Шейнблит А. Е. Курсовое проектирование деталей машин




НазваниеШейнблит А. Е. Курсовое проектирование деталей машин
страница3/14
Дата05.05.2013
Размер1.64 Mb.
ТипДокументы
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   14
Раздел 3 Передачи

Тема 10 Механические передачи. (1 часа)

План лекции:

1. Общие сведения

2. Функции механических передач

3. Понятие о передаточном числе

4. Регулирование частоты вращения ведомого вала

2. Сведения о контактных напряжениях

3. Характер и причины отказов под действием контактных напряжений


В общем случае в машине можно выделить три составные части (рис. 26): двигатель, передачу и исполнительный элемент.

Рисунок 26 ЁC Составные части машины

Механическая энергия, приводящая в движение машину, представляет собой энергию вращательного движения вала двигателя. Передачу механической энергии от двигателя к исполнительному элементу машины осуществляют с помощью различных передаточных механизмов (в дальнейшем ЁC передач): зубчатых, червячных, ременных, цепных, фрикционных.

Для достижения необходимых по условиям работы силовых и кинематических параметров на исполнительном элементе и применяют передачи.

В зависимости от принципа действия механические передачи разделяют на:

ЁC передачи зацеплением (зубчатые, червячные, цепные);

ЁC передачи трением (фрикционные, ременные).

Передавая механическую энергию, передачи одновременно могут выполнять одну или несколько из следующих функций.

1. Понижение (или повышение) частоты вращения от вала двигателя к валу исполнительного элемента (рис. 27). Основные параметры на ведущем и ведомом валах: мощность Р1, Р2 (кВт), вращающий момент Т1, Т2 (Н·м), частота вращения n1, п2 (минЁC1).

Вращающий момент Т (Н·м) на любом валу можно вычислить по мощности Р (кВт) и частоте вращения п (минЁC1):

µ §, (36)

Рисунок 27 ЁC Параметры на ведущем и ведомом валах

Как видно, понижение частоты вращения приводит к повышению вращающего момента, а повышение частоты вращения ЎЄ к понижению момента.

Важной характеристикой передачи является передаточное число и, определяемое как отношение частот вращения n1 ведущего и п2 ведомого валов или (без учета скольжения в контакте) как отношение диаметров d2 ведомого и d1 ведущего элементов передачи:

µ §, (37)

При этом и „d 1, следовательно, частота вращения ведомого вала меньше частоты вращения ведущего вала в передаточное число раз:

µ §, (38)

Понижение частоты вращения называют редуцированием, а закрытые передачи, понижающие частоты вращения, ЎЄ редукторами. Устройства, повышающие частоты вращения, называют ускорителями или мультипликаторами. В дальнейшем будем рассматривать только понижающие передачи, как имеющие преимущественное применение.

Соотношение мощностей и моментов. Мощность Р2 на ведомом валу меньше, чем мощность Р1 на ведущем вследствие потерь в передаче, оцениваемых КПД ѓШ:

µ §, (39)

Вращающий момент на ведомом валу возрастает практически в передаточное число раз (в соответствии с уменьшением частоты его вращения):

µ §, (40)

2. Изменение направления потока мощности. Примером может служить зубчатая передача заднего моста автомобиля. Ось вращения вала двигателя большинства автомобилей составляет с осью вращения колес угол 90°. Для передачи механической энергии между валами с пересекающимися осями применяют коническую передачу (рис. 28).

Рисунок 28 ЁC Коническая передача

3. Регулирование частоты вращения ведомого вала. С изменением частоты вращения изменяется и вращающий момент: меньшей частоте соответствует больший момент. Для регулирования частоты вращения ведомого вала применяют коробки передач и вариаторы.

Коробки передач обеспечивают ступенчатое изменение частоты вращения ведомого вала в зависимости от числа ступеней и включенной ступени. Для двухступенчатой коробки передач, схема которой представлена на рис. 29, имеем:

µ §

µ §, (41)


Рисунок 29 ЁC Коробка скоростей

Вариаторы обеспечивают бесступенчатое в некотором диапазоне изменение частоты вращения ведомого вала.

В лобовом вариаторе (рис. 30) изменение частоты вращения ведомого вала достигают передвижением малого катка вдоль вала, т.е. изменением расстояния Ri до оси ведомого вала. Передаточное число иi находится в диапазоне от иmin до иmax:

µ §, (42)

Откуда диапазон регулирования:

µ §, (43)

Для лобового вариатора D„l2,5.

4. Преобразование одного вида движения в другой (вращательного в поступательное, равномерного в прерывистое и т.д.).

5. Реверсирование движения (прямой и обратный ход).

