Зубч_механизмы, неразъемные соединения, констр_материалы. 1. Зубчатые механизмы
 Скачать 0.91 Mb.
|
|
Содержание. 1. Зубчатые механизмы……………….……………………………………………………..……..…..3 1.1. Возможности по преобразованию вида движения, изменению ско- рости, достоинства, недостатки зубчатых механизмов……….…........................…3 1.2. Классификация зубчатых передач; возможности, достоинства, не- достатки разных видов зубчатых передач……………………………………………….…….…4 1.3. Геометрические параметры цилиндрических прямозубых колес и передач. Передаточное отношение зубчатых передач……………………………..….…8 1.4. Применение зубчатых передач в приборостроении……………………..11 2. Неразъемные соединения………………………………………………………………...…….11 2.1. Паяные соединения. Виды, достоинства, недостатки, примене- ние……………………………………………………………………………………………….……………………12 2.2. Сварные соединения. Виды, достоинства, недостатки, примене- ние……………………………………………………………………………………….…….……………………..14 2.3. Клеевые и заклепочные соединения. Виды, достоинства, недостат- ки, применение……………………………………………………………………..…………………………16 2.4. Соединения заформовкой. Достоинства, недостатки………………..….18 3. Конструкционные материалы……………………………………………………………..…..19 3.1. Сплавы на основе железа. Чугуны. Стали. Классификация сталей, марки сталей. Применение в механических устройствах (валы, зубчатые коле- са, крепеж)………………………………………………………………………………………………………..19 3.2. Сплавы на основе меди и алюминия. Классификация, обозначение, достоинства инедостатки. Применение сплавов как конструкционных мате- риалов в механических устройствах (упругие элементы, опо- ры)………………………………………………………………………………………………………………….….27 3.3. Неметаллические материалы. Виды, свойства, применение термо- пластов и термореактивных пластмасс. Достоинства и недостатки пластмасс. Применение резины, бумаги, композиционных (зубчатые ремни) материа- лов……………………………………………………………………………………………………………………..33 4. Решение задачи……………………………….……………………………………………………….44 5. Список использованной литературы……………………………………………………….47 2 1. Зубчатые механизмы Зубчатая передача в современных машинах является наиболее распро- страненной из всех механических передач. Она отличается наибольшей уни- версальностью – может применяться в широком диапазоне мощностей и скоростей, начиная с передач часовых механизмов и приборов и кончая су- довыми передачами мощностью до 50000 кВт, от самых тихоходных и до пе- редач, работающих с окружной скоростью 150 м/сек. Обычно применяются зубчатые пары с передаточными числами до 8. Комбинация нескольких зуб- чатых пар в одном агрегате-редукторе позволяет получить передаточные числа, достигающие нескольких сот или даже тысяч (в планетарных схемах). 1.1. Возможности по преобразованию вида движения, изменению ско- рости, достоинства, недостатки зубчатых механизмов. Зубчатые передачи применяются для преобразования вращательного движения между валами, которые могут иметь параллельные, пересекаю- щиеся и скрещивающиеся оси, а также преобразования вращательного дви- жения в поступательное и наоборот. Все механизмы, состоящие из зубчатых колес, подразделяются на редук- торы и мультипликаторы. Редукторы предназначены для понижения числа оборотов ведущего звена и увеличения крутящего момента. Мультипликато- ры – наоборот, для повышения числа оборотов, при этом уменьшается пере- даваемый крутящий момент. В паре зубчатых колес меньшее зубчатое колесо называется шестерней, а большее – колесом; термин "зубчатое колесо" является более общим. По сравнению с цепными, ременными и фрикционными передачами зуб- чатые передачи обладают следующими преимуществами: 1. Компактность передачи. 2. Наиболее высокий коэффициент полезного действия. 3. Большая долговечность. Зубчатая передача, хорошо выполненная и работающая в герметически закрытом корпусе, может работать десятки лет без износа. 4. Надежность работы в самых разнообразных и даже очень тяжелых ус- ловиях. 5. Простота ухода в эксплуатации. 6. Малые нагрузки на валы и опоры. 7. Неизменность передаточного числа. Недостатками зубчатых передач являются: 1. Высокие требования к точности изготовления. 2. Большой шум. Зубчатую передачу можно выполнить бесшумной, но это требует очень квалифицированного изготовления. 3 3. Передача не смягчает, как ременная передача, толчки, и вибрации, возникающие в рабочей машине или двигателе. Наоборот, она сама может являться источником вибраций. 4. Передача не может служить предохранительным звеном, как ременная передача, предупреждающим поломку деталей и узлов машин при пере- грузках. 