Основные критерии работоспособности и расчета деталей машин

ТРЕБОВАНИЯ К МАШИНАМ И ИХ ДЕТАЛЯМ

1.Наиб. высокие эксплуат-ые показатели

-высокие КПД, производ-ть, меньший расход Е, повыш. точность, меньш. затраты труда на обслуживание.

2.Работоспособность – способ-ть выполнять заданные ф-ии, сохраняя значения заданных параметров в пределах, установленных нормативно-технической документацией

- сохранение прочности, неизменяемости форм и размеров, устойчивости, износостойкости, жесткости, теплостойкости, виброустойчивости.

3.Высокая надежность

Надежность - это св-во машины сохранять свои эксплуат-ые показатели в теч-ии заданного промежутка времени или требуемой наработки.

Показателями надежности служат вероят-ть безотказной работы в заданном интервале времени или в пределах заданной наработки.

4.Безоп-ть в эксплуатации - пригодность к норм. экспл-ии в теч-ии установленного времени без аварий, опасных для чел-а и окруж. среды.

5.Технологичность и экономичность -создание таких конструктивных форм и примен-е таких матер-ов и приемов при изгот-ии, кот. обеспечивают наим. вес, габариты, простоту, технолог-ть и эконом-ть произв-ва машины.

ОСНОВНЫЕ КРИТЕРИИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ И РАСЧЕТА ДЕТАЛЕЙ МАШИН

1.Прочность - способ-ть сопротивл-ся внешн. нагрузкам без разрушения.

Критерии прочности:

- lim прочности(хрупк. мат-ал)

-lim текучести(пластичн. мат-ал)

-lim выносливости(при переменных нагрузках)

Осн.ур-я прочности:

Растяж-е(сжатие)

Сдвиг(срез)

Изгиб

Кручение

Переменные нагрузки

2.Жесткость – способ-ть дет. сохранять свои размеры и форму при действии нагрузки.

Жесткость соотв-их дет. обеспечивает требуемую точность машин, нормальную работу ее узлов.

изгиб

кручение

3. Износостойкость –способн-ть мат-ов сопротивл-ся изнашиванию.

Изнашиванием наз. проц-с разруш-ия и отделения мат-ла с пов-ти тверд. тела при трении, проявляющейся в постеп-ом измен-ии размеров и формы тела.

3 вида изнашивания: а)механ-ое

-абразивное(для откр. передач, работающих в загрязненных усл-ях)

-усталостное(для закр.передач в рез-те усталостного изнаш-я); б)коррозионно-мех(разруш-е структ-ры Ме)

в)молекулярно-мех.(разруш-е окисной пленкиàсвариваниеàразруш-е.)

Чтобы не было à увел. прочность; использ-ть др. смазку; противозадирные присадки.

4.Контактная прочность

Контактные напряж-я - местные сжимающие напряж-ия, возникающие в зоне контакта поверхн-й дет.

àусталостн.трещиныàусталостн.выкрашивания

Расчет на контакт. прочн. гарантирует отсутствие усталостного выкрашивания (изнашивания) раб. поверхн-ей.

5.Теплостойкость - способн-ть конструкции работать в lim заданных t°C в теч-ие заданного промежутка времени.

6.Виброуст-ть(вибростойкость) –способн-ть констр-ии работать в заданном диапазоне режимов без недопустимых колеб-ий (для быстровращ-ся дет.)

 

ПРИВОД.МЕХ. ПЕРЕДАЧИ.

Привод – устр-во, приводящее в движение механизм или машину.

Двигатели: - электрические; -ДВС; -гидравлические; -пневматические; -мускульная сила чел-а.

Передачи: -механические; -электрич.; -гидравлические; - пневматические.

Мех.передачи - служат для передачи Е от двигателей к раб. органам машины.

Ф-ии: - передавать махан-ую Е; - понижать или повышать ω àповышать или понижать Т; - преобраз-ть 1 вид движ-я в др.; - регулир-ть ω раб. органа машины; - реверсировать движ-е; - распределять работу двигат-ля м/д неск. исполнительными органами машины.

Классификация:

1.по способу передачи движ-я:

-передачи трением(фрикционные,ременные)

-передачи зацепление (зубчатые, червячные, цепные)

2.по способу соед-я звеньев:

-передачи с непосредств. контактом (фрикционные, зубчатые, червячные, винт-гайка)

-передачи с гибкой связью (цепные, ременные)

3.по взаимному располож-ю валов в простр-ве:

- между || (цилиндрич-ие)

-между пересекающимися(конические)

-между перекрещ-ся (червячные)

4.по хар-ру измен-я скорости:

-понижающие ω₁>ω₂

-повышающие ω₁<ω₂

5.по хар-ру движ-я осей валов:

-простые (оси валов в прост-ве неподвиж.)

-планетарные(//-// перемещаются)

6.по конструкт-ому исполн-ю:

-открытые

-закрытые

7.по числу ступеней:

-одноступенчатые

-многоступенчатые

Осн.кинемат-ие и силовые соотнош-я.

Звенья: - ведущее; - ведомое; - промежуточное.

Осн.хар-ки передач:

1)передаточное число(передат.отнош-е)

Передат. отнош-е- отнош-е ω ведущего звена к ведомому

Передат. число- отнош-е числа зубьев (диаметра) большего колеса к числу зубьев (диаметру) меньшего колеса. >1

Для понижающей передачи:

Для повышающей передачи:

Для многоступенчатых передач

2) передаваемая мощность

3) КПД ;

4)окружная скорость м/с.

