3607

Полученное значение «а» необходимо уменьшить на (0,002…0,004)аW для обеспечения провисания цепи.

Шаг цепи является основным параметром цепной передачи. Цепи с большими шагами имеют большую несущую способность, но допускают меньшие частоты вращения, работают с большими динамическими нагрузками и шумом.

Критерии работоспособности и расчета цепных передач

Причины выхода из строя цепных передач:

а) Износ шарниров, приводящий к удлинению цепи. Допускаемое удлинение – 1,5…2,5 % (для всех цепей);

б) усталостное разрушение пластин по пружинам (основной критерий для быстроходных тяжелонагруженных роликовых цепей);

в) поворачивание осей и втулок в пластинах в местах запрессовки;

г) выкрашивание и раскалывание роликов; д) износ зубьев звездочек.

В качестве основоного расчета передач следует принять расчет, обеспечивающий высокую износостойкость шарниров. Ресурс цепи R ≥ 3…5 тыс. часов работы.

11.6. Основы работы передачи

Окружное усилие в цепной передаче передается за счет сил давления зубьев ведущей звездочки на звенья цепи и затем давлением звеньев ведущей ветви на зубья ведомой звездочки.

В процессе работы ведущая ветвь цепи испытывает постоянную нагрузку S1, которая состоит из полезной силы P и натяжения ведомой ветви S2.

S1 =Р + S2

119

Натяжение S2 можно определить из условия равновесия цепи (рис. 11.6). При этом вес (q) одного погонного метра цепи принимается для простоты как вес на длине, равной межосевому расстоянию (aW). Стрела провисания – (f).

aw

Рис. 11.6. Определение усилия натяжения цепи Уравнение моментов

Обычно S2 составляет менее 10 % от Р. Обозначим

где kf – коэффициент провисания и получим

S2 = kf·q·a.

Принимая f = 0,02·а, получим для горизонтальной пере-

дачи (Q = 0) kf = 6, при Q ≤ 40°.

kf = 4 и при Q > 40° kf = 2, а при Q =90° kf = 1,0.

Натяжение цепи от центробежной силы определяется и учитывается при V > 5 м/с.

120

q V 2 Sц g

где V – скорость цепи, м/с

g = 9,81 м/с2 – ускорение силы тяжести.

Каждое звено ведет цепь при повороте звездочки на один угловой шаг, а затем уступает место следующему звену. В связи с этим скорость цепи при равномерном ращении звездочки не постоянна. Она максимальна в положении звездочки, когда ее радиус, проведенный через шарнир, перпендикулярен ведущей ветви.

В произвольном угловом положении звездочки, когда ведущий шарнир повернут на угол α скорость цепи равна

V = ω1·R1·Cos α ;

V

1 R1 Cos

где ω1 – постоянная угловая скорость ведущей звездочки; R1 – радиус начальной окружности.

Угол (α) изменяется в пределах от 0 до Z1 , поэтому и

скорость цепи изменяется от Vmax до VmaxCos Z1 .

Мгновенная угловая скорость ведомой звездочки равна

V

2 R2 Cos

где R2 – радиус начальной окружности ведомой звездочки

β – угол поворота шарнира, примыкающего к ведущей ветви по отношению к перпендикуляру на эту ветвь. Угол β

изменяется от «0» до Z2 .

Мгновенное передаточное число равно

121

т.к. α ≠ const; β ≠ const, то и U ≠ const , чем больше Z1 и Z2, тем выше равномерность движения.

11.7. Расчет передачи

Допускаемое полезное усилие (РП) должно быть больше заданного (Р)

F [ P ]

PП Kэ Р

где [P] – допускаемое удельное давление принимается в зависимости от (t) и (U1),

F – площадь проекции опорной поверхности шарнира К – коэффициент, характеризующий условия эксплуа-

тации передачи

Кэ = Кд·Ка·Кп·Крч·Кс·Кр

где Кд – коэффициент динамичности. При спокойной нагруз-

ке Кд = 1; При ударах Кд = 1,2…1,5;

Ка – коэффициент, учитывающий межосевое расстояние.

При а = (30…50)t; Ка= 1,0. При а = 25t; Ка = 1,25; при а >

50t; Ка = 0,8.

Кп – коэффициент, учитывающий соглашение линии центров. При Q ≤ 60° Кп = 1,0; при Q > 60° Кп 1,25.

Крч – коэффициент, учитывающий возможность регулирования межосевого расстояния (а). Для регулируемых передач Крч = 1,0, иначе Крч = 1,25

Кс – коэффициент, учитывающий характер смазки. Для непрерывной смазки Кс = 0,8, для капельной Кс = 1,0, для периодической Кс = 1,5.

