- •Назовите механические характеристики прочности и пластичности металлов. Как определяют допускаемые напряжения для расчетов деталей машин при постоянных и переменных нагрузках?
- •5. Каковы механические характеристики пластичных металлов при переменных нагрузках? как выбрать допускаемые напряжения для циклически нагруженных металлов?
- •8.Какие виды нагрузок, действующих на детали машин, вам известны? Каковы отличительные характеристики, статических, циклических и пиковых нагрузок?
- •Статические нагрузки (нагрузка 1 режима или 1 цикла).
- •1.Пульсирующие напряжения (нагрузка 2 режима или 2 цикла)
- •2.Симметричные напряжения
- •3.Ассиметричные напряжения
- •11. Зубчатые цилиндрические прямозубые передачи: нагрузки, действующие в зацеплении и на валы передачи. Расчет зубьев прямозубых колес на выносливость по напряжениям изгиба.
- •12. Зубчатые цилиндрические прямозубые передачи: нагрузки, действующие в зацеплении и на валы передачи. Расчет зубьев прямозубых колес на выносливость по контактным напряжениям.
- •13.Цилиндрические косозубые передачи: область применения, силы в зацеплении и нагрузки, действующие на валы. Достоинства и недостатки косозубых передач в сравнении с прямозубыми.
- •16. Цилиндрические косозубые передачи: область применения, силы в зацеплении и нагрузки, действующие на валы. Достоинства и недостатки косозубых передач в сравнении с прямозубыми.
- •18. В чем состоит принципиальное различие цилиндрической и конической передач? каково минимальное значене числа чибьев шестерни? почему оно именно таково?
- •20.В чем состоит принципиальное различие цилиндрической и конической передач? Каково минимальное значение числа зубьев шестерни? Почему оно именно таково?
- •Дайте сравнительную характеристику цилиндрических, конических и червячных передач. Каково максимально допустимое значение передаточного числа одной ступени этих передач?
- •22. В каких случаях применяют шевронные цилиндрические колёса? какими достоинствами они обладают по сравнению с косозубыми колёсами? каковы недостатки шевронных передач?
- •24. Червячные цилиндрические передачи: конструкция, область применения, достоинства и недостатки. Расчеты передачи
- •25.Червячная цилиндрическая передача: особенности кинематики, причины нагрева, тепловой расчет и меры, предотвращающие перегрев передачи.
- •26.Червячная цилиндрическая передача. Самоторможение в передаче. Силы, действующие в зацеплении передачи.
- •Расчет зубьев червячного колеса по контактным напряжениям, особенности расчета. Меры, которые следует принимать в случае не выполнения условия прочности зубьев колеса по контактным напряжениям.
- •31.Валы и оси: назначение, конструкция, нагружение, разрушение, материалы. Проектные расчеты валов и осей.
- •Ориентировочный расчет валов на прочность
- •Расчеты валов на жесткость
- •Валы и оси имеют общую функцию поддерживать насажанные на них детали.
- •Материалы валов и осей
- •Расчет валов на прочность
- •Расчеты валов на жесткость
- •Расчет валов на виброустойчивость: область применения, суть, условие виброустойчивости вала. Что следует предпринять в случае невыполнения условия виброустойчивости вала?
- •Валы и оси имеют общую функцию поддерживать насажанные на них детали
- •По условиям нагружения: Валы (нагружены крутящими и изгибающими моментами), Торсионные валы (нагруженные только крутящим моментом), Оси (нагруженные только изгибающим моментом).
- •Материалы валов
- •Расчеты валов на прочность Ориентировочный расчет валов на прочность
- •Меры при избыточной прочности вала: применение др. Материла и уменьшение размеров.
- •35. Оси: виды, отличие от валов, нагружение, условие прочности. Особенности расчета осей, испытывающих знакопеременные нагрузки или ослабленных шпоночным пазом.
- •Область применения расчетов валов на прочность. Что следует предпринять в случае невыполнения условия прочности вала?
- •38.Что такое «подшипник качения»? Какова его конструкция и область применения? Какие виды разрушения подшипников качения вы знаете? Что такое быстроходность и грузоподъемность подшипника качения?
- •Классификация подшипников качения
- •Виды разрушения подшипников качения
- •Подшипники качения: назначение, конструкция, выбор типа подшипника для опор вала, проектный и проверочный расчеты подшипников качения.
