Тех мех. Лекции по Тех. механике. Курс лекций по дисциплине Техническая механика для студентов заочного отделения специальности

• Название: Курс лекций по дисциплине Техническая механика для студентов заочного отделения специальности
• Анкор: Тех мех
• Дата: 04.04.2023
• Размер: 2.56 Mb.
• Имя файла: Лекции по Тех. механике.pdf
• Тип: Курс лекций; #1037088
• страница: 3 из 4

Тема 3.5. Фрикционные передачи. Передача винт-гайка.
Фрикционная передача относится к передачам трением с непосредственным контактом фрикционных элементов.
Передача состоит из двух катков, закреплённых на валах (рисунок 8).

23
Рисунок 8. Фрикционная передача.
Подшипники ведомого вала выполнены подвижными, благодаря чему вал может перемещаться в направлении линии центров передачи. Пружина сжатия, действующая на подвижный подшипник, прижимает катки один к другому силой F
t
, нагрузка передаётся силой трения R
f
, возникающей в месте контакта вращающихся катков. Условие работоспособности передачи
t
f
F
R

, где
2 2
/
2
d
M
F
t

- передаваемая окружная сила;
r
f
fF
R

- сила трения.
Следовательно,
t
r
F
fF

, откуда сила прижатия катков
f
KF
F
t
r
/

, где K – коэффициент запаса сцепления; K=1,25…1,5 для силовых передач и K

3 для передач приборов; f – коэффициент трения скольжения между катками; f=0,15…0,20 для стали по стали или чугуну всухую и f=0,04…0,05 для стали по стали в масле. Значение силы F
r во много раз больше силы F
t
(например, при K=1,25 и f=0,05

F
r
=25F
t
), что является большим недостатком фрикционных передач.
На практике применяют два способа прижатия катков: постоянной силой (например, пружины, собственный вес элементов передачи и т. п.) и переменной силой, которая автоматически изменяется пропорционально изменению передаваемой силы.
Достоинства («+»)
Недостатки («-»)
14) Плавность и бесшумность работы;
15) Простота конструкций и эксплуатации;
16) Возможность бесступенчатого регулирования передаточного числа;
17) Предохраняют механизмы от поломок при перегрузках вследствие скольжения ведущего катка по ведомому.
18) Большие нагрузки на валы и подшипники из-за большой силы прижатия катков, что усложняет конструкцию передачи и увеличивает её размеры;
19) Непостоянство передаточного числа из-за неизбежного упругого скольжения катков;
20) Повышенный износ катков и др.
F
r n
1
w
1
M
1
n
2
w
2
M
2
R
f

24
Все фрикционные передачи делятся на две группы: передачи нерегулируемые, т. е. с постоянным передаточным числом
*
; передачи регулируемые или фрикционные вариаторы с плавным бесступенчатым регулированием передаточного числа.
Фрикционные передачи с постоянным передаточным числом в качестве силовых передач в машиностроении применяют крайне редко (во фрикционных прессах, молотах и т. п.) из-за неконкурентноспособности с зубчатыми передачами по габаритам, надёжности, КПД и др. Передаваемая мощность до 20 кВт, допускаемая скорость катков до 25 м/с. Этим передачи нашли ограниченное использование в виде кинематических передач в приборах (магнитофоны, кинокамеры и т. п.), где требуется плавность и бесшумность работы.
Фрикционные вариаторы широко применяют как в силовых, так и в кинематических передачах, когда требуется бесступенчатое регулирование передаточного числа.
Нерегулируемые фрикционные передачи.
Цилиндрическая фрикционная передача (рисунок 3) применяется для передачи движения между валами с параллельными осями. Передаточное число
1 2
1 2
2 1
2 1
/
)
1
(
/
/
d
d
d
d
n
n
w
w
u






, где

0,01…0,03 – коэффициент скольжения. В силовых передачах рекомендуется u

6.
Коническая фрикционная передача (рисунок 9) применяется для передачи движения между валами с пересекающимися осями. Угол