5)окружная сила Н.

6)вращ. момент Н*м.

7) угловая скорость рад/с.

РЕМЕННАЯ ПЕРЕДАЧА

Относится к передачам трением с гибкой связью.

«+»

-Простота конструкции и малая стоимость.

-Плавность и бесшумность работы.

-Малая чувствительность к толчкам и вибрации.

-Способность воспринимать большие перегрузки(до 300% от номинальной)

-Возможн-ть работы с высокими N вращ.

-Межосевое S до 15 м.

-Не требует смазки(простой уход).

«-»

-Непостоянство передат. отношения.

-Больш.нагрузки на валы и опоры.

-Больш.габаритные размеры.

-Невысокая долговечность ремня.

-Необх.примен-я устройств для натяжения ремня.

-Не примен-ют во взрывоопасн.местах.

Классификация:

1.по способу передачи вращения:

-м/д || валами,вращающимися в 1 сторону(открытая).

- м/д || валами,вращающимися в разные стороны(перекрестная).

-м/д перекрещивающимися валами (полуперекрестная). «-» износ.

2.по форме сечения ремня:

-плоскоременные. -клиноременные.

-поликлиноременные. -круглоременные.

-зубчатоременные.

ОСН.КИНЕМАТ. ХАР-КИ:

Передаточное отношение:

Окружные скорости шкивов:

; .

- угол обхвата; - угол относит.покоя; -угол упругого скольж-я; .

Дуга обода шкива, на кот. ремень соприкас-ся с ведущим шкивом наз. дугой обхвата, а соотв. ей центральный угол – углом обхвата α.

Явл-е потери скорости ремня на ведущем шкиве явл. рез-ом упругого скольж-я.

Упругое скольж-е ремня и относит. потеря скорости хар-ся коэфф. скольж-я

;

à

Коэфф. скольж-я зависит от передаваемой нагрузки,то U не строго const.

ГЕОМЕТР. ХАР-КИ РЕМ.ПЕРЕДАЧ

1.Диаметры шкивов.(по ГОСТу)

Зависят от: типа передачи, передаваемой мощн. и передат. отнош-я.

2.Межосевое S.

Ограничивается min и max.

Min:ограничивается по усл-ям обеспечения угла обхвата.

Max:опред-ся габаритами передачи по усл-ям натяжения ветвей от собств.веса.

3.Расчетная длина ремня.

Определяется как Σ длин дуг шкивов на углах обхвата и длин прямолин-ых участков ремня.

Расч.длина плоского ремня увел. на 100-300мм для сшивки.

У клин. и поликлин.округл. до станд-ого.

4.Угол обхвата на малом шкиве.

Плоскорем.

Клинорем.

Поликлинорем.

 

СИЛЫ И НАПРЯЖ-Я В РЕМНЯХ

Окружная сила на шкивах:

Из усл-я равнов-я ремня при передаче Т: .

Соотнош-е натяжений ветвей ремня:

Нагрузочн. способн-ть рем. передачи возрастает с ↑ .

, - натяжение ведущей ветви; -натяжение ведомой ветви; -нач.натяжение.

Предварит.напряжение:

Отнош-е окружного усилия к площади поперечн. сеч-я ремня наз. полезным напряж-ем

Напряж-я в ветвях ремня от раб. нагрузки: ;

Напряжение в ремне от действия центробежных сил:

Напряж-я изгиба:

Max напряж-я в ремне:

 

КРИТЕРИИ РАБОТОСПОСОБН. РЕМ.ПЕРЕДАЧ

1.Тяговая способность передачи.

2.Долговечность ремня.

Для зубчаторем.передач: прочность и долговечность.

Тяговая способность рем. передачи – способн. передавать заданную нагрузку без частичн. или полного буксования ремня.

Коэф.тяги:

- полезн.напряж-е,МПа.

- начальн.напряж-е,МПа.

Эксперим-но для кажд.типа передачи установлен рацион-ый диапазон , при кот. КПД имеет наиб. значение.

Допуск-ое полезн. напряж-е соотв. типовой перед-е ,

Условие работоспособности:

- расчетное допускаемое полезн.напряж-е.

k – коэф.,учитывающий особенности рассчитываемой передачи.

Долговечность ремня – способн. сопротивляться усталостн. разруш-ю.

Частота пробегов ремня в секунду,с^-1:

, - расчетн.длина,м

- допуск.частота пробега ремня,с^-1

 

РАСЧЕТ ПЛОСКОРЕМ. ПЕРЕДАЧИ ПО ТЯГОВОЙ СПОСОБНОСТИ

Сводится к опред-ю ширины ремня.

Площадь поперечн.сечения ремня:

При выбранной толщине ремня Н ширина ремня:

 

РАСЧЕТ КЛИНОРЕМ. ПЕРЕДАЧИ ПО ТЯГОВОЙ СПОСОБНОСТИ

Сводится к опред-ю кол-ва ремней в связке.

Требуемое количество ремней:

max 7

- коэфф., учитывающий неравном-ть распред-ия нагрузки м/д ремнями в комплекте 0,85…1.

Для 1ого:

- мощн. на ведущем шкиве,кВт

- мощн.,передав-ая 1им ревнем,кВт.

 

МАТЕРИАЛЫ И КОНСТРУКЦИИ РЕМНЕЙ И ШКИВОВ

Мат-ал ремня д. обладать: достаточной прочностью, износостойкостью, эластичностью, долговечностью, хорошо сцепляться со шкивом и иметь низкую стоим-ть.

