Примечание: коническая резьба обладает свойством герметичности и самостопорения.

· резьбовое соединение при непосредственном скручивании соединяемых деталей (резьба имеется на этих деталях);

· резьбовое соединение при помощи дополнительных соединительных деталей, например, болтов, шпилек, винтов, гаек и т.д;

· болтовое соединение;

· винтовое соединение;

· шпилечное соединение.

Как показали исследования, проведенные Н.Е.Жуковским, силы взаимодействия между витками винта и гайки распре­делены в значительной степени неравномерно, однако действительный характер распределения нагрузки по виткам зависит от многих факто­ров, трудно поддающихся учету (неточности изготовления, степени износа резьбы, материала и конструкции гайки и болта и т.д.). Поэтому при расчете резьбы условно считают, что все витки нагружены одина­ково, а неточность в расчете компенсируют значением допускаемого напряжения.

Шпоночные и шлицевые соединения предназначаются для передачи крутящего момента. С их помощью закрепляют на валах шкивы, шестерни, муфты, вентиляторы и другие детали.
Наиболее распространены призматические шпонки (рис. 9, а), устанавливаемые в пазы валов с натягом по боковым граням. Для облегчения монтажа охватывающей детали на вал между верхней гранью шпонки и дном канавки в детали оставляют зазор. Когда деталь должна в процессе работы свободно перемещаться в осевом направлении, в соединении между шпонкой и боковыми гранями детали оставляют зазоры, а шпонку прикрепляют к валу винтами.
Сегментные шпонки (рис. 9, б) имеют небольшую длину, поэтому их применяют в малонагруженных соединениях. По сравнению с призматическими шпонками они имеют некоторые технологические преимущества: пазы в валах прорезают дисковыми фрезами, имеющими высокую производительность, крепление шпонок на валу получается устойчивее вследствие большей глубины врезания. Демонтаж шпонок несложен и осуществляется легким ударом по концу шпонки.
Шпоночные соединения на большие крутящие моменты приходится выполнять со шпонками большого сечения, а пазы в валах с большой глубиной, что снижает их прочность.
В шлицевых соединениях (рис. 9, в) усилие воспринимается большим числом выступов, что позволяет при значительных моментах ограничиться выступами небольшой высоты. Современные методы обработки шлицевых деталей обеспечивают высокую точность и их взаимозаменяемость. Применяют шлицевые соединения прямоугольные, треугольные и эвольвентные. В зависимости от используемой посадки шлицевые соединения разделяют на подвижные, легкоразъемные и тугоразъемные.

Рис. 9. Соединения:
а — с призматической шпонкой, б — с сегментной шпонкой, в — с прямоугольными шлицами
Перед сборкой шлицевого соединения осматривают состояние шлицев обеих деталей. Даже незначительные забоины, задиры и заусенцы на шлицах не допускаются. В тугоразъемных соединениях охватывающую деталь насаживают на прессе или специальном приспособлении. Применять молоток не следует, так как при ударах возможен перекос детали и задиры на шлицах. При очень тугих посадках охватывающую деталь перед насадкой нагревают, а после монтажа и охлаждения проверяют точность сборки. Неподвижные шлицевые соединения после сборки проверяют на радиальное и торцовое биения.

Механические передачи подразделяются на передачи зацепления и передачи трения.

Передачи зацепления в свою очередь делятся на:

• Цилиндрические зубчатые. Отлично подходят для механизмов со сложными режимами работы, очень надежные. Бывают прямозубыми, косозубыми и шевронными. Достоинства шевронных и косозубых – плавность и бесшумность работы, высокая надежность, но прямозубые просты в изготовлении и эксплуатации (а следовательно, дешевы);
• Конические зубчатые. Основное их назначение – смена направления кинетической передачи. По сравнению с зубчатыми обладают пересекающимися осями входного и выходного валов;
• Червячные зубчатые. В них используется особый винт, называемый червяком, который и переносит механическую энергию на зубчатое колесо. Бывают однозаходными и многозаходными. Их главное преимущество – высокое передаточное отношение, хотя и при низком КПД;
• Волновые. Работает по принципу сдвига одного колеса по отношению к другому на разницу в зубьях за один оборот генератора. Преимущество – высокое передаточное отношение, как и в случае с червячными редукторами;
• Винтовые. Винтовая передача преобразует вращающее движение в осевое или наоборот. Винтовые передачи делятся на скользящие и передачи качения. Применяются обычно в приводах станков и прессового оборудования;
• Цепные и ременные зубчатые. Основа такой передачи – гибкий элемент (цепь или зубчатый ремень). Может иметь как постоянное, так и переменное передаточное число.

