Лекции по "Деталям машин"

 

 

 

                                  § 7. ЧЕРВЯЧНЫЕ ПЕРЕДАЧИ

   · Червячная передача (рис. 1.44) - механизм для передачи вращения между валами посредством винта (червяка 1) и сопряженного  с   ним   червячного   колеса   2.   Геометрические оси валов при этом скрещиваются под углом 90°. Ведущим элементом здесь обычно является червяк (как правило, это винт с трапецеидальной резьбой), ведомым - червячное колесо с зубьями особой формы, получаемыми в результате взаимного огибания с витками червяка.Червячные передачи применяют при небольших и средних мощностях в разных отраслях машиностроения.

   · Червячные передачи бывают: цилиндрические (с цилиндрическими червяками, рис. 1.44, а, в); глобоидные (с глобоидными червяками, рис. 1.44, б).

   · Червяки по числу витков делят на однозаходные и многозаходные, по направлению витка - левые или правые. С увеличением числа заходов (витков) червяка угол подъема винтовой линии возрастает, что повышает КПД передачи. Поэтому однозаходные (одновитковые) червяки не всегда рекомендуется применять. В большинстве случаев червяки изготовляют за одно целое с валом, реже - отдельно от вала, а затем закрепляют на нем.

   · Червячное колесо в отличие от косозубых зубчатых колес имеет вогнутую форму зуба, способствующую облеганию витков червяка. Направление и угол подъема зубьев червячного колеса соответствуют направлению и углу подъема витков червяка.

Червячные колеса изготовляют цельными (рис. 1.44, а) или сборными (на рис. 1.44, в показан венец червячного колеса). Минимальное число зубьев колеса z_{2 min} определяют из условия отсутствия подрезания и обеспечения достаточной поверхности зацепления. Для силовых передач рекомендуется принимать z_{2 min} = 28, во вспомогательных кинематических передачах z_{2 min} = 17…18. Максимальное число зубьев не ограничено, но в силовых передачах чаще принимают 50…60 (до 80). В кинематических передачах z₂ может доходить до 600…1000.

рис1.44.               рис.1.45.     

   · Глобоидная червячная передача (рис. 1.45). Витки ее червяка расположены на глобоидной (торовой) поверхности. Эта передача появилась сравнительно недавно, имеет повышенную нагрузочную способность (в 1,5…2 раза больше, чем у обычных червячных передач), так как линия контакта в глобоидных передачах располагается благоприятно, что улучшает условия для образования масляных клиньев, и в зацеплении находится большее число зубьев колеса и витков червяка.

Глобоидиые передачи требуют повышенной точности изготовления и монтажа, искусственного охлаждения. Эти передачи применяют реже, чем цилиндрические.

   · Материалы в червячной передаче должны иметь в сочетании низкий коэффициент трения, обладать повышенной износостойкостью и пониженной склонностью к заеданию. Обычно это разнородные материалы.

Червяки изготовляют в основном из сталей марок 40, 45, 50 (реже из Сталей 35, Ст5) с закалкой до HRC 45 … 55; 15Х, 20Х, 40Х, 40ХН, 12ХНЗ, 18ХГТ с цементацией и закалкой до HRC 58…63. Червячные колеса (или их венцы) изготовляют только из антифрикционных сплавов. При скоростях скольжения до 2 м/с и больших диаметрах колес для их изготовления можно использовать чугуны марок СЧ 15, СЧ 20, СЧ 25; до 6 м/с — применяют алюминиево-железистые Бронзы БрАЖ9 - 4 (при этом червяк должен иметь твердость не менее HRC 45), до 25 м/с и длительной работе без перерыва применяют оловянную Бронзу БрОФЮ-1, оловянно-никелевую Бронзу БрОНФ. Для силовых передач малой мощности и в приборах колеса могут быть изготовлены из древеснослоистых пластиков (ДСП), текстолита, капрона, нейлона.

