Методички / Курс деталей машин
.pdfРешение.
Допускаемое напряжение смятия [ см] = 160 МПа (прил. 21). Длина ступицы l = (1,2…1,5) 70 = 84...105 мм. Принимаем l = 90 мм (прил. 15).
Принимаем эвольвентное шлицевое соединение с D = 70 мм, модулем m = 3 мм,
числом зубьев z = 22 [9].
Средний диаметр dm = 3 22 = 66 мм, рабочая высота профиля h m 3 мм.
Рабочие напряжения смятия:
|
|
2 3200 103 |
|
см |
|
|
21,8МПа [ см ] |
|
|
||
66 |
22 3 90 0,75 |
||
Вывод. Прочность достаточна. Принято соединение
6033-80.
Б) Расчёт на изнашивание выполняют по условию:
160МПа.
70 × 3 × 9H/9g ГОСТ
|
|
|
T |
[ |
|
]. |
(9.7) |
|
изн |
SF l |
изн |
||||||
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
Тема 10: Профильные соединения
Профильными называют соединения, в которых ступица насаживается на фасонную поверхность вала (квадратную, треугольную, эллиптическую и т.п.) и
таким образом обеспечивается передача вращения и жёсткое фиксирование деталей в окружном направлении.
По сравнению со шпоночными и шлицевыми эти соединения имеют:
1)небольшую концентрацию напряжений;
2)более высокую точность центрирования.
Однако сложность изготовления профилей ограничивает области применения соединений. Профильные соединения рассчитывают на смятие. Для квадрата со скругленными углами (рис. 10.1):
|
|
|
3T |
[ |
|
], |
(10.1) |
см |
|
см |
|||||
|
|
b2l |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
||
где b – ширина прямолинейной части грани;
Допускаемое напряжение смятия [ см] = 100…140 МПа для термически обработанных поверхностей.
A |
l |
A-A |
|
b |
|||
|
|||
|
|
||
|
|
d |
A
Рис. 10.1. Профильное соединение
Тема 11: Сравнительная оценка соединений
Основные показатели соединений вал-ступица:
1) несущая способность; 2) точность центрирования; 3) технологичность
(простота конструкции и монтажа); 4) концентрация напряжений.
Сравнению подлежат соединения:
1) клеммовые; 2) прессовые; 3) шпоночные; 4) шлицевые;
Результаты сравнения с оценками по пятибалльной системе сведены в табл.
11.1.
|
|
|
|
|
Таблица 11.1 |
|
|
Сравнение показателей соединений вал-ступица |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Показатели |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вид соединения |
Несущая способность |
Точность центрирования |
Технологичность |
Концентр. напряжений |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
клеммовое |
1 |
4 |
5 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
прессовое |
5 |
5 |
4 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
шпоночное |
призматическими |
4 |
4 |
4 |
4 |
|
шпонками |
|
|
|
|
|
|
клиновыми |
3 |
1 |
2 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
шлицевое |
5 |
4 |
3 |
4 |
|
|
|
|
|
Сравнительная характеристика сварных и заклёпочных соединений в плане достоинств и областей их применения приведена в табл. 11.2.
Таблица 11.2
Сравнение показателей сварных и заклёпочных соединений
Сварные соединения |
|
|
Заклёпочные соединения |
|
||
|
|
|
|
|
||
Высокая технологичность |
|
Применение |
при |
вибрационных |
||
|
нагрузках |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
||
Высокая производительность |
|
Применение |
при |
опасности |
||
|
коробления |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Экономия металла |
|
При |
соединении |
деталей |
из |
|
|
несвариваемых материалов |
|
||||
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
Возможность образования |
равно- |
|
|
|
|
|
прочного соединения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Следует помнить, что соединение работает всегда хуже целого материала,
поэтому необходимо стремиться минимизировать количество соединений или применять соединения, равнопрочные основному материалу.
Вопросы для самоподготовки по темам 8…11
1.Какие напряжения возникают в призматических шпонках?
