- •Прямозубой цилиндрической
- •От больших перегрузок
- •Расчет зубьев при действии максимальной («пиковой») нагрузки
- •3.6 Определяем длину ремня (расчетную)
- •3.7 По расчетной длине ремня принимается стандартная длина. После чего уточняем межосевое расстояние
- •2 По форме геометрической оси ….
- •3 По типу сечения: сплошные и полые………….
- •4 По форме и конструктивным признакам
- •40Хн2ма, 30хгт, 30хгса и др.
- •18Хгт, 12х2н4а или из азотируемых сталей типа 38хмюа.
- •2.4 Упорные подшипники, воспринимающие только осевую
Расчет зубьев при действии максимальной («пиковой») нагрузки
Цель расчета: предотвратить пластическую деформацию (при невысокотвердых зубьях (НВ ≤ 350)) или хрупкое разрушение (при высокотвердых зубьях) зубьев
П о контактным напряжениям
По напряжениям изгиба
- паспортная характеристика электродвигателя
Косозубые и шевронные передачи
Pn – нормaльный шаг
Pt – торцовый шаг
Pn < Pt
По сравнению с прямозубыми
- большая плавность и бесшумность работы;
-большая нагрузочная способность при прочих равных условиях.
Недостатки: - наличие осевой силы, которая приводит к некоторому усложнению и удорожанию подшипниковых узлов.
Особенности геометрии косозубых
передач
m = ; mt
В косозубой передаче за счет изменения ß можно в небольших пределах изменять межосевое расстояние a , чтобы вписаться либо в стандартное, либо в заданное межосевое расстояние.
Особенности расчета на прочность
по контактным напряжениям
проверочный расчет
-по напряжениям изгиба
- эквивалентное число зубьев
Полученное значение модуля следует округлить до стандартного значения
ШЕВРОННЫЕ ПЕРЕДАЧИ
Расчет по формулам для косозубых.
Расчеты и косозубых и шевронных передач на прочность при действии максимальных нагрузок ведут по тем же формулам, что и для прямозубых.
ЧЕРВЯЧНАЯ ПЕРЕДАЧA
Червячная передача- механическое устройство для передачи вращения между скрещивающимися (обычно под прямым углом) валами посредством червяка (винта) и сопряжённого с ним червячного колеса. Червяк представляет собой винт с трапецеидальной или близкой к ней резьбой, а червячное колесо является зубчатым колесом, зубья которого имеют особую дугообразную форму. Червячное колесо охватывает червяк на некоторой дуге (обычно до 100°). Ведущим в Ч. п. является обычно червяк, ведомым — червячное колесо; в редких случаях (для повышающих передач) ведущим может быть червячное колесо. В наиболее распространённых Ч. п. используются цилиндрические червяки; червяки с витками на поверхности применяются в глобоидных передачах. В зависимости от числа заходов резьбы (ниток нарезки) различают одно-, двух- и четырёхзаходные червяки; по форме профиля витка — архимедовы, с вогнутым профилем и др. червяки. Витки архимедовых червяков в осевом сечении очерчены трапецией и легко изготовляются точением. Перспективны червяки с вогнутым профилем витков резьбы, обеспечивающим меньшие контактные напряжения и лучшие условия для образования масляного клина. Для силовых передач предпочтительны эвольвентные червяки, профиль витка которых в поперечном сечении очерчен по эвольвенте Передаточное число Ч. п.
U = z2/z1,
где z1 — число заходов (витков) червяка, z2 — число зубьев червячного колеса.
