15. Муфты

Нормы точности на зубчатые колеса и передачи представляют собой набор требований к точности геометрических и кинематических параметров зубчатых колес и передач для оценки этой точности в отношении определенного эксплуатационного признака.

В нормах кинематический точности нормируются требования к таким геометрическим и кинематическим параметрам колеса и передачи, погрешность которых влияет на погрешность передаточного отношения за полный оборот колеса, т.е. характеризует погрешность в угле поворота за один его оборот по сравнению с тем, если бы вместо него находилось абсолютно точное колесо.

В нормах плавности работы нормируются требования к точности таких геометрических и кинематических параметров колеса и передач, погрешность которых также влияет на кинематическую точность, но эта погрешность проявляется многократно за один оборот колеса, т.е. один или несколько раз на каждом зубе. Эти требования имеют наибольшее значение для передач, работающих на больших скоростях, поскольку такие погрешности являются источником ударов, приводящих к появлению шума и вибраций.. В нормах контакта нормируются требования к таким геометрическим Я юшематическим параметрам колес и передач, погрешность которых деияет на величину площади поверхности касания при вращении зубьев сопрягаемых колес.

Требования к контакту поверхностей имеют особо важное значение дня передач, работающих с большими нагрузками.

В нормах бокового зазора нормируются требования к таким параметрам колеса и передачи, которые влияют на зазор по нерабочим профилем зубьев при соприкосновении по рабочим профилям зубьев.

Эти нормы важны для передач, работающих в тяжелых температурных условиях, при большой загрязненности и для реверсивных передач.

17. Пружины. Их характеристики и расчеты.

Пружина — упругий элемент, предназначенный для накапливания и поглощения механической энергии. Пружина может быть изготовлена из любого материала, имеющего достаточно высокие прочностные и упругие свойства (сталь, пластмасса, дерево, фанера, даже картон). Стальные пружины общего назначения изготавливают из высокоуглеродистых сталей (У9А-У12А, 65, 70), легированных марганцем, кремнием, ванадием (65Г, 60С2А, 65С2ВА). Для пружин, работающих в агрессивных средах, применяют нержавеющую сталь (12Х18Н10Т), бериллиевую бронзу (БрБ-2), кремнемарганцевую бронзу (БрКМц3-1), оловянноцинковую бронзу (БрОЦ-4-3). Небольшие пружины можно навивать из готовой проволоки, в то время как мощные изготавливаются из отожжённой стали и закаляются уже после формовки.

Виды пружин

1) По виду воспринимаемой нагрузки:

-пружины сжатия;

-пружины растяжения;

-пружины кручения;

-пружины изгиба.

Пружины растяжения — рассчитаны на увеличение длины под нагрузкой. В ненагруженном состоянии обычно имеют сомкнувшиеся витки. На концах для закрепления пружины на конструкции имеются крючки или кольца.

Пружины сжатия — рассчитаны на уменьшение длины под нагрузкой. Витки таких пружин без нагрузки не касаются друг друга. Концевые витки поджимают к соседним и торцы пружины шлифуют. Длинные пружины сжатия, во избежание потери устойчивости, ставят на оправки или стаканы.

Также пружина Бурдона — трубчатая пружина в манометрах для измерения давления, играющая роль чувствительного элемента.

Витки пружин растяжения-сжатия под действием постоянной по величине силы испытывают напряжения двух видов: изгиба и кручения.

Пружины кручения — могут быть двух видов:

-торсионные — стержень, работающий на кручение (имеет большую длину, чем витая пружина)

-витые пружины, работающие на кручение (как в бельевых прищепках, в мышеловках и в канцелярских дыроколах).

2) По конструкции:

-витые цилиндрические (винтовые);

-витые конические (амортизаторы);

-спиральные (в балансе часов);

-плоские;

-пластинчатые (например, рессоры);

-тарельчатые;

-торсионные;

-жидкостные;

-газовые.

Характеристики пружин

Для витых цилиндрических и конических: (количество витков, шаг витка, диаметр проволоки, предельно воспринимаемая нагрузка), а также усталостные характеристики.

Цилиндрическая пружина сжатия.

