания ремня; простота конструкции и эксплуатации (передача не требует смазки). Недостатки: повышенные габариты (при равных условиях диаметры шкивов в 5 раз больше диаметров зубчатых колес); непостоянство передаточного отношения вследствие проскальзывание ремня; повышенная нагрузка на валы и их опоры, связанное с большим предварительным натяжением ремня (в 2-3 раза больше, чем у зубчатых передач); низкая долговечность ремней (1000-5000 часов). Конспект лекций по технической механике Техническая механика http://bcoreanda.com 110 В ременных передачах имеют место два вида скольжения: упругое скольжение, существующее при любой нагрузке; буксование, возникающее при перегрузке. Упругое скольжение является причиной непостоянства передаточного отношения и увеличения затрат на трение. Критерии трудоспособности и расчета ременных передач : 1) тяговая способность, обусловленная силой трения между ремнем и шкивом; 2) долговечность ремня, который ограничивается разрушением ремня от усталости. Для обеспечения тяговой способности необходимо предварительное натяжение ремня, которое на практике приводит к снижению долговечности ремня, зависящей также от характера и частоты цикла изменения напряжений (частоты пробегов ремня). Цепные передачи Цепная передача основана на принципе зацепления цепи и звездочек. Цепная передача состоит из - ведущей звездочки; - ведомой звездочки; - цепи, которая охватывает звездочки и зацепляется за них зубьями; - натяжных устройств; - смазывающих устройств; - ограждения. Преимущества по сравнению с ременной передачей: 1) Большая нагрузочная способность; 2) Отсутствие скольжения и буксование, обеспечивающее постоянство передаточного отношения (среднего за оборот) и возможность работы при кратковременных перегрузках. Принцип зацепления не требует предварительного натяжения цепи. Цепные передачи могут работать при меньших межосевых расстояниях и при больших передаточных отношениях. Недостатки: Звенья располагаются на звездочке не по окружности, а по многоугольнику. Отсюда: Конспект лекций по технической механике Техническая механика http://bcoreanda.com 111 1) износ шарниров цепи, 2) шум и дополнительные динамические нагрузки, 3) необходимость обеспечения смазки. Область применения: 1) при значительных межосевых расстояниях (при скоростях меньше 15-20 м/с, до 25 м/с применяют пластинчатые цепи (набор пластин с двумя зубообразными выступами, принцип внутреннего зацепления); 2) при передаче от одного ведущего вала нескольким ведомым, 3) когда зубчатые передачи неприменимы и ременные ненадежны. По сравнению с ременными передачами более шумные, а редукторах применяют на тихоходных ступенях. Типы цепных передач По типу применяемых цепей: роликовая, втулочная (легкая, но большой износ), роликовтулочная (тяжелая, меньше износ), зубчатые пластинчатые (плавность работы). Основной причиной потери работоспособности цепных передач является износ шарниров цепи. Срок службы цепи увеличивается при увеличении длины цепи, увеличении числа зубьев ведущей звездочки. Однако, увеличение числа зубьев ведущей звездочки приводи к повышению вероятности потери зацепления. При уменьшении числа зубьев ведущей звездочки увеличиваются динамические нагрузки, удары, износ цепи. Валы Назначение и классификация Вращающиеся детали механических передач крепят на валах и осях, обеспечивающих постоянное положение оси вращения этих деталей. Оси не передают крутящий момент и работают только на изгиб. Ось может быть подвижной и неподвижной. Валы передают крутящий момент и потому работают на изгиб и кручение. В зависимости от формы продольной оси валы разделяют на: − прямые (а), − коленчатые (б), Конспект лекций по технической механике Техническая механика http://bcoreanda.com 112 − гибкие (г). По конструкции различают валы: − гладкие (в) − ступенчатые (а). Ступенчатые валы изготавливают для фиксации деталей в осевом направлении, а также для монтажа деталей при посадке с натягом. Для уменьшения массы, а также для подведения смазки проектируют пустотелые валы. Задачами расчета валов является обеспечения усталостной прочности, ограничение деформаций изгиба и кручения, возможных поперечных и крутильных колебаний. Расчет и конструирования валов – взаимосвязанные процессы, поэтому расчет валов состоит из двух этапов: проектного и проверочного расчета. Проектный расчет При проектном расчете валов, как правило, известны нагрузки и размеры основных деталей, расположенных на валу. Нужно выбрать материал и определить размеры вала. Порядок проведения проектного расчета. 1 Предварительно оценивают средний диаметр вала из расчета только на кручение при заниженных допускаемых напряжениях. Из условия прочности на кручение 3 0, 2 T T W d , определяют диаметр вала 3 0, 2 T d Как правило, принимают 30 20 МПа для трансмиссионных валов; 15 12 МПа для редукторных валов. а а) б г в Конспект лекций по технической механике Техническая механика http://bcoreanda.com 113 Диаметр входного конца вала редуктора можно принять равным или близким к диаметру выходного вала электродвигателя. 2. Разрабатывают конструкцию вала. 3. Выполняют проверочный расчет вала. Проверочный расчет валов Порядок проведения проверочного расчета валов. 1. Выбирают расчетную схему и определяют расчетные нагрузки. 2. Находят опасные сечения, обусловленные наибольшим изгибающим моментом, ослабленные концентраторами напряжений: галтель, виточка, шпоночный паз, резьба и т.п. 3. Проводят расчет на статическую прочность. Например, при использовании энергетической теории прочности эквивалентные напряжения определяются по формуле 2 2 max max 3 е k , где допускаемые напряжения: max 0,6 0,8 T , Т – предел текучести, напряжение изгиба: u z M W напряжение кручения: T W Иногда сначала рассчитывают приведенный момент 2 2 з 2 зв M M Т , а потом эквивалентные напряжения 3 0,1 зв M d 4. Проводят расчет на выносливость по запасу сопротивления усталости. 5. Проверяют жесткость вала по условиям жесткости при изгибе и при кручении. 6. Проводят расчет на колебание из условия предупреждения вращения в критической зоне. Конспект лекций по технической механике Техническая механика http://bcoreanda.com 114 Подшипники Подшипники служат опорами для валов и осей, они поддерживают их в пространстве, обеспечивая возможность вращения, воспринимают радиальные и осевые нагрузки. От качества подшипников в значительной степени зависят работоспособность и долговечность машин. Во избежание снижения КПД механизма, потери в подшипниках должны быть минимальными. Подшипники классифицируют по виду трения и воспринимаемой нагрузке. По виду трения: подшипники скольжения, в которых опорный участок вала скользит по поверхности подшипника; подшипники качения, в которых трение скольжения заменяют трением качения с помощью установления шариков или роликов между опорными поверхностями подшипника и вала. По воспринимаемой нагрузке: радиальные, воспринимают радиальные нагрузки; упорные, воспринимают осевые нагрузки; |