7 Вопрос

Допускаемые напряжения определяются как часть от предела усталости (выносливости) материала при симметричном цикле нагружения:

- для нереверсивных передач;

- для реверсивных передач.

Здесь: n₁ - коэффициент запаса прочности по пределу усталости, К_ - коэффициент концентрации напряжений у ножки зуба, K_рн - коэффициент режима нагрузки по изгибу, можно принимать его равным 1 для большинства передач (только для очень тихоходных передач он может быть больше единицы).

Вопрос № 9 Муфты приводов. Классификация.

Общие сведения. В технике муфты — это соединительные устройства для тех валов, концы которых подходят один к другому вплотную или же удалены на небольшое расстояние. Соединение валов муфтами обеспечивает передачу вращающего момента от одного вала к другому. Валы, как правило, расположены так, что геометрическая ось одного вала составляет продолжение геометрической оси другого вала. С помощью муфт можно также передать вращение с валов на зубчатые колеса, шкивы, свободно насаженные на эти валы. Муфты не изменяют вращающего момента и направления вращения. Некоторые типы муфт поглощают вибрации и точки, предохраняют машину от аварий при перегрузках. Применение муфт в машиностроении вызвано необходимостью:- получения длинных валов, изготовляемых из отдельных частей, компенсации небольших неточностей монтажа в относительном расположении соединяемых валов;- придания валам некоторой относительной подвижности во время работы (малые смещения и перекос геометрических осей валов);- включения и выключения отдельных узлов;- автоматического соединения и разъединения валов в зависимости от пройденного пути, направления передачи вращения, угловой скорости, т. е. выполнения функций автоматического управления;- уменьшение динамических нагрузок. Современные машины состоят из ряда отдельных частей с входными и выходными концами валов, которые соединяют с помощью муфт.

Классификация муфт. Многообразие конструкций муфт усложняет их классификацию. Простейшая муфта сделана из куска ниппельной трубочки и соединяет вал электромоторчика с крыльчаткой автомобильного омывателя стекла. Муфты турбокомпрессоров реактивных двигателей состоят из сотен деталей и являются сложнейшими саморегулирующимися системами. Группы муфт различают по характеру соединения валов.- Муфты механического действия: а)жесткие (глухие) — практически не допускающие компенсации радиальных, осевых и угловых смещений валов;б)компенсирующие — допускающие некоторую компенсацию радиальных, осевых и угловых смещений валов благодаря наличию упругих элементов (резиновых втулок, пружин и др.);в) фрикционные — допускающие кратковременное проскальзывание при перегрузках.- Муфты электрического (электромагнитного) действия.- Муфты гидравлического или пневматического действия. Далее анализируются только механические муфты. Классы муфт различают по режиму соединения валов.- Нерасцепляемые (постоянные, соединительные) – соединяют валы постоянно, образуют длинные валы.- Управляемые (сцепные) – соединяют и разъединяют валы в процессе работы, например, широко известная автомобильная муфта сцепления.- Самодействующие (самоуправляемые, автоматические) – срабатывают автоматически при заданном режиме работы (обгонные, центробежные, предохранительные). - Предохранительные муфты, разъединяющие валы при нарушении нормальных эксплуатационных условий работы. По степени снижения динамических нагрузок муфты бывают:- жесткие, не сглаживающие при передаче вращающего момента вибрации, толчки и удары;- упругие, сглаживающие вибрации, толчки и удары благодаря наличию упругих элементов — пружин, резиновых втулок и др. Основная характеристика муфты – передаваемый вращающий момент. Существенные показатели – габариты, масса, момент инерции. Муфта, рассчитанная на передачу определённого вращающего момента, выполняется в нескольких модификациях для разных диаметров валов. Муфты – автономные узлы, поэтому они легко стандартизируются. Муфты рассчитывают по их критериям работоспособности: - прочности при циклических и ударных нагрузках, - износостойкости, - жёсткости.

Вопрос №10. критерии работоспособности и расчета цепных передач.