Типы плоских ремней:

1.резинотканевые(состоят из тканевого каркаса нарезной констр-ии с резиновыми прослойками м/д прокладками. Каркас ремней изгот-ют из техн-их тканей с х/б, комбинир-ыми или синтет-ими нитями)

2.кожаные(шкуры крупн. рогатого скота)

-х/б(в пищевой промышл-ти)

3.шерстяные(шерстяная ткань,прошитая х/б нитями и пропитанная)

4.синтетические(капроновые нити, пропитанные полиамидным составом)

Шкив:

-обод; -диск; -ступица.

Конструкция:

-без диска.

-с диском.

-со спицами.

Материалы шкивов:

-чугун(распр)

-сталь(быстрох.передачи)

-легкие сплавы,пластмасса.(б.п.)

-дерево.

 

ЦЕПНАЯ ПЕРЕДАЧА

Передача зацеплением и гибкой связью.

«+»

-Меньшие габар-ые размеры по сравн-ю с рем.передачами.

-Постоянство передат.числа.

-Высокий КПД.

-Небольш.нагрузки на валы и опоры.

-Межосевое S до 8м.

«-»

-Износ шарниров.

-Непостоянство скор-ти движ-я цепи.

-Необх.точной установки валов.

-Необх-ть смазывания и регулировки

Типы цепей:

1.Грузовые(используют для закрепления грузов)

2.Тяговые(прим-ют для перемещ-я грузов в машинах непрерывного транспорта (конвейерах, подъемниках, эскалаторах и др.)

3.Приводные(используют для передачи движения)

Классификация:

1.по конструкции приводных цепей:

-роликовые.

-втулочные.

-зубчатые.

2.по числу рядов цепей:

-однорядные.

-многорядные.

3.по усл-ям эксплуатации:

-открытые.

-закрытые.

ГЕОМЕТР.ХАР-КИ ЦЕПИ

1.шаг t – S м/д осями соседн.шарниров.

2. ширина b,мм

СИЛОВАЯ ХАР-КА ЦЕПИ

1.разрушающая нагрузка F,кН.

КОНСТРУКЦИЯ РОЛИКОВОЙ ЦЕПИ

-внутр.пластины.

-втулка.

-ролик.

-наружн.пластины.

-ось.

 

 

ВИДЫ ЦЕПЕЙ

1.Приводные роликовые цепи.

Примен-ют при скор-ях до 20 м/с. Износостойкость выше по сравн-ю со втулочными цепями.

2.Приводные втулочные цепи.

Более легкие и дешевые по срав-ию с роликовыми, но обладают меньшей прочн. и износостойкостью.

Прим-ют в малонагруж. передачах при скоростях менее 10 м/с.

3.Зубчатые приводные цепи.

Работают более плавно и бесшумно. Лучше восприн-ют ударную нагрузку. Обладают min шагомà допускают более высокие скорости (до 35 м/с).

Но цепи тяжелые, сложны в изгот-ии, дорогие и примен-е их ограничено.

 

МАТЕРИАЛЫ ЦЕПЕЙ

Цепи д. б. прочными и износостойкими.

Пластины цепей изгот-ют из стали (сталь50; сталь 40х и др.) с закалкой до твердости HRC 40-50.

Оси, втулки, ролики выполняют из цементируемых сталей (сталь15; сталь20; сталь15х и др.) с закалкой до твердости HRC 52-65.

 

КИНЕМАТ. ХАР-КИ ЦЕПН. ПЕРЕДАЧ

Передат.отнош-е: явл.средним за оборот.

За 1 оборот звездочки цепь пройдет путь

.

Время 1ого оборота: . Средн. скорость цепи: .

- гориз. составляющая скорости(движение цепи вперед).

- вертик. составляющая скорости(скор-ть ударов шарниров во впадине).

;

Изменение за оборот звездочки приводит к измен-ю ω ведомой звездочки и мгновенного передат. числа.

Изменение приводит к соудар-ю шарниров цепи о впадины звездочки,

поперечн. колебаниям цепи и динам-им нагрузкам на всю передачу.

 

 

ГЕОМ.ХАР-КИ ЦЕПН.ПЕРЕДАЧ

1.Числа зубьев.

Для обеспеч-ия плавности работы, высокой долговечн., бесшумности ограничивают min число зубьев на маленькой звездочке 19, для передач со средн. и высокими скор-ми 13 15, в тихоходн. 23 в передачах с ударн.нагрузками.

Max число зубьев на больш.звездочки огранич-ют по соображ-ям износостойк.

Для равномерного изнаш-ия цепи рекомендуется применять нечетн.

число зубьев на малой звездочке и четн. на большой.

2.Шаг цепи t.(по ГОСТу)

Чем меньше шаг, тем меньше динамические нагрузки, выше кач-во работы передачи.

С увел. шага стат. прочность и нагрузочная способность цепей возрастают.

Шаг цепи огран-ся max допустимым знач-ем ω малой звездочки.

3.Межосевое S.

Оптимальное значение:

Min знач-е огранич-ся усл-ем обеспеч-я угла обхвата цепьюменьшей звездочки : .

Max знач-е огранич-ся во избежание чрезмерного натяжения цепи силой собств. тяжести: .

4.Длина цепи.

Число звеньев цепи:

округлить до четн.числа.

Длина цепи:

 

УСИЛИЯ В ЦЕПНОЙ ПЕРЕДАЧЕ

1.Усилия, действ-ие на ведущую и ведомую ветви цепи:

.

