- •Проектные расчеты механизмов летатательных аппаратов
- •1. Теоретическая основа.
- •Сведения о профиле зуба.
- •Понятие об исходном (ип), и об исходном производящем контурах (ипк).
- •2. Расчет размеров зубчатого колеса.
- •4. Контрольные вопросы.
- •Анализ и расчет кинематической схемы прямозубого зацепления в планетарном редукторе
- •1. Общие сведения.
- •2. Исходные данные.
- •3 . Порядок и содержание расчетов
- •Определение работоспособности конического зацепления по условиям контактной выносливости и прочности на изгиб зуба
- •3.1. Исходные данные и схема зацепления.
- •3.2. Рекомендуемый порядок определения кинематических параметров.
- •3.3. Расчет зубьев конической передачи на контактную выносливость.
- •3.4. Расчет зубьев конической передачи на выносливость по напряжениям изгиба.
- •Контрольные вопросы.
- •Расчет червячной передачи.
- •4.1. Общие сведения.
- •4.2. Исходные данные.
- •4.3. Проектный расчет.
- •3.3. Поверочный расчет зубьев колеса на выносливость по напряжениям изгиба.
- •3.4. Определение сил в зацеплении червячной передачи.
- •Контрольные вопросы
- •5. Расчет передачи винт-гайка
- •5,1. Общие сведения.
- •5.2. Расчет передачи винт-гайка с трением скольжения.
- •5.2.1. Исходные данные:
- •5.2.2. Порядок расчета [1].
- •Схемы закрепления опор.
- •5.3. Расчет шарико-винтового механизма.
- •5.3.1. Исходные данные:
- •5.3.2. Порядок расчета.
- •5.4. Контрольные вопросы.
- •6. Расчёт кривошипно-шатунного механизма. Лабораторная работа №7 (2часа)
- •6 Fупр b0 .1. Схема механизма.
- •6.2. Кинематика механизма.
- •6.3. Передаточное отношение механизма при ведущем ползуне.
- •6.4. Расчёт проушины шатуна на разрыв и смятие.
- •6.5. Схема проушины.
- •1. Выбор материалов зубчатых передач и вида термообработки
- •2. Проектный расчёт закрытой цилиндрической зубчатой передачи
- •3. Геометрический расчёт закрытой цилиндрической передачи
- •4. Проверочный расчёт закрытой цилиндрической передачи
- •Расчёт открытой цилиндрической зубчатой передачи
- •6. Фрикционные передачи
- •7.1. Ременные передачи
- •Основные критерии расчёта ременных передач:
- •8. Выносливость деталей машин при переменных напряжениях
- •9. Требования к оформлению отчетов по лабораторным работам
3.3. Поверочный расчет зубьев колеса на выносливость по напряжениям изгиба.
Фактическое напряжение изгиба определяем по формуле:
;
где: – крутящий момент на колесе;
– коэффициент нагрузки при изгибе;
– коэффициент формы зуба колеса, выбирают в зависимости от
эквивалентного числа зубьев: ;
В соответствии с полученным значением эквивалентного числа зубьев, коэффициент формы .
, Мпа
Условие – выполняется, зубья колес удовлетворяют требованиям выносливости по напряжениям изгиба.
Запас прочности на изгиб:
% = 91.5 %
3.4. Определение сил в зацеплении червячной передачи.
Сила нормального давления на зуб колеса имеет три составляющих:
– окружная сила, направлена по касательной к делительной окружности;
– радиальная сила, направлена по радиусу от поля зацепления к оси колеса;
– осевая сила, направлена вдоль оси колеса.
, Н;
, Н;
, Н.
.
Результаты вычислений сведем в таблицу 4.3:
Таблица 4.3.
Сводная таблица параметров червячной передачи
Проектный расчет |
|||||||||||
Параметр |
, мм |
m |
, град |
, град |
q |
Z |
b, мм |
d, мм |
da, мм |
df, мм |
dam, мм |
Червяк |
126 |
6.3 |
47.5 |
14 |
8 |
2 |
83 |
50 |
63 |
35 |
---- |
Колесо |
----- |
---- |
32 |
43 |
202 |
212 |
189 |
221 |
|||
Поверочный расчет |
|||||||||||
Параметр |
, Мпа |
, Мпа |
, Мпа |
, Мпа |
, % |
, % |
Примечания |
||||
Червяк |
706 |
----- |
261 |
----- |
---- |
----- |
|
||||
Колесо |
198 |
182 |
53.4 |
4.5 |
8 |
91.5 |
|
Контрольные вопросы
Что такое коэффициент диаметра червяка?