- •Проектный расчет подшипников качения
- •Формулы для расчета осевых опорных реакций
- •41. Шариковые радиальные однорядные подшипники: конструкция, область применения, воспринимаемые нагрузки. Проектный и проверочный расчеты радиальных подшипников
- •Расчет радиально-упорных шарикоподшипников: особенности восприятия и передачи нагрузок, зависимости проектного и проверочного расчетов.
- •46. Какие схемы установки подшипников на быстроходный вал зубчатой конической передачи вам известны? охарактеризуйте каждую из них.
- •48. Сварные соединения: виды швов и соединений, разрушений, конструирование соединений. Сварные соединения угловыми швами: типы швов и соединений, разрушение, расчет и конструирование.
- •52. Резьбовые соединения: виды, соотношения основных размеров деталей соединения. Расчет болта в предварительно затянутом соединении, нагруженном продольной силой (по отношению к оси болта).
- •54. Резьбовые соединения: виды, соотношение основных размеров деталей соединения. Расчет болта в предворительно затянутом соединении, нагруженном поперечной силой(по отношению к оси болта).
- •Нагрузка поперечная
- •55.Какие виды резьбовых соединений вы знаете? по каким условиям прочности выполняют расчеты резьбы? каковы особенности конструкции стандартных винтов (с точки зрения их прочности)?
- •Какие виды шпоночных соединений вы знаете? в чём принципиальное различие этих соединений? какова область применения каждого вида соединений?
- •В чём принципиальное отличие шпоночных соединений посредством призматической шпонки и врезной шпонки? расчет на прочность этих шпонок.
- •Шлицевые соединения: виды центрирования прямобочных шлицевых соединений, расчет на прочность и меры повышения прочности шлицевых соединений.
-
Расчет зубьев червячного колеса по контактным напряжениям, особенности расчета. Меры, которые следует принимать в случае не выполнения условия прочности зубьев колеса по контактным напряжениям.
Червячные передачи широко применяют в приводах подъёмно – транспортных машин, станков, автомобилей и других машин при необходимости снижения скорости и передачи движения между скрещивающимися валами, чаще всего, под углом 90°.
Расчет на прочность по контактным напряжениям ведут для зацепления в полюсе, что позволяет упростить расчет.
Поскольку зубья колеса обладают меньшей прочностью и основная причина разрушения передачи – это заедание, то проектируют передачу по условию ограничения контактных напряжений:
расчёт всех червячных передач по контактным напряжениям выполняют для зацепления в полюсе (аналогично зубчатым передачам), что позволяет:
-
упростить расчётные зависимости и
-
рассматривать зацепление в червяной паре как реечное косозубое.
В качестве исходной расчетной зависимости принимают известную формулу Герца–Беляева для наибольших контактных напряжений при сжатии цилиндров вдоль образующих. При этом зуб колеса рассматривают как цилиндр, а виток червяка как плоскость
(8.12)
где ρпр – приведенный радиус кривизны соприкасающихся профилей;
Епр – приведённый модуль Юнга;
wn – нормальная нагрузка на единицу длины контактной линии
В осевом (главном) сечении червяка виток Архимедова червяка имеет прямолинейный профиль. значит, радиус кривизны витка равен бесконечности: ρ1 = ∞.
Зубья колеса в этом сечении имеют эвольвентный профиль. Следовательно, приведенный радиус кривизны контактирующих профилей будет равен:
(8.13)
В ф. (8.12) удельная нормальная нагрузка wn может быть определена по зависимости:
(8.14)
Здесь lΣ – суммарная длина контактных линий в зацеплении червячной передачи;
Fn2 – сила нормального давления на зуб колеса; её можно выразить через окружное усилие Ft2 .
(8.15)
Длина одной контактной линии прямо пропорциональна начальному диаметру червяка dw1 и углу обхвата 2.β
с архимедовым червяком
На величину суммарной длины контактных линий в зацеплении червячной передачи оказывают влияние геометрические и кинематические факторы: , (8.16)
где ξ – коэффициент колебания суммарной длины контактных линий;
εα – коэффициент перекрытия.