2. Окружное усилие:

3. Натяжение от провисания ведомой ветви цепи:

q - масса 1ого метра цепи; g – ускор-е свободного падения; а – межосевое расст-е; -коэфф. провисания цепи.

4.Натяж-е от центробежных сил: .

Нагрузка на валы:

 

ПРИЧИНЫ ВЫХОДА ИЗ СТРОЯ ЦЕПНЫХ ПЕРЕДАЧ

1. Износ шарниров àизмен-е шага(для откр.передач).

2. Усталостное разруш-е пластин по проушинам àусталостные трещины(для закр.передач).

3. Усталостное выкраш-е и разруш-е роликов àпеременные контактные напряж-яàтрещины(для закр.передач).

4. Проворачивание валиков и втулок в пластинах в местах запрессовки.

5. Недопуст.провисание ведомой ветви цепи (где не регулир-ся межосевое S и нет натяжных устройств).

6. Износ зубьев звездочек (плохая смазка,грязь).

 

ОСН.КРИТЕРИИ РАБОТОСПОС-ТИ ЦЕПН.ПЕРЕДАЧ

Основной причиной потери работоспособности цепных передач является износ шарниров цепи.

1.Износостойк.шарниров в цепи(осн.)

2.Статич-ая прочность цепи.

 

РАСЧЕТ НА ИЗНОСОСТОЙК. ШАРНИРОВ ЦЕПИ В ЦЕПН.ПЕР-ЧЕ

по допускаемому давлению для шарниров:

p – давление в шарнире; -допуск. средн. давл-е в шарнирах, установленное для типовой передачи, работающей в средн. усл-ях экспл-ии; -окружн. усилие; Т –вращ. момент; d –диаметр делит. окружн. звездочки; -площадь проекции опорной пов-ти шарнира; m –число рядов цепи; К –коэфф.экспл-ии, учитывающий конкретные особ-ти рассчитываемой передачи.

Эксперим-о установлено,что износост-ть шарниров прямо пропорц-на удельному давл-ю и обратно пропорц-на долговечности.Расчет по данному критерию сводится к опред-ю удельного давл-я в шарнире и сравн-ю его с допуск.значением.

При проектном расчете опред-ся шаг цепи и округл-ся до ближайшего станд.знач-я. .

 

РАСЧЕТ НА СТАТ.ПРОЧНОСТЬ В ЦЕПН.ПЕРЕДАЧЕ

n -расчетный коэфф. запаса прочности цепи; -допуск. коэфф. запаса прочности цепи; - разрушающая нагрузка цепи; -усилие натяж-я ведущей ветви цепи.

 

 

 

ЗУБЧАТЫЕ ЦИЛИНДР.ПЕРЕДАЧИ

Относ-ся к передачам зацепл-ем с непосредственным контактом м/д ведущим и ведомыми звеньями.

«+»

-Компактность

-Высокий КПД.

-Постоянство передат.отнош-я.

-Небольш.нагрузки на валы и опоры.

-Простота обслуж-я(смазка).

«-»

-Сложность в изгот-ии точных передач.

-Невозможн.безступенчатого регулир-я частоты вращ-я ведомого вала.

Классификация:

1.по взаимному распол-ю зубч.колес:

-цилиндрические(оси ||).

-конические(оси пересекаются).

-винтовые,гипоидные,червячные(оси перекрещиваются).

2.по располож-ю зубьев на ободе:

-прямозубые.

-косозубые.

-шевронные.

-с круговым зубом.

3.по форме профиля зуба:

-с эвольвентным профилем (высокая нагрузочная способность,относит-о мало чувствит-ы к погрешн-ям изго-я сборки).

-с зацепл-ем Новикова

шестерня-выпуклый профиль; колесо-вогнутый профиль.

«-»

-Сложность изгот-я.

-Малая износост-ть.

-Ограничено в тяж.промышл-ти.

-с циклоидальным профилем(прим-ют в кинемат-х мех-ах;часовое зацепл-е).

4.по взаимн.располож-ю:

-внешние зацепл-е.

-внутр.зацепл-е.

5.по окружной скор-ти:

-тихоходные.

-среднескростные.

-быстроходные.

6.по конструкт.исполнению:

-открытые.

-закрытые.

 

МАТЕРИАЛЫ ЗУБЧ.КОЛЕС

В машиностр-ии: термообраб-ые углерод-ые и легир-ые стали, чугуны, пластмассы.

В приборостроении: стали, пластмассы, латунь, алюминиевые сплавы.

Выбор материала опред-ся назнач-ем передачи, усл-ми ее работы, габаритами колес, типом производства (единичное, серийное, массовое), технолог-ими соображениями.

Iгр. тверд. 350НВ

-Средне- и высоколегир-ые стали с нормализацией или улучшением.

-Способность к прирабат-ию хорошая.

-Прим-ся в единичн. или мелкосерийном произв-ве мало или средне нагруж-ых передач.

«-» большое изнашивание.

IIгр. тверд.>350НВ

-Легир-ые стали с термич. или химикотермич. обработкой.

-Способность к прираб-ю плохая.

-Прим-ся в крупносерийном или массовом произв-ве быстроходн. или высоконагруж.передач.

Чугуны

-серые.

-модифицированные.

-высокопрочные.

«+»

-Низкая стоим-ть.

-Хорошие литейные св-ва.

Применяют в тихоходн.передачах.

НеМе материалы

-текстолит.

-древеснослоистые пластики.

-капрон.

-нейлон.

«-» низкая нагрузочная способность.

