- •42.Основные типы и конструкции приводных цепей.Основы выбора и расчёта цепных передач
- •43.Причины выхода из строя и меры повышения долговечности цепей в процессе эксплуатации цепных передач
- •44.Особенности работы цепной передачи:влияние величины шага цепи на неравноменость хода,происхождение удара
- •45.Волновые зубчатые передачи:конструкция,особенности работы,характеристики.
- •47.Корпусные детали:конструкции,основные параметры и элементы
- •48.Характеристика напряжённого состояния и критерии работоспособности валов
- •49.Расчёт валов на усталостную прочность
- •50.Расчёт вала на статическую прочность и жёсткость
43.Причины выхода из строя и меры повышения долговечности цепей в процессе эксплуатации цепных передач
Основной причиной выхода из строя является износ шарниров,приводящее к увеличению длины цепи и неправильному зацеплению её со звёздочкой.Также цепь может выйти из строя из-за усталостного разрушения звеньев при проушине,износом звёздочек.
Для повышения долговечности цепной передачи необходимо обеспечивать достойный уровень смазки цепи,повышенная твёрдость зубьев звёздочки.А также обеспечение должного уровня чистоты цепи и ограждение её от внешних неблагоприятных факторов(грязь,вода и др.)
44.Особенности работы цепной передачи:влияние величины шага цепи на неравноменость хода,происхождение удара
В момент входа в зацепление шарнира с зубом
вертикальные составляющие их скоростей vx и v\ направлены навстречу друг другу — соприкосновение шарнира с зубом сопровождается ударом. Эффект удара можно оценить потерей кинетической энергии
Ek = 0y5mvy.
Здесь т = qpn — масса цепи, которая участвует в ударе (приближенно принимают равной массе одного звена); рп — шаг цепи; Vy — скорость удара. В результате преобразований для цепных передач получают [7]
Последовательные удары сопровождаются шумом передачи и являются одной из причин разрушения шарниров цепи и зубьев звездочки. В некоторых случаях удары приводят к раскалыванию роликов. Для ограничения вредного влияния ударов, на основе зависимости (13.15), выработаны рекомендации [7] по выбору шага цепи, в зависимости от быстроходности передачи.
12,70 15,87 19,05 25,40 31,75 38,10 44,45 50,80
Примечания: 1. На практике всегда желательно принимать шаг меньше допускаемого. 2. При увеличении частоты вращения за указанные пределы необходимы повышенная точность и обильная смазка передачи.
45.Волновые зубчатые передачи:конструкция,особенности работы,характеристики.
Волновая передача основана на принципе преобразования параметров движения за счет волнового деформирования гибкого звена механизма. Впервые такая передача была запатентована в США инженером Массером*.
Обладая рядом положительных качеств, волновая передача получила широкое распространение. В последующие годы запатентовано много различных конструктивных модификаций волновой передачи. Основное распространение получили зубчатые передачи. Однако изучение принципа действия целесообразно начать с фрикционной передачи, которая проще.
Схема волновой передачи изображена на рис. 10.1. Передача состоит из трех основных элементов: гибкого колеса g; жесткого колеса Ь; волнового генератора h.
Наружный диаметр dg недеформированного гибкого колеса меньше внутреннего диаметра db жесткого колеса:
d„-dg=2w0. (10.1) правого конца цилиндр деформирован. Генератор устроен так, чтобы деформированное гибкое колесо прижималось к жесткому колесу с силой, достаточной для передачи нагрузки силами трения.
с правого конца цилиндр деформирован. Генератор устроен так, чтобы деформированное гибкое колесо прижималось к жесткому колесу с силой, достаточной для передачи нагрузки силами трения.
На рис. 10.2 изображен график радиальных перемещений w различных точек гибкого цилиндра, вызванных его деформированием. За координату по оси абсцисс принят угол ср (см. рис. 10.1). Перемещения отсчитываем от начального положения точки на недефор- мированном цилиндре. График подобен мгновенной фотографии поперечной волны. При вращении генератора волна перемещений бежит по окружности гибкого колеса. Поэтому передачу назвали волновой, а водило h — волновым генератором.
Па развертке окружности укладывается две волны. Такую передачу называют двухволновой. Известны передачи с большим числом волн. Например, при трех роликах, расположенных под углом 120°, получим трехволновую передачу.
Вращение генератора вызывает вращение жесткого колеса с угловой скоростью соь (вариант I) или гибкого колеса с cog (вариант II).
