Лекции по "Деталям машин"

Силы взаимодействия между зубьями принято определять в полюсе зацепления П (рис. 1.28). Распределенную по контактным линиям нагрузку в зацеплении заменяют равнодействующей F_n , которая направлена по линии зацепления NN. Для расчета зубьев, валов и опор силу F_n раскладывают на составляющие:окружную силу F_t и радиальную силу F_{r .}

  · Косозубые цилиндрическая зубчатые передачи, как и прямозубые, предназначены для передачи момента между параллельными валами (рис. 1.13, б). У косозубых колес оси зубьев располагаются не по образующей делительного цилиндра, а по винтовой линии, составляющей с образующей угол b.  

            В отличие от прямозубой в_косозубой передаче зубья входят в зацепление не сразу по всей длине, а постепенно. Увеличивается время контакта одной пары зубьев, в течение которого входят в зацепление новые пары зубьев, нагрузка нередаётся по большому числу контактных линий, что значительно снижает шум и динамические нагрузки. Чем больше угол наклона линии зуба b ( рис. 1.29), тем выше плавность зацепления. У пары сопряженных косозубых  колес с внешним зацеплением углы b равны, но противоположны по направлению. В косозубой передаче нормальная сила F_n составляет угол b с торцом колеса и раскладывается на составляющие:окружную силу F_t , радиальную силу F_r и осевую силу F_a (рис.1.30).

 Осевая сила F_а дополнительно рагружает подшипники, возрастая с увеличением b. По этой причине для косозубых колес принимают b = 8…18^°. Наличие в зацеплении осевых сил является недостатком передачи.Передаточное число для одной пары и < 12.

       Достоинства косозубых передач по сравнению с прямозубыми: уменьшение шума при работе; меньшие габаритные размеры; высокая плавность зацепления; большая нагрузочная способность; значительно меньшие дополнительные динамические нагрузки.

 · Шевронные цилиндрическая зубчатые колеса представляют собой разновидность косозубых колес. .Цилиндрическое зубчатое колесо, венец которого по ширине состоит из участков с правыми и левыми зубьями, называют шевронным колесом.(рис. 1.31). Часть венца зубчатого колеса, в пределах которого линии зубьев имеют одно направление, называют полушевроном. Различают шевронные колеса с жестким углом (рис.1.31,б), предназначенным для выхода режущего инструмента при нарезании зубьев. Шевронные передачи обладают всеми преимуществами косозубых, в то время как осевые силы противоположно направлены и на подшипник не передаются (рис. 1.31, а) . В этих передачах допускают большой угол наклона зубьев (b = 25…40°). Ввиду сложности изготовления шевронные передачи применяют реже, чем косозубые, т. е. в тех случаях, когда требуется передавать большую мощность и высокую скорость, а осевые нагрузки нежелательны.

 

          рис. 1. 28                                                                                                           

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                   рис. 1. 29                                   рис. 1. 30                                                           рис. 1. 31

 

 · Конической называют зубчатую передачу с пересекающимися осями, у которой начальные и делительные поверхности колес конические.  Коническая передача состоит из двух конических зубчатых колес и служит для передачи вращающего момента между валами , оси которых пересекаются под углом . Наиболее распространена в машиностроении коническая передача с углом между осями 90°. Колеса конических передач выполняют с прямыми (рис. 1.13, ж), косыми (рис. 1.13, з), круговыми зубьями (рис. 1.13, и).

    Передачу с коническими колесами для передачи вращающего момента между валами со скрещивающимися осями называют гипоидной (рис. 1.13, к). Эта передача находит применение в автомобилях.

По стоимости конические передачи дороже цилиндрических при равных силовых параметрах. Их применение диктуется только необходимостью передавать момент при . пересекающихся осях валов. Передаточное число одной пары и £ 6,3.

 

 

   · Передачи с зацеплением Новикова состоят из двух цилиндрических косозубых колес (рис. 1.35, а) или конических колес (рис. 1.35, б) с винтовыми зубьями и служат для передачи момента между валами с параллельными или пересекающимися осями. Особенность зацепления Новикова состоит в том,  что   в   этом  зацеплении  первоначальный линейный контакт (рис. 1.35, в), характерный для эвольвентной передачи, заменен точечным, превращающимся под нагрузкой в контакт с хорошим прилеганием (рис. 1.35, г). Простейшими профилями зубьев, обеспечивающими такой контакт, являются профили, очерченные по дуге окружности или близкой к ней кривой. Обычно профиль зубьев шестерни делается выпуклым, а профиль зубьев колес вогнутым или наоборот. Такая конструкция зубьев увеличивает нагрузочную способность данной передачи по сравнению с эвольвентной передачей при равных условиях.