Обычно передаточное число Ч. п. равно 8—100 (в ряде случаев, например в приводах станочных столов большого диаметра, до 1000). Благодаря возможности получения больших передаточных чисел при сравнительно небольшом габарите передачи Ч. п. применяются в приводах машин, устройствах управления и др. Достоинства Ч. п. — плавность и бесшумность работы. Ч. п. могут быть самотормозящими, т. е. передающими вращение только от червяка к колесу, что иногда даёт возможность выполнить механизм без тормозного устройства. Недостаток Ч. п. — значительное относительное скольжение сопряжённых элементов — витков червяка и зубьев колеса. Это вызывает усиленное тепловыделение, повышенный износ и склонность к заеданию, определяет сравнительно низкий кпд (в среднем 0,7—0,75 в однозаходной передаче, 0,8— 0,85 в двухзаходной; 0,86—0,92 в четырёхзаходной). Для уменьшения износа и повышения сопротивляемости заеданию червячные колёса изготовляют из материалов с высокими антифрикционными свойствами, главным образом из бронзы: оловянистой (при скоростях скольжения 5—35 м/сек) и алюминиево-железистой (при скоростях скольжения до 10 м/сек). Для экономии цветных металлов их делают составными: бронзовый венец (обод) устанавливается на стальную или чугунную ступицу. При скоростях скольжения до 2 м/сек и больших диаметрах колёса можно отливать целиком из чугуна. В приборах и небольших силовых передачах могут использоваться колёса из текстолита, полиамидов и т.п. Червяки обычно изготовляют из качественных углеродистых или легированных сталей, термически обработанных до высокой твёрдости. Для повышения качества поверхности червяки шлифуют и полируют.
Достоинства:
Плавность и бесшумность работы;
Возможность реализации больших передаточных чисел в одной передаче червяк-колесо.
Компактность и малая масса.
Передача обладает свойством самоторможения, т.е. угол трения больше угла подъема витка, следовательно, передача нагрузки возможна только в одном направлении - от червяка к колесу (удобно в грузоподъемных машинах).
Простота изготовления.
Недостатки:
Низкий КПД вследствие больших тепловыделений, т.к. передача основана на трении скольжения (витки червяка скользят по зубьям червячного колеса).
Склонность к заеданию (микросваривание).
Необходимость применения дорогостоящих антифрикционных материалов для венцов колес (обычно бронза).
Классификация:
По конструктивному оформлению
Открытые передачи (с ручным приводом)
Закрытые передачи (редукторы)
По относительному расположению червяка и червячного колеса
С нижним расположением червяка
С верхним расположением червяка
2.3 С боковым расположением червяка
По форме поверхности, на которой нарезают витки червяка
С цилиндрическим червяком
С глобоидным червяком
По форме боковой поверхности витков червяка
4.1. Витки червяка в осевом сечении очерчены прямыми линиями т. е. в осевом сечении виток червяка – трапеция. В торцовом же сечении витки отчерчены спиралью Архимеда (отсюда и название «Архимедов червяк»)
Боковая поверхность витков червяка отчерчена по эвольвенте. Передача большей прочности, но сложнее технологически (дороже).
Передача с конволютным червяком.
5. По числу витков (заходов) червяка. Z 1,2,3,4.
Если Z - вариант нестандартный…………
Витки по направлению бывают левые и правые. Левый виток применяется в исключительных случаях.
ГЕОМЕТРИЯ И КИНЕМАТИКА
ЧЕРВЯЧНЫХ ПЕРЕДАЧ
ha = ms ; ms – осевой модуль
hf = 1,2 ms ms = P/П
; q = 7,1…40 ; 8-16 – наиболее
употребляемые;
8-12 – еще чаще употребляемые;
q – коэффициент диаметра червяка;
df1 = (d1-2,4 ms) = qms – 2,4 ms = ms (q-2,4)
da1 = (d1+2ha1) = q ms+2ms = ms (q+2)
При
В приборных передачах
d = ms - число зубьев червячного колеса
df2 = d2-2hf = ms-2,4ms = ms*( -2,4)
dа2 = ms*( +2)
Кинематика червячной передачи
Передаточное число ( U= 8…100).
По условию неподрезания зубьев червячных колес
СКОЛЬЖЕНИЕ В ПЕРЕДАЧЕ
Зная , а также d1,d2
можно определить окружные скорости на червяке и колесе:
Скорость скольжения витков по зубьям:
В зависимости от выбирают материал венцов червячных колес.
