6 Лабараторная работа № 6

ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ И РАСЧЁТА ШЛИЦЕВОГО

(ЗУБЧАТОГО) СОЕДИНЕНИЯ

Цель работы: Ознакомиться с устройством шлицевого соединения и сделать его расчёт.

Оборудование и инструмент: типовое прямобочное шлицевое соединение, используемое в автомобилестроении, штангенциркуль,

мерительная линейка ГОСТ 17435-72.

Общие сведения: Шлицевые соединения являются многошпоночными. Они образуются выступами-шлицами на валу, которые выполняются за одно целое с валом и соответствующими впадинами-пазами в ступице колеса (рисунок 6.1).

Рисунок 6.1 - Детали шлицевого соединения

Рисунок 6.2. Конструкция шлицевого соединения

Рабочими поверхностями являются боковые стороны зубьев.

Достоинства и недостатки шлицевых соединений по сравнению со шпоночными:

Достоинства:

1.Более высокая прочность при переменных и ударных нагрузках.

2.Обеспечение передачи больших усилий за счёт большой поверхности контакта шлицев.

3.Лучшее центрирование соединяемых деталей и более точное направление при перемещении втулки (ступицы) вдоль вала.

4.Уменьшение числа деталей соединения, что обеспечивает лучшую взаимозаменяемость, т.е. удобство сборки-разборки соединения.

5.Меньшее ослабление вала зубьями.

Недостатки:

1.Более сложная степень изготовления деталей соединения и соответственно высокая стоимость.

2.Неравномерность распределения нагрузки между шлицами.

Шлицевые соединения благодаря своим преимуществам могут использоваться в деталях машин с широким диапазоном нагрузок и скоростей при различных режимах работы. Большее применение они получили в автомобилях и тракторах.

Методика расчёта на прочность шлицевых соединений: При конструировании шлицевых соединений производится расчёт рабочих поверхностей на смятие.

Условие прочности шлицевого соединения (рисунок 6.3) на смятие имеет вид:

, (6.1)

где Р – усилие, передаваемое шлицами, Н;

F_см – площадь смятия, м²;

, [] – расчётное и допускаемое напряжения, Па.

Рисунок 6.3 - Расчётная схема шлицевого соединения

Усилие Р определяется как:

, (6.2)

где М – крутящий момент, Н·м;

d_ср – средний диаметр соединения, м.

Исходя из рис. 6.3,

, (6.3)

где D, d – внешний и внутренний диаметры шлицев.

Так как напряжение смятия действует по середине высоты шлицев (расстояние (D-d)/2), то F_см запишется:

, (6.4)

где l_р – рабочая длина шлица, м;

z – число шлицев;

К–коэффициент неравномерности нагрузки между шлицами (К ≈ 0,75).

Используя зависимости (6.2), (6.3), (6.4), после преобразований, условие прочности на смятие можно записать так:

(6.5)

Допускаемые напряжения для шлицевых соединений

Детали шлицевого соединения изготовляют из среднеуглеродистых и легированных сталей. Их допускаемые напряжения на смятие приведены в таблице 6.1.

Таблица 6.1 -Допускаемые напряжения на смятие для шлицевого соединения

Соединение	Условия эксплуатации	Напряжения, МПа
1	2	3
Неподвижное	Лёгкие	120-200
	Средние	100-140
	Тяжёлые	40-70
Подвижное не под нагрузкой	Лёгкие	40-70
	Средние	30-60
	Тяжёлые	20-30
Подвижное под нагрузкой	Лёгкие	10-20
	Средние	5-15
	Тяжёлые	3-10

Порядок выполнения работы

1.Изучить конструкцию шлицевого соединения, его основных элементов.

2.На типовом шлицевом соединении произвести все замеры, необходимые, для расчёта соединения на смятие.

3.Используя полученные результаты измерений и данные таблицы 6.1, по зависимости 6.5 произвести расчёт предельных нагрузок на соединение. Учесть, что данное соединение «подвижное не под нагрузкой» со средними условиями эксплуатации.