2.Почему призматические шпонки рассчитывают на смятие, а не на срез?
3.На каких участках вала ставят сегментные шпонки?
4.Каковы недостатки соединений клиновыми шпонками?
5.В чём преимущества шлицевых соединений в сравнении со шпоночными?
6.Как определяется рабочая высота профиля в эвольвентных зубьях шли-
цевого соединения?
7.Перечислите основные критерии работоспособности шлицевых соединений.
8.Приведите достоинства профильных соединений.
9.Какие соединения вал-ступица имеют наибольшую нагрузочную способность?
10.Каковы преимущества сварных соединений над заклёпочными?
Вопросы, выносимые на экзамен
1.Шпоночные соединения. Общие сведения. Ненапряжённые соединения.
Конструкции и расчёт.
2.Шлицевые соединения. Общие сведения. Расчёт на смятие.
Вопросы, выносимые на Олимпиаду
1.Шпоночные соединения. Общие сведения. Напряжённые соединения.
Конструкции.
2.Ненапряжённые шпоночные соединения. Общие сведения, конструкции,
расчёт.
3.Шлицевые соединения. Общие сведения, конструкции, расчёт.
4.Профильные соединения. Конструкции и расчёт.
Экзаменационные задачи
Задача №21
Подобрать и проверить на прочность шпоночное соединение
призматической шпонкой. Выполнить эскиз соединения и привести обозначение
шпонки по ГОСТ 23360.
Наименование параметра |
|
|
Вариант |
|
|
||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
||
|
|||||||
Диаметр вала d, мм |
35 |
40 |
45 |
50 |
55 |
60 |
|
Крутящий момент Т, Н·м |
100 |
120 |
160 |
200 |
240 |
300 |
|
Допускаемое напряжение смятия [ см], МПа |
120 |
80 |
200 |
80 |
120 |
200 |
|
Примечания. 1. Длину ступицы принять l = (1,2…1,5) d. 2. Длину шпонки назначить по стандарту в зависимости от длины ступицы.
Задача №22
Подобрать и проверить на прочность шпоночное соединение сегментной
шпонкой. Выполнить эскиз соединения и привести обозначение шпонки по ГОСТ 24071.
Наименование параметра |
|
|
Вариант |
|
|
||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
||
|
|||||||
Диаметр вала d, мм |
30 |
45 |
40 |
55 |
60 |
65 |
|
Крутящий момент Т, Н·м |
100 |
120 |
160 |
200 |
240 |
300 |
|
Допускаемое напряжение смятия [ см], МПа |
120 |
80 |
200 |
80 |
120 |
200 |
|
Примечание. Длину ступицы принять l = (1,2…1,5) d.
Задача №23
Подобрать и проверить прямобочное шлицевое соединение. Привести
обозначение соединения по ГОСТ 1139 при центрировании по внутреннему диаметру
d.
Наименование параметра |
|
|
Вариант |
|
|
||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
||
|
|||||||
Расчётный диаметр вала d, мм |
50 |
55 |
60 |
70 |
80 |
90 |
|
Крутящий момент Т, Н·м |
300 |
360 |
420 |
480 |
550 |
670 |
|
Допускаемое напряжение смятия [ см], МПа |
10 |
150 |
20 |
25 |
30 |
45 |
|
Примечание. Длину ступицы принять l = (1,2…1,5) d.
Задача №24
Подобрать и проверить эвольвентное шлицевое соединение. Привести
обозначение соединения по ГОСТ 6033 при центрировании по боковым сторонам
зубьев b.
Наименование параметра |
|
|
Вариант |
|
|
||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
||
|
|||||||
Расчётный диаметр вала d, мм |
55 |
60 |
65 |
70 |
90 |
100 |
|
Крутящий момент Т, Н·м |
360 |
400 |
450 |
500 |
600 |
800 |
|
Допускаемое напряжение смятия [ см], МПа |
5 |
10 |
20 |
25 |
30 |
40 |
|
Примечание. Длину ступицы принять l = (1,2…1,5) d.