   · Передаточное число червячной передачи и определяют из условия, что за каждый оборот червяка колесо поворачивается   на   число   зубьев,   равное   числу   витков   червяка, и = z₂ / z₁,где z₂ - число зубьев колеса червячной передачи, z₁ — число витков червяка.

   · Достоинства червячных передач: возможность получения больших передаточных чисел (одной парой - от 8 до 100, а в кинематических передачах - до 1000); плавность и бесшумность работы; возможность выполнения самотормозящей передачи (ручные грузоподъемные тали); компактность и сравнительно небольшая масса конструкции передачи. Недостатки: сравнительно невысокий КПД (0,7… 0,85); в самотормозящих передачах - до 0,5; сильный нагрев передачи при длительной работе; необходимость применения для колеса дорогих антифрикционных материалов; небольшие по сравнению с зубчатой передачей передаваемые мощности (до 200 кВт, чаще - до 50 кВт).

     · КПД закрытой червячной передачи должен учитывать потери в зацеплении и подшипниках, а также потери на разбрызгивание, перемешивание масла и др. Среднее значение КПД при однозаходном червяке можно принимать равным 0,7…0,75; при двухзаходном 0,75…0,82; трех- и четырехзаходном 0,83…0,92.

§ 8.  РЕМЕННЫЕ ПЕРЕДАЧИ

   · Ременная передача относится к передачам трением с гибкой связью и может применяться для передачи движения между валами, находящимися на значительном расстоянии один от другого. Она состоит (рис. 1.46, а) из двух шкивов (ведущего 1, ведомого 2) и охватывающего их ремня 3. Для нормальной работы передачи необходимо предварительное натяжение ремня, обеспечивающее возникновение сил трения на участках контакта (ремень-шкив). Для создания и регулирования натяжения ремней здесь предусматриваются натяжные устройства (рис. 1. 47, д и рис. 1.48). В передачах без этих устройств натяжение создается за счет упругой деформации ремня, надеваемого на шкивы с натягом.

   · Ременные передачи классифицируют по следующим признакам:

1) по форме сечения ремня:  

- плоскоременные     (рис. 1.46, б);

- клиноременные ( рис. 1.46, в);

- круглоременные ( рис. 1.46, г);

       - с зубчатыми ремнями ( рис. 1.46, д),

       - с поликлиновыми ремнями ( рис. 1.46, е).     

2) по взаимному расположению осей валов:

        -с параллельными осями ( рис. 1.47, а, б);

        -с пересекающимися осями -угловые ( рис. 1.47, г);

        -со скрещивающимися осями ( рис. 1.47, в).

3) по направлению вращения шкива:

        -с одинаковым направлением (открытые и полуоткрытые) ( рис. 1.47, а, в - ж);

        -с противоположными направлениями (перекрестные), ( рис. 1.47, б).

4) по способу создания натяжения ремня:

        - простые ( рис. 1.46);

        - с натяжным роликом ( рис. 1.47, д);

        - с натяжным устройством ( рис. 1.48).

5) по конструкции шкивов:

        -с однорядными шкивами ( рис. 1 47, а - д);

        -со ступенчатыми шкивами (рис. 1.47, е);

       - с раздвижными конусными шкивами (клиноременный вариатор, рис. 1.47, ж).

                                                                       

                            рис.1.46                                                   рис. 1.47                                                          рис. 1.48

                                                                                                                                                              

   · Достоинства: 1) Возможность расположения ведущего и ведомого шкивов на больших расстояниях;

 2) Плавность хода, бесшумность работы передачи и способность предохранения передачи от поломки; 3) Возможность работы с большими угловыми скоростями; 4) Простота конструкции.

Недостатки: 1) Непостоянство передаточного числа вследствие проскальзывания ремней; 2) Постепенное вытягивание ремней, их недолговечность; 3) Необходимость постоянного ухода (установка и натяжение ремней, их перешивка и замена при обрыве и т. п.); 4) Сравнительно большие габаритные размеры передачи; 5) Необходимость натяжного устройства.