6. Распределение энергии двигателя между несколькими исполнительными элементами машины.

Рисунок 30 ЁC Лобовой вариатор

Контактные напряжения возникают при взаимодействии тел, размеры площадки контакта которых малы по сравнению с размерами самих соприкасающихся тел: например, контакт двух стальных круговых цилиндров по общей образующей, рис. 31 (аналог зубчатого зацепления, фрикционной передачи, роликовых подшипников), контакт шаpa и тора (шариковые подшипники качения). Контакт при перекатывании в передачах и опорах качения происходит по малым площадкам (начальный контакт по линии или в точке), вследствие чего в поверхностном слое возникают высокие напряжения. Материал в районе этой площадки испытывает объемное напряженное состояние. Впервые исследованием контактных напряжений занимался физик Герц (Hertz). В его честь контактные напряжения обозначают с индексом Н: уH.

Рисунок 31 ЁC Возникновение контактных напряжений

Контакт ненагруженных прижимающей силой цилиндров с параллельными осями происходит по линии (по образующей). Под действием прижимающей силы Fn, вследствие упругих деформаций цилиндров первоначальный контакт по линии переходит в контакт по прямоугольной площадке (очень узкой полоске) шириной 2а. Особенностью действия нормальных контактных напряжений является то, что они не распространяются глубоко в тело деталей, сосредотачиваясь в тонком поверхностном слое.

Кроме нормального напряжения уH в зоне контакта возникают также касательные напряжения ѓд. Наибольшее касательное напряжение ѓдmax=0,3уHmax имеет место в точке, расположенной на линии действия прижимающей силы Fn и отстоящей от поверхности соприкосновения на 0,78а.

Максимальное значение уHmax используют в качестве основного критерия контактной прочности:

µ §, (44)

где [ у]H ЁC допускаемое контактное напряжение, полученное из эксперимента или опыта эксплуатации при аналогичных условиях в зоне контакта.

Для вычисления максимального контактного напряжения на площадке контакта используют формулу Герца, полученную из решения контактной задачи теории упругости (индекс "max" при этом опускают):

µ §, (45)

Характер и причины отказов под действием контактных напряжений

1 Смятие контактирующих поверхностей. Происходит при ударном, а также при вибрационном приложении нагрузки или при действии значительных по величине нагрузок, когда помимо упругих имеют место пластические деформации.

2 Усталостное выкрашивание. Каждая точка на поверхности при вращении цилиндров испытывает циклическое действие контактных напряжений [у]H (т. А, рис. 32,а и б), а сама поверхность ЎЄ циклическое деформирование. Усталостная трещина 2, возникающая в результате повторных микропластических сдвигов, обычно зарождается у поверхности 1 цилиндра (рис. 33,а), в месте концентрации напряжений изЁCза микронеровностей или неметаллических включений, всегда присутствующих в стали.

Рисунок 32 ЁC Циклическое действие контактных напряжений [у]H

В пределах деформированного слоя трещина развивается наклонно к поверхности, а затем ЁC по границе деформированного слоя. Развитие усталостных трещин в более глубокие слои связывают с "расклинивающим" действием смазочного материала.

Рисунок 33 ЁC Зарождение трещин в месте концентраций напряжений

Смазочный материал 3 перед площадкой контакта попадает в раскрытую силами трения трещину 2 (рис. 33,б). В пределах площадки контакта под нагрузкой трещина закрывается, создается повышенное давление смазочного материала (рис. 33,в), что способствует развитию трещины вплоть до отрыва частицы металла 4 с поверхности (рис. 33,г), образованию вначале мелких выемок, а затем в результате скалывания их краев и крупных раковин. Выкрашивание нарушает условия образования сплошной масляной пленки (масло выжимает в выемки), что приводит к изнашиванию и задиру поверхностей.

При малой толщине упрочненного слоя, а также при значительных контактных напряжениях трещины могут зарождаться в глубине ЎЄ под упрочненным слоем или на границе упрочненного слоя. Нарушение равновесия внутрикристаллических связей приводит к отслаиванию упрочненного слоя.

3 Изнашивание. Силы трения в контакте вызывают на поверхности ведущего цилиндра перед площадкой контакта деформации сжатия в окружном направлении, а после ЁC деформации растяжения. На ведомом цилиндре ЁC наоборот: перед площадкой контакта ЁC деформации растяжения), после ЁC деформации сжатия. Для наглядности деформации условно показаны на рис. 34 в виде изменения расстояния в окружном направлении между радиальными отрезками. При прохождении площадки контакта наблюдают относительное перемещение точек ведущего и ведомого цилиндров, т.е. относительное скольжение, которое и является причиной изнашивания.

