править]Основные характеристики

· Мощности:

· 0,3…50 кВт

· свыше 300 кВт редко — большие размеры

· Скорости и передаточные отношения:

· 5…30 м/с

· до 80…100 м/с — новые материалы и более совершенные конструкции

· перед. отнош. 4…5

· перед. отнош. до 10 (клиноремённые, плоскоремённые с натяжным роликом)

· Области рационального применения:

· высокие скорости и плавность работы

· Межосевое расстояние:

· угол обхвата на малом шкиве не меньше 150°

· оптимальное a_опт=2(d₁+d₂)

· в клиноременных a_min=0,55(d₁+d₂)+h

Расчет ременной передачи

Сила натяжения ведущей ветви ремня F₁, сбегающей с ведомого шкива во время работы передачи, больше силы натяжения ведомой ветви его F₂, набегающей на ведомый шкив. Из диаграммы (эпюры) сил, возникающих в поперечном сечении ремня (Рис. 115,116).

Теория упругости скольжения ремня на шкивах разработана профессорами Н.И. Петровым и H.Б. Жуковским. По этой теории изменения сил натяжений происходит на дугах упругого скольжения, соответствующих углам β₁ β₂, которые меньше углов α₁ α₂ обхватов шкива ремнем.

Относительное скольжение ремня равно разности относительных удлинений ведущей ε₁ и ведомой ε₂ ветвей: ε = ε₁ – ε₂.

Червя́чная переда́ча — механическая передача, осуществляющаяся зацеплением червяка и сопряжённого с ним червячного колеса

Конструкция

Червяк представляет собой винт со специальной резьбой, в случае эвольвентного профиля колеса форма профиля резьбы близка к трапецеидальной^[2]. На практике^[2] применяются однозаходные, двухзаходные и четырёхзаходные червяки.

Червячное колесо представляет собой зубчатое колесо. В технологических целях червячное колесо, как правило^[2], изготовляют составленным из двух материалов: венец — из дорогого антифрикционного материала (например из бронзы), а сердечник — из более дешёвых и прочных сталей или чугунов.

Входной и выходной валы передачи скрещиваются, обычно (но не всегда) под прямым углом.

[править]Функционирование

Передача предназначена для существенного увеличения крутящего момента и, соответственно, уменьшения угловой скорости. Ведущим звеном является червяк. Червячная передача без смазки и вибрации обладает эффектом самоторможения и является необратимой: если приложить момент к ведомому звену (червячному колесу), из-за сил трения передача работать не будет. Передаточные отношения i червячной передачи закладываются в пределах от 8 до 100, а в некоторых приложениях — до 1000^[1].

[править]Достоинства и недостатки

· Достоинства:

· Плавность работы

· Бесшумность

· Большое передаточное отношение в одной паре

· Самоторможение

· Повышенная кинематическая точность

· Недостатки:

· Сравнительно низкий КПД (целесообразно применять при мощностях не более 100 кВт)

· Большие потери на трение (тепловыделение)

· Повышенный износ и склонность к заеданию

· Повышенные требования к точности сборки, необходимость регулировки

· Необходимость специальных мер по интенсификации теплоотвода

Указанные недостатки обусловлены связанной с геометрией передачи невозможностью получения жидкостного трения^[3].

[править]Классификация

Червяки различают по следующим признакам:

· по форме поверхности, на которой образуется резьба

· Цилиндрические

· Глобоидные

· по направлению линии витка

· правые

· левые

· по числу заходов резьбы

· однозаходные

· многозаходные

· по форме винтовой поверхности резьбы

· с архимедовым профилем

· с конволютным профилем

· с эвольвентным профилем

Зубчатые колёса различают по следующим признакам:

· по профилю зуба

· прямой — (контакт по точке, ненагруженные передачи)

· вогнутый — «охватывающий» червяк (контакт по линии)

· роликовый — зубы вырожденного сектора заменены на винтовой ролик

· по типу зубчатого колеса

· полное колесо (полный оборот, непрерывное вращение)

· зубчатый сектор (поворот сектора от одного крайнего положения до другого)

· вырожденный сектор (в паре с глобоидным червяком — рабочая длина сектора меньше рабочей длины червяка)

[править]Применение

Основная статья: Червячный редуктор

Червячная передача главным образом применяется в червячных редукторах.