Условимся называть: w0 — размер деформирования, равный радиальному перемещению точки гибкого колеса по большой оси генератора; большая и малая оси генератора — большая и малая оси формы деформирования гибкого колеса в торцовом сечении.се
Сопоставляя структурные схемы волновой передачи и ранее известных передач, можно отметить следующие принципиальные различия, все ранее известные механические передачи являются механизмами с жесткими звеньями; волновая передача содержит гибкое звено; во всех передачах с жесткими звеньями преобразование движения осуществляется или по принципу рычага, или по принципу наклонной плоскости. Принцип рычага используют в известных зубчатых, фрикционных, ременных и цепных передачах, где отношение радиусов колес функционально подобно отношению плеч рычага. По принципу наклонной плоскости работают червячные и винтовые передачи.
В волновой передаче преобразование движения осуществляется путем деформирования гибкого звена. Этот принцип назовем принципом деформирования. Сущность этого принципа в том, что при волновом деформировании гибкого колеса всем его точкам сообщаются окружные скорости. При контакте гибкого колеса с жестким по вершинам волн окружные скорости волновых перемещений сообщаются жесткому колесу (или гибкому), как ведомому звену передаточного механизма.чении.
Условимся называть: w0 — размер деформирования, равный радиальному перемещению точки гибкого колеса по б46.Фрикционные передачи.Конструкции,характеристики,материалы,основы расчёта
Принцип действия и классификация. Работа фрикционной передачи основана на использовании сил трения, которые возникают в месте контакта двух тел вращения под действием сил прижатия Fn (рис. 11.1). При этом должно быть
F&F, (11.1)
где F,=Ftl =Fa — окружная сила; F— сила трения между катками. Для передачи с цилиндрическими катками (рис. 11.1)
F=FJ, (11.2)
где / — коэффициент трения.
Нарушение условия (11.1) приводит к буксованию и быстрому износу катков.
Все фрикционные передачи можно разделить на две основные группы: передачи нерегулируемые, т. е. с постоянным передаточным отношением; передачи регулируемые, или вариаторы, позволяющие изменять передаточное отношение плавно и непрерывно (бесступенчатое регулирование)*.
Каждая из указанных групп охватывает большое количество передач, различающихся по конструкции и назначению. Например, различают передачи с параллельными и пересекающимися осями валов; с цилиндрической, конической, шаровой или торовой поверхностью рабочих катков; с постоянным или автоматически регулируемым прижатием катков, с промежуточным (паразитным) фрикционным элементом или без него и т. д.
Схема простейшей нерегулируемой передачи изображена на рис. 11.1. Она состоит из двух катков с гладкой цилин дрической поверхностью, закрепленных на параллельных валах.
На рис. 11.2 показана схема простейшего вариатора (лобовой вариатор). Ведущий ролик А можно перемещать по валу в направлениях, указанных стрелками. При этом передаточное отношение плавно изменяется в соответствии с изменением рабочего диаметра
’"Особую группу составляют, фрикционные механизмы для преобразования вращательного движения в поступательное или винтовое (ведущие колеса экипажей, валки прокатных станов, подающие валки шлифовальных станков и т. п.). В курсе «Детали машин» эти механизмы не d2 ведомого диска Б. Если перевести ролик на левую сторону диска, то можно получить изменение направления вращения ведомого вала — вариатор обладает свойством реверсивности.
Применение. Фрикционные передачи с постоянным передаточным отношением применяют сравнительно редко. Их область ограничивается преимущественно кинематическими цепями приборов, от которых требуются плавность движения, бесшумность работы, безударное включение на ходу и т. п. Как силовые (не кинематические) передачи, они не могут конкурировать с зубчатыми передачами по габаритам, надежности, КПД и пр.
Фрикционные вариаторы применяют как в кинематических, так и силовых передачах в тех случаях, когда требуется бесступенчатое регулирование скорости (зубчатая передача не позволяет такого регулирования). Применение фрикционных вариаторов на практике ограничивается диапазоном малых и средних мощностей — до 10, реже до 20 кВт. В этом диапазоне они успешно конкурируют с гидравлическими и электрическими вариаторами, отличаясь от них простотой конструкции, малыми габаритами и повышенным КПД. При больших мощностях трудно обеспечивать необходимую силу прижатия катков. Эта сила, а также соответствующие нагрузки на валы и опоры становятся слишком большими, конструкция вариатора и нажимного устройства усложняется.
Фрикционные вариаторы нашли применение в станкостроении, сварочных и литейных машинах, машинах текстильной, химической и бумажной промышленности, различных отраслях приборостроения и т. д. Фрикционные передачи любого типа неприменимы в конструкциях, от которых требуется жесткая кинематическая связь, не допускающая проскальзывания или накопления ошибок
взаимного положения валов.изучают.
Различают вариаторы торовые,лобовые,с раздвижным контуром,дисковые
Критерии
Скольжение. Скольжение является причиной износа, уменьшения КПД и непостоянства передаточного отношения во фрикционных передачах. Различают три вида скольжения: буксование, упругое скольжение, геометрическое скольжение.
