Лабораторно-практическое занятие № 4 Изучение конструкции тормозного оборудования, его расчет и правила подбора

4.1. Расчет храповых колес

Храповые колеса бывают литые или кованные из стали марок 35Л Н, 45ЛН, Ст. 3, Ст. 4, Ст. 45; лишь для ручных механизмов подъема грузоподъемностью до 1 т можно применять литые чугунные храповые колеса. Собачки делаются только стальными коваными или штампованными.

Храповое колесо изготовляют с числом зубьев z = 8 - 48 и более, Поскольку с увеличением z увеличивается диаметр колеса D, окружная скорость v и пропорционально квадрату ее - ударные нагрузки, рекомендуется принимать z=8-20. Форма зубьев храповых колес нормализована., размеры их определяются в зависимости от модуля т. Модуль определяют прочностным расчетом элементов останова. Наиболее опасным является положение, соответствующее началу зацепления, когда конец собачки с некоторым ударом упирается в ребро вершины зуба; кромки зуба колеса и собачки при этом сминаются.

При значительных деформациях и изнашивании кромок собачка может не войти в зацепление, что повлечет за собой аварию. Во избежание этого ограничивается удельная линейная нагрузка:

(4.1)

где — окружное усилие, н (кгc);

- ширина кромки зуба, см.

Окружное усилие определяют из уравнения:

(4.2)

где D - внешний диаметр храпового колеса, см;

z — число зубьев храпового колеса;

т - модуль зацепления храпового колеса, см;

Мк - крутящий момент, действующий на валу храпового колеса, Н·см (кгсм).

Соотношение между шириной зуба b и модулем т определяется коэффициентом ψ (принимаемым по табл. 7), в зависимости от материала храпового колеса:

Мкр = 9549 Н см=975 кгсм

= , об/мин

где

 - окружная скорость колеса, м/с;

D – диаметр колеса, м

- мощность двигателя, Вт

отсюда см

Используя данные уравнения, получаем; выражение для модуля из расчета кромок на смятие:

(4.3)

Если число зубьев неизвестно, а известен диаметр храпового колеса, то удобнее пользоваться выражением:

(4.4)

И для храпового соединения с внутренним зацеплением:

,см (4.5)

В этих формулах:

— крутящий момент на валу храпового колеса, кг см;

— число зубьев храпового колеса;

— модуль зацепления храпового соединении, см;

b — ширина кромки зуба, см;

q — допускаемое линейное давление (см. табл. 7), кг см

— допускаемое напряжение изгиба зуба (см. табл. 7);

— соотношение между шириной зуба и модулем (см. табл. 7)

Таблица 7. Параметры для расчета храпового соединения

Материал храпового колеса		q в кг·см	в кг/см2
Чугун СЧ 12-28 СЧ 15-32	1,5-6	150	300
Сталь 35ЛП 45ЛП	1,5-4	300	800
Сталь Ст. 3 45	1-2 1-2	350 400	1000 1200

Большие значения коэффициента принимают для храповых устройств, работающих в напряженном режиме со значительными ударными нагрузками, при высокой точности монтажа, обеспечивающей соприкосновение зубьев по всей ширине. Ширину собачки принимают на 2 – 4 мм шире зуба храпового колеса, чтобы компенсировать возможные неточности монтажа. Тело собачки испытывает напряжения изгиба и сжатия или растяжения. Допускаемое напряжение изгиба собачки принимают с учетом ударной нагрузки в пределах 600—650 кГ/см². Зуб колеса также подвергается изгибу. Рассматривая наиболее опасный момент начала зацепления и полагая, что опасное сечение отстоит на расстоянии h = m от конца зуба, получают, что момент, изгибающий зуб:

(4.6)

Обозначая толщину зуба в сечении излома через , находят момент сопротивления изгибу этого сечения

(4.7)

Тогда напряжение изгиба

(4.8)

П ринимая допускаемые значения, напряжения изгиба в соответствии с приведенными в таблице значениями запаса прочности,

для внешнего зацепления ( =1,5)

(4.9)

для внутреннего зацепления ( = 2,1)

(4.10)

Допускаемое напряжение на изгиб

(4.11)

где —предел текучести материала колеса, н/см² (кгс/см²); для стального литья = 5; для поковок и проката п = 4; для чугуна = 3000 н/см² (300 кгс/см²).

Полученный расчетный модуль округляют до стандартного. Обычно применяются храповые колеса с модулем, равным 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 24, 26 и 30 мм; реже применяются храповые колеса с мелкими зубьями ( <6 мм).

4.2. Расчет колодочного тормоза

Исходной величиной при проектировании любого тормоза является наибольший крутящий момент, который может возникнуть на тормозном валу в период торможения; значение потребного тормозного момента определяется при расчете соответ­ствующего механизма проектируемой машины. Этот момент уравновешивается моментом сил трения между ко­лодками тормоза и шкивом:

(4.12)

где и – равнодействующие сил давления на левую и правую колодки;

коэффициент трения между колодкой и шкивом;.

D – диаметр шкива.

При использовании в качестве тормозных обкладок вальцованной ленты толщиной 6 мм диаметр тормозного шкива

где 25—30 при = 4—6 мм и = 40 при >6 мм.