   · Область применения. Наибольшее распространение в машиностроении находят клиноременные передачи (в станках, автотранспортных двигателях и т. п.). Эти передачи широко используют при малых межосевых расстояниях и вертикальных осях шкивов, а также при передаче вращения несколькими шкивами. При необходимости обеспечения ременной передачи постоянного передаточного числа и хорошей тяговой способности рекомендуется устанавливать зубчатые ремни. При этом не требуется большего начального натяжения ремней; опоры могут быть неподвижными. Плоскоременные передачи в настоящее время применяют сравнительно редко (они вытесняются клиноременными). Круглоременные передачи (как силовые) в машиностроении не применяются. Их используют в основном для маломощных устройств в приборостроении и бытовых механизмах (магнитофоны, швейные машины и т. д.). Передаваемая мощность силовых ременных передач практически достигает 50 кВт, хотя известны плоскоременные передачи мощностью и  1500 кВт.  Скорость ремня v = 5…30 м/с (в сверхскоростных передачах v = 100 м/с).

                                                         

Плоскоременная передача

   · Плоскоременной называют ременную передачу с параллельными, пересекающимися или скрещивающимися осями с плоским приводным ремнем. На рис.1.47 (кроме ж) показаны варианты плоскоременной передачи. Эта передача проста по конструкции, может работать при весьма высоких скоростях (до 100 м/с) и больших межосевых расстояниях (до 15 м). Вследствие большой эластичности ремня она обладает сравнительно высокой долговечностью. Для плоскоременных передач рекомендуется принимать и < 6 (с натяжным роликом - до 10). До появления клиноременной передачи плоскоременная имела преимущественное распространение.

   · На практике встречаются самые различные конструкции передач с плоским ремнем. Рассмотрим наиболее типичные:

- открытая ( рис. 1.47, а) — самая простая, надежная и удобная в работе передача; ее применяют при параллельных осях;

- перекрестная ( рис. 1.47, б) - используется при необходимости вращения шкивов в противоположных направлениях и параллельных осях. Имеет повышенное изнашивание кромки ремня. Эта передача не находит широкого применения;

- полуперекрестная ( рис. 1.47, в) — передача для перекрещивающихся осей;

- угловая (рис. 1.47, г) — рекомендуется при пересекающихся осях (преимущественно под углом 90°).

   · Материалы плоскоременных передач.

Общие требования к материалам приводных ремней: износостойкость   и   прочность   при   циклических   нагрузках;высокий коэффициент трения со шкивами; малый модуль упругости.

Для ремней плоскоременных лередач  используют прорезиненную хлопчатобумажную и шерстяную ткань, синтетические материалы, в особых случаях — кожу.

Шкивы изготовляют из чугуна марки СЧ 10, СЧ 15, СЧ 25 и др. Шкив сварных конструкций изготовляют из стали марок Ст1, Ст2 и др. Для шкивов облегченных конструкций используют алюминиевые сплавы, текстолиты.

   · Конструкции ремней для плоскоременных передач. В машиностроении применяется в основном четыре вида плоских приводных ремней. Размеры и характеристики кожаных, прорезиненных и хлопчатобумажных ремней стандартизованы .

Кожаные ремни изготовляют из. кожи животных (кожу подвергают специальному дублению). Эти ремни обладают высокой тяговой способностью, эластичностью и износостойкостью. Однако из-за дефицитности и высокой стоимости в настоящее время их применяют редко, только для особо ответственных конструкций.