Цепные передачи выходят из строя по следующим причинам: 1)Износ шарниров, приводящий к удлинению цепи и нарушению ее зацепления со звездочками (основной критерий работоспособности для большинства передач). 2)Усталостное разрушение пластин по проушинам основной критерий для быстроходных тяжелонагружен-иых роликовых цепей, работающих в закрытых картерах с хорошим смазыванием. 3)Проворачивание валиков и втулок в пластинах в местах запрессовки-распространенная причина выхода из строя цепей, связанная с недостаточно высоким качеством изготовления. 4)Выкрашивание и разрушение роликов. 5)Достижение предельного провисания холостой ветви — один из критериев для передач с нерегулируемым межосевым расстоянием, работающих при отсутствии натяжных устройств и стесненных габаритах. 6)Износ зубьев звездочек. В соответствии с приведенными причинами выхода цепных передач из строя можно сделать вывод о том, что срок службы передачи чаще всего ограничивается долговечностью цепи. Долговечность же цепи в первую очередь зависит от износостойкости шарниров. Материал и термическая обработка цепей имеют решающее значение для их долговечности. Пластины выполняют из среднеуглеродистых или легированных закаливаемых сталей: 45, 50, 40Х, 40ХН, ЗОХНЗА твердостью преимущественно 40...50HRCэ; пластины зубчатых цепей - преимущественно из стали 50. Изогнутые пластины, как правило, изготовляют из легированных сталей. Пластины в зависимости от назначения цепи закаливают до твердости 40.-.50 HRCэ. Детали шарниров валики, втулки и призмы - выполняют преимущественно из цементуемых сталей 15, 20, 15Х, 20Х, 12ХНЗ, 20ХИЗА, 20Х2Н4А, ЗОХНЗА и подвергают закалке до 55.-.65 HRCэ. В связи с высокими требованиями к современным цепным передачам целесообразно применять легированные стали. Эффективно применение газового цианирования рабочих поверхностей шарниров. Многократкого повышения ресурса цепей можно достигнуть диффузионным хромированием шарниров. Усталостную прочность пластин роликовых цепей существенно повышают обжатием краев отверстий. Эффективна также дробеструйная обработка. В шарнирах роликовых цепей для работы без смазочного материала или при скудной его подаче начинают применять пластмассы. Ресурс цепных передач в стационарных машинах должен составлять 10...15 тыс. ч работы.

Вопрос №13. Виды повреждений зубчатых передач и причины их возникновения.

Все виды повреждения поверхностей зубьев связаны с контактными напряжениями и трением: • Усталостное выкрашивание является основным видом разрушения поверхности зубьев при хорошей смазке передач. Передача работает длительное время до появления усталости в поверхностных слоях зубьев. На поверхности появляются небольшие углубления, которые растут и превращаются в раковины. Основные меры предупреждения выкрашивание: определение размеров из расчёта на усталость по контактным напряжениям; повышение твёрдости материала путём термообработки; повышение степени точности изготовления зубьев.• Абразивный износ является основной причиной выхода из строя передач при плохой смазке (открытые пере-дачи и закрытые, но плохо защищённые от загрязнения; сельскохозяйственные, транспортные, грузоподъёмные ма-шины; горнорудное оборудование). Основные меры предупреждения износа: повышение твёрдости поверхности зубьев, защита от загрязнения, применение специальных масел.• Заедание наблюдается преимущественно в высоко нагруженных и высокоскоростных передачах. В месте со-прикосновения зубьев этих передач развивается высокая температура, способствующая разрыву масленой плёнки и образованию металлического контакта. Здесь происходит сваривание частиц металла с последующим отрывом их от менее прочной поверхности. Образовавшиеся наросты способствуют заеданию. Меры предупреждения заедания те же, что и против износа.• Пластические сдвиги наблюдаются у тяжело нагруженных тихоходных зубчатых колёс выполненных из мяг-кой стали. При перегрузках на мягкой поверхности зубьев появляются пластические деформации с последующим взрывом в направлении скольжения. Пластические сдвиги можно устранить повышением твёрдости рабочей поверх-ности зубьев.• Отслаивание твёрдого поверхностного слоя зубьев подвергнутых поверхностному упрочнению (азотирова-ние, цементирование, закалка) Этот вид разрушения наблюдается при низком качестве термообработки. Отслаиванию способствуют перегрузки.