5. Большие габариты при необходимости выполнения относительно большого расстояния между осями. 6. Невозможность обеспечить бесступенчатое регулирование скорости. 1.2. Классификация зубчатых передач; возможности, достоинства, не- достатки разных видов зубчатых передач. По конструкции зубчатые передачи различают: открытые и закрытые. Открытые передачи не защищены от попадания абразивной пыли; смазка периодическая. Валы смонтированы в отдельных агрегатах, не связанных жесткой рамой или корпусом. Передачи грубые, долговечность малая. Ранее были очень распространены, но в значительной степени вытеснены закры- тыми передачами. Применяются передачи, защищенные кожухом и работающие в масляной ванне. Защита не герметическая и потому износ также значительный. Точ- ность монтажа низкая. Передачи закрытые работают в жестком литом или сварном корпусе, хо- рошо защищены. Смазка окунанием или поливанием под давлением. Точ- ность монтажа высокая, обеспечивается механической обработкой корпусов. По скорости зубчатые передачи делятся на следующие: 1. Весьма тихоходные – при окружной скорости ν ≤ 0,5 м/сек; 2. Тихоходные – ν = 0,5 - 3 м/сек; 3. Среднескоростные – ν = 3 - 15 м/сек; 4. Скоростные – ν = 15 - 40 м/сек; 5. Высокоскоростные – ν > 40 м/сек. По расположению валов и форме начального тела. Зубчатые передачи мо- гут применяться при параллельных, пересекающихся и перекрещивающихся валах. Передачи с параллельными валами осуществляются цилиндрическими ко- лесами. Являются наиболее распространенными. Выполнить эти передачи проще, чем остальные виды зубчатых передач. Для передач большой мощ- ности применяются только они. По виду зацепления передачи с параллельными валами могут быть вы- полнены: с внешним зацеплением (рис. 1, 2), с внутренним зацеплением (рис.5). Разновидностью внешней зубчатой передачи, в которой диаметр од- ного зубчатого колеса увеличен до бесконечности является реечное зацеп- ление, состоящее из зубчатой рейки и колеса (рис.6). 4 По виду зуба ци- линдрические коле- са могут быть с пря- мым (а), косым (б) и шевронным (в, г) зу- бом (рис. 7). Прямозубые пе- редачи наиболее Рис. 7 5 просты в изготовлении, не создают при работе осевых усилий. Износ зуба равномерный по длине. Допускают шлифование рабочей поверхности. Их недостатки: значительный шум, большие динамические нагрузки, возни- кающие в результате наличия погрешностей изготовления. Применяются прямозубые передачи при индивидуальном производстве для тихоходных передач. При массовом производстве и применении шлифо- ванных колес большой твердости могут ставиться и в передачи средней бы- строходности. Косозубые колеса работают плавнее прямозубых, с меньшими динамическими нагрузками и с меньшим шумом. Нагрузочная способность их выше. Недостатки косозубых колес – наличие осевых сил, неравномерный износ по высоте, и вследствие этого, неравномерное распределение нагруз- ки по контактной линии,требуют более точного выполнения зуба по профи- лю. Применяются косозубые передачи при средних и больших скоростях; для ν <0,5 м/сек выполнять их нецелесообразно. Шевронные колеса обладают всеми достоинствами косозубых колес и кроме того в них отсутствуют осевые усилия. Благодаря большему углу на- клона зуба работают плавнее косозубых. Применяются преимущественно для передач средней ибольшой мощности. Передачи с пересекающимися осями валов(рис.2) выполняются кониче- скими колесами. В изготовлении и монтаже они сложнее цилиндрических передач и поэтому применяются значительно меньше, преимущественно для малых и средних мощностей. По виду зуба конические колеса могут быть с прямым (а), косым тангенци- альным (б) или криволинейным круговым (в) зубом (рис. 8). + Рис. 8 Сравнительная характеристика косозубых и прямозубых конических пере- дач та же, что и цилиндрических передач. Колеса с прямым и косым зубом применяются в индивидуальном и мелкосерийном производстве. Колеса с криволинейным зубом – в массовом производстве, так как требуют для сво- его изготовления специальных станков, сложных в наладке. 