Указанным выше способом определяется при условии, что известны
Для предварительных расчетов ожидаемая скорость скольжения определяется:
МАТЕРИАЛЫ ЧЕРВЯКОВ И
ЧЕРВЯЧНЫХ КОЛЕС
Червяк
Стальной (40Х, 40ХН, 12ХНЗА, 18ХГТ и др.) - подвергают цементации с последующей закалкой до твердости витков H = 56…63 HRC
Применяют также червяки из азотируемых сталей: 38Х2Ю, 38Х2МЮА, требующих только полирования (без шлифования)
Боковые рабочие поверхности витков шлифуют и даже полируют. Чем выше твердость и чище витки, тем больше нагрузочная способность передачи.
Червячные колеса делают составными: центр колеса из черного металла (чугун, сталь), венцы -из антифрикционного материала ЛМцС58-2-2 и др.)
При скорости скольжения венцы червячны колес изготовляют из безоловянистых бронз (БрА9Ж3Л, БрА10Ж4Н4Л и др.), литейных латуней (ЛАЖМц66-6-3-2,
ЛМцС58-2-2 и др.)
При скорости скольжения из малооловянистых бронз - БрО6Ц6С3, БрО5Ц5С6 и др.
При скорости скольжения из высокооловянистых бронз,содержащих также фосфор, свинец, сурьму и никель (БрО10Ф1, БрО10Н1Ф1 и др.)
Колеса малых размеров делают целиком из антифрикционных материалов.
ВИДЫ И ПРИЧИНЫ повреждения и РАЗРУШЕНИЯ
ЗУБЬЕВ ЧЕРВЯЧНЫХ КОЛЕС
Заедание
Так как при работе червячной передачи выделяется большое количество тепла, происходит заедание (микросваривание) витков и зубьев. Материал зубьев вырывается…и приваривается к виткам…..
Легкая форма заедания – натир,тяжелая - задир
Основные способы борьбы
- расчет на контактную прочность; этим расчетом можно регулировать величину контактных напряжений, т.е. выделение теплоты. Характерен для безоловянных бронз и чугуна.
2. Износ зубьев
Это характерно для открытых передач (износ, следовательно, уменьшение толщины зубьев) прочность уменьшается и зуб в конце концов ломается.
Меры борьбы:
- защита от пыли и грязи; модуль принимать на ступеньку больше чем у закрытых передач.
- износ зубьев больше при частых пусках и остановках.
3. Усталостный излом зубьев
Это характерно для закрытых передач – следствие большого числа нагружений при действии значительных изгибных напряжений.
Основная мера борьбы – расчет на изгибную выносливость.
4. Усталостное выкрашивание -
следствие большого числа нагружений и действия значительных контактных напряжений – характерно для закрытых передач при колесах из оловянных бронз.
СИЛЫ В ЧЕРВЯЧНЫХ ПЕРЕДАЧАХ
РАСЧЕТНАЯ НАГРУЗКА ПРИ РАСЧЕТЕ
ЧЕРВЯЧНЫХ ПЕРЕДАЧ
- коэффициент нагрузки
- коэффициент конц нагрузки
- коэффициент динамичности нагрузки
Червячная передача хорошо прирабатывается; при постоянной нагрузке
=1
Для червячной передачи характерна бесшумная плавная работа
=1, следовательно, K=1
Для передач с переменной нагрузкой 1,1 ≤ К≤ 1,3
ДОПУСКАЕМЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ
ЗУБЬЕВ ЧЕРВЯЧНЫХ КОЛЕС
допускаемое контактное напряжение (поверхностное)
- для оловянных бронз
- предел прочности для бронзы (
в табл. cправочн.)