«+»

-Сниж-е шума и вибраций.

-Самосмаз-ть.

-Хим.стойкость.

Применяют в слабонагруж-х передачах,к габаритам кот. не предъвляют жестких требований.

 

ОСН.КИНЕМАТ.ХАР-КИ ЗУБЧ.ПЕРЕДАЧ

Передат.отноше-е:

Передат.число:

 

ЦИЛИНД.ПРЯМОЗУБЫЕ ПЕРЕДАЧИ

Прим-ют при небольш. окружных скоростях (до 5 м/с), в закр. и откр. передачах.

12 степеней точности.

ГЕОМ.ХАР-КИ ЗУБЧ.КОЛЕС:

Делит. наз. окружности,по кот. в проц-се изгот-ия зубч. колес производится деление цилиндр-их заготовок на число частей, равное числу зубьев:

- длина окр-ти

-делит.диаметр.

р – окружн.делит. шаг

s- толщина зуба

е – ширина впадины

m – окружн.делит. модуль

- высота головки зуба;

- высота ножки зуба;

с – радиальный зазор;

- диам.вершин зубьев

- диам.окружности впадин

b – ширина зуба(S м/д торцами зубч.венца)

- коэф. ширины венца по делит. диаметру. =b/d

- коэф.ширины венца по межосевому S. =b/a

a – межосевое расст-е

СИЛОВЫЕ ХАР-КИ:

Силы в зацеплении:

- норм. сила, действующая по линии зацепления;

- окружн. сила, действующая по касат-ой к окружн-ям;

- рад. сила, действующая по радиусу к центру;

- угол зацепления,20°

 

ЦИЛИНД.КОСОЗУБЫЕ ПЕРЕДАЧИ

«+»

-Плавность зацепления.

-Большая нагрузочная способность.

-Коэф.перекрытия выше,чем у прямоз.

«-»

-Возникают осевые силы,кот. сдвигают колесо и вал с оси.

- окружн.шаг зубьев

- окружн.модуль;

- норм.шаг зубьев

- норм. модуль;

- угол наклона зубьев,8-18°

СИЛЫ В ЗАЦЕПЛЕНИИ:

норм.

окружная

рад.

осевая

 

ШЕВРОННАЯ ПЕРЕДАЧА

Цилиндр-ое зубч. колесо, венец кот. по ширине состоит из участков с правыми и левыми зубьями, наз. шевронным.

Часть венца с зубьями одинакового направления наз. полушевроном.

«+»

-Высокая прочность зубьев.

-Высокая плавность зацепления.

-Высокая нагрузочн.способность.

-Прим-ют в мощных быстроходн. передачах.

«-» высокая трудоемкость и себестоим. изготовления.

Осевые силы на полушевронах взаимно уравновешиваются внутри колеса и не передаются на валы и подшипники.

Геометр-ий и силовой расчеты аналогичны расчетам косозубой передачи. При расчете каждого полушеврона принимают половину мощности, передаваемой передачей.

 

ВИДЫ РАЗРУШЕНИЙ ЗУБЬЕВ

1. Усталостн.выкраш-е раб. пов-ей зубьев от действия переменных контактных напряж-ий(для закр.передач)

2. Поломка зубьев:

- усталостный излом от действия переменных контактных напряж-ий изгиба(для откр. и закр.передач)

- статический излом в рез-те действия кратковременных незначит-х нагрузок.

3. Абразивное изнаш-е пов-ти зубьев (для откр.).

4. Заедание зубьев. харак-но для тяжелонагруж. и быстрох. передач.

 

ОСН.КРИТЕРИИ РАБОТОСПОСОБН. ЗУБЧ.ПЕРЕДАЧ

Для закр. передач:

1.усталостная контактная прочность раб. пов-ей и зубьев. (контактная выносливость зубьев)

2.Усталостная изгибная прочность (изгибная выносливость зубьев)

Для откр. передач:

1.Усталостная изгибная прочность.

 

РАСЧЕТ НА ИЗГИБН. УСТАЛОСТН. ПРОЧНОСТЬ

Для открытых передач:

При проектном расчете опред-ся нормальный модуль m_n.

При проверочном расчете опред-ем расчетное напряж-е и сравниваем с допускаемым.

Для закрытых передач:

 

РАСЧЕТ НА КОНТАКТНУЮ ВЫНОСЛИВОСТЬ

При проектном расчете из условия прочности определяется межосевое расстояние .

При проверочном расчете:

 

 

ЗУБЧАТЫЕ КОНИЧ. ПЕРЕДАЧИ

Прим-ют для передачи вращения м/д пересекающимися осями.

,Σ-межосевой угол передачи.

«+»передача вращающего мом-та под углом.

«-»

-Большая масса и габариты.

-Сложны в изгот-ии и монтаже.

-Шум.

Классификация:

1.по форме зуба:

-прямозубые.

-косозубые.

-с круговыми зубьями.

-шевронные.

2. в зависимости от изменения размеров сечений по длине:

-форма I. Пропорц-но понижающиеся зубья.

Прим-ют при единичном и мелкосерийном произв-ве прямозубых и косозубых колес, ограниченно для передач с круговыми зубьями при m_n 2, z_Σ=20…100.

-форма II. Понижающиеся зубья.

Явл-ся основной для колес с круговыми зубьями. Позволяет 1им инструм-ом обрабатывать обе пов-ти зубьев колеса, прим-ют в массовом произв-ве.

-форма III. Равновысокие зубья.

Прим-ют для круговых зубьев при

при средн. конусных расст-ях 75-750 мм.

z_Σ 40.

