Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Детали машин и основы конструирования. Часть 1. Механические передачи. Учебное пособие для студентов, обучающихся по направлениям 35.03.06, 23.03.03,.pdf
Итак, наибольшее напряжение возникает в поперечных сечениях
σ+σ+σ+σ=σ
σ+σ−σ=σ
прямолинейного участка ведомой ветви ремня:
5,0
vF
.
maxи0max
Наименьшее напряжение возникает в поперечных сечениях прямолинейного участка ведомой ветви ремня:
5,0
0min
.
vF
На рисунке 9.4 показана эпюра суммарных напряжений, возникающих в поперечных сечениях ремня при работе передачи. Так как
удлинение ремня в точке
точка
А шкива пройдёт дугу АВ, а совпадающая с ней точка А ремня
А (рис. 9.3) больше, чем в точке В, то за время t
пройдёт меньшую дугу вследствие сокращения его длины. Поэтому на
участке дуги
сти точки
а скорость точки
длины ремня, т.е. точка
ки
А шкива и ремень на участке дуги АВ будет проскальзывать относи-
тельно соответствующих точек шкива – это и есть
На дуге
АВ произойдёт относительное изменение окружной скоро-
А ремня и шкива: скорость точки А шкива не изменится,
А ремня начнёт уменьшаться вследствие сокращения
А ремня на дуге АВ отстаёт от движущейся точ-
упругое скольжение.
CD ведомого шкива растяжение ремня от точки С до точки
D увеличивается, а поэтому точка С ремня за время t пройдёт больший
путь, чем точка шкива, т.е. скорость точки
шкива. Следовательно, на дуге
CD происходит отставание точек шкива
C ремня больше, чем точки С
от движущихся точек ремня, т.е. также наблюдается упругое скольжение.
Итак,
упругое скольжение является следствием неодинакового
натяжения ремня в различных точках по длине дуги обхвата шкива.
Упругое скольжение является нормальным и закономерным явлением для любой ремённой передачи. Оно существенно отличается от
буксования, являющегося следствием перегрузки передачи.
Рис. 9.4. Эпюры напряжений в ремённой передаче
101
Потери в передаче и КПД. Потери в ремённой передаче склады-
ваются из потерь, связанных с упругостью ремня и обусловленных
скольжением на шкивах и внутренним трением между частицами ремня
при переменных изгибе, растяжении и сжатии, и потерь от сопротивления воздуха движения ремня и шкивов, а также трения в опорах шкивов.
Потери в ремённой передаче служат показателями непр
оизводительных
затрат энергии; они приводят к образованию тепла, за счёт которого
нагревается ремень. В отличие от материалов большинства деталей машин материалы ремней (естественные или искусственные волокна, резина и различные пропиточные составы) весьма чувствительны к нагреванию. С повышением температуры прочность и долговечность ремней
резко снижаются. Поскольку при одинаковых прочих ус
ловиях температура ремня пропорциональна потерям, величина потерь суммарных потерь служит одним из показателей работоспособности передачи.
Потери от сопротивления воздуха учитываются лишь в особых
случаях – при шкивах большого диаметра со спицами; в обычных передачах, даже быстроходных, потери этого вида ничтожны.
Кривые скольжения. Работоспособность ремённой передачи
принято характеризовать кривыми скольжения и КПД (рис. 9.5). Такие
кривые являются результатом испытаний ремней различных типов и
материалов. На графике по оси ординат отсчитывают относительное
скольжение ε и КПД, а по оси абсцисс – нагрузку передачи, которую
выражают через коэффициент тяги
F
()
σ
==ϕ
22 σ
F
tt
.
00
102
Рис. 9.5. Кривые скольжения
Коэффициент тяги φ позволяет судить о том, какая часть предва-
σ
ϕ
рительного натяжения ремня
грузки
F
, т.е. характеризует степень загруженности передачи. Целесо-
t
F
используется полезно для передачи на-
0
образность выражения нагрузки передачи через безразмерный коэффициент φ объясняется тем, что скольжение и КПД связаны именно со степенью загруженности передачи, а не с абсолютной величиной нагрузки.