- коэффициент, учитывающий износ зубьев и зависящий от скорости скольжения (M/C)
1 2 3 4 5 6 7 -------------------------------------------------------------
1,33 1,21 1,11 1,02 0,95 0,88 0,83 0,8
- коэффициент долговечности
- число нагружений каждого зуба за весь срок службы
- для нереверсивной передачи
- для реверсивной передачи
Если > 25 то принимают = 25 - мах значения
2 - Для безоловянных бронз
- ожидаемая скорость скольжения
3 - для чугунных червячных колес
ДОПУСТИМЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ ИЗГИБА
1 Для венцов червячных колес из бронзы
Для чугуна
;
Если ≥ 25 * принимают = 25 *
РАСЧЕТ ЧЕРВЯЧНЫХ ПЕРЕДАЧ НА ПРОЧНОСТЬ
Так как более слабым звеном является червячное колесо, то и расчет ведут по зубьям колеса (бронза менее прочная, чем сталь)
РАСЧЕТ ЗУБЬЕВ НА КОНТАКТНУЮ ПРОЧНОСТЬ
(передача с Архимедовым червяком)
Цель: предупредить заедание в передаче
В качестве базовой формулы используется формула Герца
( только при внешнем зацеплении)
- радиус кривизны боковой поверхности витков червяка
При прямомобочных витках
= 0, следовательно,
=
; ;
(1) - формула для проверочного расчета зубьев червячного колеса на контактную прочность
- межосевое расстояние
Для проектировочного расчета формула (1) решается относительно
0
для редукторных передач по ГОСТ 2144-87 округляется до одного из ближайших стандартных значений с последующей проверкой контактных напряжений
РАСЧЕТ ЗУБЬЕВ ЧЕРВЯЧНЫХ
КОЛЕС ПО НАПРЯЖЕНИЯМ ИЗГИБА
Цель: предупредить поломку зубьев.
Витки практически не ломаются.
В основу расчета положены формулы, выведенные для косозубых зубчатых передач.
Но в эти формулы вносятся поправки:
- зубья червячного колеса из-за дугообразной формы прочнее зубьев косозубого колеса с такой же шириной венца В2. У них больше момент сопротивления изгибу.
- зубья червячного колеса во всех сечениях, кроме сечения главной плоскостью нарезаны как бы с положительным смещением, что также увеличивает их изгибную прочность; с учетом этого расчетная формула для расчета по напряжениям изгиба принимает вид:
- окружная сила на колесе
- коэффициент нагрузки
- ширина венца
- осевой модуль
- коэффициент формы зуба зависит от
=
- эквивалентное число зубьев червячного колеса
- коэффициент, учитывающий влияние изнашивания зубьев колеса на их прочность
- для закрытых передач =1;
- для открытых - =1,2.
Расчет зубьев червячных колес при действии
«пиковых» нагрузок
Этот расчет выполняется одинаково с зубчатыми
передачами
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ЧЕРВЯЧНЫХ
ПЕРЕДАЧ
В основе лежит уравнение теплового баланса
Qвыдел ≤ Qотвед
- мощность на валу червяка
КПД Ч.П.
- коэффициент теплопередачи
А – активная площадь теплоотвода
– температура масла внутри редуктора
– температура воздуха окружающей среды ( )
А – определяется после вычерчивания расчетным путем, либо по таблице в зависимости от
Кт – зависит от способа охлаждения.
Приравняем правые части этих уравнений и решим это равенство относительно
РАСЧЕТ ЧЕРВЯКА НА ПРОЧНОСТЬ И ЖЕСТКОСТЬ
При расчете червяк считают как двухопорную балку круглого сечения на шарнирных опорах.
ПЕРЕДАЧИ ГИБКОЙ СВЯЗЬю
К ним относятся:
- ременные
- цепные
- канатные
РЕМЁННЫЕ ПЕРЕДАЧИ
Ременная передача и сечения ремней
Ремённая передача, механизм, осуществляющий передачу вращательного движения с помощью ремня, охватывающего закрепленные на валах шкивы. Ремень, являясь промежуточной гибкой связью, передаёт крутящий момент с ведущего шкива (рис.) на ведомый за счёт сил трения, возникающих между натянутым ремнем и шкивами. В зависимости от типа используемых ремней Р. п. могут быть плоскоремёнными, клиноремёнными и круглоремёнными. Получают распространение Р. п. с т. н. поликлиновыми ремнями, имеющими клиновые выступы на внутренней стороне. Плоские и круглые ремни используются, как правило, по одному в передаче, а клиновые — по несколько штук (обычно не более 6—8).