 

ОСН.ГЕОМ.СООТНОШЕНИЯ

Произв-ми размерами конич. колеса явл. размеры в норм. сечении к большому торцу, выражаемые через внешн. окружной модуль.

- углы делительных конусов.

- межосевой угол передачи

b - ширина зубч. венца. Ограничена 2мя доп-ми конусами – внутр. и внеш.

- внешн. делит. окружной модуль

m – средн. окружн. делит. модул

- внешн. делит. диаметр

- средн. делит. диаметр

- внешн. конусное расст-е

R – средн. конусное расст-е

- внешн. высота головки зуба

- внешн. высота ножки зуба

- внешн. высота зуба

- внешн. диаметр вершин зубьев

- внешн. конусное расст-е ортогональной передачи

R – средн. конусное расс-е;

- угол головки и ножки зуба

 

КИНЕМАТ. ХАР-КИ КОНИЧ. ПЕРЕДАЧИ

Передат.отношение:

 

 

УСИЛИЯ В ЗУБЧ. КОНИЧ.ПЕРЕДАЧЕ

Окружн. сила на шестерне и колесе:

Рад. сила на шестерне численно = осевой силе на колесе:

Осевая сила на шестерне численно = рад. силе на колесе:

 

ОСН.КРИТЕРИИ РАБОТОСПОСОБН. КОНИЧ.ЗУБЧ.ПЕРЕДАЧ

1. Усталостная контактная прочность.

. При проектн. расчете опред-ем внешн. делит.диаметр колеса d_e2.

2. Усталостная изгибная прочность.

. При проектном расчете опред-ем средн.модуль зацепления m.

 

ЧЕРВЯЧНЫЕ ПЕРЕДАЧИ

Прим-ют для передачи вращ-ого движ-ия м/д валами, у кот. угол скрещивания осей обычно составляет ϴ=90°.

Черв. передача – зубчатовинтовая передача, движение в кот. осущ-ся по принципу винтовой пары. Ведущим явл. червяк.Для облегания тела червяка венец черв. колеса имеет зубья дугообразной формы, что увел. длину контактных линий в зоне зацепл-ия и повышает их прочн.

«+»

-Больш.передат.числа при сохранении малых габаритных размеров.

-Плавность и бесшумность работы.

-Повыш-ая кинемат-ая точность.

-Возможн.получ-я самотормозящей передачи.

«-»

-Низкий КПД.

-Большое тепловыдел-е.

-Повыш-ый износ и склонность к заеданию.

-Изгот-е зубьев колес из дорогих антифрикц-ых материалов(бронза).

Классификация:

1.по форме внешн.пов-ти червяка:

-с цилиндрич.червяком.

-с глобоидным червяком.

2.по располож-ю черв.относит-о червячного колеса:

-под колесом(нижнее).

-над колесом(верхнее).

-вертик-о сбоку колеса(боковое).

3.по направл-ю винтовой линии:

-с правым червяком.

-с левым червяком.

4.по числу заходов червяка:

-с однозаходным червяком.

-с многозаходным червяком.

5.по форме винтовой пов-ти червяка:

-с архимедовым червяком.(ед.произв-во)

-с конволютным червяком.(редко)

-с эвольвентным червяком.(масс.произв.)

 

ОСН.ГЕОМ.ХАР-КИ В ЧЕРВЯЧНОЙ ПЕРЕДАЧЕ

а) червяк.

 

-число заходов червяка z₁(выбир-ся в завис-ти от передат.числа).

-осевой модуль черв. m(= торцевом модулю черв.колеса).

-шаг червяка p= *m (для однозаходных).

-ход витка червяка (для многозах.)

-коэф.диаметра червяка q(в целях сокращ-я номенклатуры зуборезного инструм-та стандартизованы модули и коэф.диаметра червяка).

-делит.диаметр черв.

-высота головки витка.

-высота ножки витка.

-диаметр вершин витков червяка.

-диаметр впадин витков червяка.

-угол подъема линии витка червяка.

-угол профиля витка черв. в осевом направлении. 2

-длина нарезанной части червяка b₁.

б) червячное колесо.

 

 

-число зубьев черв.колеса. z₂

Для силовых передач 30…90

-делит.диаметр колеса. d₂=m*z₂ (по средн.сечению)

-диаметр вершин зубьев колеса.

-диаметр впадин зубьев колеса.

-наиб.диаметр колеса.

-ширина венца колеса b₂.

-угол обхвата червяка венцом.

-межосевое расст-е.(стандартизовано)

 

 

ОСН.КИНЕМАТ.ХАР-КИ ЧЕРВЯЧНЫХ ПЕРЕДАЧ

Передат.число-число зубьев колеса к числу заходов червяка:

Окружн.скорость червяка:

Окружн.скорость колеса:

Скорость скольжения:

КПД: , - приведенный угол трения.

КПД ↓ с ↑ , т.к. при этом улучшаются усл-я образ-я масляного клина.

При ↑ z₁ ↑ угол подъема и ↑ КПД.

 

СИЛЫ В ЗАЦЕПЛ-ИИ ЧЕРВ.ПЕРЕДАЧ

Окружная сила на колесе = осевой силе на червяке:

Окружная сила на червяке = осевой силе на колесе:

Радиальная сила:

 

МАТЕРИАЛЫ ЧЕРВ.ПЕРЕДАЧ

Т.к высокие скор-ти скольжения и неблагопр-ые усл-я смазки, то мат-лы червячной пары должны обладать низк. коэфф. трения, хорошей износост-ю и пониженной склонностью к заеданию.

