2.1.2. Детали и механизмы опорной несущей системы
Опорная система машин включает рамные конструкции, корпусные детали, опоры валов и осей – подшипники, а так же сами валы и оси, являющиеся несущими деталями механизмов привода. Корпусные детали в результате их соединения с использованием разъемных и неразъемных видов образуют основу несущей конструкции – раму (шасси), корпус (рис.2.2).
Рис. 2.2. Металоконструкции опорной системы СМ:
а) корпус дифференциала ведущего моста; б) рама самоходного шасси
Соединение валов и осей осуществляют с помощью устройств, называемых муфтами, а их установка в корпусных деталях – с применением подшипников.
Подшипники служат специальными опорами для вращающихся валов и осей, снимающими потери энергии механизмов. Подшипники различают по направлению воспринимаемой нагрузки (радиальные, упорные, радиально упорные) и по виду реализуемого трения (скольжение и качение). В подшипниках скольжения упорный участок вала - цапфа скользит по поверхности собственно подшипника (Рис. 2.3) .
Рис. 2.3. Схема подшипника скольжения сухого трения:
Скольжение сухого трения: 1-цапфа, 2- вкладыш,
Fr - радиальная нагрузка; Fa - осевая нагрузка;
Кольца и тела качения подшипников выполняют из шарикоподшипниковых высокоуглеродистых хромистых сталей, а так же цементируемых легированных сталей. Сепараторы в основном из легких углеродистых сталей, а для высокоскоростных подшипников – из цветных металлов (бронза, латунь) (рис.2.4).
Рис. 2.3. Схемы подшипников качения:
а), б) шариковые одинарный и двойной, радиальные;
в) роликовый радиально-упорный, г) игольчатый радиальный,
д) роликовый упорный
В конструкции подшипниковых узлов предусматривают системы подачи смазочных материалов и предотвращения их потерь при работе. Контактные уплотнения подшипников качения, представленные на рис.2.4, а), предотвращают утечки смазочных материалов. Аналогичные уплотнения используют и в подвижных деталях цилиндрах: поршнях и штоках.
Схемы смазки радиальных подшипников представлены на рис. 2.5. В отличие от а) и б), где могут использоваться маловязкие смазочные материалы, на схеме в) применяются только высоковязкие, которые в результате специальных технологий на стадии изготовления подшипника внедряют в его структуру.
Рис. 2.5. Схемы подачи смазки в радиальные подшипники скольжения:
1-отверстие, 2-канавка, 3-карман;
а) через отверстие 1; б) через карман 3 и канавку 2; в) сквозь
поры вкладыша. Стрелками обозначено направление подачи смазки
2.1.3. Механизмы передач привода
|
Эти устройства (механизмы) предназначены для передачи движения от одного объекта к другому, осуществляемого с изменением значения и направления скорости движения, усилия или крутящего момента. Их подразделяют на механические, электрические, гидравлические, пневматические. |
Главным параметром передач является их передаточное отношение и КПД. Передачи классифицируют по следующим основным признакам:
- способу передачи движения (зацеплением, трением, комбинированный);
- наличию в передающей паре гибкого звена (ременные, цепные, канатно-блочные, волновые - с гибким элементом зацепления или трения).
К передачам зацепления относят все виды передач с зубчатыми звеньями: зубчатые, зубчато-реечные передачи и другие, в которых эффект зацепления осуществляется между зубьями зубчатых колёс, зубчатого колеса и зубчатой рейки, а также цепные передачи, состоящие из звёздочек, охватываемых натянутой цепью. Натяжение цепи производится специальным механизмом. Особую группу передач представляют планетарные передачи. Их особенностью является сложный (комбинированный) характер движения одного из элементов: зубчатого колеса (в зубчатых передачах) или бегунка (во фрикционных передачах), включающий движение вокруг собственной оси и вокруг центральной оси механизма. Отдельную группу механических передач составляют стержневые.
-Механические передачи
|
Зубчатые передачи (ЗП) относят к передачам зацепления, осуществляемого взаимодействием зубьев ведущего и ведомого колёс. Принцип действия ЗП основан на зацеплении пары зубчатых колёс. Меньшее из пары зубчатых колёс (ЗК) называют шестерней, большее - колесом. Основная характеристика ЗК - их модуль (мм), за который принят шаг по делительной окружности, уменьшенной в π раз. Все геометрические размеры ЗК определяются через их модуль и число зубьев. |
Рис. 2.6. Зубчатые передачи с цилиндрическими колесами:
а)
последовательного зацепления 
;
б) 
),
в)
–
планетарные,
использованы два возможных вида обозначений зубчатых колес:
, 
;
жесткое закрепление колес на валу
обозначено знаком ×,
а свободное знаками – и ≡
На рис.2.6 показаны зубчатые передачи с цилиндрическими губчатыми колесами: а) – последовательного зацепления с паразитным колесом и планетарные; б) – при неподвижном водиле и в) – при неподвижном зубчатом венце. Планетарная передача в случае подвижного водила и зубчатого венца представляет собой дифференциальный механизм, обеспечивающий вращение двух вешходных звеньев: зубчатого колеса 3 и водила Н. При неподвижном зубчатом колесе 3 передача используется в редукторе машин. Ее передаточное отношение может быть определено методом «обращения движения», при котором всем звеньям сообщается угловая скорость, равная по величине и направленная противоположно угловой скорости водила ωH. Для полученного таким образом обращенного механизма передаточное отношение от колеса 1 к колесу 3 составит:
При ω3=0 находим:
Преимуществами ЗП являются: высокая нагрузочная способность; малые габариты; большая долговечность и надёжность работы; высокие КПД (до 0,98 в одноступенчатом редукторе); постоянство передаточного отношения; отсутствие проскальзывания; возможность применения в широком диапазоне высоких скоростей (обычно до 15 м/с и выше), мощностей (обычно 50 - 60 кВт и выше), и передаточных чисел (обычно для цилиндрических прямозубых ЗК - до 10, конических - до 5, червячных - до 80).
