книги из ГПНТБ / Повышение несущей способности механического привода

Повышение несущей способности механического при­ вода. Под ред. проф. В. Н. К у д р я в ц е в а . Л . , «Машиностроение» (Ленинградское отделение), 1973,

224с.

Вкниге рассмотрены некоторые исходные положе­ ния к расчетам зубьев на изгибную и контактную прочность, даны рекомендации к повышению несущей способности, приведен метод расчета на глубинную кон­ тактную прочность и дан сравнительный анализ раз­ личных типов передач для облегчения выбора опти­ мального варианта. Особое внимание уделено исполь­ зованию эффекта многопоточности для снижения габа­

ритов и веса привода и получения компактных передач с бесступенчатым регулированием скорости с минималь­ ными потерями на трение. Даны указания к рациональ­ ному проектированию основных деталей одно- и много­ поточных передач, рассмотрены особенности расчета колес с податливым ободом, освещены особенности ра­ боты мелкомодульных передач и расчеты соединения типа вал — ступица.

Книга рассчитана на инженерно-технических и науч­ ных работников, занимающихся вопросами проектиро­ вания, исследования и расчета механического привода. Табл. 25. Ил, 98. Список лит. 161 назв.

у— коэффициент формы номинальных напряжений при расчете зубьев на изгиб;

а{сс0} — угол профиля;

5

ние эффективности оборудования путем увеличения единичных мощностей агрегатов, улучшения качества и надежности. Сниже­ ние веса и габаритов машин при одновременном увеличении долго­ вечности являются важнейшими условиями дальнейшего про­ гресса в машиностроении. В связи с этим повышаются требования к весо-габаритным характеристикам и надежности механических передач, являющихся неотъемлемой частью подавляющего боль­ шинства современных машин, механизмов и приборов.

Размеры зубчатых колес определяются из расчетов зубьев на прочность и поэтому нормами, заложенными в эти расчеты, определяются удельные давления, кинематика относительного движения в контакте, а следовательно, напряжения (объемные, контактные) и теплонапряженность. Таким образом, научным уровнем и экспериментальной обоснованностью методов расчета (наряду с технологическими показателем и характером обслужи­ вания) определяются долговечность передач, их вес, стоимость

иэксплуатационные расходы.

В книге приводится анализ исходных положений, относящихся

ность. В связи с этим приводимый ниже анализ будет способство­ вать принятию более обоснованных решений и повышению надеж-, ности проектируемых машин.

Важнейшими мероприятиями, направленными к снижению габаритов и веса зубчатых передач, являются повышение несущей способности зацепления и использование эффекта многопоточности.

7

контактные и изгибные напряжения и использования более рацио* нальной геометрии зацепления.

Для эвольвентных передач допускаемое усилие между зубьями обычно принимается прямо пропорциональным произведению при­

скретная и при современном состоянии данного вопроса доста­ точно обосновано влияние / т 1 п можно учесть в широком диапазоне скоростей в том случае, если в расчетных формулах примем 1тЫ

=ЬШЕ (га). Отсюда следует, что при е„ > 2, т. е. при Е (е„) ---2

можно ожидать существенного повышения несущей способности по сравнению с вариантом с Е (еа ) = 1. Однако в исследовании [24] зафиксированы незначительные преимущества прямозубых передач с Е (еа ) = 2 по сравнению с обычными прямозубыми передачами с Е (е„) = 1. В гл. 2 показано, что эффективность высокого коэффициента перекрытия зависит от точности разме­ ров и величины коэффициента контактных напряжений, харак­ теризующего степень загруженности передачи. Даны зависимости и графики, позволяющие судить о возможном повышении несущей способности при использовании высоких еа. С помощью этих зависимостей можно установить область рационального приме­ нения рассматриваемого варианта и объяснить причины скромных результатов, полученных в работе [24], при экспериментирова­ нии с передачами, имеющими га > 2. Применение рассматривае­ мого варианта позволяет повысить несущую способность прямо­ зубых передач на 40—60% как из условия контактной прочности зубьев, так и из условия их изгибной прочности.