На начальном участке кривой скольжения от 0 до φ
наблюдается
0
только упругое скольжение. Так как упругие деформации ремня приближённо подчиняются закону Гука, этот участок близок к прямолинейному. Дальнейшее увеличение нагрузки приводит к частичному,
а затем и полному буксованию. В зоне φ
… φ
0
наблюдается как уп-
max
ругое скольжение, так и буксование. Долю каждого из них на графике
можно оценить продолжением прямой ε штриховой линией. Величину
φ
принято называть критическим коэффициентом тяги.
0
Рабочую нагрузку рекомендуют выбирать вблизи φ
и слева от
0
него. При этом передача будет иметь максимальный КПД. Работу
в зоне частичного буксования допускают только при кратковремённых
перегрузках, например при пуске. В этой зоне КПД резко снижается
вследствие увеличения потерь на скольжение ремня, а ремень быстро
изнашивается. Размер зоны частичного буксования характеризует способность передачи воспринимать кратковремённые нагрузки.
Отношение φ
для ремней: плоских кожаных и шерстяных –
max /φ0
1,35…1,5; прорезиненных – 1,15…1,3; хлопчатобумажных – 1,25…1,4;
клиновых – 1,5…1,6.
Допускаемые полезные напряжения в ремне. Определив по
кривым скольжения
φ
, находят полезное допускаемое напряжение для
0
испытуемой передачи:
2
[]
=σ ,
t
0
00
s
где s ≈ 1,2…1,4 – запас тяговой способности по буксованию.
Кривые скольжения получают при испытаниях ремней на типовых стендах при типовых условиях:
α = 180°, v = 10 м/с, нагрузка рав-
номерная, передача горизонтальная. Данные заносят в таблицы.
Переход от [σ
напряжениям [σ
для типовой передачи к допускаемым полезным
t]0
] для проектируемой передачи производят с помощью
t
корректирующих коэффициентов.
Последовательность расчёта плоскоремённой передачи.
1. В зависимости от условий работы передачи выбрать вид (тип)
ремня.
103
2. Определить диаметр меньшего шкива d1 по формуле Саверина:
δ
[
δ
α
P
1
3
135...115
,
n
1
P
– Вт; n1 – мин-1 и d1 – мм.
где
1
Окончательное значение
()
d =
1
d
согласуется с ОСТ2-Д32-1–88.
1
3. Определить окружную скорость и сравнить с допускаемой.
4. Определить
d
и согласовывать с ОСТ2-Д32-1–88.
2
5. Уточнить передаточное отношение и угловую скорость ведо-
мого шкива. При незначительных расхождениях между расчётным и
табличным значениями
d
и d2 можно не уточнять i и ω2(n2).
1
6. В зависимости от компоновки машины назначить размер
межосевого расстояния.
7. Определить угол обхвата ремнём меньшего шкива. Если
α < 150°, то следует увеличить межосевое расстояние или применить
натяжной ролик. Так как натяжной ролик усложняет и удорожает конструкцию, снижает долговечность ремня, то применение его может
быть оправдано малогабаритностью передачи или необходимостью
автоматического регулирования силы натяжения ремня.
8. Определить длину ремня.
9. Проверить частоту пробега ремня по формуле. Если
v
U
пряжению [σ
5>=
, то необходимо увеличить межосевое расстояние.
l
10. Вычислить [σ
11. По окружной силе
] вычислить требуемую площадь поперечного сечения
t
].
t
T
2
1
F
=
t
и допускаемому полезному на-
d
1
ремня:
F
=δ=
[]
σ
t
.
t
bA
По соответствующим таблицам найти размеры поперечного сечения ремня. При этом следить, чтобы
12. Сила
F давления на вал (без учёта силы тяжести шкивов и
/ d
ремня) равна геометрической сумме сил
было не больше
min
F
и F2 и для открытой ремён-
1
/ d
min
]
.
ной передачи определить по формуле
= FF .
sin2
0
2
104
Приближённо силу F вычислить по следующим формулам:
≈
≈
=
α
=
а) для прорезиненных и кожаных ремней
FF 5,2
;
t
б) для хлопчатобумажных ремней
FF 3
.
t
Последовательность расчёта клиноремённой передачи. Последо-
вательность расчёта клиноремённой передачи сводится к подбору типа и
числа ремней по методике, изложенной в ГОСТ 1284.3–80.
1. Сечение ремня выбрать по графику рис. 9.6, где область приме-
нения данного сечения [например, В(Б)] расположена выше собственной
линии и ограничена линией предыдущего сечения (например,
2.
Определить номинальную мощность P
ремнём в условиях типовой передачи при
передаваемую одним
0
°
180 , 1
А).
i , спокойной
нагрузке, базовой длине ремня, среднем ресурсе. Расчёт выполнять по
диаметру малого шкива
d
. При выборе диаметра из числа стандарт-
р1
ных следует учитывать, что при меньших диаметрах уменьшаются
габариты передачи, но увеличивается число ремней.
Ряд расчётных диаметров
d
, мм: 63, 71, 80, 90, 100, 112, 125, 140,
р
160, 180, 200, 224, 280, 315, 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000
и далее по ряду
Ra40.
Рис. 9.6. График выбора сечения ремня
105
3. Определить мощность Рр, передаваемую одним ремнём
α
≤
()(
+
+
≤
=
в условиях эксплуатации рассчитываемой передачи:
CССР
0
Р
= ,
р
где
С
– коэффициент угла обхвата; Сl – коэффициент длины ремня;
α
С
– коэффициент передаточного отношения. Ср – коэффициент режи-
i
ilα
C
p
ма нагрузки.
4.
При выполнении расчёта следует учитывать следующие реко-
мендации:
)90(120 °°≥
, )10(7
i ,
)
+≥≥
55,02 ,
hddadd
2121
где h – высота поперечного сечения ремня;
P
=
z
,
CP
z
p
где Р – мощность на ведущем валу передачи; Сz – коэффициент числа
ремней –
z.
Чем больше число ремней, тем трудней получить их равномерную загрузку. Неизбежные погрешности размеров ремней и канавок
шкивов приводят к тому, что ремни натягиваются различно, появляются дополнительные скольжения, износ и потеря мощности. Поэтому
рекомендуют
)8(6
z .
5. Определить силу предварительного натяжения одного ремня:
CPC
F+=
0
85,0
ip
.
FCzvC
α
vi
Первый член формулы следует из формулы для коэффициента
тяги φ, где без учёта корректирующих коэффициентов
F
t
P
= ,
zv
а коэффициент тяги φ принят равным 0,6. Для передач с автоматическим натяжением
0
F . При периодическом подтягивании ремня F
v
определить по формуле
v
106
2
AvFvρ= ,
где ρ ≈ 1250 кг/м3; A – по ГОСТ; v – скорость ремня при расчётной частоте вращения.
6.
По формуле
r
2
2
2
1
β
⎞
⎛
FFFFFF
≈β++=
cos2cos2
021
⎟
⎜
2
⎠
⎝
определить силу, действующую на вал с учётом числа ремней z и того,
что сила F
нагружает вал только в статическом состоянии передачи.
0
Ресурс наработки по ГОСТ 1284.2–89 для эксплуатации при среднем
режиме нагрузки) умеренные колебания)
ср
ч. При других
2000
=T
условиях
,
KKTT =
21ср
где K1 – коэффициент режима нагрузки; K2 – коэффициент климатических условий: центральные K
K
= 0,75.
2
= 1, зоны с холодным климатом
2
Вопросы для самоподготовки
1. Ремённые передачи – принцип действия, типы ремней.
2.
Преимущества и недостатки ремённых передач, области их
применения.
3.
Силы в ветвях ремня.
4.
Напряжения в ремне.
5.
Какие напряжения и как влияют на работоспособность пере-
дачи и долговечность ремня?
6.
Какие виды скольжения наблюдаются в ремённой передаче?
7.
Понятие коэффициента тяги.
8.
В чём заключается последовательность расчёта клиноремён-
ных передач?