Буксование наступает при перегрузках, когда не соблюдается условие (11.1): F,<F. При буксовании ведомый каток останавливается, а ведущий скользит по нему, вызывая местный износ или задир поверхности. Нарушение геометрической формы и качества поверхности катков выводит передачу из строя. Поэтому при проектировании следует принимать достаточный запас сцепления К и не допускать использования фрикционной передачи в качестве предохранительного устройства от перегрузки. Применение самоза- тягивающихся нажимных устройств, как правило, устраняет буксование.
Упругое скольжение связано с упругими деформациями в зоне контакта. Элементарно это можно объяснить на примере ци- линдрическоб передачи (см. рис. 11.1). Если бы катки были абсолютно жесткими, то первоначальный контакт по линии оставался бы таким и под нагрузкой. При этом окружные скорости по всей линии контакта равны и скольжения не происходит. При упругих телах первоначальный контакт по линии переходит под нагрузкой в контакт по некоторой площадке. Равенство окружных скоростей соблюдается только в точках, расположенных на одной из линий этой площадки. Во всех других точках образуется скольжение.
В действительности явления, которые связаны с упругими деформациями во фрикционных передачах, сложнее. Они рассматриваются в специальной литературе (см., например, [30]). Скольжение от этих деформаций не превышает 2...3% и обычно определяется экспериментально.
Для стальных катков упругое скольжение незначительно: 0,002 (при полной
нагрузке); для текстолита по стали г я* 0,01, резина по стали г и 0,03.
С уменьшением нагрузки е уменьшается.
Геометрическое скольжение связано с неравенством скоростей на площадке контакта у ведущего и ведомого катков. Оно является решающим для фрикционных передач. Поиски новых форм тел качения часто связаны со стремлением уменьшить геометрическое скольжение. Природу геометрического скольжения выясним на простейшем примере лобового вариатора (рис. 11.8, см. также рис. 11.2). Анализ других случаев см. [30].
Окружная скорость на рабочей поверхности ролика постоянна по всей его ширине и равна vt. Скорость различных точек диска изменяется пропорционально расстоянию этих точек от центра (на краю диска v2=v2mJ).
При отсутствии буксования скорости v\ и v2 на линии контакта должны быть равны между собой. Однако в рассматриваемой конструкции равенство скоростей можно получить только для какой-то одной точки линии контакта. Эту точку П называют полюсом качения. Через полюс качения проходит расчетная окружность диска с диаметром d2, так что
Щ jn2=d2/ d[.
Во всех других точках линий контакта наблюдается скольжение со скоростью vct=v1—v2. На рис. 11.8 эпюра распределения скоростей скольжения по линии контакта изображена жирными линиями. Полюс качения располагается в середине линии контакта только при холостом ходе.
Критерии расчета. При работе фрикционных пар происходят следующие виды разрушения рабочих поверхностей:
Усталостное выкрашивание — в передачах, работающих в масле, когда образуется жидкостное трение. В этих условиях рабочие поверхности разделяются слоем масла, а износ сводится к минимуму.
Износ — в передачах, работающих без смазки, или при отсутствии условий для образований режима жидкостного трения (см. гл. 16).
Задир поверхности — связан с буксованием или с перегревом передачи при больших скоростях и нагрузках в условиях недостаточной смазки.
Все перечисленные виды разрушения зависят от напряжений в месте контакта. Поэтому прочность и долговечность фрикционных пар оценивают по контактным напряжениям (см. § 8.3). Расчетные контактные напряжения при начальном касании по линии (тела качения — цилиндры, конусы, торы и ролики с образующими одного радиуса) определяют по формуле
aH=0,mjFnEJ(bPapH[oH]. (11.17)
При начальном касании в точке (все другие случаи)
aH=m^/FnE^p%^[oH]. (11.18)
Здесь F„ — сила прижатия, нормальная к поверхности контакта; Ь — длина линии контакта; т — коэффициент, зависящий от формы тел качения (см. [11]).
Расчет по контактным напряжениям. Формулы (11.17) и (11.18) удобны для проверочных расчетов, когда размеры тел качения известны.
Для проектных расчетов эти формулы можно преобразовать, принимая за искомые размеры катков. Из-за большого многообразия форм катков для фрикционных передач не удается получить общей формулы проектного расчета, как это сделано, например, для зубчатых передач*. Методика преобразования подобна той, которая применена для зубчатых передач (см. § 8.6).
Допускаемые напряжения для закаленных сталей с твердостью ^60 HRC при начальном контакте по линии и при хорошей смазке принимают [оя]= 1000... 1200 МПа; при начальном контакте в точке [<тя]=2000...2500 МПа. Для текстолита (без смазки) при контакте по пинии [о-д] = 80...100 МПа.
Учет срока службы и переменности режима работы производится по аналогии с зубчатыми передачами.