Лекции по "Деталям машин"

Условие работоспособности передачи :  R_f³F_t . Нарушение этого условия приводит к буксованию.

· Один каток к другому может быть прижат:

- предварительно затянутыми пружинами (при передаче  небольших нагрузках);

- гидроцилиндрами (при передаче больших нагрузок);

- собственной массой машины или узла;

- через систему рычагов с помощью перечисленных выше средств;

- центробежной силой (в случае сложного движения катков в планетарных системах).

· Фрикционные передачи классифицируют по следующим признакам:

      1) по назначению:

- с нерегулируемым передаточным числом (рис.1.4 -1.6);

- с бесступенчатым регулированием передаточного числа (вариаторы) - без промежуточного звена (рис. 1.7) и с   промежуточным звеном (рис. 1.8  и 1.9);

       2) по взаимному расположению осей валов:

- цилиндрические или конусные с параллельными осями (рис. 1.4; 1.5 и 1.9);  

- конические и лобовые с пересекающимися осями (рис. 1.6 и 1.7);

- торовые соосные (рис. 1.8);

       3) в зависимости от условий работы:

- открытые (работают всухую);

- закрытые (работают в масляной ванне рис. 1.10);

       4) по   принципу   действия: 

- нереверсивные   (рис. 1.4 -1.6; 1.8 и 1.9);

- реверсивные (рис. 1.7).    рис. 1.4

рис.1.5    рис.1.6                     рис.1.7        

рис.1.8      рис.1.9       рис.1.10

 · Достоинства фрикционных передач: а) простота конструкции и обслуживания; б) плавность передачи движения и бесшумность   работы;   в)   большие   кинематические   возможности (преобразование вращательного движения в поступательное, бесступенчатое изменение скорости, возможность реверсирования на ходу, включение и выключение передачи на ходу без остановки); г) за счет возможностей пробуксовки передача обладает предохранительными свойствами. Однако после пробуксовки передача, как правило, резко ухудшает свои качества - появляются лыски на катках, неравномерно срабатываются фрикционные поверхности и т. д. Поэтому использовать пробуксовку как предохранительное средство не рекомендуется.

    Недостатки: а) непостоянство передаточного числа из-за проскальзывания; б) незначительная передаваемая мощность (открытые передачи - до 10… 20 кВт; . закрытые - до 200…300  кВт;  в)  для открытых   передач сравнительно   низ кий КПД; г) большое и неравномерное изнашивание катков при буксовании; д) необходимость применения опор валов специальной конструкции с прижимными устройствами (это делает передачу громоздкой); е) для силовых открытых передач незначительная окружная скорость (v £ 7 …10 м/с).

  · Область применения фрикционных передач с постоянным передаточным числом. Вследствие отмеченных выше недостатков в машиностроении эти передачи применяют сравнительно редко (фрикционные прессы, молоты, лебедки в буровой технике и т. п.), чаще применяют в приборах и аппаратах, где требуется плавность и бесшумность работы (магнитофоны, проигрыватели, спидометры и т. п.). Наиболее распространены в машиностроении вариаторы - фрикционные передачи с переменным передаточным числом. Их применяют в металлорежущих станках, в приводах текстильных и транспортных машин и т. п.

  · Материалы катков фрикционных передач. К материалам трущихся поверхностей катков предъявляют следующие требования: высокие износостойкость, коэффициент трения f, модуль упругости Е и влагостойкость. Катки фрикционных передач изготовляют из однородных или разнородных материалов. При этом целесообразно ведомый каток выполнять из более износостойкого материала. Применяют следующие сочетания материалов.

1. Для быстроходных закрытых силовых передач — закаленная сталь по закаленной стали (Cтали ШХ15, 40ХН, 18ХГТ и др.). Такое сочетание обеспечивает наибольшую компактность передачи, но требует более точного изготовления и малых параметров шероховатости поверхностей.
2. Для открытых тихоходных силовых передач — чугун по чугуну (СЧ 15; СЧ 20; СЧ 25 и др.) или чугун по стали. Чаще применяют чугун по стали, что обеспечивает меньший шум при работе передачи.
3. Для малонагруженных открытых передач, не требующих большой долговечности - текстолит, гетинакс или фибра по стали или по чугуну. Такое сочетание материалов позволяет уменьшить требования к качеству обработки контактирующих поверхностей, так как они хорошо прирабатываются.
4. Для передачи незначительных вращательных моментов - кожа, резина, прорезиненная ткань, ферродо, пластмассы по стали или чугуну. Один из катков изготовляют из стали или чугуна (чаще ведомый), а второй покрывают одним из перечисленных неметаллических материалов.