Какие материалы применяются для червяка и червячного колеса?
Перечислить силы, влияющие на рабочие напряжения в контактном пятне зацепления.
Перечислить углы, определяющие конфигурацию зубьев червячного колеса.
Как связано число зубьев червячного колеса с передаточным отношением?
Что такое приведенный угол трения?
Что такое самоторможение?
Сформулировать условие самоторможения?
С чем связан нагрев червячного редуктора?
В чем преимущество червячной передачи перед прямозубыми?
5. Расчет передачи винт-гайка
Лабораторная работа №5; 6. (4 часа)
5,1. Общие сведения.
Передачи винт-гайка предназначены для преобразования вращательного движения в поступательное. Их широко применяют в механизмах управления ЛА. Так, они используются в механизмах управления внутренними и внешними закрылками, предкрылками, рулями высоты и направления, в механизмах изменения стреловидности крыла, выпуска шасси и т. П. Передачи винт-гайка при значительной несущей способности имеют небольшие габаритные размеры и массу, позволяют с малым вращающим моментом создать большую осевую силу и обеспечивают высокую точность требуемого закона движения.
Передачи винт-гайка по характеру движения звеньев разделяют на:
передачи с ведущим вращающимся винтом, совершающим одновременно осевое перемещение. Такие передачи применяют при незначительных перемещениях, например в измерительной Технике;
п ередачи с вращающимся винтом и ведомой, поступательно перемещающейся гайкой (рис. 5.1.). Такая схема обычно используется в силовых передачах при больших перемещениях, например в механизме изменения стреловидности крыла самолета (рис. 5.1.). Такие передачи в механизмах управления ЛА обычно применяют одновременно с зубчатой передачей, понижающей частоту вращения винта;
передачи с вращающейся гайкой и ведомым поступательно перемещающимся винтом (рис. 5.2.). Такие передачи применяется при небольших перемещениях и значительных осевых силax на винте, например в механизмах управления стабилизаторами-нервюрами ЛА.
Передачи винт-гайка по виду трения делятся на передачи скольжения и качения.
П ередачи винт-гайка с трением скольжения.
Эти передачи при значительной несущей способности, небольших габаритных размерах и массе конструктивно просты и технологичны в изготовлении. Для механизмов управления ЛА важно, что при однозаходной резьбе такие передачи обеспечивают самоторможение.
Недостатками передач винт-гайка с трением скольжения являются низкий КПД (0.25 …0.40 при однозаходных резьбах) и невозможность использования ее при высоких скоростях поступательного движения гайки или винта, так как скорость скольжения витков гайки относительно витков винта в 10… 40 раз превышает скорость осевого перемещения, что ведет к повышенному износу и перегреву механизма.
В силовых реверсивных передачах винт-гайка скольжения, характерных для механизмов управления ЛА, чаще всего применяют трапецеидальную резьбу (рис. 5.3, а), обладающую высокой прочностью витков, технологичностью изготовления и меньшими по сравнению с метрической треугольной потерями на трение. Метрическую резьбу мелкого шага (рис. 5.3, б) применяют для получения точных перемещений в механизмах приборов.
Резьба характеризуется наружным , внутренним и средним диаметрами (d относится к винту, D – к гайке); шагом резьбы Р; теоретической высотой профиля Н; рабочей высотой профиля ; углом профиля ; числом заходов Z, ходом резьбы , углом подъема резьбы .
Для трапецеидальной резьбы профиль и основные ее размеры гостированы: ; Hi = 0,5P; ; мм; мм.
Для метрической резьбы эти параметры даны в ГОСТ 8724-71. Для каждого диаметра резьбы указаны основной и мелкий шаги. Резьба ходовых винтов и гаек в зависимости от назначения передачи может быть правой и левой, одно- или многозаходной.
Х одовые винты передач винт-гайка скольжения изготовляют из сталей, обладающих высокой прочностью и износостойкостью. При числах твердости поверхности не более 350НВ – из сталей 45, 50 и др.; при числах твердости не менее 50HRC – из сталей 65Г, 45Х, 40ХН, 12ХНЗА и др. Для уменьшения потерь на трение гайки выполняют из антифрикционных оловянистых (БрОФЮ-1, БрОЦС6-6-3) и безоловянистых (БрАЖ9-4, БрАЖМцО-3-1.5) бронз, способных воспринимать большие удельные нагрузки и обладающих антикоррозионными свойствами и хорошей прирабатываемостью. Оловянистые бронзы применяются при окружных скоростях . При окружных скоростях, меньших , применяют безоловянные бронзы, которые менее дефицитны, но имеют по сравнению с оловянными бронзами больший коэффициент трения в паре со сталью.