Тема 12: Передачи
12.1. Общие сведения
Для передачи механической энергии (движения) от двигателя
(электрического, теплового, гидравлического) к исполнительному органу машины применяют различные передачи. Несколько десятилетий назад практически единственным передаточным устройством, применявшимся в машинах, были
механические передачи. В современных машинах наряду с механическими передачами широко применяются гидравлические и электрические передачи. В
курсе «Детали машин и основы конструирования» изучаются механические передачи для равномерного вращательного движения.
Использование передаточных механизмов обусловлено необходимостью
согласования высокой скорости движения двигателя и низкой скорости
движения исполнительного органа машины. Применение регулируемых двигателей либо невозможно (тепловые двигатели), либо экономически нецелесообразно (электродвигатели постоянного тока или переменного тока с дорогостоящими преобразователями). В целом, использование передач решает следующие задачи:
1)преобразование сил и крутящих моментов;
2)регулирование скорости рабочего органа;
3)привод нескольких рабочих органов;
4)преобразование вида движения и др.
Перечисленные задачи решаются практически во всех машинах. Это определило широчайшее распространение механических передач в машиностроении и приборостроении.
В каждой передаче различают два основных вала: входной и выходной, или ведущий и ведомый (рис. 12.1.). Между этими валами в многоступенчатых передачах, например, в редукторах, располагаются промежуточные валы.
Входной вал
P |
Промежуточный вал |
|
1 |
||
|
||
n1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вых |
|
|
|
|
|
|
Выходной вал |
n вых |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Рис. 12.1. Кинематическая схема редуктора
Основные характеристики передач: |
|
|
|
|||
- |
мощность в кВт, P |
и P |
; |
|
|
|
|
1 |
вых |
|
|
|
|
- |
быстроходность, которая выражается: |
|
|
|||
|
частотой вращения в об/мин, n1 |
и nвых ; |
|
|||
|
угловой скоростью в с-1 , ω и ω |
вых |
; |
|
||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
линейной скоростью в м/с, υ . |
|
|
|
||
Производные характеристики: |
|
|
|
|||
- |
коэффициент полезного действия (КПД): |
|
||||
|
|
|
P / P ; |
(12.1) |
||
|
|
|
вых |
1 |
|
|
- |
передаточное отношение: |
|
|
|
||
|
|
i ω1 /ωвых n1 / nвых . |
(12.2) |
|||
При расчёте передачи используют следующие зависимости между |
||||||
параметрами: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P Ftυ , |
|
|
(12.3) |
где Ft |
– окружная сила, Н. |
|
|
|
|
|
Крутящий (вращающий) момент, Н м: |
|
|
|
|||
|
|
|
T P /ω 9550P / n . |
(12.4) |
||
Связь между моментами:
T2 T1u . |
(12.5) |
Пример 12.1. Рассчитать кинематические параметры трёхступенатого привода ленточного конвейера (рис. 12.2) по следующим исходным данным:
мощность на приводном валу РIV = 10 кВт, частота вращения приводного вала nIV
= 35 об/мин.
1 2 3 Редуктор цилиндрический
P =... |
|
P =... |
n |
|
=... |
u =... |
|
|
эд |
|
1 |
||||
n |
=... |
|
1 |
|
|
|
|
M |
|
II |
|
|
|
||
|
эд |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
9 |
|
|
|
5 |
|
|
|
III |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
6 |
|
|
7 |
10 |
|
|
|
|
|
|||
Рис. 12.2. Кинематическая схема привода
Решение.
Общий КПД привода:
1 2 3 , |
(12.6) |
где 1 - КПД ремённой передачи; принимаем 1 0.96 (прил. 22);
2 - КПД зубчатой передачи; принимаем 2 0,96 (прил. 22);
3 - КПД цепной передачи; принимаем 2 0,95 (прил. 22).
0,96 0,96 0,95 0,88.
Потребная мощность электродвигателя:
P |
PIV |
|
10 |
11, 42 кВт. |
(12.7) |
|
|
0,88 |
|||||
|
|
|
|
Назначаем ориентировочно передаточные отношения ступеней привода и общее передаточное отношение: принимаем передаточное отношение ремённой
передачи u1 4 (прил. 22), цилиндрической зубчатой передачи |
u2 3,55 |
(стандартное значение для редуктора), цепной передачи u3 5 . |
|
u u1 u2 u3 4 3,55 5 71. |
(12.8) |
Потребная частота вращения электродвигателя: |
|
n nIV u ; |
(12.9) |
n35 71 2485 об/мин.
Всоответствии с потребными мощностью и частотой вращения принимаем электродвигатель АИР132М2/2910 (прил. 23). Его паспортные данные:
номинальная мощность Pэд 11 кВт ; номинальная частота вращения nэд |
2910 |
||||
об/мин, dэд = 38 мм. Уточнённое передаточное отношение: |
|
||||
u |
nэд |
|
2910 |
83,14 . |
(12.10) |
|
|
||||
|
nIV |
35 |
|
|
|
Так как уточнённое передаточное отношение больше ориентировочного,
изменяем предварительно принятые передаточные отношения. Увеличиваем u1 4,5 ; оставляем неизменным u2 3,55 ; уточняем передаточное отношение цепной передачи:
u3 |
|
|
u |
|
83,14 |
5,2 . |
(12.11) |
|
|
|
|
||||||
u1 |
u2 |
4,5 3,55 |
||||||
|
|
|
|
|
Окончательно принятые передаточные отношения находятся в рекомендуемых пределах (прил. 22). Мощности на валах:
P P 11,42 кВт;
1
PII PI 1 11,42 0,96 10,96 кВт; (12.12) PIII PII 2 10,96 0,96 10,52 кВт;
PIV PIII 3 10,52 0,95 10 кВт.
Частоты вращения валов:
|
nI |
nэд 2910об / мин; |
|
||
nII nI |
/ u1 2910 / 4,5 646,7об / мин; |
|
|||
nIII |
nII |
/ u2 |
646,7 / 3,55 182,2об / мин; |
(12.13) |
|
nIV |
nIII |
/ u3 |
182,2 / 5,2 35об / мин. |
|
|
Последние значения в формулах (12.12) и (12.13) расчётов должны совпадать с заданными. Крутящие моменты на валах:
TI |
9550 PI |
/ nI |
9550 |
11,42 / 2910 37,5Н м; |
|
||
TII |
9550 PII |
/ nII |
9550 |
10,96 / 646,7 161,9Н м; |
|
||
TIII |
9550 PIII / nIII |
955010,52 /182,2 551,8Н м; |
(12.14) |
||||
TIV |
9550 PIV / nIV |
955010 / 35 2626Н м. |
|
||||
12.2.Классификация передач
Взависимости от метода силового «замыкания» звеньев различают передачи:
А) зацеплением – зубчатые, червячные, цепные, волновые;
Б) трением (точнее, сцеплением) – фрикционные, ремённые.
Различают передачи:
-силовые (для передачи нагрузки: P, T);
-кинематические (мощности не передают, но обеспечивают высокие
требования по точности).
По величине передаточного отношения различают передачи:
- понижающие (редукторы, i 1 и ω2 ω1 ), в которых при понижении скорости увеличиваются моменты и диаметры валов;
- повышающие (мультипликаторы, i 1 и ω2 ω1 ).
Передачи выполняют с постоянным (редукторы) и переменным передаточным отношением (коробки скоростей).
Регулирование передаточного отношения может быть ступенчатым
(коробки скоростей) и бесступенчатым (вариаторы).
Передачи бывают с жёсткими звеньями или с гибким звеном (ремень, цепь).