 

    · Основные виды повреждений рабочих поверхностей катков.

 

Усталостное выкрашивание (питтинг). Сила прижатия катков F_r , необходимая для обеспечения работоспособного состояния фрикционной передачи, на опорной поверхности катков вызывает значительные контактные напряжения s_к . Эти напряжения(рис. 1.11, а) носят циклический характер, так как при обкатывании точки обода катка проходят неподвижную точку контакта. Циклическое действие контактных напряжений способствует развитию усталостных микротрещин на рабочих поверхностях катков. В закрытых передачах, работающих при обилии смазочного материала, микротрещины расклиниваются смазочным материалом, и от рабочей поверхности катка выкрашиваются частицы металла (рис. 1.11, б). Такой вид разрушения катка называют усталостным выкрашиванием.

Условие для предотвращения усталостного выкрашивания (или условие прочности):   s_н£ [s_н],  где[s_н] - допустимое контактное напряжение для материала катков.

                                                                                                        рис. 1.11

                                                   

                                                                                                  

Изнашивание. Этот вид повреждения рабочих поверхностей катков чаще наблюдается в открытых передачах, так как именно в эти передачи в процессе работы больше всего попадает абразивных материалов, что, в свою очередь, увеличивает их изнашивание. Наблюдается также изнашивание катков при буксовании и вследствие упругого скольжения как в открытых, так и в закрытых передачах.

   

 

 

 

 

 

· Цилиндрической называют фрикционную передачу с параллельными осями валов и с рабочими поверхностями цилиндрической формы . Простейшая фрикционная передача с гладкими катками и постоянным передаточным числом показана на рис. 1.4. Один вал d₁ устанавливают на неподвижных подшипниках, подшипники другоговала d₂ - плавающие. Катки 1 и 2 закрепляют на валах с помощью шпонок и прижимают один к другому специальным устройством с силой F_r. Цилиндрические фрикционные передачи с гладкими катками применяют для передачи небольшой мощности (в машиностроении до 10 кВт); эти передачи находят широкое применение в приборостроении. Для одноступенчатых силовых цилиндрических фрикционных передач рекомендуется и < 6.

     Аналогичное назначение имеет цилиндрическая фрикционная передача с катками клинчатой формы (. рис. 1.5). В передачах с клинчатыми катками при данной силе прижатия F_r одного катка к другому нормальные силы между рабочими поверхностями, а следовательно, и силы трения значительно больше, чем в передачах с гладкими катками (тем большие, чем меньше угол клина).Это позволяет снизить в передачах с клинчатыми катками силу F_r в 2… 3 раза.

Число клиновых выступов для катков принимают равным z = 3…5 (рис. 1.12). При z>5 условие равномерного прилегания всех рабочих поверхностей таких катков ухудшается. Мощность этой передачи достигает 15 кВт. Недостатки: большое изнашивание клиновых выступов катков; сложность изготовления катков; более низкий КПД (h = 0,88…0,9), чем в передаче с гладкими катками ( h до 0,92).

                                                                       рис. 1.12

                                                                      

  · Конической  называют фрикционную передачу с пересекающимися валами и катками, рабочие поверхности которых конические. На рис. 1.6 показана фрикционная коническая передача с постоянным передаточным числом. Ее устройство аналогично цилиндрической фрикционной передаче. Прижимной каток конической передачи обычно меньший, так как при этом необходима меньшая сила нажатия. Угол  между осями валов может быть различным ( как правило, равен 90°). Для нормальной работы передачи необходимо, чтобы общая вершина конусов лежала в точке пересечения геометрических осей валов. Коническая фрикционная передача может быть нереверсивной (чаще) и реверсивной. Ее применяют для передачи небольшой мощности (до 25 кВт).

   ·  Фрикционным вариатором или просто вариатором, называют фрикционный механизм, предназначенный для бесступенчатого регулирования передаточного числа. Вариаторы выполняют в виде отдельных одноступенчатых механизмов с непосредственным касанием катков ( рис. 1.7) или с промежуточным диском

( рис. 1.8 и 1.9). Основная кинематическая характеристика вариатора - диапазон варьирования угловой скорости (передаточного числа) ведомого вала при постоянной угловой скорости ведущего вала:

                                             

 

    · Лобовые вариаторы ( рис.1.7). Ведущий каток 1радиуса R₁ устанавливается на валу на скользящей шпонке и может перемещаться вдоль оси. Ведомый каток 2 радиуса R₂ закреплен на валу неподвижно. За счет нажимного устройства создается сила трения, необходимая для работы вариатора. Бесступенчатое изменение угловой скорости в этом вариаторе достигается перемещением вдоль вала ведущего катка 1; 
при этом R₁ = const; R₂ ¹ const. Отсюда передаточное число

                                 и = R₂/R₁ ¹ const. 