Основными геометрическими параметрами цилиндрических винтовых пружин растяжения-сжатия (рис. 17.2) являются: D₀ – средний диаметр навивки пружины, d – диаметр проволоки (прутка), t – шаг навивки, H₀ – длина пружины в свободном состоянии (обычно геометрические параметры измеряются в мм); конструктивными параметрами являются: n – число рабочих витков, n₁ – полное число витков (с учетом концевых подогнутых, опорных витков), c = D₀ / d – индекс пружины, характеризующий кривизну ее витка. Все перечисленные конструктивные параметры – величины безразмерные. К силовым и упругим параметрам можно отнести: жесткость пружины z, жесткость одного витка пружины z₁ (обычно единицей измерения жесткости является Н/мм), минимальную рабочую P₁, максимальную рабочую P₂ и предельную P₃ силы пружины (измеряются в Н), величину деформации пружины F под действием приложенной силы, а также величину деформации одного витка f под действием нагрузки. Жесткость пружины z равна величине нагрузки, необходимой для деформации всей пружины на единицу длины, а жесткость одного витка пружины z₁ равна величине нагрузки, необходимой для деформации одного витка этой пружины на единицу длины. Присваивая символу F, обозначающему деформацию, необходимый подстрочный индекс, можно записать соответствие между деформацией и силой, её вызвавшей (см. первое из соотношений (17.1)).

Силовые и упругие характеристики пружины связаны между собой простыми соотношениями:

Теория.

С точки зрения классической физики, пружину можно рассматривать как устройство, накапливающее потенциальную энергию путём изменения расстояния между атомами эластичного материала.В теории упругости законом Гука установлено, что растяжение эластичного стержня пропорционально приложенной к нему силе, направленной вдоль его оси. В реальности этот закон выполняется не точно, а только при малых растяжениях и сжатиях. Если напряжение превышает определённый предел (предел текучести) в материале наступают необратимые нарушения его структуры, и деталь разрушается или получает необратимую деформацию. Следует отметить, что многие реальные материалы не имеют чётко обозначенного предела текучести, и закон Гука к ним неприменим. В таком случае, для материала устанавливается условный предел текучести. Витые металлические пружины преобразуют деформацию сжатия/растяжения пружины в деформацию кручения материала из которого она изготовлена, и наоборот, деформацию кручения пружины в деформацию растяжения и изгиба металла, многократно усиливая коэффициент упругости за счёт увеличения длины проволоки противостоящей внешнему воздействию.

Расчёт пружин.

При выборе допускаемых напряжений для пружин необходимо учитывать: а) качество материала и вид термообработки (состояние поверхности витков, обезуглероживание поверхностного слоя и т.д.); б) характер нагружения пружины (статический, динамический); в) условия работы пружины (характер окружающей среды, ее коррозионную активность и температуру, истирание и повреждение поверхности витков в процессе работы и т.д.); г) степень ответственности пружины (последствия ее поломки, возможность быстрой замены поврежденной пружины и т.д.).

Пружины как упругие элементы конструкций могут быть разбиты на три следующие группы:

1. Пружины статического действия (пружины предохранительных устройств, пружины часовых механизмов и т.п.). В этом случае расчет ведут по максимальной нагрузке, воспринимаемой пружиной, исходя из установленных опытом допускаемых напряжений в зависимости от механических характеристик материала пружины и отмеченных выше обстоятельств.

2. Пружины ограниченно кратного динамического действия (пружины оружия, операционные пружины в машинах-орудиях и т.п.): а) при переменной плавно прилагаемой или импульсивной нагрузке кратностью 50000-100000 циклов (и менее) и б) при резко выраженных ударных нагрузках.

В случае «а» расчет обычно ведут по формулам для пружин статического действия, исходя из наибольшего усилия или деформации пружины, с несколько пониженным допускаемым напряжением, в зависимости от степени динамичности приложения нагрузки, ее пульсации. Желаемой долговечности пружины и т.д.

В случае «б» основное внимание должно быть обращено на выбор материала, лучше всего выдерживающего ударную нагрузку (кремнистая сталь).

Расчет ведут исходя из энергии, которая должна быть накоплена пружиной при деформации ударом. Коэффициент запаса выбирают в соответствии с условиями удара и желаемой долговечностью пружины.

Во многих случаях пружины статического и ограниченно кратного динамического действия целесообразно заневоливать, так как этот процесс повышает несущую способность пружин в пределах упругих деформаций и позволяет проектировать их более компактными и легкими.

Долговечность пружин устанавливается опытом в условиях, близких к реальных условиям работы пружины.

3. Пружины многократного и неограниченно кратного вибрационного действия (клапанные пружины и т.п.) должны рассчитываться на выносливость. Выбор материала для таких пружин должен производиться с учетом его выносливости в тех условиях (температурных, коррозионных и др.), в которых предстоит работать пружине.