     Прорезиненный ремень. Его основа - прочная кордовая провулканизирванная техническая ткань (в два - девять слоев). Резина делает ремень монолитным и защищает ткань от истирания во время работы передачи. В зависимости от варианта укладки тканевой основы перед вулканизацией ремни делят на три типа (рис. 1.49): А — нарезные (ткань нарезается по ширине ремня); B — послойно-завернутые; В — спирально-завернутые. Наиболее гибкие ремни типа А, они получили преимущественное распространение. Прорезиненные ремни всех типов изготовляют как без резиновых обкладок (для нормальных условий работы), так и с обкладками   (для   работы   в   сырых помещениях, а также в среде, насыщенной парами кислот и щелочей).

    Синтетические тканевые ремни изготовляют из капроновой или нейлоновой ткани, которую пропитывают полиамидным раствором и покрывают специальной полиамидной пленкой. Эти ремни имеют малую массу и сравнительно высокий коэффициент трения с шкивом (f = 0,5). Применяются в приводах быстроходных и сверхбыстроходных передач ([v] £ 100 м/с). Наиболее высокие эксплуатационные показатели имеют нейлоновые ремни.

Хлопчатобумажные ремни изготовляют на ткацких станках из хлопчатобумажной пряжи в несколько переплетающихся слоев (четыре - восемь) с последующей пропиткой азокеритом и битумом. По нагрузочной способности они уступают кожаным и прорезиненным ремням, менее долговечны и непригодны для применения в сырых ломещениях. Хлопчатобумажные ремни имеют меньшую стоимость, чем прорезиненные.

Шерстяные ремни изготовляют из шерстяной пряжи, переплетенной и прошитой хлопчатобумажной пряжей, пропитанной составом из олифы, мела и железного сурика. Нагрузочная способность этих ремней выше, чем хлопчатобумажных, они менее чувствительны к влаге, парам кислот, щелочей и т. п.; находят применение в химической промышленности. 

· Конструкции шкивов. Шкив (рис. 1.50, а) состоит из обода 1, спиц (или диска) 2 и ступицы 3. Плоскоременные шкивы имеют гладкую рабочую поверхность обода и по стандарту выполняются трех исполнений (рис. 1.50, б). Ведущий шкив применяют второго исполнения, ведомый - первого и второго. При большой окружной скорости (v > 20 м/с) оба шкива делают первого исполнения. Основные размеры шкивов регламентированы стандартом. При этом ширину обода шкива В ( рис. 1.46, б и рис. 1.50, а) выбирают в зависимости от ширины  ремня  b  ( рис. 1.49, б). Для предупреждения спадания плоского ремня со шкивов один    из    них    (чаще    больший)    выполняют    с    выпуклым ободом, описанным по дуге, или цилиндрическими с двусторонней конусностью (рис. 1.50, 6). Стрелу выпуклости обода шкива h принимают в зависимости от диаметра шкива D и ширины ремня b.У шкивов быстроходных передач рабочая поверхность выполняется полированной. При скорости v ³ 5 м/с шкивы подвергаются статической балансировке, шкивы быстроходных передач — динамической.                                    рис.1.49            рис.1.50

 

Клиноременная передача

   · Клиноременной называют ременную передачу с параллельными осями, приводной ремень которой имеет клиновую форму поперечного сечения (рис. 1.46, в). Клиноременную передачу выполняют только открытой, т. е. направления ведущего и ведомого шкивов в ней совпадают. Число клиновых ремней часто принимают от трех до пяти (максимально восемь ремней), но передача может быть и с одним ремнем. Форму канавки шкива проектируют так, чтобы между шкивом и ремнем постоянно был гарантированный радиальный зазор d (рис. 1.51, II ). Рабочие поверхности - это боковые стороны ремня, поэтому клиновый ремень не должен выступать за пределы наружного диаметра шкива. Клиноременные передачи в машиностроении применяют чаще, чем плоскоременные. Однако скорость этой передачи не должна превышать 30 м/с, так как при v > 30 м/с клиновые ремни начинают вибрировать. Оптимальная окружная скорость, при   которой   передача   работает   устойчиво,   v = 5 … 25   м/с. Передаточное число для одноступенчатой клиноременной передачи и < 8.