_{Вопрос №15. Виды повреждений червячных передач и причины их возникновения. Меры по предупреждению повреждений.} Червячные передачи - это механизм для передачи вращения между валами посредством винта (червяки) и сопряженного с ним червячного колеса. Геометрические оси валов при этом обычно скрещиваются под углом 900 . Ведущим звеном как правило является червяк. Это винт с трапецеидальной резьбовой на-резкой. Ведомым - червячное колесо с зубьями особой формы, получаемыми в результате взаимного огибания с витками червяка. Таким образом, червячная передача подобна винтовой паре, где роль винта выполняет червяк, а роль гайки - червячное колесо, представляющее собой сектор, вырезанный из длинной гайки и согнутый в кольцо. Направление и угол подъема зубьев червячного колеса такие же, как и у витков резьбы червяка. Основными достоинствами червячных передач являются плавность и бес-шумность работы, возможность получения больших передаточных чисел в одноступенчатой червячной передаче (от 8 до 80), возможность самоторможения. К недостаткам относятся: низкий коэффициент полезного действия, необходимость изготовления колеса из дорогостоящих антифрикционных материалов, высокая интенсивность изнашивания. Наибольшее применение в машиностроении находят архимедовы червяки, так как технология их производства проста и наиболее отработана. Архимедовы червяки обычно не шлифуют. Их используют когда требуемые твердость материала червяка не превышает 350 НВ. При необходимости шлифовки рабочих поверхностей витков резьбы предпочитают конволютные и эвольвентные червяки, шлифовка которых по сравнению с архимедовым червяком проще и дешевле. Основными видами повреждений червячных передач являются поверхностные разрушения, заедание и изнашивание зубьев. Усталостному разрушению обычно подвергаются зубья червячных колес, изготовленных из твердых бронз. Наиболее опасны изнашивание и заедание зубьев колес червячных передач, обусловленные большими скоростями скольжения и неблагоприятным направлением скольжения относительно линии контакта червяка с колесом.

Вопрос №16. Классификация валов. Особенности проектировочного расчета валов.

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). Форма валов и осей разнообразна и зависит от выполняемых ими функций. Иногда, валы изготавливаются совместно с другими деталями, например, шестернями, кривошипами, эксцентриками. По геометрической форме валы делят на: прямые; кривошипные; коленчатые; гибкие; телескопические; карданные. 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. Гибкие валы изготавливаются многослойной навивкой стальной пружинной проволоки на тонкий центральный стержень. Они сохраняют достаточную гибкость лишь при небольших диаметрах, так как при увеличения диаметра момент инерции сечения, а, следовательно, и жесткость резко возрастают, Поэтому при всех положительных качествах и удобстве привода, такие валы не могут передавать сколько-нибудь значительной мощности и имеют сравнительно узкое применение. Оси обычно изготовляют прямыми. Наиболее широко распространены в машиностроении прямые валы и оси. Коленчатые и криволинейные валы относятся к специальным деталям и в настоящем курсе не изучаются. По конструктивным признакам: гладкие валы и оси; ступенчатые валы и оси; валы-шестерни; валы-червяки. Для осевого фиксирования деталей на валу или оси используются уступы, буртики, конические участки, стопорные кольца, распорные втулки, которые могут монтироваться в одном комплекте с другими деталями. Наиболее удобны для сборки узлов ступенчатые валы: уступы предохраняют детали от осевого смещения и фиксируют их положения при сборке, обеспечивают свободное продвижение детали по валу до места ее посадки. Желательно, чтобы высота уступов допускала разборку узла без вынимания шпонок из вала. Диаметры посадочных участков должны быть выполнены по ГОСТ 6636-69, поскольку на эти диаметры существуют калибры массового производства. Для обеспечения необходимого вращения деталей вместе с осью или валом применяют шпонки, шлицы, штифты, профильные участки валов и посадки с натягом. По типу сечения валы и оси бывают; сплошные; полые; комбинированные. Применение полых валов приводит к существенному снижению массы и повышению жесткости вала при той же прочности, но изготовление полых валов сложнее сплошных. Полыми валы изготовляют и в тех случаях, когда через вал пропускают другую деталь, подводят масло. Участки осей и валов, которыми они опираются на подшипники при восприятии осевых нагрузок, называют пятами. Опорами для пят служат подпятники. Посадочные поверхности валов и осей под ступицы насаживаемых деталей называют цапфами и выполняют цилиндрическими, коническими или шаровыми. При этом принято называть промежуточные цапфы шейками, концевые — шипами. Широкое распространение в машиностроении получили цилиндрические цапфы; конические и шаровые цапфы применяют редко.