Рисунок 34 ЁC Деформации растяжения и сжатия в контактирующих телах

4 Заедание. При отсутствии смазочного материала или в случае прорыва под большой нагрузкой смазывающего слоя относительное скольжение приводит к местному значительному повышению температуры и молекулярному сцеплению (микросварке) с последующим разрывом и переносом вырванной части материала на сопряженную поверхность.


Тема 11 Зубчатые передачи. (2 час)

План лекции:

1. Общие сведения

2. Характер и причины отказов зубчатых передач

3. Цилиндрические зубчатые передачи

3.1. Силы в зацеплении

3.2. Особенности геометрии и условий работы косозубых зубчатых передач

3.3. Понятия об эквивалентном колесе

4. Конические зубчатые передачи

4.1. Осевая форма зуба

4.2. Основные геометрические соотношения

4.3. Эквивалентное колесо

4.4. Силы в зацеплении


В зубчатой передаче движение передают с помощью зацепления пары зубчатых колес. Меньшее зубчатое колесо принято называть шестерней, большее ЎЄ колесом. Термин "зубчатое колесо" относят как к шестерне, так и к колесу.

Достоинства зубчатых передач:

Относительно малые размеры и масса зубчатых колес при высокой нагрузочной способности и надежности.

Высокий КПД (97 ЁC 98 %).

Возможность использования зубчатых передач в большом диапазоне нагрузок (окружные силы от близких к нулю в приборных механизмах до ~ 1000 кН в приводах прокатных станов).

Возможность применения в широком диапазоне скоростей (окружные скорости от близких к нулю в системах перемещения телескопов до 250 м/с в приводе несущего винта вертолета).

Сравнительно малые нагрузки на валы и подшипники.

Постоянство среднего значения передаточного числа.

Простота обслуживания.

Недостатки:

Необходимость высокой точности изготовления и монтажа.

Шум при работе передачи. Шум обусловлен переменным значением мгновенного передаточного числа в пределах одного оборота.

Зубья колес получают нарезанием или накатыванием

Зубчатые передачи применяют в широком диапазоне областей и условий работы: часы и приборы, коробки передач автомобилей, тракторов, других транспортных и дорожно-строительных машин, механизмы подъема и поворота кранов, коробки скоростей станков, приводы прокатных станов, конвейеров и многое другое.

Зубчатые передачи подразделяют по геометрическим параметрам на цилиндрические с внешним или внутренним зацеплением и конические.

Цилиндрические передачи с внешним зацеплением (рис. 35). Шестерня в понижающей передаче является ведущим элементом и всем ее параметрам присваивают индекс 1. Например, частота вращения n1, минЁC1, число зубьев z1. Параметры ведомого элемента пары ЎЄ колеса имеют индекс 2: n2, z2.

Линии пересечения боковых поверхностей зубьев с любой круговой цилиндрической поверхностью, соосной с начальной, называют линиями зубьев. Если линии зубьев параллельны оси зубчатого колеса, то его называют прямозубым (рис. 35,а). Если эти линии винтовые постоянного шага, то зубчатое колесо называют косозубым (рис. 35,б). С увеличением угла в наклона зуба повышается нагрузочная способность передачи, но возрастает осевая сила, действующая на валы и опоры. Обычно в = 8...18°.

Рисунок 35 ЁC Цилиндрические передачи с внешним зацеплением

Разновидность косозубых зубчатых колес ЎЄ шевронные колеса: без канавки (рис. 35,в) и с канавкой для выхода инструмента (рис. 35,г). Вследствие противоположного направления зубьев на полушевронах осевые силы взаимно уравновешены на колесе и не нагружают опоры. Обычно в = 25...40°.

Точку W касания начальных окружностей dw1 шестерни и dw2 колеса называют полюсом зацепления.

Для простоты изложения будем рассматривать передачи без смещения, для зубчатых колес которых диаметры dw начальные и d делительные совпадают: d1 = dw1, d2 = dw2. Однако в обозначении межосевого расстояния для общности изложения индекс w сохраним: aw.

Расстояние между одноименными точками профилей соседних зубьев, измеренное в сечении, нормальном линиям зубьев, называют нормальным шагом р. Отношение р/р называют модулем:

µ §, (46)

Модуль является основной характеристикой размеров зубьев. Модуль измеряют в мм и назначают из стандартного ряда: ... 2; 2,5; 3; 4 ....

Запишем основные параметры зубчатой передачи через параметры зубчатых колес:

ЁC передаточное число с учетом того, что d = mz:

µ §, (47)

ЁC межосевое расстояние:

µ §, (48)

Значения aw принимают из ряда предпочтительных чисел Ra40.