Достаточно часто червячные передачи используются в системах регулировки и управления — самоторможение обеспечивает фиксацию положения, а большое передаточное отношение позволяет достичь высокой точности регулирования (управления) и(или) использовать низкомоментные двигатели.

Благодаря этим же характеристикам червячные передачи и червячные редукторы широко применяются в подъёмно-транспортных машинах и механизмах (например, лебёдках)

Часто в виде червячной пары изготавливаются механизмы натяжения струн (колковая механика) музыкальных инструментов, например гитары.^[4] В данном применении полезным оказывается эффект самоторможения (необратимость).

Передача винт — гайка служит для преобразования вращательного движения в поступательное, при этом гайка и винт могут иметь либо одно из названных движений, либо оба движения вместе.
Достоинства. 1. Простота конструкции и изготовления. 2. Компактность при высокой нагрузочной способности. 3. Высокая надежность. 4. Плавность и бесшумность. 5. Большой выигрыш в силе. 6. Возможность обеспечения медленных перемещений с большой точностью.
ж) Коэффициент концентрации напряжений [формула (0.4)]
з) Предел выносливости зубчатого венца [формула (0.6)]
и) Коэффициент запаса прочности [формулы (0.12) и (0.10)]
Недостатки. 1. Повышенный износ резьбы вследствие большого трения. 2. Низкий к.п.д.
Применение. Передача винт — гайка широко применяется: для создания больших сил (прессы, домкраты, тиски и т. п.); для точных перемещений (механизмы подачи станков, измерительные приборы, установочные и регулировочные устройства).
Разновидности винтов передачи. В зависимости от назначения передачи винты бывают:
1) грузовые, применяемые для создания больших осевых сил. При знакопеременной нагрузке имеют трапецеидальную резьбу, при большой односторонней нагрузке — упорную. Гайки грузовых винтов цельные (рис. 14.1, а). В домкратах (рис. 14.2) для большого выигрыша в силе и обеспечения самоторможения применяют однозаходную резьбу с малым углом подъема ψ (см. § 3.9);
2) ходовые, применяемые для перемещений в механизмах подачи. Для уменьшения трения имеют преимущественно трапе-

цеидальную многозаходную резьбу. Для устранения «мертвого» хода из-за износа резьбы гайки ходовых винтов выполняют разъемными (см. рис. 14.1, б);
3) установочные, применяемые для точных перемещений и регулировок. Имеют метрическую резьбу. Для обеспечения безлюфтовой передачи гайки делают сдвоенными (см. рис. 14.1, в). В механизмах точных перемещений, где важно малое трение и отсутствие зазора в резьбе, применяют шариковые пары, в которых трение скольжения заменено трением качения (рис. 14.3). К.п.д. такой передачи достигает 0,95.
Материалы винта и гайки должны представлять антифрикционную пару, т. е. быть износостойкими и иметь невысокий коэффициент трения. Выбор марки материала зависит от назначения передачи, условий работы и способа обработки резьбы.

Валы предназначены для передачи вращающего момента и, как правило, поддержания установленных на них деталей. Кроме вращающих моментов валы нагружены обычно поперечными силами и изгибающими моментами.
Валы предназначены для передачи вращающего момента и, как правило, поддержания установленных на них деталей. Кроме вращающих моментов валы нагружены обычно поперечными силами и изгибающими моментами.
Оси обеспечивают вращательное движение закрепленных на них деталей, нагружены поперечными силами и изгибающими моментами, а вращающих моментов не передают. Оси бывают вращающимися и неподвижными.

Различают валы прямые и коленчатые, ступенчатые и гладкие, сплошные и пустотелые, цельные и составные, а также гибкие проволочные. Чаще всего валы выполняют ступенчатыми, состоящими из участков различных диаметров, называемых монтажными шейками и служащих для установки на них различных деталей. Крепление деталей на валах во избежание проворота осуществляется с помощью шпонок, шлицев, штифтов и клиньев, а для предотвращения осевого перемещения - втулками, запорными кольцами, винтами и прочее.

