11.3. Розрахунок різі на міцність

Умова стійкості проти спрацювання різі передачі ґвинт-мутра:

σ_зм=F/(d₂Hz_в)≤σ , (11.10)

або

σ_зм=4F/((d²-d )z_в≤σ , (11.11)

де F - вісева сила, Н; d₁ - внутрішній діаметр різі; d - зовнішній діаметр різі; Н - висота мутри; К - коефіцієнт нерівномірності розподілу навантаги; для трикутних різей К=0,80,85; z_в - кількість витків різі; z_в=H/P - кількість робочих витків. Формули /11.10/ і /11.11/ - спільні для ґвинта і мутри.

11.4. Кінематичний та силовий розрахунки

Кутова швидкість ω /рад/с/ і частота обертання n /c^-1/ обертової ланки пов'язані зі швидкістю v /мм/с/ ланки, яка рухається поступально, залежностями:

ω=2v/(Pz_p); n=v/(Pz_P), (11.12)

де P - крок різі, мм; z_P - число заходів різі.

Якщо ж має місце перетворення обертового руху у поступальний, то обертовий момент /Н мм/ на ведучій ланці

T=0,5Fd₂tg(Ψ+), (11.13)

де F - вісева сила; d₂ - середній діаметр різі; Ψ - кут сходу ґвинтової лінії по середньому діаметру різі;  - кут тертя у ґвинтовій парі.

При перетворенні поступального руху в обертовий рухома вісева сила /Н/ при заданому обертовому моментові Т

F=2T/[d₂tg(Ψ-)]. (11.14)

Значення ККД передачі ґвинт-мутра визначається залежностями: коли обертовий рух перетворюється у поступальний

_о-п=К_stgΨ/tg(Ψ+), (11.15)

де К_s - коефіцієнт, який враховує втрати потужності на тертя в опорах і в передачі через неточність нарізання різі /К_s=0,80,95/; коли ж поступальний рух перетворюється в обертовий, то

_п-о=К_stg(Ψ-)/tgΨ. (11.16)

Аналізуючи /11.16/, робимо висновок, що передача може працювати, якщо Ψ>. На сьогодні у конструкціях таких передач Ψ≥2.

Самогальмівні передачі ґвинт-мутра з тертям ковзання (>Ψ) мають _о-п=0,20,35, у несамогальмівних (Ψ≥2) _о-п=0,50,7.

Якщо ж перетворюється поступальний рух в обертовий, то

_о-п=0,50,7.

Заувага. Передачі ґвинт-мутра з тертям кочення, не мають властивості самогальмування, і їхній ККД знаходиться у межах 0,80,95.

Глава 12. Фрикційні передачі та варіатори

12.1. Загальні відомості та класифікація

Фрикційними передачами називають такі, які служать для передачі обертового руху /або для перетворення обертового руху в поступальний/ між валами за допомогою сил тертя, що виникають між котками, дисками циліндричної або конічної форми, насадженими на вали і притиснутими один до одного. Контакти ведучого і веденого тіл можуть бути безпосередніми /в передачах з жорсткими тілами котіння/ або з використанням проміжної пов’язі, яка може бути жорсткою /наприклад, сталеве кільце/ чи гнучкою /пас, сталева стрічка, линва, ланцюг зі фрикційними колодками/.

Фрикційні передачі можуть бути з постійним або з мінливим передатним відношенням та безступінчастим реґулюванням швидкості обертання веденого вала.

Перевагами фрикційних передач є простота конструкції, безшумність в роботі, можливість здійснення безступінчастого реґулювання частоти обертання веденого вала.

Проте ці передачі мають і суттєві недоліки: великий тиск на вали та опори; значне ковзання стичних деталей при перевантаженнях передачі; великі втрати на тертя у вальницях; відносно невелика довговічність деталей.

Основний недолік фрикційних передач - великий тиск на вали та опори, - якого до певної міри можна позбутися, застосувавши схеми з розвантаженням валів та опор, проте це призводить до ускладнення конструкції передачі, аналогічно як застосування схем автоматичного натискування стичних фрикційних елементів передачі.

Більшість фрикційних передач має потужність до 20 кВт /іноді до сотень/ і працює з коловою швидкістю до 50 м/с.

На рис. 12.1 подані схеми з постійним передатним відношенням, а на рис. 12.2 подані вибірково фрикційні передачі для безступінчастого реґулювання швидкості - варіатори.

Силові фрикційні передачі у звичайному виконанні мають передатні відношення до u=7, силові передачі з розвантаженими валами – до u=15 і в ручних передачах приладів - до u=12. Найбільший діапазон реґулювання /тобто відношення максимальної кутової швидкості веденого вала до мінімальної/ більшості фрикційних варіаторів з безпосереднім контактом фрикційних тіл кочення не перевищує 34, для здвоєних варіаторів з проміжною пов'яззю - 1216, але, як правило, 48.

Фрикційні передачі з безпосереднім контактом робочих тіл виконуються з початковим дотиком цих тіл по лінії або в точці. Якщо можливі великі деформації валів, значне ковзання по довжині контакту, а також якщо використовуються матеріали з великими модулями пружності, то потрібно застосовувати тіла з початковим дотиком у точці.

Рис. 12.1. Схеми фрикційних передач з постійним передатним відношенням

Рис. 12.2. Деякі схеми варіаторів: а - простий лобовий;

б - корпусний; в, г - кульові; ґ - дисковий; д, е - торові;

є - клинопасовий із розсувними конусами

В силових швидкохідних передачах для виготовлення робочих тіл використовують високоміцні сталі 40Х, 40ХН, І2ХНЗ, І8ХГТ, ШХ15, ШХІ5ГС та інші, які можуть піддаватися термообробці для забезпечення високої твердості поверхневих шарів. Найчастіше ці передачі виконуються закритими в загальному корпусі і працюють в оливовій ванні, що сприяє їхній стійкості проти спрацювання і високому ККД /в межах 0,700,95/. Колеса тихохідних фрикційних передач виготовляються зі сталі чи чавуну і працюють, як правило, без змащення. Для збільшення коефіцієнта тертя і зменшення необхідної сили притискання фрикційних тіл їх робочі поверхні часто облицьовуються фрикційними матеріалами /асботекстолітом, феродо, шкірою, ґумою та ін./.

Сталеві загартовані котки швидкохідних фрикційних передач у закритому виконанні, які працюють в оливовій ванні, схильні до поверхневого викришування /піттинґу/.

В тихохідних передачах і в передачах, що працюють без змащення, також може мати місце процес утворення втомних тріщин, проте абразивне спрацювання в цих випадках проявляється інтенсивніше, і поверхневі шари металу стираються ще до утворення піттинґу. Якщо твердість матеріалів котків мала і мають місце великі тиски, то у зв'язку з місцевими пластичними деформаціями іноді з’являється специфічна форма спрацювання поверхонь – огранка.

Інтенсивність цих видів спрацювання контактових тіл залежить від максимальних контактних напруг і механічних характеристик матеріалів котків. Впливають і інші фактори /сорт оливи, якість виготовлення і складання передачі, характер навантаги, температурний режим та ін./, точний теоретичний облік яких неможливий. Тому інженерні розрахунки для оцінки роботоздатності фрикційних передач зводяться до визначення за формулами Герца контактних напруг на робочих поверхнях і порівняння їх з допустимими напругами.