Имеет очень широкий спектр применения (велосипеды, мотоциклы, сельскохозяйственная техника и т.д.);
Гипоидные. Передачи трения делятся на два вида – ременные и фрикционные.
Ременные. Как и цепная, использует гибкий элемент, но без зубьев, а за счет сил трения. Может иметь как константное, как и переменное передаточное число. Состоит из ведущего и ведомого шкивов и ремня (или нескольких ремней);
Фрикционные. Фрикционной передачей называется кинематическая пара элементов (валиков или колес), которая передает энергию путем трения. Трение в данном случае может быть сухое, граничное или жидкостное. Применяется в валах прокатных станков, колес транспортных средств и т.д.

Передаточное число () является величиной, обратной передаточному отношению, и рассчитывается как отношение числа зубьев ведомой шестерни () к числу зубьев ведущей шестерни (), а также, как отношение длин окружностей в сечении (или радиусов окружностей в сечении) в точке зацепления, ведущего вала по отношению к ведомому в ремённой илифрикционной передаче. Вместо количества зубьев правильней использовать эффективные длины окружностей, или радиусы шестерней, которые определяют передачу вращающего движения, аналогично формуле для фрикционной передачи. По сути формула отношения числа зубьев является частным случаем отношения эффективных длин окружностей, вписанных в шестерни, находящиеся в зацеплении.

Передаточное отношение () — одна из важных характеристик механической передачи вращательного движения, находится как отношение угловой скорости ведущего элемента () механической передачи к угловой скорости ведомого элемента() или отношение частоты вращения ведущего элемента () механической передачи к частоте вращения ведомого элемента () или отношение числа зубьев () (длины окружности, радиуса, диаметра) ведомого элемента к числу зубьев () (длине окружности, радиусу, диаметру) ведущего элемента механической передачи.

Характеристика передаточное отношение применима как к механической передаче с одной ступенью (одной кинематической парой), так и к механическим передачам со множеством ступеней. Во втором случае передаточное отношение всей механической передачи будет равно произведению передаточных отношений всех ступеней.^[1]

Механизмы с передаточным отношением больше единицы — редукторы (понижающие редукторы), меньше единицы —мультипликаторы (повышающие редукторы).

Величина, обратная передаточному отношению, называется передаточное число ().

 

Зубчатой передачей называется трехзвенный механизм, в котором два подвижных звена являются зубчатыми колесами, или колесо и рейка с зубьями, образующими с неподвижным звеном (корпусом) вращательную или поступательную пару.

Зубчатая передача состоит из двух колес, посредством которых они сцепляются между собой. Зубчатое колесо с меньшим числом зубьев называют шестерней, с большим числом зубьев – колесом.

Термин «зубчатое колесо» является общим. Параметрам шестерни приписывают индекс 1, а параметрам колеса – 2.

Основными преимуществами зубчатых передач являются:

- постоянство передаточного числа (отсутствие проскальзывания);

- компактность по сравнению с фрикционными и ременными передачами;

- высокий КПД (до 0,97…0,98 в одной ступени);

- большая долговечность и надежность в работе (например, для редукторов общего применения установлен ресурс ~ 30 000 ч);

- возможность применения в широком диапазоне скоростей (до 150 м/с), мощностей (до десятков тысяч кВт).

Недостатки:

- шум при высоких скоростях;

- невозможность бесступенчатого изменения передаточного числа;

- необходимость высокой точности изготовления и монтажа;

- незащищенность от перегрузок;

- наличие вибраций, которые возникают в результате неточного изготовления и неточной сборки передач.

Классификация зубчатых передач. По расположению осей валов различают передачи с параллельными (рис. 2.1, а – в, з), с пересекающимися (рис. 2.1, г, д) и перекрещивающимися (рис. 2.1, е, ж) геометрическими осями.