Опорные участки осей и валов называются цапфами. Цапфы могут быть цилиндрическими, коническими, шаровыми. Цапфа, расположенная на конце вала, называется шипом, промежуточные цапфы называются шейками. Цапфа, воспринимающая осевые усилия и расположенная перпендикулярно к оси вала, называется пятой. Пяты могут быть плоскими, кольцевыми и гребенчатыми.
Материал валов и осей должен иметь хорошую обрабатываемость, способность подвергаться термической обработке, высокую износостойкость. Этим требованиям отвечают стали 20, 30, 35, 40, 45 (применяются чаще других), Ст3, Ст4, Ст5, а также модифицированные чугуны. Тяжело нагруженные валы в целях обеспечения минимальных диаметров и повышения износостойкости цапф изготовляют из легированных сталей различных марок.

Расчёты валов и осей

 

Основным критерием работоспособности валов и осей являются сопротивление усталости материала и жёсткость. Расчёт валов выполняется в два этапа: предварительный (проектный) и окончательный (проверочный).

Проектировочный расчёт вала выполняют как условный расчёт только на кручение для ориентировочного определения посадочных диаметров. Исходя из условия прочности на кручение

 

получим формулу проектировочного расчёта

 

где М_k – крутящий момент в расчётном сечении, Н*м; Н/мм2 – допускаемое напряжение при кручении

Проверочный расчет для валов - расчёт на сопротивление усталости - является основным расчётом на прочность. Основными нагрузками на валы являются силы от передач через насаженные на них детали: зубчатые или червячные колёса, звёздочки, шкивы. Проверочный расчет вала производится с применением гипотез прочности.Условие прочности в этом случае имеет вид:

где М_экв — так называемый эквивалентный момент.

При гипотезе наибольших касательных напряжений (иначе — третья гипотеза)

 

При гипотезе потенциальной энергии формоизменения (иначе — пятая гипотеза)

 

где в обеих формулах М_к и М„ — соответственно крутящий и суммарный изгибающий моменты в рассматриваемом сечении вала. Числовое значение суммарного изгибающего момента равно геометрической сумме изгибающих моментов, возникающих в данном сечении от вертикально и горизонтально действующих внешних сил, т. е.

Подшипник скольжения, опора или направляющая механизма или машины, в которой трение происходит при скольжении сопряжённых поверхностей. По направлению восприятия нагрузки различают радиальные и осевые (упорные) П. с. В зависимости от режима смазки П. с. делятся на гидродинамические и гидростатические, газодинамические и газостатические (роль смазки выполняет воздух или нейтральный газ), с твёрдой смазкой. Существует множество конструктивных типов П. с.: самоустанавливающиеся, сегментные, самосмазывающиеся и др.

Радиальные П. с. обычно выполняются в виде втулки, двух или более вкладышей, полностью или частично охватывающих вал. Такие П. с. работают главным образом в режиме жидкостного или полужидкостного трения. Смазка подводится через отверстия во вкладышах (рис. 1, а), кольцевые или местные винтовые канавки и карманы, находящиеся в зоне разъёма (рис. 1, б). Радиальные П. с. применяются в буксовых узлах вагонов, в опорах двигателей внутреннего сгорания, турбогенераторов и др. П. с. тяжело нагруженных опор (например, валков прокатных станов) имеют диаметры от 140 до 1200 мм, относительный зазор, т. е. отношение разности диаметров отверстия втулки и шейки вала к диаметру отверстия втулки (см. рис. 1, а) , принимается равным 0,0003—0,002, а отношение равным 0,6—0,9. При этих условиях обеспечивается работа в диапазонах относительных скоростей скольжения от 0,2 до 60 м/сек и удельных давлений 5—25 Мн/м² (50—250 кгс/см²). В форсированных двигателях внутреннего сгорания удельные давления на П. с. могут достигать 30—35 Мн/м² (300—350 кгс/см²). Высокоскоростные П. с. жидкостного трения выполняются с жёсткими вкладышами (рис. 2, а, б, в) или самоустанавливающимися в виде качающихся (рис. 2, г), свободных (рис. 2, д) и кольцеобразных "плавающих" (рис. 2, е) вкладышей.

