Упругие элементы.

Упругие элементы (пружины и рессоры) используются в возвратных механизмах, пружинных двигателях, для поглощения вибраций и ударных нагрузок и т.п. Наиболее распространены витые цилиндрические пружины, навитые из проволоки круглого сечения, а иногда прямоугольного или квадратного. По виду нагружения различают пружины сжатия, растяжения, кручения и изгиба. Для изготовления пружин используется круглая холоднотянутая проволока из углеродистой стали или легированных сталей типа 65Г, 60С2А. Ленту выполняют из сталей 50,60,70, 65Г, У8А.

Пружины рассчитывают на прочность и жёсткость. Для обеспечения работоспособности узлов с пружинами сжатия необходимо, чтобы:

- контакт между торцевыми витками и опорными деталями осуществлялся по плоскости, перпендикулярной оси;

- площадь контакта (по возможности) должна представлять собой полное кольцо, во избежание нагружения изгибом;

- конструкция опорных витков должна обеспечивать в опорных элементах правильное центрирование пружины.

Это достигается шлифовкой торцевых витков на ¾ дуги окружности и их поджатием. Обычно центрирование осуществляется по внутренней поверхности витков, а при установке в гильзах – по наружной. Для обеспечения устойчивости длинных пружин вводятся дополнительные центрирующие участки по краям или в её средней части.

Виток пружин сжатия и растяжения работает на кручение.

На рис.33 показана связь перемещений с усилиями, где t,Н₀-шаг и длина пружины в свободном состоянии; Н₃-длина пружины при максимальной силе; F₁,F₂-сила пружины при предварительном смещении s₁ и рабочей деформации s₂;

h-рабочий ход; s₃-смещение пружины от силы F₃. ГОСТ регламентирует: диаметр проволоки d, наружный диаметр пружины D₁, максимальное перемещение одного витка ;

; жёсткость витка с₁ и силу F₃, отсюда F₂=k₁F₃, где k₁=1,15-1,3.

Пружины растяжения навиваются обычно вплотную и снабжены зацепами в виде крюков. Пружины устанавливают с начальным натяжением, при этом t=1,5d. Эти пружины центрируются лишь точками опоры, что позволяет ей смещаться от исходного положения.

Порядок расчёта пружины сжатия и растяжения.

Дано: Силы F₁, F₂ и рабочий ход h.

1. Определение максимальной силы F₃=(1,15-1,3)F₂.

2. Выбор материала проволоки с максимальным касательным напряжением .

3. Задание индекса пружины i=D/d.

4. Вычисление коэффициента, учитывающего кривизну витков k=(4i-1)/(4i-4)+0,615/i.

5. Определение диаметра проволоки . По сортаменту берётся ближайшее значение d.

6. Определяется средний диаметр пружины D=di, шаг t и угол подъёма витков tgα=t/(πD).

7. Необходимое число витков для обеспечения рабочего перемещения пружины s₂ n=Gd/(8ci³), где c=(F₂-F₁)/h-жёсткость пружины.

8. Длина рабочей части пружины H_p=nt, H₀=H_p+1,5d.

Тарельчатые пружины предназначены для восприятия больших сжимающих сил при малых перемещениях. Они выполняются в виде тарелок без днищ из закалённой стали 60С2А и обычно располагаются в комплекте. Эти пружины работают на изгиб и рассчитываются по теории колец.

К пружинам кручения относятся плоские спиральные, витые пружины и торсионы. Витые цилиндрические пружины кручения навиваются из круглой проволоки с зазором между витками 0,2-0,5 мм во избежание трения. Пружина должна центрироваться. Т.к. её диаметр при нагружении уменьшается, то между витками и центрирующим элементом предусматривается зазор. Зацепы таких пружин выполняют в виде прямых участков. При действии крутящего момента виток работает на изгиб.

Плоские спиральные пружины изготавливаются из тонкой стальной ленты. Благодаря её высокой гибкости пружина аккумулирует значительное количество энергии, что позволяет осуществить угол поворота валика до нескольких десятков оборотов.

Торсион представляет собой полый цилиндрический стержень с фланцами на концах. Обычно заделку выполняют с помощью эвольвентных шлицов. Его угол закручивания зависит от длины торсиона. Для увеличения угла кручения и снижения массы их изготавливают из титановых сплавов.

