26. Расчет вала на выносливость.

Выполняется как проверочный на стадии рабочего проектирования, когда практически готов рабочий чертёж вала, т.е. известна его точная форма, размеры и все концентраторы напряжений: шпоночные пазы, кольцевые канавки, сквозные и глухие отверстия, посадки с натягом, галтели (плавные, скруглённые переходы диаметров).

При расчёте полагается, что напряжения изгиба изменяются по симметричному циклу, а касательные напряжения кручения – по отнулевому пульсирующему циклу.

Проверочный расчёт вала на выносливость по существу сводится к определению фактического коэффициента запаса прочности n, который сравнивается с допускаемым

Здесь n_s и n_t - коэффициенты запаса по нормальным и касательным напряжениям

 

где s_-1 и τ_-1 – пределы выносливости материала вала при изгибе и кручении с симметричным циклом;k_σ и k_τ – эффективные коэффициенты концентрации напряжений при изгибе и кручении, учитывающие галтели, шпоночные канавки, прессовые посадки и резьбу; ε_α и ε_τ – масштабные коэффициенты диаметра вала; s_a и τ_a – амплитудные значения напряжений; s_m и τ_m – средние напряжения цикла (s_m= 0, τ_m=τ_a); ψ_σ и ψ_τ – коэффициенты влияния среднего напряжения цикла на усталостную прочность зависят от типа стали.

Вычисление коэффициентов запаса прочности по напряжениям подробно излагалось в курсе "Сопротивление материалов", в разделе "Циклическое напряжённое состояние".

Если коэффициент запаса оказывается меньше требуемого, то сопротивление усталости можно существенно повысить, применив поверхностное упрочнение: азотирование, поверхностную закалку токами высокой частоты, дробеструйный наклёп, обкатку роликами и т.д. При этом можно получить увеличение предела выносливости до 50% и более.

27. Ременные передачи, их достоинства и недостатки, кинематические параметры

Ременная передача (рис. 3.23, а) является фрикционным механизмом, предназначенным для преобразования параметров вращательного движения. Она состоит из двух шкивов, охватываемых гибкой связью – ремнём, и натяжного устройства, создающего контактные давления между ремнём и шкивами.

По сравнению с другими видами передач ременные передачи обладают рядом преимуществ: плавностью и бесшумностью работы, возможностью передачи движения на большие расстояния, предохранением механизмов от резких колебаний нагрузки и при случайных перегрузках, пониженными требованиями к точности изготовления и монтажа, простотой конструкции и эксплуатации, возможностью осуществления бесступенчатого регулирования скорости.

Недостатками ременных передач являются повышенные нагрузки на валы и опоры, низкая долговечность ремней, непостоянство передаточного отношения вследствие наличия упругого скольжения ремня по шкиву, большие габаритные размеры, чувствительность нагрузочной способности к наличию паров влаги и нефтепродуктов.

С помощью ремня обычно передают движение между параллельными валами, вращающимися в одну сторону (открытая передача). Однако благодаря закручиванию ремня в плоскоременных передачах можно передать движение между параллельными валами с вращением их в противоположные стороны, а также между перекрещивающимися валами (рис. 3.23).

 

 

Рис. 3.23. Схемы ременных передач: а – открытая;  б – перекрестная; в – полуперекрестная (угловая)

 

В зависимости от формы профиля поперечного сечения ремня различают передачи плоско-, кругло-, клиноременные и поликлиновые (рис. 3.24).

 

 

Рис. 3.24. Типы ремней: а – плоский;  б – круглый; в – клиновой; г – поликлиновой,

К ремням передач предъявляются следующие требования: достаточная прочность при переменных напряжениях, высокий коэффициент трения со шкивом, невысокая изгибная жёсткость. В современных передачах прочность обеспечивается специальными слоями корда, а повышенный коэффициент трения – пропиткой или обкладками. Несущие слои, расположенные по центру тяжести сечений, должны иметь высокий модуль упругости. Плоские ремни бывают кожаными, хлопчатобумажными, резинотканевыми, синтетическими и другими; клиновые – прорезиненными с кордом из ткани или шнура.

 

3.4.2.1. Кинематика ременных передач

Дуга обода шкива, на которой он соприкасается с ремнём (рис. 3.25), называется дугой обхвата, а соответствующий ей центральный угол  – углом обхвата.

Рис. 3.25. Геометрия ременной передачи

 

 При передаче мощности ведущая (набегающая на ведущий шкив) ветвь ремня имеет бóльшее натяжение, чем ведомая. При перемещении ремня вместе с ободом ведущего шкива на дуге обхвата каждый элемент ремня перейдёт из зоны большего в  зону меньшего  натяжения, в результате этого элементы ремня укорачиваются и он несколько отстает от шкива. На ведомом шкиве, наоборот,  ремень  несколько  опережает  шкив.  В   результате    скорость u₂ = w₂D₂ / 2 ведомой ветви ремня и окружная скорость ведомого шкива оказывается меньше  скорости:  u₁ = w₁D₁ / 2  ведущей  ветви. Явление  потери  скорости ремня является результатом упругого  скольжения. Упругое скольжение происходит не на всей дуге обхвата, а только на её части a_с, соответствующей дуге упругого скольжения. Угол a_п, соответствующий дуге относительного покоя, находится со стороны набегающих на шкивы ветвей ремня. Упругое скольжение ремня и относительная потеря скорости характеризуются коэффициентом скольжения x: 

 = (_{1 –} ₂) / ₁ = 0,01…0,02.

 

Передаточное число ременной передачи

 

u = ₁ / ₂ = D₂ / [D₁(1 – )].                                (3.84)

 

Коэффициент скольжения зависит не только от упругих свойств ремня, но и  от передаваемой нагрузки.