При средних значениях коэффициентов ξ = 0,75 и εα = 2, при величине угла обхвата червяка колесом 2β = 1000 величина суммарной длины контактных линий . Тогда ф. (8.14) примет вид:
(8.17)
Здесь КН – расчетный коэффициент нагрузки; КН = КНβ. КНV = =1,1…1,4 [3, с. 213];
КНβ – коэффициент неравномерности распределения нагрузки в зоне контакта зубьев и витков из-за упругих деформаций деталей;
КНV – коэффициент неравномерности распределения нагрузки в зоне контакта вследствие внутренней динамичности передачи.
Если выразить окружное усилие через вращающий момент на колесе, то выражение (8.17) примет вид (8.18):
Тогда зависимость (8.12) примет вид:
(8.19)
Преобразуем ф. (8.19), приняв следующий набор входящих в неё параметров [2, с. 214]:
αnw = 200; ψw=100; 2β = 1000 = 1,75рад; ξ = 0,75; εα =2; Е1=2,15.105 МПа (для стального червяка);
Е2 = 0,9.105 МПа (для бронзового колеса).
В результате преобразований получим формулу:
(8.19, а)
Если принять q =0,25. Z2, то ф. (8.20) будет преобразована в зависимость для проверочного расчета червячной передачи с Архимедовым червяком на контактную прочность:
Из условия (8.20) легко получить зависимость для проектного расчета червячной передачи (при том же наборе параметров):
В случае не выполнения условия прочности зубьев колеса по контактным напряжениям:
1)если >20%
а) выбрать менее прочный материал, той же группы
б) перейти к меньшему межосевому расстоянию передачи
2) если <5%
а) выбрать более прочный материал
б) перейти к большему межосевому расстояние передачи
28. из чего состоит червячная цилиндрическая передача? каковы ее отличительные особенности конструкции? какие типы червяков используют в червячных цилиндрических передачах? как влияет число заходов червяка на кинематику и геометрию передачи?
Червячная передача состоит из червяка 1, т. е. винта с трапецеидальной или близкой к ней по форме резьбой, и червячного колеса 2, т. е. зубчатого колеса с зубьями особой формы, получаемой в результате взаимного огибания с витками червяка.
Червячные передачи относятся к числу зубчато-винтовых, имеющих характерные черты зубчатых и винтовых передач. В отличие от винтовых зубчатых передач с перекрещивающимися осями, у которых начальный контакт происходит в точке, в червячных передачах имеет место линейный контакт. В осевом сечении зубья колеса имеют дуговую форму. Это обеспечивает облегание тела червяка и увеличение длины контактных линий.
Достоинства червячных передач:
а) возможность получения большого передаточного отношения; б) плавность и бесшумность работы, возможность точных делительных перемещений; в)возможность передачи между скрещивающимися валами; г) самоторможение; д) высокая кинематическая точность
Недостатки большинства червячных передач:
а) низкий КПД; б) необходимость применения для колеса дорогостоящих антифрикционных материалов, что повышает стоимость передачи.
Червячные передачи применяют при необходимости снижения скорости и передачи движения между перекрещивающимися (в большинстве случаев взаимно перпендикулярными) валами. Объем применения червячных передач составляет около 10 % от передач зацеплением (зубчатых и червячных). Выпуск червячных редукторов по числу единиц составляет около половины общего выпуска редукторов.
Широко применяются червячные передачи в подъемно-транспортных машинах, станках, автомобилях и других машинах.
Наибольшее распространение получили червячные передачи с цилиндрическими червяками.
Основные параметры червячных цилиндрических передач. Червячные передачи вследствие относительно низкого КПД применяют для небольших и средних мощностей от долей киловатта до 200 кВт, как правило до 60 кВт, для моментов до 5-Ю5 Нм. Передаточные отношения обычно принимают равными от 8 до 63...80; в отдельных случаях, например в приводе столов большого диаметра станков,— до 1000.
Особенности конструкции: наличие червяка и колеса, передача зацепления с перекрещивающимися валами
Особенности передачи: Окружные скорости v1, v2 не совпадают, передаточное отношение не может быть выражено отношением d2/d1
Типы червяков
1.по форме поверхности, на которой образ-ся резьба:
-
Цилиндрическиеа (а)
-
Глобоидные (б)
У глобоидных передач витки червяка образуются на глобоиде. Нагрузочная способность этих передач примерно в 1,5, раза больше по сравнению с обычными червячными передачами.