107
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Учебное пособие «Детали машин и основы конструирования»
часть 1 является актуальным и своевременным, так как направлено на
формирование у студентов необходимых компетенций, а также знаний, умений и навыков с целью владения будущими специалистами
инженерным подходом к решению задач на прочность, жёсткость,
устойчивость, износостойкость исходя из заданных условий работы
деталей в машине.
Учебно
ванных методов, правил, норм проектирования и расчёта деталей
машин общего назначения, исходя из заданных условий работы, т.е.
придания деталям наивыгоднейших форм и размеров, выбора материалов, установление степени точности, качества поверхностей и технических условий изготовления, выбора смазочных материалов и уплотняющи
Усвоение студентами содержания учебного пособия позволит им
в дальнейшем использовать приобретённые навыки для конструирования и расчёта деталей, узлов и машин общего назначения в соответствии с техническим заданием.
е пособие имеет своей задачей изложение научно обосно-
х устройств.
108
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
Иванов, М. Н. Детали машин / М. Н. Иванов, В. Н. Фино-
генов. – Москва : Высшая школа, 2008. – 408 с.
2.
Гузенков, П. Г. Детали машин / П. Г. Гузенков. – Москва :
Высшая школа, 1986. – 359 с.
3. Миловидов С. С. Детали машин / С. С. Миловидов. – Москва :
Высшая школа, 1961. – 613 с.
4.
Решетов, Д. Н. Детали машин / Д. Н. Решетов. – Москва :
Изд-во Машиностроение, 1989. – 96 с.
5.
Добровольский, В. А. Детали машин / В. А. Добровольский. –
Москва : Машиностроение, 1972. – 503 с.
6. Устюгов, И. И. Детали машин / И. И. Устюгов. – Москва :
Высшая школа, 1981. – 339 с.
7. Батурин, А. Т. Детали машин / А.Т. Батурин и др. – Москва :
Машиностроение, 1971. – 467 с.
8.
Куклин, Н. Г. Детали машин / Н. Г. Куклин, Г. С. Куклина. –
Москва : Высшая школа, 1987. – 383 с.
9.
Мархель, И. И. Детали машин / И. И. Мархель. – Москва :
Машиностроение, 1977. – 446 с.
10.
Кудрявцев, В. Н. Детали машин / В. Н. Кудрявцев. – Ленин-
град : Машиностроение, 1980. – 464 с.
109
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ …………………………………………………………... 3
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ДЕТАЛЯХ МАШИН ………………... 4
2. МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ ……………………………….. 13
2.1. Общие сведения …………………………………………….. 13
2.2. Характеристики механических передач …………………... 14
3. ЗУБЧАТЫЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ ……………... 17
3.1. Общие сведения …………………………………………….. 17
3.2. Краткие сведения о геометрии и кинематике …………….. 18
3.3. Особенности расчёта косозубых и шевронных цилиндрических передач ……………………………………………...
3.3.1. Общие сведения ……………………………………… 22
3.3.2. Основные геометрические соотношения …………... 23
3.3.3. Методы нарезания и точность зубчатых передач …. 27
3.3.4. Материалы зубчатых колёс …
3.3.5. Виды повреждений зубьев и критерии работо-
………………………. 29
способности зубчатых передач ……………………...
3.3.6. Расчётная нагрузка. Силы в зацеплении …………… 35
3.4. Расчёт цилиндрических передач на прочность …………... 38
Вопросы для самоконтроля …………………………………….. 47
4. КОНИЧЕСКИЕ ЗУБЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ …………………….. 49
4.1. Общие сведения …………………………………………….. 49
4.2. Расчёт конических передач на прочность ………………… 50
Вопросы для самоконтроля …………………………………….. 53
5. ЧЕРВЯЧНЫЕ ПЕРЕДАЧИ ……………………………………... 54
5.1. Общие сведения …………………………………………….. 54
5.2. Геометрические соотношения в че
рвяной передаче
с цилиндрическим архимедовым червяком ……………….
5.3. Расчёт на прочность червячных передач …………………. 59
22
34
56
110