61. Силы в цепной передаче. Материалы цепей и звездочек.

Силы в передаче.

Окружная сила на звездочке Ft = 2T/d, где T – вращающий момент, d – делительной диаметр звездочки.

Предварительное натяжение цепи (в ньютонах) под действием силы тяжести ведомой ветви

F₀ = 9,81k_fqa, где k_f - коэффициент провисания, зависящий от расположения передачи:

k_f = 6 для горизонтальных передач и k_f = 1для вертикальных, q – масса 1 м цепи кг/м, a – межосевое расстояние, м.

Натяжение цепи от центробежных сил

Fv = qv²

Натяжение наиболее нагруженной ведущей ветви цепи

F₁ = Ft + F₀ + Fv

Нагрузка, действующая на валы цепной передачи: Fв = 1,15 Ft.

Для ответственных передач выбранную цепь проверяют по запасу прочности:

s = Q/(Кд Ft + F₀ + Fv) >= [s]

где Q – разрушающая нагрузка, принимаемая по ГОСТу; Кд – коэффициент, учитывающий динамичность нагрузки; [s] – допускаемый коэффициент запаса прочности: для втулочных и роликовых цепей [s] = 7….18( возрастает с увеличением n и t.

Материалы для изготовления цепей и звездочек.

Цепи и звездочки изготавливают из углеродистых или легированных сталей с последующей их термообработкой.

Пластины изготавливают из сталей 45,50, 40ХН и других с последующей закалкой до твердости 40…56 HRCэ; валики, втулки, ролики и вкладыши – из сталей 15, 15Х, 12ХН3А, 38ХМЮА и других цементацией или азотированием термообработкой до твердости 50…65 HRCэ.

Звездочки изготавливают из сталей 45, 40Х, 15Х, 12ХН3А и других с последующей их термообработкой до твердости HRCэ > 45. Для звездочек тихоходных передач используют также чугуны СЧ20, СЧ18, подвергаемые закалке.

62.Кинематика и динамика цепной передачи.

Передаточное отношение i = w₁/w₂=n₁/n₂=z₂/z_1, где

w₁, n₁, z₁ – соответственно угловая скорость, частота вращения и число зубьев ведущей звездочки; w₂, n₂, z₂ – то же для ведомой звездочки.

Обычно i <=8, для тихоходных передач допускают i <= 15. Для втулочно-роликовых цепей число зубьев звездочки z₁>=29-2i, зубчатых - z₁ =35…17(13). Максимальное число зубьев ведомой звездочки z₂ в целях предупреждения выхода цепи из зацепления принимают не более 120. Средняя скорость движения цепи

V= (wzt)/2П = nzt

Вектор скорости движения цепи можно разложить на две составляющие – параллельную ветви цепи и перпендикулярную к ней соответственно:

При вращении ведущей звездочки угол фи1 изменяется от нуля до П/2, вследствие чего скорость движения цепи не остается постоянной. Так как угловая скорость ведущей звездочки постоянна, угловая скорость вращения ведомой звездочки w₂ и передаточное отношение передачи тоже изменяются. Отклонения передаточного отношения не превышают 1…2 % и в расчетах не учитываются

При работе передач возникают поперечные колебания ветвей цепи, что приводит к появлению дополнительных динамических нагрузок на элементы передачи. Для уменьшения этих нагрузок рекомендуется уменьшить шаг цепи.

63. Общие сведения о шпоночных и шлицевых соединениях. Расчет шпоночных и шлицевых соединений.

Шпоночные соединения

Шпоночное соединение образуют вал, шпонка и ступица колеса (шкива, звездочки и др.). Шпонка представляет собой стальной брус, устанавливаемый в пазы вала и ступицы. Она служит для передачи вращающего момента между валом и ступицей. Основные типы шпонок стацдартизованы. Шпоночные пазы на валах получают фрезерованием дисковым или концевыми фрезами, в ступицах протягиванием.