Осевыми П. с. являются простые подпятники, сегментные упорные подшипники (рис. 3); по характеру работы к ним относят также торцовые уплотнения, ползуны и крейцкопфы. Сегментный упорный П. с. состоит из неподвижных или качающихся опорных подушек, образованных набором секторов, и упорного диска или кольца на вращающемся валу. Подушки имеют небольшой наклон к плоскости упорного диска. Способность самоустанавливаться обеспечивается пружинами, качающимися опорами, гидравлической системой или упругим деформированием. Упорные П. с. широко используются в опорах турбо- и гидрогенераторов. В П. с. крупных гидрогенераторов диаметр диска может достигать 4,5 м и нести нагрузку до 4000 тс.

Гидро- и газодинамические подшипники работают в режиме, при котором поверхности трения разделяются слоем жидкости или газа в результате действия давления, возникающего в вязком смазочном слое вследствие относительного движения поверхностей. В гидро- и газостатическом П. с. полное разделение поверхностей трения деталей, находящихся в относительном движении или покое, осуществляется смазочным материалом, поступающим под внешним давлением в зазор между поверхностями. Существуют также П. с., называемые гидростатодинамическими, которые часть времени, например при пуске, работают как гидростатические, а в основном режиме — как гидродинамические.

Расчёт П. с., работающих в режиме разделения поверхностей трения смазочным слоем, производится на основе гидродинамической теории смазки. При расчёте определяются минимальная толщина смазочного слоя (обычно измеряемая в мкм), давление в смазочном слое, температура и расход смазочных материалов. Изготовляют П. с. из металлических и неметаллических подшипниковых антифрикционных материалов.

 

Подшипники качения состоят из двух колец, тел качения (различной формы) и сепаратора (некоторые типы подшипников могут быть без сепаратора), отделяющего тела качения друг от друга, удерживающего на равном расстоянии и направляющего их движение. По наружной поверхности внутреннего кольца и внутренней поверхности наружного кольца (на торцевых поверхностях колец упорных подшипников качения) выполняют желоба — дорожки качения, по которым при работе подшипника катятся тела качения.

В некоторых узлах машин в целях уменьшения габаритов, а также повышения точности и жёсткости применяют так называемые совмещённые опоры: дорожки качения при этом выполняют непосредственно на валу или на поверхности корпусной детали.

Имеются подшипники качения, изготовленные без сепаратора. Такие подшипники имеют большое число тел качения и большую грузоподъёмность. Однако предельные частоты вращения бессепараторных подшипников значительно ниже вследствие повышенных моментов сопротивления вращению.

В подшипниках качения возникает преимущественно трение качения (имеются только небольшие потери на трение скольжения между сепаратором и телами качения), поэтому по сравнению с подшипниками скольжения снижаются потери энергии на трение и уменьшается износ. Закрытые подшипники качения (имеющие защитные крышки) практически не требуют обслуживания (замены смазки), открытые — чувствительны к попаданию инородных тел, что может привести к быстрому разрушению подшипника.

Динамическая грузоподъемность упорных и упорно-радиальных подшипников — центральная постоянная осевая нагрузка, которую группа идентичных подшипников может выдержать в течение расчетного срока службы, исчисляемого в 1 млн. оборотов одного из колец подшипника.
Эквивалентная динамическая нагрузка упорных и упорно-радиальных подшипников — центральная постоянная осевая нагрузка, которая при приложении ее к подшипнику с вращающимся тугим кольцом и неподвижным свободным обеспечивает такой же рас-четный срок службы, как и при действительных условиях нагружения вращения.

Статическая грузоподъемность — статическая радиальная нагрузка, которой соответствует общая остаточная деформация тела качения и колец в наиболее нагруженной зоне контакта, равная 0,0001 диаметра тела качения.
В радиально-упорных однорядных подшипниках статическая грузоподъемность относится к радиальной составляющей нагрузки, вызывающей радиальное смещение колец подшипника относительно друг друга.