    Достоинством передач с зацеплением Новикова является высокая нагрузочная способность. При твердости рабочих поверхностей до НВ 350 можно принимать допускаемую нагрузку примерно в 2,5 раза больше допускаемой нагрузки для эвольвентных прямозубых передач тех же основных размеров, выполненных из тех же материалов, с той же термической обработкой . Благодаря большей нагрузочной способности передачи с зацеплением Новикова более компактны (рис 1.36): имеют почти в 2 раза меньшие габариты по сравнению с передачами с эвольвентным зацеплением при одинаковой передаваемой мощности. Передачи с зацеплением Новикова допускают большее передаточное число, а вследствие хорошо удерживающейся масляной пленки между соприкасающимися зубьями уменьшается изнашивание зубьев, повышается КПД передачи (потери на трение в зацеплении Новикова примерно в 2 раза меньше, чем потери в эвольвентном зацеплении). Шум во время их работы значительно ниже.

     Недостатками являются большая (чем в эвольвентных зацеплениях) чувствительность к изменению межосевого расстояния; с увеличением нагрузки в зацеплении возрастает осевая составляющая, что, в свою очередь, усложняет конструкцию применяемых подшипниковых узлов; при ухудшении контакта (например, в случае перекоса валов и изменения межосевого расстояния) вся нагрузка, действующая на зубья, может сосредоточиться на небольшом участке длины зубьев, в результате чего зубья могут оказаться сильно перегруженными; необходимость иметь две специальные фрезы для нарезания зубьев (для шестерни и колеса).

 

                                                                    рис. 1. 32                                                                                рис. 1. 33

 

 

 

                                                                             рис. 1. 34

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПЛАНЕТАРНЫЕ   И   ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ ЗУБЧАТЫЕ   ПЕРЕДАЧИ

   · В машиностроении нередко возникает необходимость реализации с помощью малогабаритных передач больших передаточных чисел. Кроме того, имеется необходимость в механизмах, обеспечивающих вращение с непрерывным сложением или вычитанием двух независимых угловых скоростей. Для осуществления этих требований наиболее пригодны так называемые дифференциальные и планетарные зубчатые механизмы ( рис. 1.37).

   · Зубчатый механизм, кинематическая схема-которого изображена на рис. 1.35, имеет два ведущих звена. Такой механизм получил название дифференциального механизма. Он состоит из центральных колес 1 и 4, которые вращаются соответственно вокруг осей 0₁ и 0₃. Колеса 1 и 4 соединены с помощью блока шестерен 2 и 3, сидящих на общей оси 0₂. Ось 0₂ может вращаться вокруг общей оси механизма при помощи водила 5 (рычага), у которого один конец соединен через подшипник с осью 0₂, а второй проходит через полую ось колеса 4. Таким образом, колеса 2 и 3 совершают сложное движение, состоящее из собственного вращения вокруг оси 0₂ и вращения вместе с водилом вокруг 0_В.

Данный механизм имеет три выходных звена: ось колеса 1 - 0₁ ось колеса 4 - 0₃, ось водила - 0_В. Каждое из этих звеньев может совершать вращательное движение с различным сочетанием угловых скоростей, поэтому дифференциальный механизм не имеет определенного передаточного числа.

   · Если у дифференциального механизма какое-либо звено (например, колесо 4) сделать неподвижным, то произойдет потеря одной степени свободы. При этом получим механизм с иными характеристиками, который называют   планетарным   м е ханизмом. Таким образом, планетарные механизмы являются частным случаем дифференциальных механизмов. На рис. 1.36 изображена кинематическая схема планетарного механизма, у которого колесо 4 неподвижно. В этом случае угловая скорость w₃ = 0 и колеса 2 и 3 уже не будут совершать сложного движения, а будут просто перекатываться по колесу 4. Движение подвижных колес 2 и 3 вокруг неподвижного колеса 4 напоминает движение планет вокруг солнца. Отсюда и соответствующие названия: неподвижное колесо называют   солнечным,    подвижные сателлитами, а сам механизм - планетарным. Планетарные механизмы, в отличие от дифференциальных, имеют одно ведущее звено и вполне определенное передаточное число.

                                                                                                                                                                

 

      рис. 1. 35                                                                         рис 1. 36                                                    рис. 1. 37                                                                                          

 

 

 

    · Достоинство - широкие кинематические возможности, позволяющие использовать передачу в качестве редуктора коробки скоростей, передаточное число в которой изменяется путем поочередного торможения различных звеньев, и как дифференциальный механизм. Планетарный принцип позволяет получать большие передаточные числа (до тысячи и больше) без применения многоступенчатых передач.

