1.3. Порядок проведения работы

В процессе изучения теоретического материала студенты пользуются макетами и образцами типовых неразъемных соединений. Определяют их основные технические параметры. Производят соответствующие расчеты и оформляют отчет. Самостоятельно изучают разъемные соединения, используя лекционный материал и рекомендованную литературу.

1.4. Содержание отчета

1. Дать краткое описание видов неразъемных соединений с эскизами, их классификацию и область применения. Отметить достоинства и недостатки неразъемных соединений.

2. Подобрать параметры заклёпочного соединения при равной толщине склёпываемых листов и одинаковой их прочности с толщиной листов s = 10мм. Количество заклепок – 3 шт. Соединение нагружено статической нагрузкой. Материал – сталь Ст.3 Таблица 1.1. Произвести расчет на прочность по четырем видам напряжений, определив предельно допустимые нагрузки.

3. Используя макеты сварных соединений, по заданию преподавателя

произвести замеры сварных швов и других необходимых показателей для выполнения расчета на прочность с соответствующими выводами. 4. Выводы.

Лабораторная работа № 2

Изучение механических передач и определение основных параметров

2.1. Цель работы – изучить устройство, принцип работы и определение основных кинематических параметров механических передач, которые широко применяются в строительном производстве и машиностроении.

2.2. Общие сведения. Механическими передачами, или просто передачами, называют механизмы для передачи энергии от машины-двигателя к машине-орудию, как правило, с преобразованием скоростей, моментов, а иногда - с преобразованием видов (например, вращательное в поступательное) и законов движения. Все современные двигатели для уменьшения габаритов и стоимости выполняют быстроходными с весьма узким диапазоном изменения угловых скоростей. В абсолютном большинстве случаев режим работы рабочей машины не совпадает с режимом работы двигателя, поэтому передача механической энергии от двигателя к рабочему органу машины осуществляется с помощью различных передач.

Классификация механических передач:

- по принципу передачи движения: передачи трением и передачи зацеплением; - по взаимному расположению валов: передачи с параллельными валами (цилиндрические), передачи с пересекающимися осями валов (конические), передачи со скрещивающимися валами (червячные, цилиндрические с винтовым зубом, гипоидные);

- по характеру передаточного числа: с постоянным передаточным числом и с бесступенчатым изменением передаточного числа (вариаторы).

При проектировании к механическим передачам предъявляются следующие требования: - высокие нагрузочные способности при ограниченных габаритных размерах, весе, стоимости; постоянство передаточного отношения или закона его изменения; обеспечение определенного взаимного расположения осей ведущего и ведомого валов, в частности, межосевого расстояния; малые потери при передаче мощности (высокий КПД) и, как следствие, ограниченный нагрев и износ; плавная и бесшумная работа, прочность, долговечность, надёжность.

1. Передачи зацеплением с параллельно расположенными валами (осями вращения): рис. 2.1. а - прямозубая внешнего зацепления; рис. 2.1. б - косозубая внешнего зацепления; рис. 2.1. в - шевронная внешнего зацепления; рис. 2.1. г - прямозубая внутреннего зацепления; рис. 2.1. д – реечная.

Рис. 2.1. Цилиндрические зубчатые передачи

2. Передачи зацеплением с пересекающимися валами (осями вращения). Конические зубчатые колеса могут иметь прямые зубья, в основном для малых частот вращения (рис. 2. 2, а), косые зубья (редко) и круговые зубья (рис. 2.2, б). Колеса с круговыми зубьями прочнее прямозубых, плавнее работают и, как это ни парадоксально, технологичнее их.

а) б)

Рис. 2.2. Конические зубчатые передачи

3. Передачи зацеплением со скрещивающимися валами (осями вращения). Червячные передачи бывают с цилиндрическим (рис. 2.3, а) и глобоидным (рис. 2.3, б) червяками. Глобоидный червяк более сложен, но такая передача прочнее обычной примерно в 1,5 раза и имеет повышенный КПД.