между осями валов может быть различным, чаще всего

=

1
+

2
=90

, где

1
и

2
– углы при вершинах конусов ведущего и ведомого катков. Для правильной работы передачи оба конуса должны иметь общую вершину.
Материалы фрикционных передач должны иметь:
1. высокий коэффициент трения
f
, что уменьшает требуемую силу прижатия F
r
;
2. высокий модуль упругости E, что уменьшает потери на трение;
3. высокую износостойкость;
4. контактную прочность и теплопроводность.
Наиболее распространённое сочетание материалов катков: закалённая сталь по закалённой стали; чугун по чугуну; текстолит, фибра или гетинакс по стали (в малонагруженных передачах).
Рисунок 9. Коническая фрикционная передача.
*
О постоянном передаточном числе можно говорить только условно, так как из-за неизбежного упругого скольжения оно не остаётся постоянным.


2

1
F
F
n
1
w
1
n
2
w
2
F
2
F
1

25
Иногда для повышения коэффициента трения один из катков облицовывают прессованным асбестом, прорезиненной тканью и т. п. Как правило, рекомендуется ведомый каток делать из более твёрдого материала, чтобы избежать образования на нём лысок, появляющихся при буксовании передачи. Буксование наступает при перегрузках, когда не соблюдается условие R
f

F
t
. При буксовании ведомый каток останавливается, а ведущий скользит по нему, вызывая местный износ (лыски). Передачи с неметаллическими рабочими поверхностями могут работать только всухую, а с металлическими – в масле или всухую. При работе в масле увеличивается долговечность передачи, так как уменьшается износ и улучшается охлаждение катков.
Основным критерием работоспособности и расчёта фрикционных передач с металлическими катками является их контактная прочность, которая зависит от значения контактных напряжений

Н
. Условие прочности
]
[
)
1
(
2 2
Í
ïð
Í
E
q









, где [
Í

] – допускаемое контактное напряжение для менее прочного из материалов пары катков. Для закалённых сталей при хорошей смазке [
Í

]=1000…1200 Н/мм
2
, для чугунов [
Í

]=1,5
âè

, где
âè

- предел прочности чугуна при изгибе.
Вариаторы.
В большинстве современных рабочих машин необходимо регулировать скорость исполнительных органов в зависимости от изменяющихся свойств обрабатываемого объекта, условий технологического процесса, загрузки машин и т. п. Для этого машины снабжают ступенчатыми коробками скоростей или механически регулируемыми передачами -
вариаторами, которые обеспечивают плавное (бесступенчатое) изменение частоты вращения ведомого вала. Вариаторы позволяют установить оптимальный скоростной режим и регулировать скорость на ходу. Применение их способствует повышению производительности машины, качеству продукции, уменьшению шума и вибраций. Основной кинематической характеристикой любого вариатора является диапазон регулирования min max min
2
max
2
/
/
u
u
n
n
Ä


, где n
2max и n
2min
– максимальная и минимальная частоты вращения ведомого вала; u
max и u min
– максимальное и минимальное значения передаточного числа передачи.
Имеется большое количество различных типов вариаторов с непосредственным контактом – лобовые, торовые, дисковые и фрикционные вариаторы с гибкой связью – клиноременные.
Передача винт-гайка
(винтовой механизм) предназначена для преобразования вращательного движения в поступательное. При этом как винт, так и гайка могут иметь либо одно из названных движений, либо оба движения одновременно. Например, в винтовом домкрате (рисунок 27) винт совершает оба движения одновременно. Так, при вращении винта 3 в неподвижной гайке 2 винт получает поступательное перемещение и поднимает груз, опирающийся на чашку 1 домкрата.