Эти передачи компактные и имеют  малую массу. Переход от простых  передач к планетарным позволяет  во многих случаях снизить их массу в 4 раза .и более. Сателлиты в планетарной передаче расположены симметрично, а это снижает нагрузки на опоры (силы в передаче взаимно уравновешиваются), что приводит к снижению потерь и упрощает конструкцию опор. Эти передачи работают с меньшим шумом, чем обычные зубчатые.

      Для однорядной планетарной передачи u = 1,25…8, 0 для многоступенчатых  u = 30…1000, для кинематических передач и ³ 1600. Чем больше передаточное отношение планетарной передачи, тем меньше КПД (h = 0,99…0,1).

 

 

§ 6. ПЕРЕДАЧА ВИНТ - ГАЙКА

   · Передача винт - гайка (рис. 1.38) состоит из винта 1 и гайки 2, соприкасающихся винтовыми поверхностями.

 Передача винт-гайка предназначена для преобразования вращательного движения в поступательное и наоборот.

Различают два типа передач винт-гайка: передачи трения скольжения (рис. 1.38 – 1.40) и передачи трения качения (рис. 1.41).

Ведущим элементом в передаче, как правило, является винт, ведомым- гайка. Конструктивно передача винт - гайка может быть выполнена:

- с вращательным движением винта и поступательным движением гайки ( рис. 1.38);

- с вращающимся и одновременно поступательно перемещающимся винтом при неподвижной гайке (рис.1.39);

- с вращательным движением гайки 1 и поступательным движением винта 2 ( рис. 1.40).

   · Применеются передачи винт-гайка в устройствах, где требуется получать большой выигрыш в силе, например в домкратах, винтовых прессах, нагрузочных устройствах испытательных машин, механизмах подач металлорежущих станков или в измерительных и других механизмах для точных делительных перемещений.

 

                                                                                                                                                                                                           Рис 1.42        

рис.1.38                         рис. 1.39                         рис. 1.40                         рис. 1.41                                рис. 1.43

 

   · Винт по конструкции  представляет собой цилиндрический стержень цельной или сборной конструкции с резьбой. Резьба образуется путем нанесения на цилиндрический стержень винтовых канавок с сечением определенного профиля. По форме профиля резьбы делят на треугольные (рис. 1.42, а), прямоугольные (рис. 1.42, б), трапецеидальные (рис. 1.42, в), упорные (рис. 1.42, г), круглые (рис. 1.42, д) и др.

     Винтовая линия (и соответственно резьба) может быть правой и левой. Правая винтовая линия идет слева направо и вверх (рис.1.43, а,в), левая - справа налево и вверх (рис. 1.43, б). Наиболее распространенной в машиностроении является правая резьба.

 Если по «параллельным» винтовым пиниям перемещаются два или несколько рядом расположенных профиля, то они образуют многозаходную резьбу. По числу заходов резьбы делятся на однозаходную ( рис. 1.43, а), двухзаходную ( рис. 1.43, б), трехзаходную (рис. 1.43, в) и т. д. Наибольшее распространение имеет однозаходная  резьба.  В   многозаходной   резьбе:  р - шаг резьбы; S — ход резьбы. Для однозаходной резьбы р = S. Для многозаходной резьбы S = pz, где S — ход резьбы; р - шаг резьбы; z - число заходов.

 В передаточных (грузовых и ходовых) винтах чаще применяют трапецеидальную резьбу со средним шагом. Резьбу с мелким шагом применяют для делительных перемещений повышенной точности, с крупным - при тяжелых условиях работы силовой передачи.Для винтов, находящихся под действием больших односторонних нагрузок, применяют упорную резьбу. Реже (для передаточных винтов) применяют прямоугольную резьбу. Для шариковых винтовых пар применяют специальные профили резьб, одна из которых показана на рис. 1.41. Конструкции винтов должны удовлетворять общим требованиям, предъявляемым к конструкции валов, т. е. не иметь резких переходов, кольцевых выступов большого диаметра и т. п.

Материал винтов - Сталь 45, 50, Ст4, Ст5, У10, 40Х, 40ХГ, 40ХВГ, 65Г и др.

· Гайку в большинстве случаев выполняют в форме втулки 2 (рис. 1.38), иногда с фланцем для ее осевого крепления (рис. 1.39), цельной или разъемной конструкции. В отдельных случаях выполняют гайки более сложных конструкций (с компенсацией износа и т. п.).

Основной причиной выхода из строя  передач винт - гайка является изнашивание гайки (реже винта). Для уменьшения трения и изнашивания резьбы гайки передачи изготовляют из бронз (БрОФЮ-1, БрОЦС6-6-3, БрАЖ 9-4 и др.), а также из серого (СЧ 20, СЧ 25) и антифрикционного чугунов (АЧВ-2,АЧК-2). Для уменьшения расхода бронзы гайки делают из двух металлов: корпус гайки — из стали или чугуна; рабочую часть гайки — из бронзы, а иногда из баббита.