Лекции по "Деталям машин"

   · Достоинства клиноременной передачи по сравнению с плоскоременной: возможность передачи большей мощности; допустимость меньшего межосевого расстояния a, возможность меньшего угла обхвата a₁  на малом шкиве (  рис. 1.46).

Недостатки: большая жесткость и, как следствие, - меньший срок службы ремня; необходимость особых приемов при надевании ремня; зависимость размеров проектируемой передачи от подобранного (по таблице регламентированных длин) ремня; большая стоимость эксплуатации передачи при вытяжке (ремни не ремонтируются), большая трудоемкость изготовления шкивов; несколько пониженный КПД.

   · Ремни для клиноременных передач. Основное распространение получили ремни трапециевидного сечения (рис. 1.52) с углом профиля φ = 40 ± 1°. Замкнутые бесшовные ремни изготовляют методом вулканизации в пресс-формах. Трапециевидная (клиновая) форма ремня увеличивает его сцепление со шкивом примерно в 3 раза по сравнению с плоским ремнем, но вследствие большой высоты ремня эта форма неблагоприятна ввиду напряжений изгиба на шкивах; передача имеет более низкий КПД. Эти недостатки отчасти компенсируются тем, что ремень изготовляют из материала с малым модулем упругости (из резины), а несущие кордовые слои имеют наибольшую толщину и располагаются около нейтральной плоскости ремня. Промышленность выпускает клиновые ремни двух типов: кордшнуровые (рис. 1.52, a) и кордтканевые (рис. 1.52,6). Различаются они тем, что основной несущий слой у первого состоит из одного ряда толстых кордовых  шнуров 1, а у второго — из нескольких рядов кордовой ткани 1. В верхней и нижней частях сечения (в зонах растяжения и сжатия) ремень заполнен резиной 2, а снаружи в несколько слоев обмотан прорезиненной тканью - обертка 3. Kлиновые резинотканевые приводные ремни выпускают семи типов: О, А, Б, В, Г, Д, Е. Размеры ремня ( рис. 1.52, а): ширина большого основания ремня b₀; расчетная ширина ремня b_р; высота ремня h; длина ремня L — стандартизованы.

   · Разновидности клиноременных передач. Основным видом клиноременной передачи в машиностроении является передача с ремнем трапециевидной формы. На рис. 1.53 показаны разновидности клиновидных ремней. Кордшнуровые или кордтканевые гофрированные ремни (рис. 1.53, а) применяют в передачах   с   малыми   диаметрами   шкивов.   Для   увеличения эластичности иногда применяют ремни с гофрами на внутренней и наружной поверхностях. Ременные передачи с зубчатыми ремнями способны передать большие мощность и окружную скорость (v до 70 м/с) при постоянном передаточном числе без проскальзывания (и до 15).

В ременных передачах специального назначения находят применение:двусторонние клиновые ремни (рис. 1.53, б); поликлиновые ремни ( рис. 1.52, в), выполненные из плоского ремня с высокопрочным кордшнуром (вискоза, лавсан, стекловолокно) и продольными клиньями. Поликлиновые ремни выпускают трех типов: К, Л, М. Благодаря высокой гибкости эти ремни применяют на шкивах малых диаметров. При одинаковой передаваемой мощности ширина поликлиновых ремней в 1,5…2 раза меньше ширины клиновых ремней. Недостаток - передачи с поликлиновыми ремнями чувствительны к отклонениям от параллельности валов и осевому смещению шкивов; зубчатые ремни ( рис. 1.46, д), изготовленные из армированного стальным канатом неопрена, полиуретана, стекловолокна или полиамидного шнура. Эти ремни способны передавать вращающий момент при условии постоянства передаточного числа (проскальзывание ремня исключено) с высокими окружными скоростями (до 80 м/с); их применяют в кинематических механизмах станков.

