МУ по выполнению ПЗ № 2 ОП
.pdf
Рисунок 64 – Различные исполнения призматических шпонок
4.2.1.3.3 Шлицевые (зубчатые) соединения
Шлицевые (зубчатые) соединения образуются наружными зубьями на валу и внутренними зубьями в отверстии ступицы (рисунок 65).
Рисунок 65
Это соединение аналогично шпоночному, но так как выступов несколько, то это соединение по сравнению со шпоночным имеет значительное преимущество. Оно способно передавать большие крутящие моменты, легко осуществлять общее центрирование втулки и вала и их осевое перемещение. Поэтому его применяют в ответственных конструкциях машиностроения.
По форме поперечного сечения зубья шлицевых соединений выполняют
прямобочными, эвольвентными и треугольными (рисунок 66).
Наиболее распространены соединения с прямобочными шлицами. Соединения с эвольвентными шлицами более технологичны и обладают большой несущей способностью. Соединения с треугольными шлицами применяют реже, для тонкостенных валов и ступиц.
71
Рисунок 66 – Типы прямобочных (а–в), эвольвентных (г–д) и треугольных (е) шлицевых соединений
Зубья на валу выполняют фрезерованием, строганием, иногда накатыванием, зубья в отверстии — протягиванием или долблением.
4.2.2 Конструкции механических передач
4.2.2.1 Общие сведения о передачах
Вращательное движение от одного вала к другому передается с помощью различных деталей, совокупность которых называется механической передачей.
Механическими передачами, или просто передачами, называют механизмы, служащие для передачи энергии от двигателя к рабочим органам машины, как правило, с преобразованием скорости и соответственным изменением вращающего момента, иногда с преобразованием характера движения
(например, вращательное движение в поступательное движение).
Широкое распространение передач в машиностроении обусловлено, прежде всего, тем, что в абсолютном большинстве случаев режим работы машины– орудия не совпадает с оптимальными скоростями стандартных двигателей; Передачи позволяют понижать или повышать скорость; осуществлять ступенчатое или бесступенчатое ее регулирование в широком диапазоне;
72
изменять направление движения; преобразовывать один вид движения в другой; приводить в движение несколько механизмов от одного двигателя.
Классификация механических передач приведена на рисунке 67; общий вид основных механических передач — на рисунке 68.
Рисунок 67 – Классификация механических передач
По принципу работы передачи подразделяют (рисунок 67): на
передачи трением — фрикционные, ременные; передачи
73
зацеплением — зубчатые, червячные, цепные, а также передачи типа «винт– гайка».
В зависимости от способа передачи движения от ведущего вала вращения к ведомому различают: передачи
непосредственного контакта — фрикционные, зубчатые, червячные и «винт–гайка»; передачи гибкой связи — ременные, цепные.
Рисунок 68 – Общий вид основных механических передач
74
Фрикционные передачи (передачи трением) — передачи, в
которых передача движения осуществляется силами трения. Для создания трения в контакте катков применяют пружины и специальные нажимные и натяжные устройства.
Передачи зацеплением «работают» за счет зацепления зубьев и шарниров цепи с зубьями звездочки. Трение в данном случае вредно, и большинство передач работает со смазкой. Основное достоинство передач зацеплением — высокий КПД, компактность и надежность.
На рисунке 68, а, б изображены фрикционные передачи непосредственным контактом; на рисунке 68, б вариатор — фрикционная передача с бесступенчатым регулированием скорости за счет смещения ролика 1; на рисунке 68, в — передача гибкой связью – ременная.
На рисунке 68, г изображена цепная передача; на рисунке 68, д–и — зубчатые передачи (цилиндрические, коническая, червячная); на рисунке 68, к — храповой механизм.
4.2.2.2 Фрикционные передачи
4.2.2.2.1 Принцип действия и типы фрикционных передач
Фрикционная передача между параллельными валами (рисунок 68, а) состоит из двух цилиндрических катков — ведущего и ведомого, прижимаемых друг к другу с заданной силой Q (рисунок 69). При вращении ведущего катка приходит в движение ведомый каток благодаря возникающей силе трения.
Рисунок 69 – Схема цилиндрической фрикционной передачи
75
Если оси валов пересекаются, то применяют конические фрикционные катки (рисунок 68, б).
Все фрикционные передачи можно разделить на две основные группы:
передачи нерегулируемые (рисунок 68, а), т.е. с постоянным передаточным отношением; передачи регулируемые, или вариаторы
(рисунок 68, б). Каждая из указанных групп охватывает большое количество передач, различающихся по конструкции и назначению.
Вариаторы служат для плавного (бесступенчатого) изменения скорости вращения ведомого вала на ходу при постоянной скорости ведущего вала.
Основная характеристика вариатора — диапазон регулирования Д.
В зависимости от формы тел качения вариаторы делятся на лобовые,
конусные, торовые, дисковые, клиноременные (рисунок 70, а–е).
Рисунок 70 – Схемы основных типов фрикционных вариаторов: а — лобовые; б — конусные; в — торовые; г — дисковый; д — клиноременные; е — двухконусный;
1 — ролик; Б — быстроходный вал; Т — тихоходный вал
Лобовые вариаторы (рисунок 70, а) просты, их выполняют реверсивными. При изменении положения ролика 1 меняется радиус ведомого звена.