Плоскоремённые передачи просты и удобны, позволяют применять обычные шкивы с гладкой поверхностью, способны работать при высоких скоростях (40—50 м/сек и выше). Однако такие Р. п. имеют невысокое тяговое усилие, значительные габариты и сравнительно малое передаточное отношение (обычно до 5).
Клиноремённые передачи, обеспечивая повышенное сцепление ремней со шкивами, позволяют сократить межосевое расстояние, уменьшить размеры передачи и повысить передаточное отношение (до 10—15). Круглоремённые передачи используются редко, главным образом в приводах малой мощности (настольные станки, швейные машины и т. п.).
Достоинства Р. п.: конструктивная простота, относительно малая стоимость, способность передавать мощность на значительные расстояния (до 15 м и более), плавность и бесшумность работы, предохранение механизмов от перегрузки за счёт упругих свойств ремня и его способности пробуксовывать по шкивам. Недостатки Р. п.: короткий срок службы ремней, относительно большие размеры, высокая нагрузка на валы и подшипники, непостоянство передаточного отношения (из-за неизбежного проскальзывания ремня). Получают распространение ремни из высокоэластичных и прочных синтетических материалов, узкоклиновые и зубчатые ремни. Р. п. распространены в приводах с.-х. машин, электрогенераторов, некоторых станков, текстильных и других машин. Р. п. применяют обычно для передачи мощности до 30—50 квт. Известны установки мощностью в несколько сотен и даже тысяч квт, в которых также использованы Р. п.
Передачи бывают:
-плоскоременные
- круглоременные (шнуровые)
- зубчатоременные
- клиновые
- поликлиновые
Достоинства ременных передач:
возможность передачи нагрузки на большие расстояния ( ≤ 15 м)
плавность и бесшумность работы
простота изготовления и ухода
ременные передачи являются предохранительным узлом, так как при перегрузке пробуксовывают
сравнительно высокий КПД у ременной – 0,94… 0,96.
Но:
Непостоянство передаточного отношения
Сравнительно небольшая долговечность (считается приемлемой долговечность ≥ 1000 часов)
Большое давление на валы и опоры (давление на вал в 2…3 раза больше полезной нагрузки)
Неприменимость во взрывоопасных средах
ГЕОМЕТРИЯ И КИНЕМАТИКА
ОТКРЫТЫХ РЕМЕННЫХ ПЕРЕДАЧ
Схема открытой ременной передачи
- для плоскоременных передач
- для клиноременных передач
Длина ремня:
Угол обхвата:
Передаточное отношение:
Скорость ремня
i ≤ 5 у плоскоременных
i ≤ 7 у клиноременных
С натяжным роликом у плоскоременных и клиноременных передач i ≤ 10.
Но: уменьшает долговечность, так как происходит обратный перегиб
УСИЛИЕ В ВЕТВЯХ РЕМНЯ
при холостом ходе передачи
T1 = 0
F1 + F2 = 2F0 (1)
и передача работает под нагрузкой
T1 ≠ 0
F1 + F2 = 2F0
Рассмотрим условие равновесия шкива относительно ц. 01
- полезная окружная сила
F1 - F2 = (2)
Решим систему уравнений (1) и (2)
F1 + F2 = 2F0
F1 - F2 =
2F1 = 2F0 +
F1 = F0 +
F2 = F0 -
Схема перекрестной ременной передачи
ДАВЛЕНИЕ НА ВАЛЫ И ОПОРЫ ОТ
РЕМЕННЫХ ПЕРЕДАЧ
Откладывая в масштабе F1 и F2 после геометрического сложения, получим длину вектора
Fв
Достоинство: мы получаем истинное направление Fв
Силу, действующую на валы можно определить по теореме косинусов:
Fв=
Для клиноременных существует особая формула:
Fв=
- напряжение в ремне от предварительного натяжения
А – площадь поперечного сечения одного ремня
- число ремней в комплекте
Существуют разные способы регулировки натяжения ремней
Сила давления на вал (ориентировочно)
Fв (2…3)Ft
СКОЛЬЖЕНИЕ РЕМНЯ НА ШКИВАХ
- дуга относительного покоя
(или в процентах – 1…3%))
Учитывая скольжение
Скольжение ремня на шкивах (упругое) – неотъемлемое свойство для ременных передач (не с зубчатым ремнем)
При увеличении нагрузки на передачу уменьшается дуга покоя и увеличивается дуга скольжения, следовательно, может наступить момент, когда
дуга покоя исчезнет и наступит полное буксование
. НАПРЯЖЕНИя В РЕМНЕ
Напряжения от предварительного натяжения
Напряжения от центробежной силы
Напряжения от окружной силы
Напряжения от изгиба
Суммарное напряжение в ремне
ПОТЕРИ В РЕМЕННОЙ ПЕРЕДАЧЕ И
КПД
Общие потери складываются из:
1. потери в опорах валов (каждая пара подшипников дает ≈ 1% потерь мощности)
(в роликовых потери больше чем в шариковых)
2. потери от скольжения ремня на шкивах
3. потери от внутреннего трения в ремнях
4. потери от сопротивления воздуха
КПД плоскоременной – 0,96
КПД клиноременной - 0,95.