   · Шкивы клиноременных передач. В отличие от рассмотренных шкивов плоскоременных передач рабочей поверхностью клиноременных шкивов являются боковые стороны клиновых канавок (рис. 1.54, а). Размеры и углы профиля канавок, толщину обода шкива принимают стандартными в зависимости от типа ремня. Рабочую поверхность канавок желательно полировать, шкивы должны быть хорошо сбалансированы. Для поликлиновых ремней рабочей поверхностью шкива (рис. 1.54,б) являются боковые стороны клиновых канавок в ободе шкива. Шкивы изготовляют литыми, сварными или штампованными из Чугуна СЧ 15 (v £ 30 м/с), модифицированного чугуна и Стали 25Л (и  @ 45 м/с), алюминиевых сплавов(v £ 80 м/с), из легированной стали.

 

           рис. 1.51                                                                                    рис. 1.52

 

рис.1.53      рис.1.54

 

   · Основной причиной выхода из строя ременной передачи является низкая долговечность ремней. Наиболее характерные виды разрушений, уменьшающих  срок службы  ремней, следующие:

 - изнашивание,  возникающее вследствие упругого скольжения, попадания абразивных материалов на рабочие поверхности и буксования;

- перегрев (по  тем же   причинам)  и снижение   при   этом   физико-механических свойств ремня, что часто приводит к его разрыву;

- усталостное разрушение в результате циклических деформаций (изгиб ремня по пульсирующему циклу при набегании его на шкивы). Этот вид разрушения приводит к расслаиванию, перетиранию тканей ремня и является главной причиной снижения его долговечности.

Шкивы — наиболее долговечный  элемент ременных передач. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

§ 9. ЦЕПНЫЕ ПЕРЕДАЧИ

   · Цепной передачей называют передачу механической энергии между параллельными валами, осуществляемую с помощью двух колес - звездочек 1 и 2 и охватывающей их цепи 3 (рис. 1.55). Цепная передача, как и ременная, принадлежит к числу передач с гибкой связью. Гибким звеном в этом случае является цепь, входящая в зацепление с зубьями звездочек. Зацепление обеспечивает ряд преимуществ по сравнению с ременной передачей. Цепную передачу можно классифицировать как передачу зацеплением с гибкой связью (ременная — трением с гибкой связью). Зацепление позволяет обойтись без предварительного натяжения цепи. В конструкции цепных передач для компенсирования удлинения цепи при вытяжке и обеспечения эксплуатационной стрелы провисания ведомой ветви иногда предусматривают специальные натяжные устройства (рис. 1.55).Угол обхвата .звездочки цепью не имеет такого решающего значения, как угол обхвата шкива ремнем в ременной передаче. Цепные передачи можно использовать как при больших, так и при малых межосевых расстояниях. Они могут передавать мощность от одного ведущего звена 1 нескольким звездочкам 2 (рис. 1.56).

   · Классифицируют цепные передачи по следующим основным признакам:

1) по типу цепей: с роликовыми (рис. 1.57, а); с втулочными (рис. 1.57, 6); с зубчатыми (рис. 1.57, в).

2) по числу рядов роликовые цепи делят на однорядные ( рис. 1.57, а) и многорядные (например, двухрядные, рис. 1.57, 6).

3) по числу ведомых звездочек: нормальные двухзвенные ( рис. 1.57); специальные - многозвенные ( рис. 1.56, 1.58).

4) по расположению звездочек: горизонтальные (рис. 1.59, а); наклонные (рис. 1.59,6); вертикальные (рис. 1.59, в).

5) по способу регулирования провисания цепи: с натяжным устройством ( рис. 1.55); с натяжной звездочкой (роликом, рис. 1.60).

6) по конструктивному исполнению: открытые ( рис. 1.57), закрытые (рис. 1.61).

 

                рис.1.55      рис.1.56    рис.1.57

рис. 1.58                                                   рис. 1.59                                      рис. 1.60                                 рис. 1.61

   · Достоинства: большая прочность стальной цепи по сравнению с ремнем позволяет передать цепью большие нагрузки с постоянным передаточным числом и при значительно меньшем межосевом расстоянии (передача более компактна);возможность передачи движения одной цепью нескольким звездочкам; по сравнению с зубчатыми передачами - возможность передачи вращательного движения на большие расстояния (до 7 м); меньшая, чем в ременных передачах, нагрузка на валы;сравнительно высокий КПД (h_max= 0,9 … 0,98).