26
Рисунок 27. Винтовой домкрат.
Достоинства («+»)
Недостатки («-»)
21) Большой выигрыш в силе;
22) Возможность получения медленного движения с высокой точностью перемещения;
23) Компактность при высокой нагрузочной способности;
24) Простота конструкции и изготовления.
25) Большое трение в резьбе, вызывающее повышенное её изнашивание;
26) Низкий КПД.
Применяют для поднятия грузов (домкраты), создания больших усилий до 1000 кН при малых перемещениях
(прессы, нажимные устройства и т. п.) и получения точных перемещений (ходовые винты станков, измерительные приборы, делительные и регулировочные устройства).
Различают два типа передач винт-гайка: передачи с трением скольжения и передачи с трением качения.
Передачи с трением скольжения имеют наибольшее распространение ввиду простоты устройства. Винты передач делятся на грузовые и ходовые. Грузовые предназначены для создания больших усилий (домкраты, прессы и т. п.). При реверсивном движении под нагрузкой применяют трапецеидальную резьбу, а при больших односторонних нагрузках – упорную. Для получения самотормозящей винтовой пары (домкраты) применяют однозаходные резьбы.
Передачи с трением качения или шариковые винтовые механизмы. В таких механизмах между витками винта и гайки размещают шарики. При вращении винта шарики увлекаются в направлении его поступательного движения, попадают в перепускной канал в гайке и возвращаются в полость между винтом и гайкой. Таким образом, перемещение шариков происходит по замкнутому каналу, соединяющему первый и последний витки резьбы гайки. Достоинства шариков винтовых механизмов: высокий КПД (до 0,9); возможность полного устранения осевого и радиального зазоров.
Их применяют в механизмах подач станков с числовым программным управлением, механизмах подъёма и спуска шасси в самолётах и т. п.
Материалы винта и гайки должны иметь низкий коэффициент трения и повышенное сопротивление износу.
Выбор марки материала зависит от назначения передачи и условий работы. Для уменьшения потерь на трение подбирают пару сталь-бронза. Винты передач без термообработки изготовляют из сталей 40Х, 40ХГ, 65Г и др., с закалкой винтов до твёрдости более 50HRC
э с последующим шлифованием резьбы. Гайки ответственных передач
(высокие окружные скорости – v=6…15 м/мин и нагрузки) изготовляют из оловянных бронз Бр010Ф1, Бр06Ц6С3 и др., а при работе с большим перерывом, а также при малых нагрузках и скоростях – из антифрикционного чугуна марок АВЧ-
1, АСЧ-3, АЧК-2, или серого чугуна марок СЧ15, СЧ-20.
.
Тема 3.6. Зубчатые передачи. Червячные передачи.

27
В зубчатой передаче движение передаётся с помощью зацепления пары зубчатых колёс (шестерни – меньшее колесо и колесом).
Достоинства («+»)
Недостатки («-»)
● Передача может работать в широком диапазоне нагрузок и скоростей;
● Малые габариты;
● Большая долговечность;
● Высокий КПД;
● Малые нагрузки на валы и подшипники;
● Постоянство передаточного числа;
● Простота обслуживания.
● Высокие требования к точности изготовления и монтажа;
● Шум при больших скоростях.
Классификация зубчатых передач
1) В зависимости от взаимного расположения осей зубчатые передачи бывают:
 цилиндрические (параллельные оси);
 конические (при пересекающихся осях);
 винтовые (при скрещивающихся осях);
Для преобразования вращательного движения в поступательное и наоборот применяется реечная передача (рейка- колесо, диаметр которого равен бесконечности).
2) В зависимости от расположения зубьев на ободе колёс различают передачи:
 прямозубые;
 косозубые;
 шевронные;
 с круговым зубом.
3) В зависимости от формы профиля зуба передачи бывают:
 эвольвентные (Эйлер, 1760 г.);
 с зацеплением Новикова (1954 г.);
 циклоидные.
В современном машиностроении применяются эвольвентное зацепление.
4) В зависимости от взаимного расположения колёс передачи бывают:
 внешнего зацепления;
 внутреннего зацепления.
5) В зависимости от конструктивного исполнения различают:
 открытые передачи (работа всухую);
 закрытые передачи (в масляной ванне, одно из колёс окунается на глуби- ну
D
H
3 1

);