4.Заполнить таблицу 6.2.

Таблица 6.2 - Полученные результаты

Измеренные параметры				Вычисленные параметры
D, мм	d, мм	lp, мм	z	Р, Н	М, Н∙м

Контрольные вопросы

1.В чём особенности конструкции шлицевого соединения. Для каких деталей оно используется?

2.Каковы преимущества и недостатки шлицевого соединения по сравнению со шпоночным?

3.Как определяется площадь смятия при расчёте шлицевого соединения?

4.От чего зависят допускаемые напряжения на смятие для шлицевых соединений?

7. ЛАБАРАТОРНАЯ РАБОТА № 7

ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ И РАСЧЁТА РЕМЁННОЙ ПЕРЕДАЧИ

Цель работы: Ознакомиться с конструкцией ремённой передачи и выполнить типовой расчёт клиноремённой передачи.

Оборудование и инструмент: привод поршневого растворонасоса, включающий клиноремённую передачу, штангенциркуль, мерительная линейка ГОСТ 17435-72.

Общие сведения: Ремённая передача – передача трением с гибкой связью. Она состоит из сшитого в кольцо ремня, надетого с натягом на два шкива: ведущий и ведомый (рисунок 7.1)

1-ведущий шкив; 2-ведомый шкив; 3-ремень

Рисунок 7.1 - Конструкция ремённой передачи

Передача крутящих моментов осуществляется при помощи сил трения между шкивом и ремнём.

В зависимости от формы поперечного сечения ремня передачи бывают: плоскоремённые (рисунок 7.2 а), клиноремённые (рисунок 7.2 б), круглоремённые (рисунок 7.2 в) и передачи с поликлиновым ремнём (рисунок7.2 г).

Рисунок 7.2 - Формы поперечных сечений ремней

Достоинства ремённых передач:

1.Простота конструкции и малая стоимость изготовления.

2.Возможность передачи энергии на большие расстояния (до 15 метров).

3.Плавность и бесшумность работы.

Недостатки:

1.Большие габаритные размеры.

2.Быстрый износ ремня.

3.Большие нагрузки на валы и опоры валов из-за натяжения ремня.

4.Необходимость в постоянном надзоре во время эксплуатации из-за возможного соскакивания и обрыва ремня.

5.Невозможность использования передачи во взрывоопасных местах вследствие электризации ремня.

Ремённые передачи используются в приводах машин как «замедлительные» (уменьшают угловые скорости) для передачи мощности обычно до 50 кВт со средней скоростью движения v=5÷30 м/с. Они, чаще всего, устанавливаются на быстроходных ступенях привода (от электродвигателя).

Широкое распространение получили клиноремённые передачи благодаря большей несущей способности, что делает возможным передавать большие мощности.

Методика проведения работы

1. Изучив конструкцию ремённой передачи на приводе растворонасоса, необходимо сделать следующие замеры: диаметры шкивов (d₁, d₂), межосевое расстояние (a), длину ремня (L_p), угол обхвата (α ), число ремней (z) (рисунок 7.3).

Рисунок 7.3 - Схема ремённой передачи

При затруднении измерения угла обхвата α, его можно определить по формуле:

(7.1)

2. Определить частоту вращения ведущего шкива (n₁), и передаваемую мощность (Р). При этом необходимо использовать характеристики типового двигателя, установленного в данном приводе.

По определённым частоте вращения и мощности установить сечение ремня, используя номограмму (рисунок 7.4).

Рисунок 7.4 - Номограмма для выбора сечения клинового ремня

3. Используя полученные данные, произвести расчёт на тяговую способность и долговечность ремня, методика которого приводится ниже.

Натяжение ветви ремня:

, Н; (7.2)

где Р – передаваемая мощность, кВт;

С_р-коэффициент динамичности нагрузки и режима работы (таблица 7.1);

С_L-коэффициент, учитывающий влияние длины ремня (таблица 7.2);

С_α- коэффициент, учитывающий влияние угла обхвата α (таблица 7.3);

θ – коэффициент, учитывающий влияние центробежных сил (таблица 7.4);

v – скорость ремня, м/с.

Скорость ремня определяется следующим образом:

, (7.3)

где d₁-диаметр ведущего шкива, м;

n₁-частота вращения вала электродвигателя, об/мин.

Сила, действующая на валы:

, Н; (7.4)

Рабочий ресурс, на который рассчитана данная передача:

, ч (7.5)

где N_оц –число циклов нагружения, выдерживаемых ремнём.

Для клиновых ремней сечением А N_оц = 4,6∙10⁶, сечением Б, В, Г N_оц =4,7∙10⁶.

Таблица 7.1 - Коэффициент С_р динамичности нагрузки и режима работы привода по ГОСТ 1284.3-80

Условия работы	Типы машин	Значение Српри числе смен работы
		1	2	3
1	2	3	4	5
Режим лёгкий. Нагрузка спокойная. Кратковременная нагрузка до 120% от номинальной	Станки с непрерывным процессом резания. Центробежные насосы и компрессоры. Ленточные конвейеры, сепараторы	1,0	1,1	1,4
Режим средний. Умеренные колебания. Кратковременная нагрузка до 150% от номинальной	Станки фрезерные, поршневые компрессоры и насосы. Цепные транс- портёры, элеваторы. Дисковые пилы. Пищевые машины	1,1	1,2	1,5
Режим тяжёлый. Значительные колебания нагрузки. Кратковременная нагрузка до 200% от номинальной	Станки строгальные, долбёжные, деревообрабатывающие. Конвейеры винтовые, скребковые. Прессы винто- вые эксцентриковые с тяжёлым маховиком. Машины для брикетирования кормов	1,2	1,3	1,6
Режим очень тяжёлый. Ударная нагрузка. Кратковременная нагрузка до 300 % от номинальной	Подъёмники, экскаваторы. Прессы винтовые эксцентриковые с лёгким маховиком. Ножницы, молоты, мельницы, дробилки, лесопильные рамы	1,3	1,5	1,7

Таблица 7.2 - Коэффициент С_α, учитывающий влияние угла обхвата α

Угол обхвата α, град	180	170	160	150	140	130	120	100	90
Коэффициент Сα	1,0	0,98	0,95	0,92	0,89	0,86	0,82	0,73	0,68

Таблица 7.3 - Коэффициент θ, учитывающий влияние центробежных сил

Сечение ремня	А	Б	В	Г	Д
Коэффициент θ	0,1	0,18	0,3	0,6	0,9

Таблица 7.4 - Значение коэффициента С_L для клиновых ремней

по ГОСТ 1284.3-80

Lр, мм	Сечение ремня
	А	Б	В	Г
1	2	3	4	5
560	0,79	-	-	-
630	0,81	-	-	-
710	0,83	-	-	-
800	0,85	-	-	-
900	0,87	0,82	-	-
1000	0,89	0,84	-	-
1120	0,91	0,86	-	-
1250	0,93	0,88	-	-
1400	0,96	0,90	-	-
1600	0,99	0,93	-	-
1800	1,01	0,95	0,86	-
2000	1,03	0,98	0,88	-
2240	1,06	1,00	0,91	-
2500	1,09	1,03	0,93	-
2800	1,11	1,05	0,95	-
3150	1,13	1,07	0,97	0,86
3550	1,15	1,09	0,99	0,88
4000	1,17	1,13	1,02	0,91

4. Заполнить таблицу 7.5.

Таблица 7.5 - Полученные результаты

Измеренные параметры						Вычисленные параметры
d1, м	d2, м	а, м	Lp, м	α, град	z	S0, м	F, м	tp, ч

Контрольные вопросы

1.Особенности конструкции ремённой передачи.

2.Какие используются формы сечения ремней в ремённой передачи?

3.Перечислить достоинства и недостатки ремённой передачи.

4.Как выбирается сечение ремня?

5.Что включает в себя расчёт на тяговую способность?

6.Как определяется рабочий ресурс ремённой передачи?