Обычно ширина b2 зубчатого колеса меньше ширины шестерни. В расчетах используют отношение шba, которое называют коэффициентом ширины:

µ §, (49)

Значения шba стандартизованы: 0,1; 0,125; 0,16; 0,2; 0,25; 0,315; 0,4; 0,5; 0,63; 0,8. Для коробок передач с целью уменьшения размеров в направлении осей валов применяют узкие колеса шba = 0,1 ЁC 0,2; для редукторов ЁC широкие колеса: шba = 0,315 ЁC 0,63.

Рисунок 36 ЁC Цилиндрическая передача с внутренним зацеплением

Цилиндрические передачи с внутренним зацеплением (рис. 36). В этом случае межосевое расстояние:

µ §, (50)

Силы в цилиндрическом зубчатом зацеплении. Силы взаимодействия зубьев принято определять в полюсе зацепления. Распределенную по контактной площадке нагрузку q в зацеплении заменяют равнодействующей Fn, нормальной к поверхности зуба.

Рисунок 37 ЁC Силы, действующие в зацеплении

Для расчета валов и опор силу Fn удобно представить в виде составляющих (рис. 37): Ft, Fa, Fr.

Окружная сила:

µ §, (51)

Осевая сила:

µ §, (52)

На ведомом колесе направление окружной силы Ft совпадает с направлением вращения, на ведущем ЁC противоположно ему.

Осевая сила параллельна оси колеса. Направление вектора Fa зависит от направления вращения колеса и направления линии зуба.

Радиальная сила (см. сечение АЁCА):

µ §, (53)

где Т ЁC вращающий момент на зубчатом колесе, Н‡м;

d ЁC делительный диаметр колеса, мм;

в ЁC угол наклона зуба;

aw = 20 ° ЁC угол зацепления.

Векторы радиальных сил у колес с внешним зацеплением направлены к оси, а у колес с внутренним зацеплением ЁC от оси зубчатого колеса.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   14

Похожие:

Шейнблит А. Е. Курсовое проектирование деталей машин iconПрограмма вступительного экзамена в аспирантуру по специальной дисциплине
Классификация деталей машин. Краткий исторический обзор развития конструкций деталей машин. Развитие теории деталей машин. Роль отечественных...
Шейнблит А. Е. Курсовое проектирование деталей машин iconЗадача курса «Деталей машин»
Задача курса «Деталей машин» дать необходимые знания для правильного выбора деталей машин, а также развить навыки конструирования...
Шейнблит А. Е. Курсовое проектирование деталей машин iconИ д етали машин – XXI век
Заведующие кафедрами, профессора и преподаватели общеинженерных дисциплин «Машиноведение и детали машин», «Основы проектирования...
Шейнблит А. Е. Курсовое проектирование деталей машин iconТехнология разработки программных продуктов курсовое проектирование методические указания Дмитров, 2006 Курсовое проектирование: Учебно
Специальность «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем»
Шейнблит А. Е. Курсовое проектирование деталей машин iconПрограмма вступительного экзамена по специальности
Расчеты, проектирование, модернизация деталей, узлов механизмов машин и агрегатов, перерабатывающих пищевые материалы. Методы и методики...
Шейнблит А. Е. Курсовое проектирование деталей машин icon«Технология обслуживания и ремонта машин в апк» контрольные вопросы по дисциплине деталей машин и основы конструирования для госэкзамена. Основные критерии работоспособности и расчета деталей машин
Методы выбора допускаемых напряжений и запаса Требования, предъявляемые к деталям машин при их проектировании и конструировании
Шейнблит А. Е. Курсовое проектирование деталей машин iconКурсовое проектирование по технологии машиностроения
Козлова Т. А. Курсовое проектирование по технологии машиностроения [Текст]: учеб пособие 2-е изд., перераб и доп. Екатеринбург: Изд-во...
Шейнблит А. Е. Курсовое проектирование деталей машин iconМетодические указания Алюминиевые сплавы в производстве деталей механизмов и машин
В методических указаниях рассматриваются технологические возможности использования алюминиевых сплавов при изготовлении деталей механизмов...
Шейнблит А. Е. Курсовое проектирование деталей машин iconА. О. Горленко упрочнение поверхностей трения деталей машин
Рассмотрены технология, оснастка, управляемый источник питания для электромеханической обработки поверхностей трения деталей машин...
Шейнблит А. Е. Курсовое проектирование деталей машин iconМетодические указания по выполнению курсового проекта дисциплине «Детали машин и основы конструирования» Для специальности: 190201 «Автомобиле и тракторостроение»
Кроме этого, курсовое проектирование предусматривает ознакомление с конструкциями и овладение навыками расчетов и конструирования...
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница