книги из ГПНТБ / Подсолонко, В. А. Технико-экономическая информация в управлении металлургическим предприятием
.pdfгде |
расчетное напряжение смятия на рабочих поверх |
|||
ностях зубьев, М - передаваемый момент, |
d c |
- |
средний диаметр, |
|
h |
- высота поверхности контакта зубьев; |
£ |
- |
длина поверхнос |
ти контакта, у - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки между зубьями.
Клиновые соединения в зависимости от способа сборки раз
деляют на напряженные и ненапряженные. На рис.39,а показано
напряженное клиновое соединение, в котором соединяемые де
тали 2 и 3 прижимаются друг к другу третьей детальюклином
I (который забивают в отверстие). Расчет прочности клина зак
лючается в его проверке на изгиб. Крепежные клинья обычно из
готовляют из стали С тЛ , Ст.5, 35, А0,А5.
Штифтовые соединения применяют в основном для точной ус
тановки соединяемых деталей машин. На рис.39,6 показано исполь зование штифта для фиксирования положения крышки редуктора относительно его корпуса. Реже штифты применяют для скрепле ния деталей машин, передающих небольшие нагрузки. Из перечис ленных соединений клиновые и штифтовые соединения являются на именее распространенными.
Л Е К Ц И Я 3 6
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПЕРЕДАЧАХ. ОКРУЖНАЯ СКОРОСТЬ. ОКРУЖНАЯ СИЛА. ПЕРЕДАТОЧНОЕ ЧИСЛО. КПД.
Передачами называют устройства, используемые для переда чи энергии на расстояние. Это могут быть механические, пневма тические или гидравлические передачи. В настоящем курсе рас сматриваются только механические передачи вращательного дви жения. Другие виды механических передач, а также пневматичес кие и гидравлические передачи (приводы) изучают в специальных курсах, например "Электропривод", "Гидропривод".
180
Механические передачи - это механизмы для передачи энергии от двигателя к рабочим органам машины. Часто в од ной машине для привода рабочих органов (или различных ме ханизмов) одновременно используются как механические пере дачи, так и различные типы приводов. Механические передачи по способу передачи движения от ведущего звена к ведомому разделяют на:
1) передачи зацеплением: с непосредственным контактом
(зубчатые и червячные) или с гибкой связью (цепные, зубчато-
ременные) ;
2) передачи трением: с непосредственным касанием (фрик ционные) или с гибкой связью (ременные).
Из теоретической механики известно (раздел о двух частных
случаях движения материальной точки, движение круговое), что
линейная скорость V точек |
вращающегося тела, отстоящих оть |
||||
оси вращения на расстоянии В. , |
определяется по формуле: |
||||
|
|
Y = u j R |
ю "Э |
9Г п 3) |
|
|
|
|
= |
60 |
|
где 7> ап ., |
У в м/сек, ^ |
и |
п - угловая скорость соответ |
||
ственно |
в |
рад/оек и в об/мин. |
Эту скорость принято называть |
||
о к р у ж н о й |
скоростью. |
|
|
|
|
Силу, |
вызывающую вращение |
тела к направленную по каоа- |
|||
тельной к его поверхности (перпендикулярно к радиусу и к оси
вращения), |
называют |
окружной оилой и в передачах обозначают |
||
Р (рис .4 0 ,а ) . |
Связь |
между этой силой, окружной скоростью V и |
||
мощностью |
N |
выражается |
так: |
|
|
N (вт) |
= Р(н) |
. у (м /оек). |
|
Окружная сила |
связана с передаваемым моментом М так: |
|||
|
|
Р |
|
f |
Р и с .3 9 .
Ц епная с четырехряднои\
цельно '■
ллоскоременная
Р и с . 4/
р
= Е
ш
Х \ ч \ \
X /J
4:=»
J |
i f |
U.;n,;LU.(но nepSonSa/HfJ jif^nevfiou ступени)
^ __ tSl'injjUJz[набто - |
||
_ . |
. |
рот)' |
Cj) *2.(Ьъорои csnyneJm J
-4Ц-.«&
jn сдунет
УhoчетВемт, t
1 Вапу)г
ОдноступенчапоА
Зу<Гуатояпередача
182
Принято условно обозначать для ведущего и ведомого звень
ев (зубчатых колес, шкивов, звездочек |
и т .п .) |
передачи соот |
|||||
ветственно |
передаваемые |
мощности |
N± |
и |
, |
передаваемые |
|
моменты Mj |
и М2 , угловые скорости |
Щ или |
Л ^ и |
или |
|||
Пг . |
|
|
|
|
|
|
|
Известный из физики коэффициент полезного действия |
в |
||||||
соответствии с принятым обозначением будет: |
|
|
|
||||
|
п - |
J t l . |
|
|
|
|
|
|
< ~ |
Ы-, |
|
|
|
|
|
Передаваемый момент Ы, например, ведущего звена, связан |
с |
||||||
мощностью и угловой скоростью п или |
зависимостями: |
|
|||||
М1(кГ.см) * 97400 |
N l ( квт) |
|
Mj- ( h . m )= |
<Vi (вт) |
|
||
П^(об/мин) |
|
(рад/сек) |
|||||
|
|
|
|
|
|||
Отношение угловой скорости ведущего звена к угловой скорости ведомого звена передачи называется передаточным числом и обо
значается так:
Пт
I = |
W , По |
|
Отношение угловой скорости одного звена к угловой скорости
другого звена передачи (вне зависимооти от того, которое из
них ведущее) называется передаточным отношением (обозначает
ся той же буквой, |
но с |
индексом): |
|
п 2 |
||
Ц -2 |
|
/Ту |
• |
|
и>% |
|
и>г |
Пг |
(-2-1 ~ LU-f |
П1 |
|||
Из предыдущих формул следует, |
что |
для передачи вращательного |
||||
движения передаточное число |
|
|
|
|||
|
• _UXj _ J U |
Mi |
|
|||
|
1 |
ш г |
п г |
|
|
|
Коэффициент полезного действия |
1р |
и передаточное число |
||||
механического привода, состоящего из нескольких последова тельно соединенных передач вращательного движения, опредр-
183
ляют следующим образом. Предположим, что механический при
вод состоит из К передач (на рис.40 из трех зубчатых |
пере |
|||||
дач, от вала I к валу |
2 , от вала |
2 к валу 3, от |
вала |
3 к |
ва |
|
лу 4 ). Следовательно, |
чиоло всех |
валов |
передач |
равно |
К + |
I . |
Если ведущим будет |
вал I -й, ведомым |
К + I -й, |
то |
|
|
|
Общий коэффициент полезного действия привода получим, перем ножая коэффициенты полезного действия всех передач привода:
|
|
/\f%A/s ■■ ■ |
Nk-h |
1 о 5 щ |
% ? 2 " ? к |
N , А/г ■ . ■ N K ~ N l |
|
Передаточные числа отдельных передач привода равны:
UJl |
/ |
L2 -_ |
1-02. |
lsK = |
W k |
L1~ ю 2 |
"2 |
U>3 > ’ ' ' |
|
U>K+, |
Передаточное число привода, состоящего из нескольких передач,
получим, перемножая передаточные числа всех передач привода:
LoSiq — L-j L2 - |
UJ-r |
L.Oz • • • |
ЬОк |
W -f |
=■ |
|
|
U J k + I |
|
|
0 О 2. |
^ 3 • • • |
4 0 * * . / |
С помощью передачи производят согласование режима работы дви гателя с режимом работы исполнительного механизма (рабочего органа). Так; нунна вполне определенная скорость рабочего ор
гана тестомесильной |
машины при перемешивании теста, |
или оп- |
ределенная‘ скорость |
транспортирования на конвейере, |
или, на |
конец, нужна определенная скорость вращения шпинделя станка,
скорость |
механизма продольной и |
поперечной подачи суппорта |
и |
||
т .д . Почему же нельзя |
сразу от |
двигателя |
передать работу |
на |
|
рабочий |
орган машины? |
Именно потому, что |
вес и стоимость |
|
|
электродвигателя при одинаковой мощности понижаются с увели
чением |
его быстроходности; оказывается экономически целесооб |
|
разным |
применение быстроходных |
электродвигателей с передачей, |
понижающей число оборотов, вместо тихоходных двигателей без
передачи. При атом используются |
зубчатые, ременные, цепные |
|
и другие передачи в зависимости |
от особенностей режима |
ра |
боты и конструкции машины. Однако необходимо отметить, |
что |
|
наибольшей нагрузочной способностью обладают зубчатые |
пере |
|
дачи. Это хорошо видно на рисЛ 1, где даны сравнительные га бариты передач при одинаковой мощности и передаточном числе.