6 Передачи с перекрещивающимися осями(рис.3, 4) могут быть осуществле- ны колесами с начальными телами: цилиндрическими – винтовые передачи; коническими – гипоидные и спироидные передачи; тороидными – тороидные и тороидно-дисковые передачи; цилиндрическим или глобоидным в паре с тороидным – червячные передачи. Винтовые передачи могут выполняться при пе- рекрещивании осей валов под любым углом. Кон- такт зубьев у них в одной точке. Точечный контакт и большое скольжение ведет к очень быстрому износу. Применяются преимущественно для ма- лых мощностей и главным образом для кинемати- ческих, а не силовых передач. Примером могут служить передачи приводов к спидометру, к мас- ляному насосу и к прерывателю- распределителю в автомобиле. На рис. 9 дана трансформация конической передачи 1 в гипоидную 2, спиро- идную 3, в тороидно-дисковую 4 и червячную 5. Гипоидные передачи при- меняются в ряде случаев, когда необходимо осуществить передачу при пе- рекрещивающихся осях с малым смещением Е (рис. 9). Например, замена в заднем мосте автомобилей простой конической передачи гипоидной позво- лила понизить центр тяжести всего автомобиля. По сравнению с конически- ми гипоидные передачи выдерживают большие нагрузки и, благодаря луч- шим условиям приработки, работают более плавно, с меньшим шумом. Зу- бья гипоидных передач могут быть косыми или криволинейными. Контакт обычно точечный, но может быть и линейный. Зубья работают со значитель- ным скольжением, причем скорость скольжения направлена почти по кон- тактной линии. Последнее обстоятельство ухудшает условия смазки и приво- дит к заеданию рабочих поверхностей. Вследствие этого гипоидная передача может работать только с применением специальных противозадирных сма- зок с сернистыми присадками. Передачи спироидные, тороидные, тороидно-дисковые и червячные отно- сятся к типу зубчато-винтовых передач с линейным контактом зубьев. Все они отличаются плавностью и бесшумностью работы, допускают большие передаточные числа, но им свойственно значительное скольжение, пони- женный к.п.д. По величине передаваемого крутящего момента передаче делятся на си- ловые, приборные и отсчетные. По величине допусков на изготовление зуб- чатые передачи подразделены по ГОСТу на 12 степеней точности. В приборах и механизмах РЭА обычно используются зубчатые колеса 6 – 8-й степени точности; Рис. 9 7 Зубчатые передачи продолжают совершенствоваться. Разрабатываются новые высокопроизводительные методы изготовления: протяжка, накатка зубьев, обработка многорезцовой коронкой. Совершенствуются упрочняю- щие операции, доводочные процессы; внедряются новые материалы, в част- ности пластмассы. Одновременно разрабатываются и внедряются новые ви- ды зацеплений, совершенствуются конструкции передач, разрабатываются улучшенные виды масел, обеспечивающих большую долговечность передач. Ведется большая работа по уточнению и совершенствованию методов расче- та передач. 1.3. Геометрические параметры цилиндрических прямозубых колес и передач. Передаточное отношение (число) зубчатых передач. Основными требованиями, предъявляемыми к зубчатым передачам, яв- ляются: постоянство отношения угловых скоростей сопряженных колес, воз- можность изготовления рабочих поверхностей зубьев с высокой точностью простыми методами обработки металла. Форма зубьев колес должна в наи- большей мере соответствовать требованиям прочности и выносливости при действии переменных нагрузок. До настоящего времени таким требованиям удовлетворяют зубья с эволь- вентным профилем. В последнее время начинают находить применение пе- редачи с новым зацеплением М. Л.Новикова. Рис. 10 Движение сопряженных колес с эвольвентным профилем можно предста- вить, как качение начальных окружностей пары без скольжения. Начальные окружности с диаметрами d 1 и d 2 (см. рис. 10) касаются в точке, называемой полюсом зацепления. Линия N 1 N 2 , составляющая угол α с общей касательной начальных окружностей, называется линией зацепления, а угол α — углом зацепления. Окружности с диаметрами d 01 и d 02 называются основными ок- ружностями. Радиус основной окружности равен перпендикуляру, опущен- ному из центра колеса на линию зацепления. Эвольвентный профиль рабо- чей поверхности зуба получается как развертка основных окружностей пары 8 или в результате качения без скольжения линии зацепления по основной ок- ружности. При таком построении сопряженных профилей зубьев, в случае точного изготовления колес, их точка контакта в процессе работы перемеща- ется по линии зацепления. А нормали к поверхностям зубьев в точках кон- такта совпадают с линией зацепления. Таким образом форма эвольвенты зависит только от величины диаметра основной окружности. Одна и та же эвольвента может являться профилем боковой поверхности для зубьев различной величины. Эвольвентная форма зуба возможна