Вопрос №17. Червячные передачи. Область применения. Достоинства и недостатки. Особенности расчета на прочность. Червячная передача состоит из винта, называемого червяком, и червячного колеса, представляющего собой разновидность косозубого колеса (смотри рисунок) . Червячные передачи относятся к зубчато-винтовым. Если в зубчато-винтовой передаче углы наклона зубьев принять такими, чтобы зубья шестерни охватывали ее вокруг, то эти зубья превращаются в витки резьбы, шестерня - в червяк, а передача — из винтовой зубчатой в червячную. Ведущее звено червячной передачи в большинстве случаев - червяк, а ведомое — червячное колесо. Преимущество червячной передачи по сравнению с винтовой зубчатой в том, что начальный контакт звеньев происходит по линии, а не в точке. Угол скрещивания валов червяка и червячного колеса может быть каким угодно, но обычно он равен 90°. В отличие от косозубого колеса обод червячного колеса имеет вогнутую форму , способствующую некоторому облеганию червяка и соответственно увеличению длины контактной линии. Направление и угол подъема зубьев червячного колеса такие же, как и у витков резьбы червяка. Резьба червяка может быть однозаходной или многозаходной, а также правой или левой. Наиболее распространена правая резьба с числом заходов z1=1...4. Достоинства:Плавность работы,Бесшумность,Большое передаточное отношение в одной паре,Самоторможение,Повышенная кинематическая точность.Недостатки: Сравнительно низкий КПД (целесообразно применять при мощностях не более 100 кВт),Большие потери на трение (тепловыделение),Повышенный износ и склонность к заеданию,Повышенные требования к точности сборки, необходимость регулировки,Необходимость специальных мер по интенсификации теплоотвода. Применение: Червячная передача главным образом применяется в червячных редукторах. Классификация.Червяки различают по следующим признакам:1)по форме поверхности, на которой образуется резьба: Цилиндрические,Глобоидные.2)по направлению линии витка: Правые,Левые.3)по числу заходов резьбы: Однозаходные,Многозаходные.4)по форме винтовой поверхности резьбы: с архимедовым профилем,с конволютным профилем,с эвольвентным профилем.

Расчет на прочность В червячных передачах наиболее опасно усталостное выкрашивание рабочих поверхностей зубьев колеса. Вследствие больших vS и неблагоприятных условий смазки возможно заедание контактирующих поверхностей, когда образуются участки микросварки с резким повышением коэффициента трения и вырывом частиц бронзы (латуни) – как бы «намазывание» их на червяк. Наросты на витках червяка резко повышают изнашивание зубьев колеса. После изнашивания может происходить излом зубьев червячных колес.

Расчет на сопротивление контактной усталости – основной вид расчета, определяющий размеры передачи; проводится с целью предотвращения усталостного выкрашивания и заедания зубьев.

Расчет выполняют по контактным напряжениям H для зубьев колеса, как выполненных из менее прочного материала, чем стальные витки червяка:

H = (5350q1 / z2){[(z2 + q1) / (awq1)]3T2KH}1/2  НР , (5.2)

где q1 = q + 2x – коэффициент диаметра червяка со смещением; KH = KHKHv – коэффициент нагрузки.

Для передач с нелинейчатыми червяками (ZT, ZK) число 5350 в формуле (5.2) следует заменить на 4340.

Формула проектировочного расчета червячных передач:

aw  Ka(KHT2 / 2НР)1/3 , (5.3)

где Ka = 610 для линейчатых (ZA, ZN, ZI) и Ka = 530 – для нелинейчатых червяков.