Предел выносливости в сильной степени зависит от состояния поверхности пружины и от влияния условий работы на поверхностный слой ее витков (коррозия, износ и другие повреждения).

Конкретные рекомендации по выбору значений допускаемых напряжений с учетом высказанных общих соображений даны раздельно по каждому классу пружин, при их расчете на прочность.

18. Рабочие жидкости гидроприводов. Гидронасосы и моторы.

В качестве рабочей жидкости гидропривода чаще всего применяют минеральные смеси масел, которые представляют собой продукт переработки высококачественной нефти с использованием присадок, понижающих температуру застывания. Жидкость в гидроприводе предназначена для передачи энергии, а также для надежного смазывания его рабочих элементов, при этом она подвергается воздействию изменяющихся в широких пределах давлений, скоростей и температур.

Для обеспечения нормальной работы гидропривода к рабочей жидкости предъявляются следующие требования:

- хорошие смазочные свойства;

- инертность по отношению к используемым в гидроприводе материалам;

- соответствие вязкости рабочей жидкости существующим уплот-. нениям и зазорам;

- малое изменение вязкости в широком диапазоне температур и давлений;

- достаточно широкий диапазон рабочих температур; большой срок службы, устойчивость к окислению; малая склонность к вспениванию; высокая температура вспышки;

- безопасность в обращении, т. е. жидкость ее должна быть токсичной, особенно в распыленном состоянии и при разложении; хорошая теплопроводность и большая удельная теплоемкость;

- низкая стоимость;

- высокий модуль объемной упругости.

Из физических свойств жидкости наиболее важными являются плотность и вязкость. Вязкость жидкости — свойство оказывать сопротивление перемещению одной ее части относительно другой. От вязкости жидкости зависят объемные и механические потери в элементах гидропривода и его работа при низких и высоких температурах. Вязкость проявляется в виде внутреннего трения при относительном перемещении смежных частиц жидкости. Механизм возникновения силы трения между слоями движущейся вязкой жидкости вдоль твердой стенки обусловлен тем, что скорость движения ее слоев в результате торможения потока со стороны стенки различна. Величина, аналогичная коэффициенту сдвига в твердых телах и характеризующая сопротивляемость жидкости сдвигу, называется коэффициентом динамической вязкости или просто вязкостью (абсолютная или динамическая вязкость). Коэффициент динамической вязкости в системе СИ имеет размерность Па с, в системе СГС — пуаз (П); на практике часто пользуются сантипуазом (сП): 1 Па с = 10 П.

В технических характеристиках отечественных масел указывается кинематическая вязкость, выраженная в сантистоксах при температуре 50 °С.

Непосредственное измерение абсолютной или кинематической вязкости затруднено, поэтому на практике пользуются условными единицами вязкости, которые определяют с помощью приборов, называемых вискозиметрами. Для определения условной вязкости в различных странах используют вискозиметры Энглера (в Европе), Сейболта (в США), Редвуда (в Великобритании) и др. В СССР наибольшее применение получил вискозиметр ВУ или Энглера.

Прибор представляет собой сосуд 2, в сферическом дне которого выполнено калиброванное отверстие 4 определенного диаметра (2,8 мм), закрываемого стержнем

В сосуд наливают 200 см3 жидкости и при открытом отверстии определяют время ее истечения. Для поддержания постоянной температуры исследуемой жидкости сосуд помещают в жидкую ванну 3, температура в которой контролируется термометром. На практике для быстрого, но грубого сравнения вязкостей различных масел можно пользоваться приближенными способами. Например, сравнивают скорости движения капель масла по расположенному наклонно стеклу или скорости подъема пузырька воздуха в пробирках.

Чем медленнее перемещается капля масла или пузырек воздуха, тем больше вязкость масла. Еще более грубо определяют вязкость масла путем сравнения силы прилипания большого и указательного пальцев руки, когда между ними находится капля масла. Для получения рабочих жидкостей с требуемыми характеристиками вязкости иногда смешивают масла.

С повышением давления вязкость жидкостей увеличивается.

При чрезмерной вязкости в гидроприводе увеличиваются дроссельные потери и повышается температура рабочей жидкости. В условиях низких температур из-за значительного повышения вязкости могут произойти разрыв сплошности потока, явления кавитации и др. В то же время при маловязкой жидкости КПД гидропривода снижается в связи с тем, что увеличиваются утечки жидкости, повышается ее температура, уменьшается несущая способность масляного слоя. На качество рабочей жидкости заметно влияет наличие в ней воздуха и воды.