Из всех известных способов повышения несущей способности, лимитируемой прочностью рабочих поверхностей зубьев и дости­ гаемых воздействием на геометрию зацепления, наиболее эффек­ тивным является переход от эвольвентного зацепления к зацеп­ лению Новикова. Отношение допустимых нагрузок зацепления Новикова и эвольвентного, зависящее от чисел зубьев, угла наклона и передаточного отношения, в среднем колеблется от 1,7 до 2,2 (см. стр. 30). Но это важное достоинство зацепления Нови­ кова может быть эффективно использовано обычно при значи­ тельных величинах N3 (отнесенных к максимальной из действу­ ющих нагрузок), что, например, характерно для передач, рабо­ тающих при достаточно постоянных или малоизмсняющихся нагрузок. Это связано с тем, что в передачах Новикова отношение предельных нагрузок из условия контактной и изломной проч­ ности зубьев значительно больше, чем в эвольвентных передачах и поэтому при многих распространенных режимах нагружения недостаточная изломная прочность зубьев не позволяет исполь­ зовать преимущества, обусловленные высокой несущей способ­ ностью, лимитируемой контактной прочностью зубьев.

Известны примеры, когда при замене эвольвентной пары, вызванной поломкой зубьев, парой с зацеплением Новикова, дальнейшие поломки зубьев, в передаче не возникали. Подобное положение наблюдалось в трансмиссии троллейбусов. Такие же случаи имеются там, где нагрузки существенно выше допусти­ мых для звольвентных передач из условия прочности рабочих поверхностей зубьев. Это связано с тем, что изломная прочность звольвентных зубьев в большей степени зависит от состояния рабочих поверхностей и резко падает при их значительном по­ вреждении, вызванном перегрузками> Результаты эксперимен­ тальных исследований [4] показывают, что разброс в величинах предельных нагрузок, вызывающих поломки зубьев в зацеплении Новикова, сравнительно мал.

В тех случаях, когда Ns достаточно велико и исключены трудно фиксируемые по величине перегрузки, применение заце­ пления Новикова при твердостях рабочих поверхностей «=: НВ 350, позволяет получить величину kop, близкую к тем значениям, которые допускаются для звольвентных передач с цементирован­ ными и закаленными зубьями (см. стр. 30).

Передачи с минимально возможными весом и габаритами можно получить только при использовании эффекта многопоточности. Сочетание многопоточности с эффективными мерами повышения несущей способности зацепления [например, использование раз­ личных видов химико-термических упрочнений в. сочетании с по­ вышенной точностью или применение зацепления Новикова (см. стр. 28)] является особенно эффективным для получения передач с минимальными размерами. Известно, что в самой схеме многих планетарных передач заложены возможности получения значительно меньших габаритов и весов, чем в обычных, так на­ зываемых рядных передачах (передачах с неподвижными осями зубчатых колес). Эта возможность обусловливает появление других условий, которые способствуют повышению несущей способности зацепления и, следовательно, приводят к дальней­ шему снижению габаритов и веса. С переходом от обычных пере­ дач к планетарным намного уменьшаются диаметры зубчатых колес. Эхо позволяет увеличить их твердость, если окончательной является, например, термообработка — улучшение; уменьшение размеров во многих случаях может послужить причиной вполне оправданного перехода к более качественным материалам, более совершенной технологии, использованию наиболее эффективных упрочнений рабочих поверхностей, переходу к более высокой степени точности и т. д. Все это способствует существенному снижению габаритов и веса. В гл. 4 показано, что эффективность поверхностных упрочнений со сравнительно тонким упрочненным слоем (например, азотирования) падает с ростом величины при­ веденного радиуса кривизны в зоне контакта. В этом случае переход от однопоточной передачи к многопоточной позволяет полностью использовать эффект, который может дать азотирование.

9