Лобовой вариатор позволяет изменять направление и частоту вращения ведомого вала, останавливать его на ходу без выключения привода.

· Торовые вариаторы ( рис. 1.8). На концы валов насажены две торовые чашки 1 и 2. Вращение от ведущей чашки к ведомой передается промежуточными дисками 3, свободно вращающимися на осях 4. Угловая скорость ведомой чашки изменяется при одновременном повороте осей 4 вокруг шарнира 5. При этом изменяются радиусы R₁ и R₂ чашек 1 и 2, т. е. R₁¹ const; R₂ ¹ const. Отсюда

и = R₂/R₁ ¹ const.

Для торовых вариаторов диапазон варьирования

                                                                           Д = (R_max / R_min)²

· Вариатор с коническими катками ( рис.1.9). На ведущем и ведомом валу установлены катки 1 и 2 с рабочими поверхностями конической формы. Вращение от ведущего катка 1 к ведомому 2 передается промежуточным диском 3 цилиндрической формы, свободно вращающимся на оси 4. Пружина 5 обеспечивает необходимую силу нажатия для нормальной работы вариатора. При перемещении промежуточного диска 3 вдоль оси 4 радиусы R₁ и R₂ ведущего 1 и ведомого 2 катков изменяются. В данной конструкции вариатора R₁ ¹ const; R₂ ¹ const. Отсюда

                                                                       и = R₂ /R₁ ¹ const.

Диапазон   варьирования   для   вариаторов   с   коническими катками

                             Д =(R_max / R_min)²

 

§ 5. ЗУБЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ

 

        Зубчатые передачи - наиболее распространенный тип передач в современном  машиностроении  и приборостроении;  их применяют  в  широких диапазонах   скоростей   (до   100   м/с), мощностей (до десятков тысяч киловатт) и передаточных чисел.

   · Достоинства зубчатых передач по сравнению с другими видами передач:

  - постоянство передаточного числа; 
-  высокая нагрузочная способность;

  - высокий КПД (до 0,97…0,99 для одной пары колес);

  - малые габаритные размеры по сравнению с другими видами передач при равных условиях; 
  -  большая надежность в работе, простота обслуживания;

  - сравнительно малые нагрузки на валы и опоры.

· Недостатки зубчатых передач:

  -  невозможность бесступенчатого изменения передаточного числа;

  -  высокие требования к точности изготовления и монтажа;

  -  шум при больших скоростях;

  -  плохие амортизирующие  свойства (что отрицательно влияет на компенсацию динамических нагрузок);

  -  громоздкость при больших расстояниях между осями ведущего и ведомого валов;

  -  потребность в специальном оборудовании и инструменте для нарезания зубьев;

  -  зубчатая передача не предохраняет машину от возможных опасных перегрузок.

· Классифицируют зубчатые передачи и колеса  по следующим признакам :

      1) по взаимному расположению осей колес

  - с параллельными осями      (цилиндрические,  рис. 1.13, а - д),

  - с пересекающимися осями (конические,  рис. 1.13, ж - и),

  - со скрещивающимися осями (винтовые,  рис. 1.13, е, к);

2) по расположению зубьев относительно образующих колес: прямозубые, косозубые, шевронные; с криволинейным зубом;

3) по конструктивному оформлению: открытые и закрытые (рис.1.14: а - схема; б - общий вид) показаны зубчатые пары, установленные в закрытом корпусе;

4) по окружной скорости тихоходные (до 3 м/с), для средних скоростей (3…15 м/с), быстроходные (св. 15 м/с);

5) по числу ступеней одноступенчатые и многоступенчатые;

6) по расположению зубьев в передаче и колесах: внешнее, внутреннее (рис.1.13,д) и реечное зацепление (рис.1.13, г);

7) по форме профиля зуба - с эвольвентными и с неэвольвентными зубьями;

8) по точности зацепления: стандартом предусмотрено 12 степеней точности. Передачи общего машиностроения изготовляют от шестой до десятой степени точности. Передачи, изготовленные по шестой степени точности, используют  для  наиболее ответственных случаев.