только за пределами основной окружности. Радиусы кривизны эвольвенты в полюсе зацепления ρ 1 и ρ 2 (см. рис. 10) определяются по формуле (1) Сила нормального давления на рабочую поверхность зуба, вызывающая перемещение колес, направлена вдоль линии зацепления. Угол, образован- ный линией зацепления с касательной к окружности, проведенной из центра колеса через точку контакта, называется углом давления. Величина угла дав- ления по мере перемещения точки контакта по линии зацепления изменяет- ся, а в полюсе зацепления равна углу зацепления α. Прямозубые цилиндрические колеса выполняются с наружным (рис. 11) и внутренним зацеплением (рис. 12). Зубчатый венец колеса с наружным за- цеплением нарезается на наружной поверхности заготовки параллельно оси колеса, а с внутренним зацеплением — на внутренней поверхности. Рис. 11. Рис. 12 На начальной окружности располагаются Z зубьев. Расстояние, измерен- ное между одноименными профилями соседних зубьев по дуге окружности, 9 называемой делительной, есть шаг t. В нормальных зубчатых колесах диа- метр делительной окружности d д равен диаметру начальной окружности d (см. рис. 11). Отношение шага t к π, обозначаемое т, называется модулем. Модуль является основным размером зубчатых колес, его величина стандар- тизирована и приведена в ОСТ 1597. Значения m в ммпо ОСТу 1597—2; 2,25; 3; 3,5; 4; 4,5; 5; 5,5; 6; 6,5; 7; 8; 9; 10 и др. Диаметр делительной окружности определится так (см. рис. 11): (2) Делительная окружность делит зуб на головку и ножку. Высота головки h' откладывается от делительной окружности от центра колеса и равна т, откуда диаметр окружности выступов (головок) D e равен D e = d д + 2h'=Zm + 2m = m(Z + 2). (3) Высота ножки h" откладывается от делительной окружности к центру ко- леса и равна 1,25m, где величина h" - h' = 0,25m есть радиальный зазор. Отсюда диаметр окружности впадин D i = d д - 2h" = mZ - 2,5m = m(Z- 2,5). (4) В некоторых случаях применяются колеса с укороченным зубом, у которых высота головки зуба равна 0,8m и высота ножки т. Толщина зуба S, изме- ренная по дуге делительной окружности, при высокой точности изготовле- ния колес равняется толщине впадины, измеренной по той же дуге. Такое за- цепление называется беззазорным. При меньшей степени точности (7…10 по ГОСТу 1643—56) ширина впадины делается несколько более толщины высту- па, вследствие чего между нерабочими поверхностями зубьев появляется боковой зазор. Длина зуба b прямозубых колес равна ширине заготовки и выбирается в зависимости от условий работы по модулю b = ψт или межосевому расстоя- нию передачи b = ψ А А, (5) где d 2 — диаметр начальной окружности колеса и d 1 —диаметр начальной окружности шестерни. Согласно ГОСТу 2185—55 коэффициент ширины ψ А шестерни берется в пределах от 0,2 до 1,2. Для редукторов с легким режи- мом работы ψ А = 0,2…0,3,для среднего режима ψ А = 0,3…0,5, для редукторов, работающих на тяжелом режиме, ψ А = 0,5…1,2, для коробок скоростей ψ А = 0,1…0,2 и для открытых передач, где точность сборки и жесткость валов не- достаточны, ψ А < 0,3. Связь между ψ А и ψ можно получить из равенства b = ψ А ∙A = ψm, откуда ψ = ψ А после замены А по формуле 5 получим: (6) 10 Профиль зубьев колес с внутренним зацеплением строится так же, как и в колесах с наружным зацеплением. Но в данном случае меньшее колесо — шестерня, имеющее зубья на наружной поверхности, сцепляется с колесом, у которого зубья нарезаны на внутренней поверхности, вследствие чего очер- тания выступа большого колеса соответствуют профилю впадины такого же колеса с наружным зацеплением и зуб большого колеса пары имеет вогну- тую поверхность. Так как головка колеса, нарезанного на внутренней по- верхности, откладывается к центру, то выражения для диаметров окружно- стей выступов и впадин будут иметь вид (см. рис. 12): m(Z — 2)и m(Z + 2,5). (7) Нормальная работа пары колес с внутренним зацеплением возможна при условии, что разность числа зубьев колеса Z 2 и шестерни Z 1 будет не менее 10. Межосевое расстояние зубчатой пары с внутренним зацеплением (рис. 12а): (8) Передаточным числом передачи называют отношение числа оборотов в минуту ведущего звена передачи к числу оборотов ведомого звена. Передачи выполняются в виде отдельных устройств: редуктора, вариато- ров, коробки скоростей или узла машины. Передачи возможны с постоян- ным передаточным числом, с передаточным числом, изменяющимся ступе- нями — коробки скоростей или непрерывно — вариаторы. |