      Недостатки: сравнительно высокая стоимость цепей; вытягивание цепей  вследствие  изнашивания  в   шарнирах; повышенный шум вследствие удара звена цепи при входе в зацепление и дополнительные динамические нагрузки из-за многогранности звездочек; необходимость высококачественного монтажа передачи и тщательного ухода за ней; невозможность использования передачи при реверсировании без остановки; сложность подвода смазочного материала к шарнирам цепи.

   · Область применения. Современные цепные передачи могут передавать большие мощности (до 5 тыс. кВт) при сравнительно высоких скоростях (до 25 … 30 м/с). Этот вид передачи выбирают, когда применение зубчатой передачи нецелесообразно из-за слишком большого межосевого расстояния, а ременные для проектируемой машины недостаточно надежны. Цепные передачи широко распространены в транспортирующих устройствах (конвейерах, элеваторах, мотоциклах, велосипедах), в приводах станков и сельскохозяйственных машин, в химическом, горнорудном и нефтепромысловом машиностроении.

 

 

Конструкции приводных  цепей и звездочек

Приводные цепи осуществляют передачу движения непосредственно от источника энергии к рабочему органу или через промежуточные устройства. Конструктивно они делятся на роликовые, втулочные и зубчатые.  Приводные цепи стандартизованы и изготовляются на специализированных заводах.

   · Роликовая цепь (рис. 1.62) состоит из наружных Н и внутренних Вн звеньев (каждое из которых состоит из двух пластин), шарнирно соединенных с помощью валиков и втулок. Сцепление со звездочкой осуществляется роликом 1, свободно сидящим на втулке 2, запрессованной в пластины 3 внутреннего звена. Валик 4 запрессован в пластины 5 наружного звена. Соединительное звено С служит для соединения двух концов    цепи    с    четным    числом    шагов,    а    переходное звено П - с нечетным. Материал пластин роликовых цепей - Сталь 50 (с закалкой до HRC 38 … 45); валиков, втулок, роликов - Стали 15, 20, 25 (с последующей цементацией и закалкой до HRC 52…60). В машиностроении чаще применяют однорядные роликовые цепи ( рис. 1.57, а; 1.62). Многорядные цепи (двухрядные - рис. 1.57,6) содержат несколько ветвей однорядных цепей, соединенных удлиненными валиками.

   · Втулочные цепи (рис. 1.63) по конструкции аналогичны предыдущим. Эти цепи отличаются от роликовых отсутствием ролика. В зацепление с зубьями звездочки входит непосредственно втулка; изнашивание звездочки значительно большее, чем при использовании роликовой цепи. Применение втулочных цепей в машиностроении ограничено.

   · Зубчатые цепи (рис. 1.64) состоят из набора зубчатых пластин 1, шарнирно соединенных между собой с помощью валиков 2 (рис. 1.64, а). Для предохранения цепи от схода со звездочек  предусмотрены   внутренние направляющие пластины 3. Количество пластин 1 зависит от передаваемой мощности. Эти пластины изготовляют из Стали 50 с закалкой до HRC 38…45. Зубчатые цепи поставляют с шарниром 4 (трения скольжения,  рис. 1.64,6) или шарниром 5 (призмы, закрепленные в пластинах) (трения качения,  рис. 1.64, в). Вкладыш 4 призмы 5 изготовляют из цементуемых Сталей 15 и 20 с закалкой до HRC 52…60. В зависимости от расположения зубьев цепи бывают односторонними ( рис. 1.64) и двусторонними (рис. 1.58). По сравнению с роликовыми и втулочными цепями зубчатые цепи малошумны и обладают большей плавностью в работе, лучше воспринимают ударную нагрузку. Недостаток - эти цепи тяжелее и дороже по сравнению со втулочными и роликовыми цепями.