Повышение нагрузочной способности глобоидных передач объясняется одновременным зацеплением
большого числа зубьев и благоприятным расположением линий контакта. В глобоидном зацеплении линии контакта располагаются почти перпендикулярно к направлению скоростей скольжения, что способствует образованию непрерывной масляной пленки на трущихся поверхностях.
2. по форме профиля резьбы — с прямолинейным и криволинейным профилем в осевом сечении. У червяков с прямолинейным профилем в осевом сечении в торцовом сечении витки очерчены архимедовой спиралью, отсюда название — архимедов червяк. Архимедов червяк подобен ходовому винту с трапецеидальной резьбой. Его можно нарезать на обычных токарных или резьбофрезерных станках. Поэтому первые червячные передачи выполняли с архимедовыми червяками, которые широко применяют и в настоящее время. Исследования показали, что работоспособность червячной передачи повышается с уменьшением шероховатости поверхности и повышением твердости резьбы червяка. В последнее время все шире стали применять шлифованные высокотвердые червяки при HRC>45.
Эвольвентные червяки имеют эвольвентный профиль в торцовом сечении и, следовательно, подобны косозубым эвольвентным колесам, у которых число зубьев равно числу заходов червяка. Основное преимущество эвольвентных червяков — возможность шлифования витков плоской стороной круга. Однако для этого требуются специальные червячно-шлифовальные станки.
Способ изготовления является решающим при выборе профиля нарезки червяка, так как при одинаковом качестве изготовления форма профиля мало влияет на работоспособность передачи. Выбор профиля нарезки червяка связан также с формой инструмента для нарезания червячного колеса.
КИНЕМАТИКА.При одном обороте червяка колесо повернется на угол, охватывающий число зубьев колеса, равное числу заходов червяка, т.е. i = n1/n2=z2/z1
Число заходов червяка выполняет функцию числа зубьев шестерни. Т.к. z1 м.б. небольшим и часто равным единице (чего не может быть у шестерни), то в одной червячной паре можно получить большое передаточное отношение. Это и является основным достоинством червячных передач.
ГЕОМЕТРИЯ. При увеличении числа заходов угол подъема увеличивается, коэф. смещения х при нарезании зубьев колеса возрастает (zmin=28), диаметр выступов колеса и ширина зуб венца уменьшаются.
29. область применения червячной передачи. почему в этой передаче возникает скольжение? каково его влияние на работоспособность передачи? из каких материалов изготавливают червяк и колесо? назовите факторы, влияющие на выбор материалов.
Червячные передачи применяют при необходимости снижения скорости и передачи движения между перекрещивающимися (в большинстве случаев взаимно перпендикулярными) валами. Объем применения червячных передач составляет около 10 % от передач зацеплением (зубчатых и червячных). Выпуск червячных редукторов по числу единиц составляет около половины общего выпуска редукторов.
Червячная передача относится к числу зубчато – винтовых, движение в которой осуществляется по принципу винтовой пары, но имеет принципиальное отличие: линейный контакт витков червяка и зубьев колеса. Как видно из рис. 8.1, червяк – это винт с трапецеидальной резьбой (или близкий к ней по форме), а червячное колесо – это зубчатое колесо с зубьями особой формы, получаемой в результате огибания витков червяка на дуге 2β (рис. 8.2).
Широко применяются червячные передачи в подъемно-транспортных машинах, станках, автомобилях и других машинах.
Червячные передачи дороже и сложнее зубчатых, поэтому их применяют при необходимости передачи движения между перекрещивающимися валами, а также в механизмах, где необходимы большие передаточные отношения и высокая кинематическая точность, например делительные устройства, механизмы наведения и т. п. Червячные передачи применяют в подъемно-транспортных машинах, станкостроении, автомобилестроении и др.
Пониженный к. п. д. и склонность червячных передач к заеданию ограничивают их применение областью низких и средних мощностей при периодической, кратковременной работе. Мощность червячных передач обычно не превышает 50...60 кВт. При больших мощностях и длительной работе потери в червячной передаче столь существенны, что ее применение становится невыгодным.