Расчетное значение aw округляют до ближайшего большего по ГОСТ 2144-93. По этому стандарту в зависимости от u и aw уточняют модуль m (m = = 2aw / (q + z2)), q и находят коэффициент смещения x (по формуле (5.1)).

Расчет на изгиб является проверочным по формуле

F = 1540T2KFYF2cosw / [(q + 2x)z2m3]  FР2, (5.4)

где KF = KFKFv – коэффициент нагрузки при расчете на изгиб; YF2 – коэффициент формы зуба колеса, его выбирают по таблице для червячных передач в зависимости от эквивалентного числа зубьев: zv2 = z2 / cos3w.

С целью предотвращения недопустимой концентрации нагрузки в зоне зацепления, что существенно ухудшает работу передачи, ограничивают величину прогиба f в среднем между опорами червяка сечении:

f = (Ft12 + Fr12)1/2l3 / (48EJф)  [f],

где Ft1, Fr1 – соответственно окружная и радиальная силы на червяке; l – расстояние между опорами червяка (в предварительных расчетах можно принимать l = (1…0,9)d2); Е – модуль упругости стали; Jф – фиктивный момент инерции некоторого цилиндрического стержня, эквивалентного червяку по прогибу; [f] = (0,005…0,008)m – допускаемый прогиб, мм.

Билет 18. Закрытые зубчатые передачи, работающие в масляной ванне, должны обладать достаточной контактной выносливостью, с тем чтобы не происходило осповидного выкрашивания боковой поверхности зубьев. Контактные напряжения зависят от нагрузки на единицу длины линии контакта зубьев, упругих свойств материала зубьев шестерни и колеса и радиусов кривизны профилей зубьев. Условие прочности на контактную выносливость выполняется, если расчетные напряжения он не превышают допускаемых:  . Допускаемое контактное напряжение   определяют по формуле:  - коэффициент долговечности, при числе циклов нагружения зубьев больше базового принимают  = 1;

где  - коэффициенты, учитывающие механические свойства материалов сопряженных зубчатых колес, форму зубьев в полюсе зацепления и степень перекрытия соответственно; М2 - вращающий момент на зубчатом колесе; d2 - делительный диаметр колеса; b - ширина венца колеса; u - передаточное число ;   - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки между зубьями по ширине венца, а также окружную скорость колес и степень точности их изготовления. где   - предел контактной выносливости при базовом числе циклов. Для углеродистых и легированных сталей при твердости поверхностей зубьев меньше НВ 350  = 2НВ + 70 МПа; ;   - коэффициент безопасности,  = 1,1÷1,3.

Вопрос № 19 Подшипники скольжения. Область применения, классификация, достоинства и недостатки

Основным элементом таких подшипников является вкладыш из антифрикционного материала или, по крайней мере, c антифрикционным покрытием. Вкладыш устанавливают (вкладывают) между валом и корпусом подшипника. Простейшие подшипники скольжения имеют неразъемный корпус обычно с бронзовой втулкой; более сложные подшипники имеют разъем вдоль оси как корпуса, так и вкладышей. Вкладыши делаются стальными или чугунными с наплавкой антифрикционного сплава или бронзовые. В зоне разъема вкладышей имеются так называемые холодильники - емкости для масла, а на поверхности контакта с шайкой вала нарезаются неглубокие масляные канавки. Конструкции подшипников разнообразны, с ними необходимо ознакомиться по учебнику. Трение скольжения безусловно больше трения качения, тем не менее, достоинства подшипников скольжения заключаются в многообразных областях использования: в разъёмных  конструкциях; при больших скоростях вращения (газодинамические подшипники в турбореактивных двигателях  при n > 10 000 об/мин); при необходимости точного центрирования осей; в машинах очень больших и очень малых габаритов; в воде и других агрессивных средах.

Недостатки таких подшипников – трение и потребность в дорогих антифрикционных материалах.

Подшипники скольжения следует применять там, где нельзя применить подшипники качения, а именно:

а) когда подшипник должен быть разъемным по оси (например, подшипники средних шеек коленчатого вала);

б) для очень больших нагрузок, когда подходящих стандартных подшипников качения подобрать нельзя;

в) для сверхбыстроходных валов, где центробежные силы инерции не допускают применения подшипников качения;

г) для работы в сильно загрязненной среде или воде.

