Лекция № 2 Механические передачи (0,5 часа)

В технике существуют передачи различных видов энергии. В курсе «Детали машин» изучаются передачи только механической энергии.

По принципу работы передачи подразделяются на передачи трением и передачи зацеплением. Передачи трением: фрикционные (с непосредственным контактом тел качения) и ременные (с гибкой связью). Передачи зацеплением: зубчатые и червячные (с непосредственным контактом) и цепные (с гибкой связью).

Фрикционные передачи (1,5 часа)

Передача движения осуществляется силами трения, создаваемыми прижатием катков с усилием

F_n = Fr

так, чтобы

F_f = F_n * f_H > F_t,

где F_t - заданная передаваемая окружная сила.

Записанное неравенство является основным условием работоспособности фрикционной передачи.

Гарантированное условие прижатия катков

F₂=F_n = .

Здесь F_n - сила нормального давления;

β = 1,25 -1,5 - коэффициент запаса сцепления;

коэффициент трения, изменяющийся от 0,04 до 0,4 в зависимости от материалов катков

и режима смазки. При β=1,5 и (стальные катки со смазкой) прижимное усилие

F2=30F_t н. Откуда следует, что гладкие цилиндрические катки не пригодны для передачи больших мощностей N.

Можно уменьшить F₂ за счёт увеличения f_n (резина, кожа, текстолит). Однако резкое снижение F₂ достигается клинчатыми (рифлёными) и коническими катками.

У клинчатых катков прижимное усилие

н.

При sin a = sin 15° = 0,21.

У конических катков выгоднее создавать усилие прижатие со стороны меньшего катка, т. к. α₁ < а₂

F_K0H = F_цил sin a₁ = F_цил∙ sin 20° = 0,34 F_цил .

Уменьшение усилия прижатия F2 нагрузку на валы и подшипники, что уменьшает вес и размеры передачи.

Достоинства фрикционных передач:

1. Простота и дешевизна конструкции

1. Бесшумность и безударность работы

2. Возможность бесступенчатого регулирования угловых скоростей ω и, как следствие, передаточных отношений i

3. Предотвращение перегрузок и поломок за счет пробуксовки.

Недостатки фрикционных передач:

1. Необходимость применения прижимных устройств

1. Большие нагрузки на валы и подшипники от прижимных устройств, ограничивающие передаваемую мощность N < 20квт

2. Непостоянство передаточного отношения i за счет проскальзывания.

2. Сравнительно низкий КПД у большинства (особенно открытых) передач.

Кинематика фрикционной передачи.

Передаточное отношение - это отношение угловой скорости ведущего звена ω₁ к угловой скорости ведомого ω₂ :

При отсутствии проскальзывания окружные скорости .

Т.к то

Поскольку то передаточное отношение

Проскальзывание уменьшает υ₂ на величину, связанную с коэффициентом скольжения

,т.к то

Тогда фактическое передаточное отношение

Практически принимают , т. к. коэффициент скольжения ε = 0,01 - 0,03 .

Межосевое расстояние:

откуда 2а = D₂ + D₁ = D₁ (i ± l).

Тогда

и

Знак "-" отражает внутреннее зацепление.

Применяются открытые и закрытые фрикционные передачи (прессы, молоты, и др.).

Виды выхода из строя фрикционных передач.

Критерии расчета. При работе фрикционных пар происходят следующие виды разрушения рабочих поверхностей:

1. Усталостное выкрашивание – характерное для передач с металлическими катками, работающими в масле.

2. Износ- в передачах, работающих без смазки.

3. Задир поверхности, в передачах- связан с буксованием или перегревом передачи при больших скоростях и нагрузках в условиях недостаточной смазки.

Все перечисленные виды разрушений зависят от напряжений в месте контакта, поэтому прочность и долговечность фрикционных пар оценивают по контактным напряжениям Герца.

Расчет на контактную прочность стальных катков закрытой фрикционной передачи.

Расчет на контактную прочность предотвращает усталостное разрушение рабочих поверхностей и частично их износ. Он сводится к ограничению максимальных контактных напряжений, определяемых по формуле Герца. Немецкий ученый Herz в 1881 году впервые решил с рядом допущений контактную задачу теории упругости. По Герцу контактные напряжения от нормальной силы F_n распределяются по эллиптической площадке с σ_МАХ в центре и вычисляются по формуле:

Записанная формула является условием контактной прочности. В ней:

- погонная нагрузка;

- приведенный модуль упругости при растяжении-сжатии. По 1-музакону Гука,

,

где Е - коэффициент пропорциональности,

s – относительное удлинение;

- приведенный радиус кривизны;

v - коэффициент Пуассона (отношение относительного поперечного сжатия к относительному продольному удлинению). Для стали (и практически всех металлов) v = 0,3. Откуда

Тогда условие контактной прочности запишется как

В расчете на контактную прочность заданы геометрические, кинематические, механические и силовые параметры:

Тогда условие контактной прочности в окончательном виде:

Для получения формулы проектировочного расчета на контактную прочность запишем b=a*ψ мм (где ψ = 0,2 -0,4 - относительная ширина катков (больше у закрытых передач)), возведем в квадрат среднюю и правую части условия контактной прочности и найдем межосевое расстояние:

Для стальных катков при HRС > 60 допускаемые контактные напряжения

[σ_H] = (800^1000)

При покрытии катков кожей, резиной и др. рассчитывают удельную нагрузку на единицу длины контактной линии:

где допускаемая погонная нагрузка для кожи и резины