Расчет на прочность и к.п.д. фрикционных передач

Расчет на прочность. Для фрикционных передач с металлическими катками основным критерием работоспособности является сопротивление усталости, которое оценивается контактным напряжением [σ] н. Наибольшие контактные напряжения передач с начальным контактом по линии определяют по формуле Герца:

(2.7)

Для катков из стали и других материалов с коэффициентом Пуассона μ≈0,3

(2.8)

где q=Fr/b2 – номинальная нагрузка на единицу длины контактных линий; Eпр=2E1E2/(E1+E2) – приведенный модуль упругости; ρпр=R1R2/(R1+R2)- приведенный радиус кривизны цилиндрических катков (E1 и E2,R1 и R2 – соответственно модули упругости материалов и радиусы ведущего и ведомого катков); [σ] н- допускаемое контактное напряжение для менее прочного из материалов пары катков.

Для закаленных сталей при хорошей смазке [σ] н = 800…1200 Н/мм² (модуль упругости Е=2,1· Н/мм²);

для чугунов ,где σви – предел прочности чугуна на изгибе;

для текстолита

[σ]н=80…100 МПа E=6·10³ Н/мм²

К.п.д. фрикционных передач зависит от потерь на скольжение катков и потерь в подшипниках. Скольжение в зоне контакта обусловлено деформациями поверхностей катков. Потери в подшипниках зависят от нагрузки на валы, которая определяется прижимной силой Fr.

Для закрытых фрикционных передач η = 0,88…0,93, для открытых η = 0,78…0,86.

Контрольные вопросы

1. Перечислите основные виды фрикционных передач.

2. Какими достоинствами и недостатками обладают фрикционные передачи?

3. Какие материалы применяются для изготовления рабочих поверхностей фрикционных катков? Какими свойствами должны обладать материалы?

4. Как обеспечивается непрерывное нажатие катков фрикционных передач?

5. Объясните процесс усталостного выкрашивания рабочих поверхностей катков закрытой передачи.

6. Что такое заедание рабочих поверхностей катков? Какими средствами можно предупредить его?

7. Какие устройства называют вариаторами?

8. Что такое диапазон регулирования вариаторов и как он определяется?

 

 

ГЛАВА 3. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

О ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧАХ

 

Общие сведения

 

В зубчатой передаче движение передается с помощью зацепления пары зубчатых колес(рис. 3.1, а – в). Меньшее зубчатое колесо принято называть шестерней, большее – колесом. Термин «зубчатое колесо» относится как к шестерне, так и к колесу. Параметрам шестерни приписывают индекс 1, параметрам колеса – индекс 2. зубчатые передачи – самый распространенный вид механических передач, так как могут надежно передавать мощности от долей до десятков тысяч киловатт при окружных скоростях до 275 м/с. Зубчатые передачи широко применяют во всех отраслях машиностроения и приборостроения.

 

 

Рис. 3.1 Цилиндрические зубчатые передачи внешнего зацепления

 

Достоинства. 1. Высокая надежность работы в широком диапазоне нагрузок и скоростей. 2. Малые габариты. 3. Большая долговечность. 4.Высокий к.п.д. 5. Сравнительно малые нагрузки на валы и подшипники. 6. Постоянство передаточного числа. 7. Простота обслуживания.

Недостатки. 1. Относительно высокие требования к точности изготовления и монтажа. 2. Шум при больших скоростях.

Классификация. В зависимости от взаимного расположения геометрических осей валов зубчатые передачи бывают: цилиндрические – при параллельных осях (рис. 3.1); конические – при пересекающихся осях (рис. 3.2 а, б); винтовые – при скрещивающихся осях (рис. 3.3). Винтовые зубчатые передачи характеризуются повышенным скольжением в зацеплении и низкой нагрузочной способностью, поэтому имеют ограниченное применение.

 

Рис. 3.2 Конические зубчатые передачи: Рис. 3.3 Винтовая зубчатая

а – прямозубая;б – с круговым зубом передача

 

 

Для преобразования вращательного движения в поступательное и наоборот применяют реечную передачу (рис. 3.4), которая является частным случаем цилиндрической зубчатой передачи. Рейку рассматривают как колесо, диаметр которого увеличен до бесконечности.

 

Рис. 3.4 Реечная передача Рис. 3.5 Цилиндрическая прямозубая

передача внутреннего зацепления

В зависимости от расположения зубьев на ободе колес различают (см. рис. 3.1) передачи: прямозубые (а), косозубые (б), шевронные (в) и с круговыми зубьями (см. рис. 3.2,б).

В зависимости от формы профиля зуба передачи бывают: эвольветные, с зацеплением Новикова, циклоидальные. В современном машиностроении широко применяют эвольветное зацепление.

В 1954 г. М.Л. Новиков предложил принципиально новое зацепление, в котором профиль зуба очерчен дугами окружностей. Это зацепление возможно лишь при косых зубьях.

Циклоидальное зацепление в настоящее время сохранилось в приборах и часах.

В зависимости от взаимного расположения колес зубчатые передачи бывают внешнего (см. рис. 3.1) и внутреннего ( рис. 3.5 ) зацепления. Ниже рассматриваются передачи внешнего зацепления, как наиболее распространенные.

В зависимости от конструктивного исполнения различают открытые и закрытые зубчатые передачи. В открытых передачах зубья колес работают всухую или периодически смазываются пластичным материалом и не защищены от влияния внешней среды. Закрытые передачи помещаются в пыле- и влагонепроницаемые корпуса (картеры) и работают в масляной ванне (зубчатое колесо погружают в масло на глубину до ⅓ радиуса).

В зависимости от числа ступеней зубчатые передачи бывают одно- и многоступенчатые.

В зависимости от относительного характера движения валов различают рядовые зубчатые передачи (см. рис. 3.1) и планетарные.