КПД передачи может быть определён по формуле:
∂
где ηп - КПД одного подшипника;
j - число подшипников в передаче;
ηз.з - КПД зубчатого зацепления;
к - число зубчатых зацеплений.
Цепные передачи относят также к передачам зацепления, которые состоят из звездочек, цепи, охватывающей их, и натяжного устройства. Они отличаются повышенным значением межосевого расстояния А и некоторой неравномерностью движения, определяемой их кинематикой.
Винтовые передачи (ВП) (механизмы) представляют собой винтовую пару подвижных звеньев «винт - гайка», одно из которых соединено со стойкой. Винт и гайка имеют сопрягаемую винтовую поверхность -резьбу. Вращательное движение одного из звеньев преобразуется в поступательное движение другого.
Передаточное отношение:
где S - шаг резьбы; n3 - число заходов от 1 до 4.
КПД передачи зависит от угла подъема резьбы α, угла трения φ и направления поступательного перемещения выходного звена и по аналогии с задачей о равновесии тела на наклонной плоскости определяется по формуле
Особую группу ВП (механизмов) составляют шариковинтовые. В них пара скольжения в виде витков резьбы винта и гайки заменена двумя парами качения: «канавка винта – шарики – канавка гайки». В зависимости от назначения число шариков составляет от 2 до 10 и выше. ВП имеют повышенный КПД и используются в механизмах подачи машин. В частности, в ударно-вращательном механизме (УВМ), представленном далее, передача такого типа используется для подачи ударника вдоль оси механизма с целью замыкания и размыкания деталей ударной пары.
|
Червячные передачи (ЧП) относятся к передачам с перекрещивающимися осями валов. ЧП состоит из червяка и червячного колеса. Движение ЧП осуществляется по принципу винтовой пары. Существенным отличием ЧП от ЗП является то, что в них окружные скорости не совпадают (они направлены под углом перекрещивания а), что приводит к скольжению деталей передачи. |
Преимуществами ЧП является возможность получения больших передаточных чисел в одной паре; плавное зацепление и бесшумность работы; возможность самоторможения. К недостаткам относят сравнительно низкий КПД; повышенный износ и склонность к заеданию; необходимость применения для колёс дорогих антифрикционных материалов (бронз).
|
Фрикционные передачи (ФП) (механизмы). Передача движения в ФП от ведущего звена ведомому осуществляется посредством трения, величина которого зависит от силы прижатия звеньев и коэффициента трения. С целью снижения потребного усилия прижатия в звеньях передач используют материалы с повышенными значениями коэффициентов трения. |
К преимуществам ФП относят бесшумность работы, возможность регулирования скорости выходного звена. Однако из-за наличия эффекта проскальзывания в фрикционных парах имеет место непостоянство передаточного отношения (недостаток передач). Конструктивно ФП выполняют с непосредственным контактом или с контактом через промежуточный элемент – ремень. В этом случае их называют ременными. В таком исполнении ФП широко используют в СМ, обеспечивая возможность получения большего межосевого расстояния между валом двигателя и последующим механизмом привода.
|
Каиатно-блочные передачи (полиспасты), так же как ременные, относят к передачам с гибким тяговым органом. Полиспасты представляют собой систему подвижных и неподвижных блоков, опоясанную канатом, используемую для выигрыша либо в силе, либо в скорости. При приложении усилия на входе все блоки приводятся во вращение, а подвижный блок -в поступательное перемещение вверх. |
КПД полиспаста кратностью до 4-х приблизительно оценивают потерями в подшипниках блоков и определяют по формуле:
- Муфты
|
Муфты - устройства трансмиссии, предназначенные для осевого соединения валов отдельных узлов машин с целью передачи энерготока с одного вала на другой. |
Главным параметром муфты является величина передаваемого им крутящего момента. По возможности управления имеются две основные группы муфт: постоянно-действующие (неуправляемые) и сцепные (управляемые). Неуправляемые муфты работают в режиме постоянной передачи энергопотока при включенном двигателе механизма (машины). Они состоят из двух полумуфт, закрепленных на концах сооснорасположенных валов.
Сцепные (управляемые) муфты обеспечивают возможности сцепления и расцепления, то есть управления передачей энергопотока в процессе эксплуатации. Их отличительной конструктивной особенностью является наличие устройства управления.
Втулочные и фланцевые муфты представляют собой жестко закрепленные на валах полумуфты в форме втулок и фланцев соответственно, соединенные между собой штифтами, шпонками, резьбовыми соединениями.
Цепная муфта представляет собой две полумуфты в форме звездочек, которые охвачены цепью. За счет зазоров в парах «зубья - цепь» имеется возможность компенсации неточностей установки соединяемых валов.
Кулачковая муфта состоит из двух полумуфт, по торцевой поверхности которых выполнены кулачки, через которые происходит передача крутящего момента. В неуправляемых муфтах кулачки находятся в постоянном зацеплении, а в управляемых имеется устройство ввода их в зацепление, усилие которого показано стрелкой. В этом случае включение муфты обеспечивается осевым смещением одной из полумуфт.
Фрикционные муфты применяют при необходимости плавного включения механизмов. Кроме этого их используют в тормозных устройствах. По виду фрикциональных поверхностей различают муфты дисковые, конические, ленточные. Величина тормозного момента, создаваемого этими муфтами, пропорциональна усилию их прижатия Q и проекции площади фрикциональных обкладок на поверхность торможения. Эти муфты чаще всего выполняют управляемыми.