Расчет

Основным критерием работоспособности шпоночных соединений является прочность. Шпонки выбирают по таблицам ГОСТов в зависимости от диаметра вала, а затем соединения проверяют на прочность. Размеры шпонок и пазов подобраны так, что прочность их на срез и изгиб обеспечивается, если выполняется условие прочности на смятие, поэтому основной расчет шпоночных соединений расчет на смятие. Проверку шпонок на срез в большинстве случаев не проводят.

Соединения призматическими шпонками проверяют по условию прочности на смятие:

Сила, передаваемая шпонкой, F₁=2*10³T/d. На смятие рассчитывают выступающую из вала часть шпонки.

При высотк фаски шпонки _{площадь смятия}

следовательно,

Где Т- передаваемый момент, H-м; d – диаметр вала, мм; h, r₁ – высота шпонки и глубина паза нп валу, мм (таблица величин); - допускаемые напряжения смятия, l_p – рабочая длина шпонки; для шпонок с плоскими торцами l_p=l, со скругленными l_p=l

При проектировочных расчетах после выбора размеров поперечного сечения шпонки Ь и h по таблице определяют расчетную рабочую длину 1 шпонки по формуле (4.1).

Длину шпонки со скругленными торцами l_p= 1+Ь или плоскими торцами l_p== 1 назначают из стандартного ряда.

Длину ступицы 1_см принимают на 8... 10 мм больше длины шпонки. Если длина ступицы больше величины 1,5d,, то шпоночное соединение целесообразно заменить на шлицевое или соединение с натягом. Соединения сегментными шпонками (см. рис. 4.1) проверяют на смятие:

Где l_p=l – рабочая длина шпонки; (h –t) – рабочая глубина в ступнице.

Сегментная шпонка узкая, поэтому в отличие от призматической ее проверяют на срез.

Условие прочности на срез

Где b – ширина шпонки; - допускаемое напряжение на срез шпонки.

Стандартные шпонки изготовляют из специального сортамента среднеуглеродистой чистотянутой стали с

600 Н/мм2 чаще всего из сталей 45, Стб.

Допускаемые напряжения смятия для шпоночных соединений:

при стальной ступице [ ]см = 130...200 Н/мм2

при чугунной [ ]см 80... 110 Н/мм2. Большие значения принимают при постоянной нагрузке, меньшие при переменной и работе с ударами.

При реверсивной нагрузке [ ]см снижают в 1,5 раза.

Допускаемое напряжение на срез шпонок 70... 100 Н/мм2.

Большее значение принимают при постоянной нагрузке.

Шлицевые соединения.

Шлицевое соединение образуют выступы зубья на валу и соответствующие впадины шлицы в ступице (рис. 5.1, а—в). Рабочими поверхностями являются боковые стороны зубьев. Зубья вала фрезеруют по методу обкатки или накатывают в холодном состоянии профиль- ными роликами по методу продольной накатки. Шлипы отверстия ступицы изготовляют протягиванием.

Шлицевые соединения стандартизованы и широко распространены в машиностроении.

Расчет

Основными критериями работоспособности шлицевых соединений являются сопротивления рабочих поверхностей смятию и изнашиванию. Смятие и изнашивание рабочих поверхностей связаны с действующими на контактирующих поверхностях напряжениями см.

Упрощенный (приближенный) расчет основан на ограничении напряжений смятия допускаемыми значениями см., назначаемыми на основе опыта эксплуатации подобных конструкций:

где Т- расчетный вращающий момент (наибольший из длительно действующих моментов при переменом режиме нагружения), Н-м;

К3- коэффициент неравномерности распределения нагрузки между зубьями (зависит от точности изготовления и условий работы),

К = 1,1... 1,5;d- средний диаметр соединения, мм; число z -зубьев; h - рабочая высота зубьев, мм; l_p- рабочая длина соединения, мм; см допускаемое напряжение смятия, Н/мм2. Для соединений с прямобочными зубьями:

f – фаска зуба.

Для соединения с эвольвентными зубьями:

Для соединения с треугольными зубьями