Как видно, плоскоременная передача имеет наименьшую нагрузоч
ную способность, |
чем и объясняются |
ее наибольшие габариты. |
|
Л Е К Ц И Я |
3 7 |
ЗУБЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧА |
(ЗУБЧАТЫЕ МЕХАНИЗМЫ). ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ. |
|
ОСНОВНОЙ ЗАКОН ЗАЦЕПЛЕНИЯ. |
|
|
Зубчатой передачей называется механизм, передающий движе ние от одного вала к другому посредством сопряженных зубчатых колес (рис.4 0 ,а ) . Меньшее зубчатое колесо принято называть шестерней, а большее - колесом. Термин "зубчатое колесо" от носится в нуяных случаях к обоим колесам. Вращение ведущего зубчатого колеса (обычно шестерни) преобразуется во вращение ведомого зубчатого колеса путем нажатия зубьев первого из них на зубья второго. При этом изменяется угловая скорость с сож-
ранением произвольного постоянного передаточного числа.
Зубчатые передачи относятся к группе трехзвенных механиз мов, имеющих две низшие и одну высшую кинематические пары.
Два подвижных звена такого механизма выполнены в виде зубча тых колес. Неподвижное звеностойка. На каждом из зубчатых колес равномерно расположены совершенно одинаковые зубья.
Обычным является применение зубчатой передачи в качестве промежуточного механизма, связывающего двигатель и рабочую
185
машину. В большинстве таких примеров зубчатая передача, на
зываемая редуктором, используется для понижения угловой ско
рости вала двигателя до уровня угловой скорости вала рабочей машины. Более редко зубчатый механизм, называемый мультипли
катором, используется для повышения угловой скорости. Зуб
чатые передачи выполняются не только в виде пары сцепляющих
ся колес, но и в более сложных сочетаниях, образующих много
ступенчатые зубчатые передачи (на рис.40,6 представлена трех ступенчатая передача, состоящая из трех пар цилиндрических зубчатых колес).
Зубчатые |
передачи применяются |
как в приборах, так |
и |
в |
большинстве |
машин, соответственно |
для передачи мощностей |
от |
|
весьма малых до 70000 квт и выше, с диаметром колес от долей
миллиметра до 12 м и более. В металлорежущих станках нагрузка
на зубец достигает 20 тонн. Современная техника изготовления зубчатых колес находится на высоком уровне. Так, например,
зубчатая передача, изготовленная по высокому классу точности
(ГОСТ 1643-56 предусматривает 12 разных степеней точности),
при мощности порядка тысяч киловатт, работает с к .п .д . не
ниже 0,99 и при большой окружной скорости не производит почти никакого шума. Для такой передачи допускается по стандарту
лишь "совсем слабый ровный шум характера шипения без толчков
и музыкального тона". Естественно, изготовление таких передач довольно дорого и не во всех случаях экономически оправдано.