28
Рисунок 3 - Виды зубчатых передач.
а)-д) – цилиндрические; ж)-и) – конические; е), к) – винтовые.
Основные характеристики зубчатых передач
1. Передаточное число u
1 2
1 2
2 1
z
z
d
d
u
д
д





;
5
,
12

u
2. Диаметр делительной окружности d д
z
m
d
ä


3. Модуль зацепления m.
4. Диаметр окружности выступов
m
d
D
ä
å
2


5. Диаметр окружности впадин
m
d
D
ä
i
5
,
2


6. Межосевое расстояние
2
)
1
(
2
)
1
(
2 1
1 2
1
u
mz
u
d
d
d
a
д
д
д
w






7. Окружное усилие
A
u
M
d
M
F
д
t
)
1
(
2 1
1 1



Червячные передачи применяются для передачи движения между валами, у которых угол скрещивания


90

Червяк – короткий винт с трапецеидальной резьбой, обычно является ведущим звеном.
Червячное колесо – обычно ведомое звено, имеет зубья дугообразной формы.
Достоинства («+»)
Недостатки («-»)
●Плавность и бесшумность работы;
●Компактность и небольшая масса;
●Большое передаточное число (до 1000);
●Возможность получения самотормозящей передачи, т. е. допускающей передачу движения только от червяка к колесу.
●Низкий КПД;
●Значительное выделение тепла в зоне зацепления;
●Необходимость применения для червячных колёс дефицитных антифрикционных материалов;
●Повышенный износ и склонность к заеданию.

29
Классификация червячных передач
1. В зависимости от формы внешний поверхности червячные передачи бывают:
 с цилиндрическим червяком;
 с глобоидным червяком.
2. В зависимости от формы винтовой поверхности резьбы передачи бывают:
 с архимедовым червяком;
 с эвольвентным червяком.
3. В зависимости от направления винтовой линии резьбы червяка передачи бывают:
 с правым червяком (предпочтительней);
 с левым червяком.
4. В зависимости от расположения червяка относительно червячного колеса передачи делятся:
 с нижним червяком;
 с верхним червяком;
 с боковым червяком.
Основные характеристики червячной передачи
1. Диаметр делительной окружности
2 2
z
m
d
s
ä


2. Диаметр окружности выступов '
1 1
1 2h
d
D
ä
e


3. Диаметр окружности впадин ''
1 2
2 2h
d
D
ä
i


4. Межосевое расстояние
2 2
1
ä
ä
w
d
d
a


5. Наружный диаметр D
n
(табличное значение, зависит от числа заходов z
1
).
6. Ширина колеса (табличное значение, зависит от z
1
).
7. Условный угол обхвата
s
e
m
D
b
5
,
0
sin
1



8. Передаточное число червячной передачи
1 2
2 1
z
z
u




,

30 где z
1
– число заходов червяка; z
2
– число зубьев червячного колеса.
9. Силы, действующие в червячной передаче
1 1
2 1
2
ä
d
M
Q
P


;
2 2
1 2
2
ä
d
M
Q
P


;

tg
P
T
T



2 2
1
Тема 3.9. Ременные передачи. Цепные передачи.
Ременная передача
(рисунок 23) состоит из шкивов, закреплённых на валах, и ремня, охватывающего шкивы.
Крутящий момент передаётся за счёт сил трения между ремнём и шкивом.
Достоинства («+»)
Недостатки («-»)
● Простота конструкции и малая стоимость;
● Плавность и бесшумность работы;
● Возможность передачи мощности на значительные расстояния (до 1,5 метра);
● Смягчение вибрации.
● Большие габаритные размеры;
● Малая долговечность ремня;
● Непостоянное передаточное число из-за проскальзывания;
● Большие нагрузки на валы и подшипники;
● Неприменимость во взрывоопасных местах вследствие электризации ремня.
Рисунок 23- Ременная передача.
Классификация ремённых передач
В зависимости от формы профиля поперечного сечения ремня передачи бывают:

плоскоременные;

клиноременные;

круглоременные;

полиременная.
В зависимости от расположения валов передачи бывают:

открытая передача с параллельными валами;

перекрёстная передача с параллельными валами;

31

угловая передача, валы перпендикулярны.