При большом содержании воздуха в масле может образоваться пена. Содержание в масле небольшого количества воды (около 1%) ускоряет образование пены. Наличие пены интенсивно окисляет масло и детали гидроаппаратов, а также ухудшает механические характеристики передачи. Стойкость пены с повышением температуры масла уменьшается. При температуре выше 70 °С она разрушается.

Качество рабочей жидкости оценивают следующими доступными способами.

1. Отбирают пробу и хранят ее в неподвижном состоянии не менее 1 сут. Если на дне емкости с пробой образовались осадки, рабочая жидкость грязная и ее надо или отфильтровать, или заменить. Если цвет жидкости стал другой (кроме черного и темно-коричневого), следует определить состав загрязняющих веществ.

2. Если часто происходит засорение фильтрующего элемента, то рабочая жидкость значительно загрязнена.

3. Если проба рабочей жидкости, налитая в прозрачный сосуд, мутная в верхней части сосуда, то в жидкости находится воздух, если в нижней — то вода. Рабочую жидкость с водой необходимо заменить.

Допустимая температура вспышки масла должна быть на 20 ... 30 °С выше температуры рабочей жидкости при длительной работе гидропривода.

Самым сложным является установление сроков смены масла. Если условие эксплуатации позволяет контролировать состояние масла, то следует предусматривать замену масла после повышения кислотного числа до 0,1 мг КОН на 1 г масла. Кислотное число определяют в соответствии с ГОСТом.

В качестве рабочей жидкости для гидропривода экскаватора рекомендуются масла основных марок (табл. 4): при отрицательной температуре воздуха — масло ВМГЗ (ТУ 38-101479—74), при положительной —масло МГЕ-46В (ТУ 38-001347—83); в качестве заменителей: при отрицательной температуре воздуха масло АУ (ОСТ 38-01412—86), при положительной — масло И-ЗОА (ГОСТ 20799—75*).

Гидронасосы и моторы.

Гидравлический мотор - это механизм, который преобразует энергию потока рабочей жидкости в энергию движения выходного звена (тип движения вращательный).

По конструкционным особенностям гидравлические моторы делятся на шестеренчатые гидравлические моторы, пластинчатые, геороторные, аксиально-поршневые и радиально-поршневые гидравлические моторы.

Шестеренчатые гидравлические моторы отличаются простотой конструкции, компактностью, надежностью в работе, имеют достаточно высокий коэффициент полезного действия (КПД). Такие гидравлические моторы широко применяются в системах с дроссельным регулированием.

Пластинчатый гидравлический мотор представляет собой одно-, двух- и многократного действия, а также одинарные и сдвоенные.

Героторный гидравлический мотор, имеет низкую скорость и высокий крутящий момент. Базовая функция шестерни в механизме, который имеют гидравлические моторы – преобразование вращательного движения: изменение его направления, скорости и крутящего момента, либо полная трансформация в поступательное движение.

Аксиально-поршневой гидравлический мотор наиболее широко применяется в гидравлике. Основные характеристики, которые имеют данные гидравлические моторы: малые радиальные размеры, масса и габариты, удобство монтажа и ремонта.

Радиально-поршневые гидравлические моторы также существуют одно-, двух- и многократного действия, применяются такие гидравлические моторы при достаточно высоких давлениях - от 10 МПа.

Ассортимент продукции насчитывает все виды гидравлических моторов высокого качества.

Гидравлические насосы - гидро машины, которые преобразуют механическую энергию двигателя в энергию перемещаемой жидкости, повышая ее давление. Разность давлений жидкости в насосе и трубопроводе обусловливает ее перемещение. Гидравлические насосы поднимают жидкость на определенную высоту, подают ее на необходимое расстояние в горизонтальной плоскости или заставляют циркулировать в какой-либо замкнутой системе.

Гидравлические насосы являются одной из самых распространенных разновидностей машин. Гидравлические насосы шестеренные и насосные агрегаты на их основе предназначены для нагнетания потока минерального масла с определенной кинематической вязкостью в смазочные системы станков и других стационарных машин в условиях умеренного климата.

Пластинчатые гидравлические насосы состоят из: корпуса, ротора и пластин - замыкателей. Ротор выполнен в виде цилиндра, на боковой поверхности которого имеются радиальные пазы с находящимися в них пластинами, последние прижимаются к корпусу центробежной силой и могут легко перемещаться в пазах ротора.

Пластинчатые гидравлические насосы, как и шестеренчатые гидравлические насосы, обладают реверсивностью, т.е. при изменении направления вращения ротора они изменяют направление потока в трубопроводах.