Поэтому многие передачи, особенно для работы |
при низких |
(до |
||
2-3 м/сек) |
окружных скоростях, изготовляют с |
небольшой |
точ |
|
ностью, по стандарту они не должны производить лишь |
резкого |
|||
стука. |
|
|
|
|
Зубчатые передачи в зависимости от взаимного расположения |
||||
валов могут |
быть: I) с параллельными осями валов, где |
пере- |
||
186
дача осуществляется цилиндрическими колесами (рис.40,6) с
прямыми (первая ступень), косыми (вторая ступень) и шеврон
ными зубьями (третья ступень); 2) с пересекающимися
осями валов, где передача осуществляется коническими колеса ми (рис .4 0 ,в ): прямозубыми, косоаубыми и д р .; 3) с перекрещи вающимися осями валов, где передача осуществляется винтовыми зубчатыми колесами. Со всеми этими видами передач необходи
мо ознакомиться по лекционным плакатам, иллюстрациям учебни ков и по моделям в учебной лаборатории.
Наибольшее распространение имеют цилиндрические передачи,
так как они проще в изготовлении и монтаже. Цилиндрические и
конические прямозубые передачи применяют обычно при неболь ших (до 3 м/сек) и средних (от 3 до 15 м/сек) окружных ско ростях. Цилиндрические и конические косозубые передачи при
меняют в ответственных случаях пр^средних и высоких (свыше
15 м/сек, иногда до 150 м/сек) скоростях. Шевронные пере
дачи обычно применяют при больших нагрузках и особо тяжелых условиях работы, при средних и высоких окружных скоростях.
Основные преимущества зубчатых передач: применение |
в |
|
весьма широком диапазоне нагрузок |
и скоростей; высокая |
на |
грузочная способность и как следствие малые габариты; |
боль |
|
шая долговечность и надежность работы; выоокий к .п .д .; |
|
|
постоянство передаточного числа |
или изменение его по |
зара |
нее заданному закону. Недостатки: сравнительная сложность изготовления; необходимость высокой культура производства
для среднескоростных и быстроходных передач; шум при боль
ших скоростях, особенно при неточном изготовлении; ограни ченность передаточного числа одной ступени (обычно не более
С = 10).
187
Отмеченные недостатки не снижают существенного преимущест
ва зубчатых передач перед всеми другими. Вследствие |
этого |
зубчатые передачи имеют самое широкое распространение |
во |
всех отраслях машиностроения и приборостроения. |
|
Основной закон зацепления. Для непрерывной передачи вра
щения каждая следующая пара зубьев должна прийти в соприкос
новение прежде, чем предыдущая пара выйдет из зацепления.
Возможность одновременного зацепления двух пар зубьев следу
ет |
из |
того, |
что |
все |
зубья спрофилированы одинаковым образом |
и |
при |
этом |
так, |
что |
обеспечивают постоянное значение пере |
даточного числа. Для того, чтобы передаточное число зубчатой
передачи было постоянным, необходимо, чтобы профили зубьев
имели определенную форму.
Определим, каким требованиям должны удовлетворять касаю
щиеся профили пары зубьев, чтобы в течение всего времени их
контакта передаточное число зубчатой передачи было постоян
ным. |
|
|
|
Пусть |
даны два зуба |
(р и сЛ 2 ,а ), касающиеся друг |
друга в |
точке М: |
зуб ведущего |
колеса I (шестерни) с центром |
вращения |
0^ и зуб ведомого колеса 2 |
о центром вращения Og. Межцентро- |
||||
вое расстояние А |
постоянное. |
Зуб колеса |
I , вращающегося |
с |
|
угловой скоростью |
и>± , |
оказывает в точке М силовое воз |
|||
действие на зуб колеса 2 , |
в |
результате |
чего это колесе |
вра |
|
щается с угловой |
скоростью |
|
U)<i . Точка касания М, называемая |
||
точкой зацепления, или контакта, принадлежит одновременно |
|||||
обоим зубьям. Поэтому окружные скорости |
точки М при движе |
||||
нии ее относительно центров Oj- и Og будут: |
|
||||
У1 = |
|
) |
V2 = ш2. |
• |
|
Проведем через точку Ы общую для обоих профилей нормаль /V/V
188
189