76
Конусные вариаторы без промежуточного звена
(рисунок 70, б) по диапазону регулирования аналогичны лобовым и могут обеспечить изменение направления вращения.
Конусные вариаторы с параллельными валами и промежуточным элементом (рисунок 70, е) могут работать только на ускорение или замедление.
Торовые вариаторы (рисунок 70, в) состоят из торовых чашек и роликов. Изменение скорости на выходе достигается поворотом осей вращения роликов. Из всех типов вариаторов торовые вариаторы наиболее совершенны, их недостаток — сложность конструкции.
Многодисковые вариаторы (рисунок 70, г) состоят из пакетов конических раздвинутых дисков, прижимаемых пружинами. Регулирование скорости производится смещением оси ведущего вала относительно ведомого; изменяется величина радиуса контакта.
Вариаторы с раздвижными шкивами и широкими клиновыми ремнями (рисунок 70, д) просты и надежны. Их выпускают в виде самостоятельных агрегатов или встраивают в машину. Скорость регулируется изменением расчетных диаметров шкивов с помощью осевого перемещения дисков.
Практически для одноступенчатых вариаторов диапазон регулирования
Д = 3...8.
Основные требования к материалам:
—износостойкость и контактная прочность;
—высокий коэффициент трения;
—высокий модуль упругости, чтобы не возникала значительная деформация площадки контакта и не увеличивались потери на трение.
Сочетание закаленная сталь—закаленная сталь обеспечивает небольшие
габаритные размеры передачи и высокий КПД; используют шарикоподшипниковые стали с закалкой до 60 НRС.
77
Сочетание чугун—чугун или чугун—сталь позволяет работать со смазкой и без нее (всухую).
Сочетание сталь—текстолит позволяет работать без смазки, коэффициент трения специальных пластмасс достигает 0,5.
Применяют тела качения, покрытые кожей или резиной. Эти материалы обеспечивают высокий коэффициент трения, но он зависит от влажности воздуха. Такие колеса обладают малой контактной прочностью. Иногда используют покрытие из дерева.
Скольжение во фрикционной передаче связано с упругими деформациями поверхностных слоев, износом поверхностей, возможным ослаблением прижатия катков, возможным непостоянством коэффициента трения.
Надежны передачи, у которых ведущий шкив выполнен из менее твердого материала.
Достоинства фрикционных передач:
–простота конструкции;
–бесшумность и плавность работы;
–возможность бесступенчатого регулирования передаточного числа. Недостатки фрикционных передач:
–значительное давление на валы и опоры, ограничивающее величину передаваемой мощности;
–скольжение в передаче, вызывающее непостоянство передаточного числа даже при тщательном изготовлении и монтаже передачи.
Скольжение во фрикционной передаче зависит от нагрузки. При перегрузке
может наступить буксование, при этом ведущий каток скользит по ведомому, ведомый каток останавливается. Буксование приводит к интенсивному разрушению рабочих поверхностей.
Виды разрушений и критерии работоспособности передачи:
–усталостное выкрашивание рабочих поверхностей;
–заедание в тяжелонагруженных быстроходных передачах, работающих со смазкой;
–при разрыве масляной пленки образуются приваренные частицы,
78
задирающие поверхность в направлении скольжения;
– изнашивание поверхности, часто неравномерное. Повышенное изнашивание наблюдается в открытых передачах.
Для фрикционных передач с металлическими катками основным критерием работоспособности является контактная прочность. Прочность и долговечность фрикционных передач оцениваются по контактным напряжениям — напряжениям смятия поверхности на площадке контакта.
4.2.2.2.2 Область применения фрикционных передач
Фрикционные передачи с постоянным передаточным отношением используют сравнительно редко. Их область применения ограничивается преимущественно кинематическими цепями приборов, от которых требуется 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 необходимое усилие прижатия катков Q. Это усилие, а также соответствующие нагрузки на валы и опоры становятся слишком большими, конструкции вариатора и нажимного устройства усложняются.
Фрикционные вариаторы нашли применение в станкостроении, сварочных, кузнечно-прессовых и литейных машинах, машинах текстильной, химической и бумажной промышленности, различных отраслях приборостроения и т.д.
79
Значение фрикционных вариаторов как бесступенчатых регуляторов скорости возрастает в связи с широким фронтом работ по автоматизации управления производственными и другими процессами.
Фрикционные передачи любого типа неприменимы в конструкциях, от которых требуется жесткая кинематическая связь, не допускающая проскальзывания или накопления ошибок взаимного положения валов.
В многоступенчатых передачах вариаторы целесообразно ставить на быстроходной ступени как менее нагруженной.
4.2.2.3 Ременные передачи
4.2.2.3.1 Принцип действия ременных передач
Ременная передача — это передача гибкой связью (рисунок 71), состоящая из ведущего 1 и ведомого 2 шкивов и надетого на них упругого ремня 3. Условием работы ременных передач трением является наличие натяжения ремня.
Рисунок 71 – Схема ременной передачи:
1— ведущий шкив; 2 — ведомый шкив; 3 — ремень;
Всостав передачи могут также входить натяжные устройства и ограждения. Возможно применение нескольких ремней и нескольких ведомых шкивов
(рисунок 68, в).
Ременная передача является одним из старейших типов механических передач, сохранивших свое значение до настоящего времени. Она применяется почти во всех отраслях машиностроения.
80