передача с одним ведущим валом и несколькими ведомыми валами;

передача с натяжным роликом.
Рисунок 24 - Виды ременных передач.
а), б) – взаимное расположение валов; в) – со скрещивающимися осями; г) – с пересекающимися осями (угловые); д) – с
натяжным роликом; е) – со ступенчатыми шкивами; ж) – клиноременный вариатор.
Материалы плоских ремней
ГОСТом предусмотрено 4 вида плоских ремней:
1) Кожаные ремни – обладают хорошей тепловой способностью и высокой долговечностью, хорошо переносят колебания нагрузки. Недостаток – высокая стоимость.
2) Резинотканевые ремни (прорезиненные) – состоят из нескольких слоёв хлопчатобумажной ткани, связанных между собой вулканизированной резиной. Ткань, имеющая больший модуль упругости, чем резина, передаёт основную часть нагрузки. Резина обеспечивает работу ремня как единого целого, защищает ткань от повреждений и повышает коэффициент трения. Ремни выпускаются трех видов: А (для шкивов малого диаметра, υ

30 м/с); Б (для тяжёлых условий работы, υ

20 м/с); В (для небольших нагрузок, υ

15 м/с).
3) Хлопчатобумажные ремни – изготавливают как цельную ткань с несколькими слоями основы, пропитанными специальным составом (битум, озокерит). Достоинства: лёгкие, гибкие, дешёвые. Недостатки: недолговечные, пониженная тяговая способность.
4) Шерстяные ремни – ткань с многослойной шерстяной основой, пропитанная специальным составом (сурик на олифе). Достоинства: хорошая упругость, менее чувствительны к колебаниям температуры, влажности, кислотам.
Недостатки: низкие тяговые свойства.
5) Нестандартные – шёлковые, синтетические и т. д.

32
В последнее время стали применять новый тип ремней – плёночные ремни - изготавливаемые из пластмасс на основы полиамидных смол, армированных кордом из капрона. Достоинства: высокая статическая прочность и сопротивление усталости, при малых диаметрах шкивов передают значительные нагрузки с высокой быстроходностью.
Рисунок 25 - Типы ремней для ременных передач.
а), б) - клиновые; в) – поликлиновые.
Основные параметры ремённых передач
1. Мощность N

50 кВт;
2. Скорость 5

υ

30 м/с;
3. Передаточное отношение 1/4

u

5 (плоскоремённая)…7 (клиноремённая).
)
1
(
1 2
2 1






D
D
u
, где

- коэффициент скольжения, при нормальном режиме работы

=0,01…0,02.
2 2
1
v
v
v



4. Диаметр шкивов







min min
D
D
, где

- толщина ремня;
D
min
– минимальный диаметр шкива.
5. Межосевое расстояние
Для плоскоремённых передач
L=2(D
1
+D
2
)
Для клиноремённых
L
max
=2(D
1
+D
2
); L
min
=0,55(D
1
+D
2
)+3h, где h – высота ремня.
6. КПД ремённой передачи: для правильно спроектированной ремённой передачи

=0,96…0,97.
7. Угол обхвата ремнём малого шкива

(значение табличное).
Критерии работоспособности ремённой передачи
1) Тяговая способность.
2) Долговечность ремня.
Виды разрушения ремней
Усталостное разрушение – изгиб ремня при набегании на шкивы, сопровождается внутренним трением между его элементами и приводит к усталостному разрушению – ремень расслаивается, ткани перетираются.