Кр – коэффициент, учитывающий режим работы При односменной работе → Кр = 1,0

2-х сменной работе → Кр = 1,25 3-х сменной работе → Кр = 1,45

122

11.8. Конструирование цепных передач

Для создания условий обильной смазки цепи, защиты от загрязнений, бесшумности и безопасности работы, цепные передачи заключают в картеры. Внутренние размеры картера должны обеспечивать возможность провисания цепи и ее удобного обслуживания. Радиальный зазор между внутренней стенкой картера и наружной поверхностью звездочек принимают равным ℓ = (t + 30) мм. Зазор, учитывающий провисание цепи, назначают в пределах 0,1а, а ширину картера будут на 60 мм больше ширины цепи. Картер снабжают окном и указателем уровня масла.

Вответственных силовых передачах рекомендуется применять картерную смазку следующих видов

а) окунанием цепи в масло на глубину, равную ширине пластины. Применяют при V ≤ 10 м/с.

б) разбрызгиванием с помощью специальных колец, отражательных щитков, по которым масло стекает на цепь. Применяют при V = 6…12 м/с в случаях, когда уровень масла не может быть поднят до горизонта цепи;

в) циркуляционную струйную смазку от насоса – это наиболее совершенный способ. Применяется для быстроходных мощных передач;

г) циркуляционную смазку с распылением капель масла в струе сжатого воздуха. Применяют при V > 12 м/с.

Всреднескоростных передачах, не имеющих герметичных картеров, можно применять консистентную внутришарнирную или капельную смазку. Консистентную смазку осуществляют периодических через 120…180 часов погружением цепи в нагретую смазку. Такая смазка применима при V ≤ 4 м/с.

Вприборостроении находят приложение металлические шариковые цепи.

123

12. ЗУБЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ

12.1. Общие сведения

Зубчатой передачей называется механизм, который с помощью зубчатого зацепления передает или преобразует движение с изменением угловых скоростей и моментов.

Зубчатые передачи применяются для преобразования и передачи вращательного движения между валами с параллельными, пересекающимися и перекрещивающимися осями, а также для преобразования вращательного движения в поступательное и наоборот.

Достоинства передач:

1) возможность передачи больших нагрузок (до N = 50000

кВт);

2)возможность работы с большими окружными скоростями (V ≤ 150 м/с);

3)сравнительно малые нагрузки на опоры;

4)высокий КПД (η ≈ 0,99);

5)высокая долговечность и надежность;

6)неизменность передаточного числа;

7)простота ухода;

8)возможность использования широкой номенклатуры материалов.

Недостатки передач:

1)сложность изготовления;

2)наличие шума во время работы;

3)не предохраняют детали машины от поломок во время перегрузок.

Зубчатая передача состоит из 2-х колес, имеющих чередующие зубья и впадины. Меньшее из двух сцепляющихся колес называется шестерней, а большее – колесом. Параметры шестерни сопровождаются индексом “1”, а колеса – “2”. Наиболее распространенными являются передачи с эвольвентным профилем зуба. Эвольвентное зацепление обладает технологическими достоинствами. Зубчатые передачи находят широкое применение в

124

различных отраслях промышленности: автотракторостроении, станкостроении, самолетостроении, энергетическом машиностроении и др. для передачи усилий от весьма малых значений до 100 000 кВт. Размеры зубчатого колеса могут быть от нескольких мм, до нескольких метров (12 м и более).

12.2. Классификация зубчатых передач

Зубчатые передачи, используемые в виде агрегатов, могут быть трех видов:

1)открытые, не имеющие кожуха для смазки, обычно тихоходные;

2)полуоткрытые, имеющие кожух для масляной ванны;

3)закрытые, у которых зубчатые колеса работают в закрытых корпусах, выполняющих силовые функции.

Зубчатые передачи классифицируются по ряду отличительных признаков:

а) по расположению осей валов – с параллельными, пересекающимися и перекрещивающимися осями валов;

б) по форме – цилиндрические, конические, эллиптические (в курсе ДМ изучаются только цилиндрические и конические, остальные – в специальных курсах);

в) по форме и расположению зубьев – с прямыми, косыми, шевронными и криволинейными зубьями.

В зависимости от сочетания рассмотренных признаков, зубчатые передачи могут быть:

Цилиндрическая – прямозубая или косозубая, шевронная; Коническая – прямозубая, косозубая и с круговыми зубьями; Винтовая – состоящая из 2-х цилиндрических косозубых

колес с перекрещивающимися осями валов; Гипоидная – коническая винтовая.

В зависимости от расположения зубчатых колес, различают зубчатые передачи с внешним и внутренним зацеплением.

Разновидностью зубчатой передачи является реечная передача, которая служит для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и наоборот.

125

Самыми распространенными передачами являются цилиндрические и конические, а из них – цилиндрические, т.к. они проще в изготовлении. В шевронной передаче отсутствуют осевые усилия, действующие на валы. Винтовая и гипоидная передачи обладают большей плавностью работы, но КПД у них ниже и зубья изнашиваются быстрее вследствие повышенного скольжения. Винтовые передачи применяются редко. Гипоидные обладают повышенной несущей способностью (начальное касание в точке), поэтому по сравнению с винтовыми, они применяются значительно шире.