ВИДЫ РАЗРУШЕНИЯ РЕМНЕЙ
Усталостное разрушения ремней (следствие циклического деформирования ремня – расслаивается ремень)
Перегрев ремня в результате упругого скольжения ремня на шкивах и внутреннего трения в ремне)
Износ ремня вследствие упругого скольжения или буксования
КЛИНОРЕМЕННЫЕ ПЕРЕДАЧИ
Достоинства:
тяговая способность;
- возможность передачи движения от ведущего шкива к нескольким ведомым;
- позволяет заметно уменьшить требуемое межосевое расстояние;
- большая плавность работы;
- отсутствие соскакивания ремня;
- передаточное отношение.
Недостатки:
- меньший диапазон передаваемых мощностей (плоский – до 2000 кВт, клиновые – до 50-200 кВт);
- неприменимость при больших межосевых расстояниях;
- сложнее конструкция шкивов;
- меньше КПД (больше потери на преодоление жесткости ремня)
- сложнее сборка (монтаж) – при неконсольном расположении шкивов (между подшипниками)
- менее быстроходны, чем плоскоременные
Клиновые ремни
Существует два вида клиновых ремней:
Кордтканевый ремень – прочный, но жесткий
Кордшнуровой – обладает большей гибкостью и нагрузочной способностью; применяют при тяжелых условиях работы.
По ГОСТ 1284.1-87 выпускаются семь типов ремней (по размеру поперечного сечения)
Россия О, А, Б, В, Г, Д, Е
По ISO: Z А В С D E (6 cеч)
Кроме того, теперь промышленность выпускает ремни узкие (в/h=1,2)
Россия: УО УА УБ УВ
По ISO SPZ SPA SPB SPC
Для тракторов и комбайнов – вентиляторные ремни 5 сечений.
Обозначаются: 1,2,3,4,5 – ГОСТ 5813-76
РАСЧЕТ КЛИНОРЕМЕННЫХ ПЕРЕДАЧ
Необходимые исходные данные:
Передаваемая нагрузка
Угловые скорости шкивов
Расположение передачи в пространстве (для самой передачи это не важно, а для сопредельных элементов привода это необходимо)
Дополнительные условия:
Состояние атмосферы (температура, влажность и т.д.)
Возможность или невозможность попадания нефтепродуктов или их паров
Способ регулировки натяжения ремня
Порядок расчета:
3.1 Выбираем тип ремня (кордтканевый или
кордшнуровой)
3.2 В зависимости от передаваемой мощности и угловой скорости шкивов выбираем сечение ремня (О, А, ….,Е)
3.3 По таблицам справочной литературы в зависимости от сечения ремня находят
- диаметр ведущего шкива согласуя его с ГОСТ 17383-73
- диаметр ведомого шкива с последующим его округлением по ГОСТ 17383-73
Уточняем передаточное отношение
Определяем скорость ремня