Также применяются волнистые и прорезные пружины.

Кольцевые пружины состоят из набора колец с коническими контактными поверхностями, работающими на растяжение-сжатие при восприятии внешней осевой нагрузки.

Лекция 20

РЕДУКТОРЫ.

Редуктор – это промежуточный механизм между двигателем и исполнительным органом, предназначенный для понижения числа оборотов ведомого вала и увеличения крутящего момента. Мультипликатор, наоборот повышает частоту вращения и снижает момент на выходном валу.

В зависимости от типа передач редукторы делятся на цилиндрические, конические, червячные и комбинированные

Редукторы бывают одно- двух- и многоступенчатыми. Число ступеней определяется передаточным отношением. Известны развёрнутые и более компактные соосные конструкции.

Основные параметры редуктора: передаточное число, номинальный вращающий момент на выходном валу, КПД, габариты и масса. Технический уровень характеризуется коэффициентом массового совершенства γ=m/T_вых. В авиации

γ=0,006-0,009, что достигается применением рациональных конструкций, высокопрочных материалов и выполнением корпусов из лёгких сплавов Al,Mg.

При проектировании решаются следующие задачи:

1. выбор рациональной схемы механизма для обеспечения необходимой прочности и жёсткости;

2. выбор материалов с высокой удельной прочностью и анализ применения упрочняющей технологии;

3. снижение металлоёмкости за счёт компактности механизма и рациональной формы деталей;

4. обеспечение надёжного стопорения резьбовых единиц и фиксацию деталей от смещения;

5. снижение потерь на трение и повышение КПД;

6. выбор смазки и защита деталей от коррозии;

7. использование закрытых корпусов для предотвращения попадания внутрь влаги и пыли;

8. обеспечение работоспособности при механических воздействиях в климатическом диапазоне температур;

9. применение унификации, стандартных деталей и обеспечение полной взаимозаменяемости комплектующих;

10. отработка максимальной технологичности деталей и узлов при изготовлении и переборках;

11. обеспечение удобного обслуживания и ремонта.

Исходные данные указываются в ТЗ. К ним относятся кинематическая схема, циклограмма нагружения, Т,ω (или n)-вращающий момент и угловая скорость (число оборотов) на выходном валу. Для передачи винт-гайка задают силу F и скорость v перемещения винта на выходе.

Порядок расчёта привода.

Выбор двигателя.

1. Определение мощности на выходе W_вых=Tω (ω=πn/30), для передачи винт-гайка W_вых=Fv.

2. Расчёт потребной мощности двигателя , где

-КПД редуктора; П_j-потери на трение в подшипниках; η_ij-КПД передачи.

3. По каталогу выбирается двигатель и его характеристики W_Д и n_Д.

Кинематический расчёт передачи.

1.Определение приближённого значения общего передаточного числа и разбивка его по ступеням , где К-число ступеней передачи.

Индекс «mr» означает, что передача выполняется от шестерни z_m к колесу z_r.

Для цилиндрических зубчатых передач коэффициент С_mr принимают:

- из условия минимума габаритов для развёрнутой схемы (К=2) С₁₂=1,2; (К=3) С₁₂=1,3; С =1. Передаточное число последней ступени (К=2) ; (К=3)

для соосных двухступенчатых редукторов .

- из условия минимума инерционности у быстроходных реверсивных приводов (К=2) С₁₂=0,6-0,95; (К=3) С₁₂=0,5-0,8, С =0,9-0,95.

Если на выходе стоит передача винт-гайка, то

, где v-скорость; n_вых - частота вращения вала на выходе, равная частоте вращения винта (гайки).

2. Выбор числа зубьев каждого колеса в паре:

- суммарное число зубьев для колёс с m>1 и однородной структурой z_Σ=z₁+z₂=80-90, для мелкомодульных m<1 z_Σ=90-130, с упрочнённой рабочей поверхностью z_Σ=50-80;

у двухступенчатой передачи число зубьев шестерни для первой ступени равно Z₁=z_Σ/(u₁₂+1) у колеса z₂=z₁u₁₂ (их округляют до целых значений); соответственно для второй ступени .

3. Вычисление уточнённого передаточного числа:

u₁₂=z₂/z₁, .

4. Определение частоты вращения каждого вала:

n₂=n₁/u₁₂, .