Червяки: среднеуглеродистые и легированные стали с закалкой.

Чем больше нагружена передача,тем больше твердость.

Червячные колеса: оловянные и безолов.бронзы.

Выбор мат-ла зависит от скор-ти скольж.

Ступицы: углеродистые стали(Ст45).

 

ВИДЫ РАЗРУШ-ИЙ ЧЕРВ.ПЕРЕДАЧ

1. Заедание.

Из-за высоких скоростей скольж-я и недостаточной смазки.

Виды:

-«Намазывание».

Происх-ит постеп-ый перенос мат-ла зубьев колеса на витки червяка. Хар-но для червячных колес, изгот-ых из мягкого мат-ла (оловянных бронз).

-«Задир».

Тяж. форма заедания черв. передач, колеса кот. изгот-ы из тверд. мат-ов (чугун, безоловянные бронзы). Резко повыш-ся коэфф. трения в зацепл-и с послед. быстрым изнаш-ем зубьев.

2. Изнашивание.

Происх-ит из-за заедания, а также при абразивном изнашивании или при неточном монтаже передачи.

3. Усталостное выкраш-ие раб.пов-ей.

Из-за действия переменных контактных напряж-ий.

Трещины à выкрашивание.

4. Поломка зубьев колеса.

Из-за напряж-ий изгиба.(редко)

 

КРИТЕРИИ РАБОТОСПОСОБН. ЧЕРВ. ПЕРЕДАЧ

1.Усталостная контактная прочн.(осн.)

. При проектном расчете опред-ем межосевое расст-е .

Расчет по 1ому усл-ю косвенно учиты-вает стойкость против заед-ия и изнаш-е передачи.

2.Износостойкость.

3.Стойкость против заедания.

4.Изгибная усталостная прочн.(пров). Он становится осн. при расчете передач с ручным приводом + силовых при числе зубьев колеса > 100.

Проверочный расчет червяка на жесткость при изгибе.

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ЧЕРВ. ПЕРЕДАЧИ

Усл-е теплового баланса: Q₁=Q₂.

Выделяющаяся тепловая мощность:

Тепловая мощн.,передаваемая в окруж. среду:

Р₁-мощн. на червяке; t_м – темпер-ра масла; А- площадь пов-ти охлаждения корпуса; k_t – коэф.теплопередачи.

Температура масла в редукторе:

Способы охлажд-я масла:

-на валу черв.делают лопасти.Обдув корпуса воздухом.

-в масляной ванне проходят трубы с холодной водой.

-циркул-ая сист-ма смазки при боковом или верхн.располож-ии черв.

ВАЛЫ И ОСИ

Ось – дет. предназначенные для поддержания насаженных на них дет. и направл-я вращ-я.

Ось вращающий мом-т не передает.

-вращающиеся(колеса вагона)

-неподвижные

Вал – дет., предназначенная для передачи вращ-их мом-ов и поддержания насаженных на него дет.

-коренные(валы машин, кот. кроме дет. передач несут раб. органы машины)

-шпиндель(коренной вал станков с вращ-ым движ-ем инстр-та или изд-ия)

-трансмисионные(вал, распред-ий мех. Е по отдельным раб. машинам)

Классификация:

1.по форме геом.оси:

-прямые

*гладкие

*ступенчатые

-коленчатые

-гибкие(для передачи небольш. мом-ов под углом)

 

КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛ-ТЫ ВАЛОВ И ОСЕЙ.

1.посадочная пов-ть – пов-ть, на кот.насаживают ступицы дет.: зубч. колеса,шкивы,звездочки.

-цилиндрические.

-конические(прим-ся там,где необх. зафиксир-ть в осевом направл-ии; центровка детали)

2.цапфа – опорная часть вала или оси.

Концевая цапфа, воспринимающая преимущ-но радиальную нагрузку,наз. шипом: -цилиндрический

-конический

Промежуточная цапфа,воспринимающая преимущ-но рад.нагрузку,наз. шейка.

Концевая цапфа,воспринимающая осевую нагрузку,наз. пятой: - плоская

-гребенчатая

3.переходная пов-ть.

а)галтель – плавн. переход от 1ого диаметра к др. Уменьш. концентр-ю напряжений.

-const R

- переменного R

-с поднутрением

б)канавки – углубл-е определ-ого профиля. Для выхода шлифовального круга.

«-»

-↑ концентр-ю напряж-ий.

-слишком сильное ослабл-е вала.

в)буртик - кольцевое утолщ-е вала.

Для упора дет. и осевого фиксир-я дет. на валу.

Плоск. пов-ти буртика наз. заплечиком.

Размеры заплечиков,галтелей и канавок назначают по ГОСТам и они зависят от диаметра вала.

г)фаска - скошенная часть пов-ти вала у торцев + в местах перехода ступеней.

Для безопасности. Размеры в ГОСТах; зависят от диаметра вала.

 

МАТЕРИАЛЫ ВАЛОВ И ОСЕЙ

Осн.требования к материалам:

-прочность

-упругость

-жесткость

-обрабатываемость.

Мат-лы: углеродистые и легир-ые стали;

высокопрочный чугун (для тяжелонагруж-ых коленчатых валов сложн.формы).

ОСН.КРИТЕРИИ РАБОТОСПОСОБН. ВАЛОВ

1.Усталостная прочность.

2.Статич.прочн.(проверка на перегрузки)

3.Жесткость(для трансмис.валов)

4.Виброустойчивость(для быстровращ.)