По форме могут быть цилиндрические (рис. 2.1, а – в, з), конические (рис. 2.1, г, д, ж), эллиптические, фигурные зубчатые колеса и колеса с неполным числом зубьев (секторные).

По форме профилей зубьев различают эвольвентные и круговые передачи, а по форме и расположению зубьев – прямые (рис. 2.1, а, г, е, з), косые (рис. 2.1, б), шевронные (рис. 2.1, в) и круговые (рис. 2.1, д, ж).

В зависимости от относительного расположения зубчатых колес передачи могут быть с внешним (рис. 2.1, а) или внутренним (рис. 2.1, з) их зацеплением. Для преобразования вращательного движения в возвратно поступательное и наоборот служит реечная передача (рис. 2.1, е).

Зубчатые передачи эвольвентного профиля широко распространены во всех отраслях машиностроения и приборостроения. Они применяются в исключительно широком диапазоне условий работы. Мощности, передаваемые зубчатыми передачами, изменяются от ничтожно малых (приборы, часовые механизмы) до многих тысяч кВт (редукторы авиационных двигателей). Наибольшее распространение имеют передачи с цилиндрическими колесами, как наиболее простые в изготовлении и эксплуатации, надежные и малогабаритные. Конические, винтовые и червячные передачи применяют лишь в тех случаях, когда это необходимо по условиям компоновки машины.

Цепная передача — это передача механической энергии при помощи гибкого элемента — цепи, за счёт сил зацепления. Может иметь как постоянное так и переменное передаточное число (напр. цепной вариатор).

Состоит из ведущей и ведомой звездочки и цепи. Цепь состоит из подвижных звеньев. В замкнутое кольцо для передачи непрерывного вращательного движения концы цепи соединяются с помощью специального разборного звена.

Обычно число зубьев на звёздочках и число звеньев цепи стремятся делать взаимно простыми, что обеспечивает равномерность износа: каждый зуб звёздочки будет поочерёдно работать со всеми звеньями цепи.

[править]Характеристики

Ц. п. универсальны, просты и экономичны. По сравнению с зубчатыми передачами (См. Зубчатая передача) они менее чувствительны к неточностям расположения валов, ударным нагрузкам, допускают практически неограниченные межцентровые расстояния, обеспечивают более простую компоновку, большую подвижность валов друг относительно друга. В сравнении с ремёнными передачами (См. Ремённая передача) они характеризуются следующими достоинствами: отсутствие проскальзывания и постоянство среднего передаточного отношения; отсутствие предварительного натяжения и связанных с ним дополнительных нагрузок на валы и подшипники; передача большой мощности как при высоких, так и при низких скоростях; сохранение удовлетворительной работоспособности при высоких и низких температурах; приспособление к любым изменениям конструкции удалением или добавлением звеньев.

Достоинства:

· большая прочность стальной цепи по сравнению с ремнем позволяет передать цепью большие нагрузки с постоянным передаточным числом и при значительно меньшем межосевом расстоянии (передача более компактна);

· возможность передачи движения одной цепью нескольким звездочкам;

· по сравнению с зубчатыми передачами — возможность передачи вращательного движения на большие расстояния (до 7 м);

· сравнительно высокий КПД (>> 0,9 ÷ 0,98);

· отсутствие скольжения;

· малые силы, действующие на валы, так как нет необходимости в большом начальном натяжении;

· возможность легкой замены цепи.

Недостатки:

· растяжение цепи со временем;

· сравнительно высокая стоимость цепей;

· невозможность использования передачи при реверсировании без остановки;

· передачи требуют установки на картерах;

· сложность подвода смазочного материала к шарнирам цепи;

· скорость движения цепи, особенно при малых числах зубьев звездочек, не постоянна, что вызывает колебания передаточного отношения.

Ц. п. применяются в с.-х. машинах, велосипедах, мотоциклах, автомобилях, строительно-дорожных машинах, в нефтяном оборудовании и т. д. Преимущественное распространение имеют открытые Ц. п., работающие без смазки, или с периодической ручной смазкой, с однорядными втулочно-роликовыми цепями, непосредственно встроенные в машины.

Фрикционная передача — кинематическая пара, использующаяся для передачи механической энергии силы трения.