  рис.1.62.                                                                                                              рис.1.63

           рис.1.64

   · Звездочки для приводных цепей. По конструкции напоминают зубчатые колеса. Профиль их зубьев зависит от типа цепи. Звездочки роликовой и втулочной цепей (рис. 1.65) имеют рабочий профиль зуба, очерченный дугой окружности; звездочки зубчатых цепей (рис. 1.66) - прямолинейный рабочий профиль. Долговечность и надежность цепей передачи во многом зависит от правильного выбора профиля зубьев звездочки, ее параметров, материала и термической обработки. Важным фактором для увеличения долговечности цепной передачи является правильный выбор числа зубьев меньшей звездочки. При малом числе зубьев плавность передачи снижается, наблюдается повышенное изнашивание цепи из-за большого угла поворота шарнира и значительных динамических усилий.  Максимальное число зубьев большей звездочки z₂ также ограничено для втулочной цепи z₂ < 90; для роликовой z₂ < 120; для зубчатой z₂ < 140.

 

 Материал звездочек выбирают в зависимости от назначения и конструкции передачи. Для изготовления ведущих звездочек с малым числом зубьев (z₁ < 30) неответственного назначения применяют Сталь 20 (цементация, закалка, отпуск); ответственного назначения - Сталь 40, 50 (закалка, отпуск); при повышенных передаваемых нагрузках Сталь 40Х, 45Х, 45ХН (закалка, отпуск). Для ведомых звездочек больших диаметров с большим числом эубьев (z₂ > 50), кроме перечисленных материалов, может быть применен серый чугун СЧ 15, СЧ 20, СЧ 35 и др. Зубчатые венцы звездочек иногда изготовляют из пластмасс (капрона), что дает возможность снизить шум при работе и изнашивание цепи.

 

 

 

 

 

 

                    рис.1.65        рис.1.66

 

Модуль 2. ДЕТАЛИ И УЗЛЫ, ОБСЛУЖИВАЮЩИЕ ПЕРЕДАЧИ

§ 10.ВАЛЫ И ОСИ

   · Валом называют деталь (как правило, гладкой или ступенчатой цилиндрической формы), предназначенную для 
поддержания установленных на ней шкивов, зубчатых колеси для передачи вращающего момента.

При работе вал испытывает изгиб  и кручение, а в отдельных случаях помимо изгиба и кручения валы могут испытывать деформацию растяжения (сжатия). Некоторые валы не поддерживают вращающиеся детали и работают только на кручение.

Вал  (рис. 2.1) имеет две или большее число опор, называемых подшипниками . Часть вала, охватываемую опорой, называют цапфой. Концевые цапфы именуют шипами , а промежуточные - шейками .

   · Осью называют деталь, предназначенную только для поддержания сидящих на ней деталей. В отличие от вала ось не передает вращающего момента и работает только на изгиб. В машинах оси могут быть неподвижными (рис. 2.2, а) или же могут вращаться вместе с сидящими на них деталями - подвижные оси (рис. 2.2, б)

   · Классификация валов и осей:

       - по назначению валы делят на валы передач (на них устанавливают детали передач) и коренные валы (на них устанавливают дополнительно еще и рабочие органы машины).

- по геометрической форме валы делят на: прямые ( рис. 2.1); кривошипные (рис. 2.3, а); коленчатые (рис. 2.3, 6); гибкие (рис. 2.3, в); телескопические (рис. 2.3, г); карданные (рис. 2.3, д). Кривошипные и коленчатые валы используют для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное (поршневые двигатели) или наоборот (компрессоры); гибкие - для передачи вращающего момента между узлами машин, меняющими свое положение в работе (строительные механизмы, зубоврачебные машины и т. п.); телескопические - при необходимости осевого перемещения одного вала относительно другого. Карданное сочленение - это шарнирный механизм, позволяющий передавать вращение между соединяемыми им валами. Оси валов могут при этом пересекаться под переменным углом. Такие валы (оси) широко используют в автомобилестроении, станкостроении и т. д.