12.3. Точность зубчатых передач

Нормы точности эвольвентных цилиндрических зубчатых колес и передач с m ≥ 1 содержатся в СТ СЭВ 641-77. Он распространяется на зубчатые колеса с исходным контуром по СТ СЭВ 309-76.

Установлено 12 степеней точности: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12. Наиболее точная – 1, наименее точная – 12. Для степеней точности 3 – 11 цилиндрических и 5 – 11 конических передач установлены нормы: кинематической точности, плавности работы колеса и контакта зубьев.

Нормы точности на зубчатые передачи с перекрещивающимися осями и коническими зубчатыми колесами установлены в СТ СЭВ 186-75.

Нормы кинематической точности определяют суммар-

ную ошибку угла поворота зубчатого колеса за один оборот в зацеплении с эталонным колесом. Нарушение кинематической точности происходит за счет ошибок шага и профиля. Мгновенные значения передаточного числа не остаются постоянными (постоянным сохраняется среднее значение).

Нормы плавности работы колеса определяют многократно повторяющиеся за один оборот колеса колебания скорости. В быстроходных передачах ошибки шага и погрешности профиля вызывают дополнительные динамические нагрузки, вибрации и шум в зацеплении.

126

Нормы контакта зубьев определяют ошибки в направлении зубьев и сборке передачи, влияющие на размеры пятна контакта. Ошибки в направлении зубьев, а также перекос валов приводят к неравномерному распространению нагрузки по длине зуба.

Как правило, степень точности назначается в зависимости от величины окружной скорости. Наибольшее распространение имеют 6, 7, 8 степени точности. Независимо от степени точности установлены нормы бокового зазора:

Сопряжения Н, Е, С требуют повышенной точности изготовления.

Допускается взаимное колибрование норм точности. Например: степень точности зубчатого колеса обозначена:

6-7-8-Н СТ СЭВ 642-77 6- шестая степень по нормам кинематической точности

колес; 7- седьмая степень по нормам плавности работы колеса;

8- восьмая степень по нормам контакта зубьев Н- с нулевым боковым зазором.

12.4. Материалы зубчатых колес

Материал зубчатых колес должен обладать определенными технологическими и физическими свойствами. Например, он должен хорошо обрабатываться в холодном и горячем состоянии, иметь хорошую склонность к термообработке, обеспечить достаточную прочность при изгибе, высокую прочность поверхностного слоя зубьев и высокое сопротивление истиранию.

Для передач общего назначения рекомендуется ст.35,47,50,50Г (ГОСТ 1050-88) и легированные – 40Х, 45ХН

127

(ГОСТ 4543-88) и др. При твердости зубчатых колес не превышающей НВ350 зубья нарезают после термообработки (улучшение, нормализация), если твердость выше НВ350, то производят сплошную или поверхностную закалку, а зубья нарезают до термообработки. Сплошная закалка дает коробление

ипонижение вязкости сердцевины. Твердость сердцевины для углеродистых сталей не должна превышать НRC 45, а для легированных HRC 50, иначе ударная вязкость резко падает.

Поверхностная закалка (ТВЧ) исключает эти недостатки. Способ выгоден особенно при больших размерах колес, т.к. позволяет использовать углеродистые стали, вместо легированных. Достигаемая твердость HRC 51-57.

Цементация (ст.15, 20, 15Х, 20Х) обеспечивает высокую поверхностную твердость при вязкой сердцевине. Лучшие результаты дают стали типа 15Х, 20Х. При действии на передачу перегрузок или ударов (транспортные машины, авиаредукторы

ит.п.) рекомендуются стали 12ХНЗА, 15ХФ (хромованадиевая) и 18ХГТ (хромомарганцетитановая) и др. После термообработки зубья шлифуются.

Зубчатые колеса изготавливаются также из серого чугуна СЧ12-48; СЧ32-52; СЧ35-56 и ковкого чугуна по ГОСТ1215-59. Контактная прочность высокая, а способность чугунных зубьев сопротивляться удара или изгибу ниже, чем у стальных. Поэтому их используют в тихоходных, малонагруженных открытых передачах.

Зубчатые колеса из пластмасс применяют при необходимости бесшумной работы, если корпус передачи нежесткий и невозможно получить правильное взаимное расположение колес. Наиболее широко применяются текстолит, древеснослоистые пластики, нейлон, капрон. Обычно шестерня изготавливается из пластмассы, а колесо из стали или чугуна (НВ ≥ 250). Изношенная прочность их ниже, чем стальных.

Взависимости от размеров и конструкции зубчатых колес, назначения и типа производства, они могут штамповаться, отливаться, выполнять сварными или изготавливать из проката (вал-шестерня).

128