Трение между элементами может быть сухое, граничное, жидкостное. Жидкостное трение наиболее предпочтительно, так как значительно увеличивает долговечность фрикционной передачи.

Фрикционные передачи делятся на:

1. а)С параллельными валами

б)с пересекающимися валами

2.а)с внешним контактом

б)с внутренним контактом

3.По возможности варьирования передаточного отношения

а)нерегулируемые(i=const);

б)регулируемые (фрикционный вариатор).

4.По возможности изменения передаточного отношения при наличии промежуточных тел в передаче

5.По форме контактирующих тел

а)цилиндрические

б)конические

в)сферические

г)плоские

Валы прокатных станов, мотор-редуктор с фрикционным вариатором, ведущие колёса транспортных средств взаимодействующих с опорной поверхностью посредством сил трения.

Фрикционными называют передачи, в которых силовое взаимодействие жёстких

звеньев осуществляется за счёт сил трения. Их применяют для передачи движения

между валами с параллельными и пересекающимися осями, а также для преобразования

вращательного движения в поступательное или винтовое.

Рабочие поверхности металлических катков фрикционных передач, работающих в

масле при жидкостном трении, разрушаются из-за усталостного выкрашивания под

действием переменных контактных напряжений, вызванных силой нажатия. Установлено,

что долговечность катков связана с максимальным контактным напряжениям Н,

определяемым по формуле Герца-Беляева,

 

где q- погонная нагрузка (нагрузка на единицу длины), Е_пр= 2 Е₁Е₂/(Е₁+Е₂)-

приведённый модуль упругости для материалов катков; r_пр- приведённый радиус

кривизны поверхностей катков в точке контакта, r_пр= r₁r₂/(r₁+r₂). Здесь Е_i,

r_i - модуль упругости и радиус кривизны соответствующего катка в точке контакта.

В передачах, работающих без смазывания или при смазывании, но без

обеспечения режима жидкостного трения, выход катков из строя происходит из-за

их изнашивания, интенсивность которого пропорциональна величинам _Н и

коэффициента трения f. Поэтому расчёт передач выполняют на основе условия

контактной прочности

 

где [ _Н] - допускаемое контактное напряжение, принимают равным 800...1200 МПа

для металлической пары, а для катков из текстолита при работе без смазывания

оно равно 80... 100 МПа.

При проектном расчёте в качестве первого расчётного параметра для передач

с гладкими цилиндрическими катками принимают межосевое расстояние, мм

 

где К- коэффициент запаса сцепления, принимаемый в пределах 1,25-1,5 в силовых

передачах и К=3 в приборах; T₂ - вращающий момент ведомого катка, Н м,

u - передаточное отношение передачи, _ba-коэффициент ширины b катка,

_ba= b/a = 0,2...0,4; f- коэффициент трения, f=0,5 для пары катков из стали и

чугуна при работе в масле, f= 0,15...0,2 для той же пары при работе всухую,

f= 0,1...0,35 для пары сталь-текстолит или чугун-текстолит при работе всухую.

Диаметр катков

d₁=2a/(u+1); d₂=d₁ u.

Ширина катков

b= _ba a.

При расчёте конической фрикционной передачи из условия контактной прочности

определяется средний диаметр меньшего катка

 

где _bd=b/d - коэффициент ширины катка по диаметру,

_bd= 0,2...0,6 для открытых передач, для точных закрытых передач _bd=0,8...1,2.

Средний диаметр большого катка

d₂= d₁ u,

 

ширина катков

b = d_{1 bd}.

 

Остальные размеры катков принимаются конструктивно.

Необходимая для работы сила прижатия катков

 

F_r = K F_t/ f = K T₂ / f r₂,

 

где Т₂- момент сопротивления на ведомом катке; r₂ - радиус ведомого катка,

К- коэффициент запаса сцепления, К = 1,2.

Ремённая передача — это передача механической энергии при помощи гибкого элемента — приводного ремня, за счёт сил трения или сил зацепления (зубчатые ремни). Может иметь как постоянное, так и переменное передаточное число (вариатор),валы которого могут быть с параллельными, пересекающимися и со скрещивающимися осями.

Состоит из ведущего и ведомого шкивов и ремня

Достоинства и недостатки