Рис. 2.3. Схемы червячных передач: 1 - червячное колесо; 2 - червяк

4. Планетарные передачи. Планетарными называются передачи, имеющие зубчатые колеса с подвижными осями (рис. 2.4). Ведущим в планетарной передаче может быть как центральное колесо а, так и водило Н при остановленном колесе b. Можно вращать и колесо b при остановленном колесе а. При этом получаются различные передаточные отношения в одной и той же передаче. Для получения хода назад (реверса) останавливают водило Н и вращают центральные колеса — а или b.

Рис. 2.4. Схема планетарной передачи: a - центральное колесо наружного зацепления;

b - центральное колесо внутреннего зацепления; g - сателлиты; Н - водило

При этом и на заднем ходу получают различные передаточные отношения. Если же вращаются и водило, и оба центральных колеса, то получают так называемую дифференциальную передачу, которая, в отличие от большинства механических передач, имеет не одну, а две степени свободы. Такие дифференциальные передачи широко применяются в автомобилях для механической связи ведущих колес как на одной оси (межколесный дифференциал), так и на разных осях (межосевой дифференциал). Дифференциальные передачи часто применяют совместно с механическими и немеханическими бесступенчатыми передачами, расширяя их функциональные возможности — повышая КПД или увеличивая диапазон передаточных отношений.

5. Волновая передача. Впервые такая передача была запатентована в США инженером Массером в 1959 г. Волновые передачи кинематически представляют собой планетарные передачи с одним сателлитом в виде гибкого венца g (рис. 2.5). Этот гибкий венец упруго деформируется генератором волн Н (в данном случае специальным гибким подшипником  l ) и входит в зацепление с жестким центральным колесом b, в данном случае в двух зонах. В зацепление входят до 50 % всех зубьев колеса, с чем связана высокая несущая способность волновой передачи. Ведь у обычных зубчатых передач в зацепление входят лишь 1 - 2 % зубьев.

Рис. 2.5. Схема волновой передачи: b – центральное колесо; g - венец; l – подшипник;

H – генератор волн; n_H – частота вращения ведущего звена;

n_g – частота вращения ведомого звена

По сравнению с обычными зубчатыми передачами волновые имеют меньшие габариты и массу, даже меньшие, чем у планетарных передач на тот же момент. Они обеспечивают высокую кинематическую точность, обладают демпфирующей способностью. Волновые передачи способны осуществлять высокие передаточные отношения в одной ступени: например для стальных гибких колес, от минимального примерно 60 до максимального 300. При этом КПД их достаточно велик — в режиме редуктора 80...90 %, как и в планетарных передачах с тем же передаточным отношением.

Зубчатые передачи – самые распространенные из механических передач; они обладают высокими КПД и несущей способностью; компактны, особенно планетарные и волновые, отличающиеся также плавностью и бесшумностью работы. Однако зубчатые передачи требуют точного изготовления, монтажа и обязательной смазки. Особенно требовательны в этом отношении конические колеса с круговыми зубьями и планетарные передачи. Прямозубые передачи, особенно конические, создают при работе с высокими скоростями шум и динамические нагрузки на трансмиссию.

6. Ременные и цепные передачи. Применяются при передаче вращения между параллельными, удаленными друг от друга валами. Ременная передача относится к передачам трением с гибкой связью. Состоит из ведущего и ведомого шкивов, огибаемых ремнем (рис. 2.6). Нагрузка передается силами трения, возникающими между шкивом и ремнем вследствие натяжения последнего.

Рис. 2.6. Геометрические параметры ременной и цепной передач

Ременные передачи применяют в большинстве случаев для передачи движения от электродвигателя, когда по конструктивным соображениям межосевое расстояние а должно быть достаточно большим, а передаточное число и не строго постоянным (в приводах станков, транспортеров, дорожных и строительных машин и т. п.). Мощность, передаваемая ременной передачей, обычно до 50 кВт. Скорость ремня u = 5÷50 м/с. В зависимости от формы поперечного сечения ремня передачи (рис. 2.7) бывают: 1) плоскоременные (рис. 2.7, а), 2) клиноременные (рис.2.7, б), 3) круглоременные (рис. 2.7, в),

4) поликлиноременные (рис. 2.7, г). В современном машиностроении наибольшее применение имеют клиновые и поликлиновые ремни.

Рис. 2.7. Формы поперечного сечения ремня

Широко применяются в машиностроении цепные передачи (рис. 2.8). Наибольшее распространение в качестве приводных получили роликовые, втулочные и зубчатые цепи. Эти три разновидности цепей стандартизованы.