Аксиально-поршневые насосы. Гидравлические насосы применяют в гидропередачах, назначением которых является передача механической энергии от двигателя к исполнительному рабочему органу, а также преобразование вида и скорости движения последнего посредством жидкости. Гидропередача состоит из насоса и гидродвигателя. Гидравлический насос, работающий от двигателя, сообщает жидкости энергию. Пройдя через гидравлический насос, жидкость поступает в гидродвигатель, где передает механическую энергию исполнительному рабочему органу.

19. Контрольно-регулирующая аппаратура гидропривода, фильтры.

Кроме насосов и двигателей, гидросистемы включают: распределительную аппаратуру (гидрораспределители); регулирующую аппаратуру (предохранительные, переливные, редукционные, обратные и другие клапаны, а также дроссели); кондиционеры рабочей жидкости (фильтры, теплообменники, регуляторы температуры, влагоотделители); баки и линии. Буквенно-цифровое обозначение гидравлических аппаратов включает букву Г, пневматических — В. Гидроаппараты выпускают серийно в исполнениях: по присоединению — с резьбовым присоединением и со стыковым; по давлению до 20 МПа; по расходу до 0,560 м3/мин.

Гидро- и пневмораспределителем называют аппарат, предназначенный для изменения направления потока масла или воздуха, что обеспечивает возвратно-поступательное или реверсивное вращательное движение рабочих органов механизмов. В гидросистемах наибольшее распространение имеют цилиндрические золотниковые распределители. Рабочим элементом распределителя является плунжер, перемещающийся в осевом направлении в его корпусе с кольцевыми каналами для подвода и отвода масла. На плунжере имеются уплотнительные пояса, которыми он перекрывает каналы. Масло от насоса подводится к среднему по рисунку каналу, из которого в зависимости от положения плунжера поступает в одну из полостей цилиндра. Одновременно с этим вторая полость цилиндра соединяется соответственными каналами с гидробаком. В момент, изображенный на рисунке, линия, идущая от насоса, перекрыта средним уплотнительным поясом плунжера. Масло от насоса в цилиндр не поступает, его поршень стоит на месте. При перемещении плунжера, например, справа налево нагнетательная линия, идущая от насоса, соединяется со штоковой полостью цилиндра, а другая полость — со сливной линией. Рабочий орган при этом перемещается справа налево. При перемещении плунжера слева направо РО будет перемещаться в противоположную сторону. Так производят реверсирование гидродвигателя. Распределители в зависимости от способа перемещения плунжера могут быть с ручным, гидравлическим, электрическим или электрогидравлическим управлением. Дискретные распределители различают по числу рабочих позиций. У двухпозиционных распределителей плунжер может занимать крайнее правое или левое положение. У трехпозиционных существует также среднее положение плунжера. Распределители, кроме того, различают по схеме исполнения, которая определяется расположением уплотнительных поясов на плунжере и тем, какие подводящие и отводящие каналы корпуса распределителя сообщаются друг с другом в исходной позиции плунжера, в которую его устанавливают пружины. Корпуса распределителей собирают из унифицированных элементов. Между элементами ставят уплотнительные прокладки и соединяют болтами. Промышленность выпускает распределители с ручным (Г74-1), гидравлическим (Г72-1), электрическим (Г73-1) и электрогидравлическим (4Г73-3) управлением. В пневмосистемах наряду с цилиндрическими золотниковыми распределителями применяют более простые по конструкции и надежные в работе краны с плоским золотником.

Фильтр.

Надёжность работы гидропривода станков и других машин находится в прямой зависимости от качества фильтрации масла, т.е. тонкости фильтрации. Для обычных цикловых гидросистем требуется обеспечить тонкость фильтрации 25 мкм, что соответствует 12-му классу чистоты жидкости. Фильтры предназначены для очистки рабочей жидкости от загрязняющих примесей, попадающих в жидкость извне, в результате износа и окисления деталей гидроагрегатов, а также продуктов окисления самой рабочей жидкости.

Фильтры подразделяются на приёмные (всасывающие), сливные, напорные, магнитные, воздушные и заливные.

Фильтры выбираются в соответствии с расходом и давлением жидкости в линии установки фильтра, с требованием к тонкости фильтрации, которая определяется сроком службы и назначением гидропривода. Значения номинальных потерь давления (перепада давления) ∆рном в фильтрах при номинальной пропускной способности фильтра Qном даются в технических характеристиках фильтра.