Скольжение в зацеплении. Одной из причин повышенного изнашивания зубьев червячного колеса (и заедания) является скольжение витков червяка по зубьям червячного колеса при отсутствии разделяющей их масляной пленки. Скорость скольжения направлена по касательной к винтовой линии делительного диаметра червяка и определяется из параллелограмма скоростей. При движении витки червяка скользят по зубьям колеса, как в винтовой паре. Как относительная скорость, она равна геометрической разности абсолютных скоростей червяка и колеса, которыми в данном случае являются окружные скорости v1 и v2;
или и далее,
где - угол подъема винтовой линии червяка. Т.к. практически <300, то в червячной передаче v2, всегда значительно меньше v1, а vs больше v1. Большое скольжение в червячных передачах служит причиной пониженного КПД, повышенного износа и склонности к заеданию.
Материалы
Червяки современных передач изготовляют из углеродистых или легированных сталей. Наибольшей нагрузочной способностью обладают пары, у которых витки червяка подвергают термообработке до высокой твердости (закалка, цементация и пр.) с последующим шлифованием.
Червячные колеса изготовляют преимущественно из бронзы, реже из латуни или чугуна. Оловянные бронзы типа ОФ10-1, ОНФ и другие считаются лучшим материалом для червячных колес, однако они дороги и дефицитны. Их применение ограничивают передачами при сравнительно больших скоростях скольжения (vs=5...25 м/с). Безоловянистые бронзы, например алюминиево-железистые типа АЖ9-4 и другие, обладают повышенными механическими характеристиками (НВ, В), но имеют пониженные противозадирные свойства. Их применяют в паре с твердыми (HRС >45) шлифованными и полированными червяками для передач, у которых ys5 м/с. Чугун серый или модифицированный применяют при vs2 м/с, преимущественно в ручных приводах.
Факторы:
Условия эксплуатации
величина скорости скольжения
неблагоприятные условия смазки
30. назовите основные достоинства и недостатки червячных передач в сравнении цилиндрическими. от каких факторов зависит кпд передачи? почему он так мал? можно ли сконструировать червячную передачу, имеющую кпд равный 0,9?
Достоинства червячных передач:
а) возможность получения большого передаточного отношения; б) плавность и бесшумность работы, возможность точных делительных перемещений; в)возможность передачи между скрещивающимися валами; г) самоторможение; д) высокая кинематическая точность.
Недостатки большинства червячных передач: а) низкий КПД; б) необходимость применения для колеса дорогостоящих антифрикционных материалов, что повышает стоимость передачи; в) повышенный износ и склонность к заеданию; г) повышенные требования к точности сборки (точное aw, совпадение главных плоскостей колеса и червяка). Червячные передачи дороже и сложнее зубчатых, поэтому их применяют при необходимости передачи движения между перекрещивающимися валами, а также в механизмах, где необходимы большие передаточные отношения (у черв - 8…320, а у цилиндр – 2…8) и высокая кинематическая точность, например делительные устройства, механизмы наведения и т. п. Червячные передачи применяют в подъемно-транспортных машинах, станкостроении, автомобилестроении и др. Пониженный к.п.д. и склонность червячных передач к заеданию ограничивают их применение областью низких и средних мощностей при периодической, кратковременной работе. Мощность червячных передач обычно не превышает 50...60 кВт. При больших мощностях и длительной работе потери в червячной передаче столь существенны, что ее применение становится невыгодным.
Кпд червячной передачи. К.п.д. зацепления червячной передачи при ведущем червяке запишем:
К. п. д. увеличивается с увеличением числа заходов червяка (увеличивается γ) и с уменьшением коэффициента трения или угла трения φ.
При передаче движения в обратном направлении (от колеса к червяку) становится невозможной. Получаем самотормозящую червячную пару. Свойство самоторможения червячных передач используют в грузоподъемных и других механизмах. Следует учитывать, что к. п. д. самотормозящей передачи мал и всегда меньше 0,5.
Обычно червячные передачи имеют углы подъема до 27°, так как в зоне больших углов подъема КПД меняется мало, а большие углы подъема выполнимы только в передачах, имеющих червяк с четырьмя витками, трудных для изготовления и имеющих малые передаточные отношения. Углы трения и соответственно коэффициенты трения значительно уменьшаются с увеличением скорости скольжения, что связано с условиями образования масляных клиньев в зацеплении. Меньшие значения коэффициентов и углов трения соответствуют твердым шлифованным и полированным червякам, работающим в условиях обильной смазки. Для передач со стальным червяком и чугунным колесом коэффициенты трения принимают на 60 % больше.