Распространенное мнение, что подшипники скольжения дешевле подшипников качения,  глубоко ошибочно.

Характерные дефекты и поломки подшипников скольжения вызваны трением: температурные дефекты (заедание и выплавление вкладыша); абразивный износ; усталостные разрушения вследствие пульсации нагрузок.

При всём многообразии и сложности конструктивных вариантов подшипниковых узлов скольжения принцип их устройства состоит в том, что между корпусом и валом устанавливается тонкостенная втулка из  антифрикционного материала, как правило, бронзы или бронзовых сплавов, а для малонагруженных механизмов из пластмасс.

Большинство радиальных подшипников имеет цилиндрический вкладыш, который, однако, может воспринимать и осевые нагрузки за счёт галтелей на валу и закругления кромок вкладыша. Подшипники с коническим вкладышем применяются редко, их используют при небольших нагрузках, когда необходимо систематически устранять ("отслеживать") зазор от износа подшипника для сохранения точности механизма. В зависимости от формы подшипникового отверстия подшипники скольжения разделяют на:

• одно- или многоповерхностные;

• со смещением поверхностей (по направлению вращения) или без (для сохранения возможности обратного вращения);

• со (или без) смещением центра (для конечной установки валов после монтажа).

По направлению восприятия нагрузки различают радиальные и осевые (упорные).

Вопрос №20. Резъбовые соединения. Область применения. Достоинства и недостатки, классификация по назначению.

Резьбовое соединение —разъёмное соединение деталей машин при помощи винтовой или спиральной поверхности (резьбы). Это соединение наиболее распространено из-за его многочисленных достоинств. В простейшем случае для соединения необходимо закрутить две детали, имеющие резьбы с подходящими друг к другу параметрами. Для рассоединения (разъема) необходимо произвести действия в обратном порядке. В резьбовых соединениях используется метрическая и дюймовая резьба различных профилей в зависимости от технологических задач соединения. Достоинства резьбовых соединений:- высокая нагрузочная способность и надежность;- взаимозаменяемость резьбовых деталей в связи со стандартизацией резьб;- удобство сборки и разборки резьбовых соединений;- централизованное изготовление резьбовых соединений;- возможность создания больших осевых сил сжатия деталей при небольшой силе, приложенной к ключу.Недостатки резьбовых соединений:- главный недостаток резьбовых соединений – наличие большого количества концентраторов напряжений на поверхностях резьбовых деталей, которые снижают их сопротивление усталости при переменных нагрузках. Классификация и основные признаки резьб:- единица измерения шага (метрическая, дюймовая, модульная, питчевая резьба)- расположение на поверхности (внешняя и внутренняя резьба)- направление движения винтовой поверхности (правая, левая);- число заходов (одно- и многозаходная), например двузаходная, трёхзаходная и т. д.;- профиль (треугольный, трапецеидальный, прямоугольный, круглый и др.);- образующая поверхность на которой расположена резьба (цилиндрическая резьба и коническая резьба);- назначение (крепёжная, крепёжно-уплотнительная, ходовая и др.).

Вопрос №21. Напряженные шпоночные соединения. Особенности расчета соединения с призматическими шпонками.

Шпоночные соединения состоят из вала, шпонки и ступицы. Шпонка представляет собой стальной брус, вставляе-мый в пазы вала и ступицы. Она служит для передачи момента между валом и ступицей колеса, шкива, звездочки. Основные типы шпонок стандартизированы. Достоинства шпоночных соединений:• простота конструкции,• легкость монтажа и демонтажа,• низкая стоимость.Недостатки шпоночных соединений:• шпоночные пазы ослабляют прочность вала и ступицы,• конструкция напряжений, возникающих в зоне шпоночного паза, снижает сопротивление усталости.Виды шпоночных соединений:Шпоночные соединения подразделяются на:• не напряженные: с использованием призматических и сегментных шпонок (при сборке в деталях не возни-кают предварительные напряжения);• напряженные: с применением клиновых и тангенциальных шпонок (при сборке возникают монтажные на-пряжения).