 

РАСЧЕТ ВАЛОВ НА ПРОЧНОСТЬ

I эт. Проектный расчет(с учетом статич. действия нагрузок)

а)предварит-о опред-ся диам. участков вала(начиная с выходного конца).

из усл-я прочности на кручение:

б)составл-е компановочной схемы редуктора.

в)расчет вала на совместное действие изгиба с кручением.

II эт. Конструирование.

а)длина и форма кажд. участка вала.

б)констр-ия и размеры переходных участков м/д ступенями (галтели, канавки, фаски)

в)размеры шпоночных пазов, шлиц и др.

г)параметры шерох-ти пов-ей

д)термообр-ка всего вала и его участков

III эт. Проверочный расчет(проверка на выносливость)

, - допуск-ый коэф. запаса усталостной прочности.

- коэф. запаса усталостной прочн. по напряж-ям изгиба.

- коэф. запаса прочн. по напряж-ям кручения.

 

ОПОРЫ ВАЛОВ И ОСЕЙ

Назначение:

- поддерживать валы и оси в простр-ве, обеспечивая возм-ть вращ-я или качания

- воспринимать действующие на них нагрузки.

Классификация:

1.по виду трения:

-подш.качения

-подш.скольжения.

 

ПОДШИПНИКИ КАЧЕНИЯ

Подш. качения – это опоры вращ-ся или качающихся дет., использующие эл-ты качения и работающие на основе трения качения.

«+»

-Малые потери на трение и незначит.нагрев.

-Малый расход смазки.

-Не требуют тщат-ого ухода.

-Не требуют прим-я дорогостоящих антифрикц-ых мат-ов.

-Массовое произв-во.

-Высокая степень взаимозаменяемости.

-Малая стоим-ть.

«-»

-Высокая чувствит-ть к ударным и вибрационным нагрузкам.

-Шум при работе.

-При υ 30 м/с сепараторы выходят из строя; малая надежность в высокоскоростных приводах.

-Коррозия.

Классификация:

1.по виду воспринимаемой нагрузки:

-радиальные(предназначены для восприятия рад. и частично осевой силы)

-упорно-радиальные(↑↓)

-упорные(восприятие только осевой нагрузки)

2.по форме тел качения:

-шариковые(при высоких υ и малых нагрузках)

-роликовые(при средн. и малых υ и повыш-ых нагрузках)

* короткие цилиндр.ролики

* длинные цилиндр.ролики

* игольчатые

* витые

* бочкообразные

* конические

3.по числу рядов тел качения:

-однорядные

-двухрядные

-многорядные

4.по способн-ти самоустанавливаться:

-самоустанавливающиеся

-несамоустанавливающиеся

Классификация подш. по габаритным размерам:

0 – сверхлегкая

1 – особолегкая

2 – легкая

5 – легкая широкая

3 – средняя

6 – средняя широкая

4 – тяжелая

С ↑ серии ↑ грузоподъемность

↓ скорость

Типы подш.: 0000…9000

Конструкция:

-внутр.кольцо

-наружн.кольцо

-сепаратор

-тела качения

 

ПРИЧИНЫ ВЫХОДА ИЗ СТРОЯ ПОДШ. КАЧЕНИЯ

1. Усталостное выкраш-ие раб.пов-ей дорожек колец и тел качения в виде раковин или отслаивания (шелушения).

Причина–переменные контактные напряжения.

2. Пластич. деформ-и в виде вмятин на раб. пов-ях качения.

Причина-действие больших статич. и ударных нагрузок.

3. Задиры раб. пов-ей качения.

Причина – недост. смазывание, перегрузки, малые зазоры из-за неправильного монтажа.

4. Абразивный износ дет.

Причина –плохая защита от попадания абразивных частиц.

5. Разрушение сепараторов.

Причина – действие центроб-ых сил и воздействие на сепаратор тел качения.

6. Разрушение колец и тел качения.

Причина –перекосы при монтаже, больш. динам-ие нагрузки.

 

КРИТЕРИИ РАБОТОСПОСОБН. ПОДШ.КАЧЕНИЯ

1. Долговечность по усталостному выкрашиванию.

Долговечность подш. – число млн. оборотов, кот. 1о из его колец делает относ-но др. до начала усталостного разруш-я мат-ла на 1ом из колец или тел качения.

2. Статическая грузоподъемность

по пластическим деформациям.

 

ПОДБОР ПОДШ. ПО ДИНАМ. ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ

Базовой динам-ой г/п наз. const нагрузка, кот. группа идентичных подш. может выдержать в течение базовой долговечности, составляющей 1 млн. оборотов внутр. кольца, без появл-я признаков усталостного выкраш-я.

Знач-е динам-ой г/п для кажд. типоразмера подш. приводится в каталогах.

1)Предварительно намечается конкретный подшипник.

Усл-е подбора: расчетная долговечность подш. не меньше треб.

, а₁- коэф. надежн.

Р – эквивал.нагрузка; С – динам.г/п.

Эквив-ой нагрузкой наз. const нагрузка, под действием кот. подш. качения будет иметь такую же долговечность, как и в действит-ых усл-ях нагруж-я.

2)Условие подбора: базовая динам-ая грузоподъемность выбираемого подш. С не меньше требуемой С т

 

ПОДБОР ПОДШ. ПО СТАТИЧ. ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ

Подш. качения, воспринимающие нагрузку без вращ-я или при частоте вращ-я менее 1 об/мин подбирают по стат. грузоподъемности.

Под стат.