Передачи винт-гайка с трением качения.
Передачи винт-гайка с трением качения широко применяют в силовых и приборных механизмах ЛА. Усилие между винтом и гайкой передается через шарики, которые перемещаются в винтовых дорожках качения, выполненных на винте и в гайке. Скорость перемещения этих шариков отличается от скорости ведущего и ведомого звеньев, поэтому для обеспечения непрерывной циркуляции шариков концы рабочей части резьбы в гайке соединены возвратным каналом. Шарико-винтовые механизмы (ШВМ) применяются для рабочих нагрузок от сотен до сотен тысяч ньютон. Средние диаметры винтов в этих механизмах 5… 150 мм, диаметры шариков 1…20 мм. ШВМ имеют ряд преимуществ перед обычными передачами винт-гайка скольжения: малые потери мощности на трение качения, позволяющие повышать КПД механизма до 0,9; низкий приведенный коэффициент трения покоя и, следовательно, высокая кинематическая чувствительность; малый износ рабочих винтовых поверхностей винта и гайки, обеспечивающий высокую точность и равномерность поступательного движения с сохранением стабильности этих параметров в процессе эксплуатации; надежная работа в широком диапазоне температур и вакууме.
К недостаткам ШВМ относят относительную сложность и трудоемкость изготовления. Особенно трудоемкой является операция шлифования специального профиля резьбы гайки и ходового винта. Однако с появлением станков для шлифования профиля резьбы винта и гайки и разработкой более совершенных методов обработки деталей этот недостаток устраняется.
В ШВМ различного назначения применяют криволинейные профили резьбы винта и гайки (рис.5.4, а, в), прямолинейные (рис.5.4, г, д, е) и комбинированные (рис. 5.4, б). Для силовых ШВМ, применяемых в ЛА, рекомендуют полукруглые Профили с двухточечным контактом и углом контакта (рис.5.4, а).П рямолинейный профиль резьбы (треугольный, трапециевидный) является наиболее технологичным, но значительно уступает по нагрузочной способности криволинейному. Это объясняется тем, что допускаемая нагрузка на шарик, находящийся в желобе с профилем в виде дуги окружности, более чем в три раза выше допускаемой нагрузки на шарик, лежащий на плоской поверхности трапецеидального или Треугольного профиля. Прямолинейный профиль резьбы применяют в ШВМ для восприятия небольших осевых нагрузок, например в приборах. В измерительных устройствах с высокими требованиями к точности перемещения узла рекомендуются ШВМ с прямоугольным профилем и трехточечным контактом между шариком и элементами винта и гайки (см. рис. 5.4, г, д). При таком контакте положение шарика определяется однозначно.
Высокий
КПД, надежность ШВМ в значительной
степени зависят
от конструкции и качества изготовления
перепускного канала.
Каналы должны быть просты в изготовлении
и допус
Б олее рациональной является конструкция, в которой возврат шариков осуществляется с помощью специальных вкладышей, вставленных в окна гайки по диагонали и соединяющих соседние винтовые канавки ее резьбы (рис. 5.5 б). Обычно в гайке предусматривают три вкладыша, которые располагают под углом 120°, причем шарики разделены на три независимо циркулирующие группы.
Твердость контактирующих поверхностей резьбы винта и гайки определяет нагрузочную способность и долговечность ШВМ. Она должна быть не ниже 60 HRC. В случае поверхностного упрочнения (азотирования, объемной закалки после цементации или закалки ТВЧ) толщина слоя должна быть достаточной для восприятия высоких контактных напряжений.
Винты изготовляют из сталей ХВГ и 7ХГ2ВМ с объемной закалкой, 8ХВ с закалкой при индукционном нагреве и 20ХЗМВФ с азотированием поверхности. Для гаек применяют стали марок 9ХС, ШХ15 с объемной закалкой и цементируемые стали 18ХГТ, 12ХНЗА, 18ХНВА и др. Шарики обычно изготавливают из стали ШХ15, ШХ15СГ. Твердость поверхности шариков должна быть не ниже 63 HRC.