33
Перегрев ремня – в результате скольжения и трения ремень нагревается, что отрицательно влияет на физико- механические свойства ремня, срок его службы уменьшается.
Износ – возникает вследствие упругого скольжения, трения и частичного буксования.
Цепные передачи
Цепная передача относится к передачам зацеплением с гибкой связью. Состоит из ведущей и ведомой звёздочек, огибаемых связью. В отличие от ремённой передачи, цепная передача работает без проскальзывания.
Достоинства («+»)
Недостатки («-»)
● По сравнению с зубчатыми передачами цепные передачи могут передавать движение между валами на большие расстояния (до 8 метров);
● По сравнению с ремёнными передачами они:
 более компактны;
 могут передавать большие мощности (до 3000 кВт);
 могут передавать движение одной цепью несколько звёздочкам.
● Значительный шум вследствие удара звена цепи при входе в зацепление;
● Сравнительно быстрый износ шарниров цепи;
●Удлинение цепи из-за износа шарниров (нужны натяжные устройства);
● Необходимость точного изготовления цепи и высококачественного монтажа передачи;
● Высокая стоимость.
Классификация цепей, применяемых в машиностроении
По назначению цепи делятся на 3 вида:
1) грузовые цепи – служат для подвески, подъёма и опускания грузов (применяются преимущественно в грузоподъёмных механизмах);
2) тяговые цепи – служат для перемещения грузов в транспортирующих машинах;
3) приводные цепи – служат для передачи механической энергии от одного вала к другому.
Грузовые цепи работают при малых скоростях (до 0,25 м/с) и больших нагрузках. Они выполняются круглозвенными или простыми пластинчатыми.
Тяговые цепи работают при средних скоростях (до 2…4 м/с). Они выполнены преимущественно из пластин простой формы и осей со втулками или без втулок. Тяговые цепи отличаются большими массами, так как они имеют значительную длину и наматывания на звёздочки, габариты которых не жёстко ограничены.
Приводные цепи работают при значительных скоростях и выполняются с малыми шагами для уменьшения динамических нагрузок и с износоустойчивыми шарнирами для обеспечения необходимой долговечности. Существует 3 типа приводных цепей, они стандартизованы и изготавливаются на специальных заводах:
1. Роликовые цепи (рисунок 26) – состоят из втулок, установленных на пластины. На втулку установлены валики.
Валик и втулка образуют шарнирные соединения. υ

15 м/с.
Рисунок 26 - Роликовая цепь.
А – наружное звено; Б – внутреннее звено.
1, 2 – пластины; 3 – валик; 4 – втулка; 5 – ролик.

34 2. Втулочные цепи – по конструкции аналогичны роликовым, но не имеют роликов, что удешевляет стоимость, уменьшает массу, но увеличивают износ. v

1 м/с.
3. Зубчатые цепи – состоят из набора пластин зубообразной формы шарнирно соединённых между собой. υ

25 м/с.
Звёздочки – по конструкции отличаются от зубчатых колёс лишь профилем зубьев: звёздочки имеют ограниченное число зубьев (для втулочных цепей z
2

120, для зубчатых z
2

140).
Основные характеристики цепных передач
Шаг цепи p – является исходной характеристикой, с увеличением шага повышается нагрузочная способность цепи, но при этом возрастают динамические нагрузки и шум при работе, поэтому при повышенных скоростях рекомендуется применять цепи с малым шагом.
Скорость цепи υ – характеристика не постоянная, а средняя скорость движения цепи.
1000 60 1000 2








p
z
n
p
z
w
v

, где
υ – средняя скорость, м/с; n – частота вращения, об/мин;
ω – угловая скорость, рад/с; p – шаг цепи, мм.
Передаточное число u.
1 2
2 1
2 1
z
z
w
w
n
n
u



Рекомендуется u

4, допускается u

7.
Число зубьев звёздочек z.
Минимальное число зубьев ведущей звёздочки для роликовых цепей:
u
z
2 29
min
1


Число зубьев ведомой звёздочки:
1 2
z
u
z


Межосевое расстояние a.
p
a
)
50 30
(

Длина цепи L.
p
L
L
p


, где
L
p
– число звеньев цепи (длина цепи в шагах) (округляется до целого чётного числа звеньев).
a
z
z
p
z
z
p
a
L
p
40
)
(
)
(
5
,
0 2
2 1
2 2
1