Рис. 2.8. Цепная передача: 1 - ведущая звездочка; 2- ведомая звездочка;

3- бесконечная цепь

Втулочная цепь отличается от роликовой только отсутствием роликов, что несколько снижает массу цепи и позволяет уменьшить шаг между шарнирами звеньев, однако способствует увеличению скорости износа шарниров цепи и несколько снижает КПД цепной передачи (рис. 2.9).

Рис. 2.9. Роликовая цепь

Недостатком цепных передач является сравнительно быстрый износ шарниров, способствующий вытяжке цепи и нарушению ее зацепления со звездочкой, а также шумная работа на высоких скоростях.

Основные кинематические и силовые отношения в передачах. К ним относятся мощность на ведущем N1 и ведомом N2 валах, кВт, угловая скорость ведущего ώ1 и ведомого ώ2 валов, рад/с, величина крутящего момента М1 и М2, н.м, частота вращения n1 и n2, об/мин, (рис. 2.10). Эти характеристики минимально необходимы и достаточны для проведения проектного расчета любой передачи. В механических передачах ведомыми звеньями называют детали передач (звездочки, шкивы, зубчатые колеса), получающие движение от ведущих звеньев. В машиностроении принято обозначать угловые и окружные скорости, частоту вращения, диаметры вращающихся деталей ведущих валов индексами нечетных цифр, ведомых — четными.

Рис. 2.10. Кинематика цилиндрической передачи

Все механические передачи характеризуются передаточным числом i (или отношением), передаваемой мощностью и коэффициентом полезного действия ή.

i = n1 / n2 = ώ1 / ώ2 = D2 / D1 = Z2 / Z1 = М2 / М1, ( 2.1)

ή = N2 / N1_. (2.2)

Механизм, понижающий частоту вращения, называют редуктором, а устройство, повышающее частоту вращения, - мультипликатором. Передачи выполняют с постоянным, переменным или регулируемым передаточным отношением. Изменение передаточного отношения может быть ступенчатым (коробка передач) и бесступенчатым (вариаторы). В приводах с большим передаточным числом, со­ставленных из нескольких последовательно соединенных передач (много­ступенчатые передачи), передаточное число равно произведению переда­точных чисел каждой ступени, т. е.

iоб = i1 · i2 · … · i n . (2.3)

Коробка передач (рис. 2.11) состоит из корпуса 1, в котором на подшипниках размещены входной (ведущий) вал 2, промежуточные 3, 4 и выходной (ведомый) вал 5, на которых установлены неподвижные(Z₁, Z₂-Z₅,) и подвижные (Z₆-Z₇, Z₈-Z₉, Z₁₀) зубчатые колёса. Входной вал 2 соединяется через муфту сцепления с коленчатым валом двигателя. Выходной вал 5 соединяется с карданной передачей трансмиссии. Зубчатые колёса Z₂-Z₅, неподвижно соединены с валом 3 и образуют единый неподвижный блок, вращение которому от вала 2 передаётся через пару зубчатых колёс Z₁-Z₂. Зубчатое колесо Z₁₀ и блок колёс Z₈-Z₉, установленные на валу 5, являются подвижными и обеспечивают включение 1, 2, 3 и 4 передач движения вперёд. Блок подвижных зубчатых колёс Z₆-Z₇, установленный на валу 4, обеспечивает включение передачи заднего хода. Включение той или иной передачи путём перемещения соответствующих подвижных зубчатых колёс осуществляется рычагом переключения 6. На первой передаче в зацеплении находятся зубчатые колёса Z₁,Z₂, Z₅, Z₈. На второй передаче ‑ Z₁,Z₂, Z₄, Z₉. На третьей передаче ‑ Z₁,Z₂, Z₃, Z₁₀. Четвёртая передача является прямой и обеспечивается включением кулачковой муфты, полумуфтами которой являются зубчатые колёса Z₁ Z₁₀. На передаче задним ходом (З.Х.) в зацеплении находятся зубчатые колёса Z₁ Z₂, Z₅, Z₆, Z₇, Z₈.

Рис. 2.11. Кинематическая схема коробки переменных передач (КПП)