Нормальное давление колодки на шкив при прямых тормозных рычагах определяют из равенства

(4.13)

Сила трения

Рис. 6. Расчетная схема тормоза ТК-ВНИИПТМАШ

Влияние неуравновешенного груза электромагнита типа МП или МО, укрепленного на рычаге при определении величины N можно не учитывать из-за незначительности изменения нормального давление.

Наименьшую силу нажатия на колодку при данной величине потребного тормозного момента можно получить путем выбора материала рабочих поверхностей колодки и шкива с высоким коэффициентом трения . Тормозные колодки изготовляют из стали 25 ЛII, реже— из чугуна и снабжают обкладками из асбестовой тканой ленты или из более стойкой вальцованной ленты из асбестовой крошки. Обкладки крепят к колодкам медными или алюминиевыми заклепками либо болтами с потайными го­ловками. Коэффициент трения зависит от температуры и может измениться при случайном попадании смазки на трущиеся поверхности; среднее значение его 0,35—0,42 (см. табл. 9, в которой приведены фрикционные материалы для тормозов).

Износостойкость трущихся поверхностей зависит от удельного давления, температуры нагрева, а также от поверхностной твердости шкива. Допускаемые удельные давления [р] Мн/м² (кгс/см²) и температура нагрева обкладок [τ] град на поверхности трения приведены также в табл. 9. Шкивы отливают из стали марок 45 ЛII и 55 ЛII, реже—из чугуна СЧ 15—32 и подвергают термообработке, чтобы получить поверхностную твердость не ниже НВ 250.

Среднее давление между колодкой и шкивом

(4.14)

— расчетная площадь соприкосновения колодки со шкивом, м²;

(4.15)

— допускаемое удельное давление, принимаемое по табл. 9;

— ширина колодки, принимаемая обычно с целью обеспечения полного контакта между колодкой и шкивом на 5-10 мм меньше ширины шкива (см. табл. 8);

— угол обхвата шкива колодкой.

Рисунок 7. Тормозные шкивы-полумуфты.

Таблица 8. Размеры шкивов-полумуфт, мм

Поверхность трения шкива				Цилиндрическая расточка, не более			Коническая расточка, не более					Число пальцев
Диаметр	Ширина			l	d	l		d
200	95	185	140	110	50	80		49,5	20		4
300	145	280	190	110	60	105		69,5	20		6
400	185	370	250	150	70	130		89,5	35		6
500	210	470	290	-	-	130		89,5	35		8
600	245	570	400	-	-	135		89,5	40		8

В колодочных тормозах различных конструкций, угол колеблется в пределах 60—120°, в тормозах конструкции ВНИИПТМАШ величина принята равной 70° с целью обеспечения лучшего отхода колодки от шкива (при прямых рычагах) и лучшего охлаждения шкива.

Результирующую силу основной и вспомогательной тормозных пружин Р₁ действующую одинаково на оба рычага, определяют из выражения

(4.16)

в котором , , — размеры по рис. 6;

 — коэффициент трения;

— коэффициент, учитывающий потери в рычажной системе тормоза при качественно выполненных шарнирах и регулярном подводе смазки ( = 0,9 ÷ 0,95).

Таблица 5. Параметры материалов тормозных устройств.

Материал трущихся поверхностей	Коэффициент трения		Допускаемые удельные давления для тормозов				Допускаемая температура нагрева обкладок [τ] град на поверхности трения
	без смазки	в масляной ванне	колодочных и ленточных		дисковых и конусных
			стопорных	спускных	без смазки	с густой смазкой		в масляной ванне
Чугун по стали и чугуну	0,15	0,06	20	15	2-3	3-4		6-8		150
Бронза по стали	0,16	0,06	-	-	2-3	3-4		6-8		150
Лента тормозная	0,37	0,12	6	3	2-3	4-6		6-8		200
Лента вальцованная	0,42	0,16	6	4	4-6	6-10		10-12		220

Примечание.

Правильный выбор тормозного оборудования обеспечивает надежную и безопасную работу грузоподъемных машин, поэтому студенту надо научиться рассчитывать и выбирать подходящие каждому случаю остановы и тормоза. Этому будет соответствовать правильное решение нижеследующих задач

Задача 6.

Определить модуль храпового колеса если известно, что мощность на валу N, наружный диаметр колеса D, а его окружная скорость ω. Колесо изготовлено из материала 35Л (см. таблицу 5).

Задача 7

Определить максимальное напряжение изгиба зуба в опасном сечении используя данные предыдущей задачи.

№ варианта	Мощность на валу N	Наружный диаметр колеса D, мм	Окружная скорость колеса ω, м/с	Материал колеса
1	14	250	3,1	Ст.45
2	13	240	3,0	Ст.45
3	21	230	2,9	Ст.45
4	11	220	2,8	Чугун
5	10	210	2,7	Ст.45
6	9	200	2,6	Чугун
7	8	190	2,5	Ст.45
8	8,5	180	2,4	Ст.45
9	9,5	185	2,3	Чугун
10	10,5	195	2,2	Ст.45
11	11,5	205	2,1	Чугун
12	12,5	215	2,2	Ст.45
13	13,5	225	3,3	Ст.45
14	14,5	235	3,4	Чугун

Задача 8

Определить тормозной момент M_T и результирующую силу P₁ тормозных пружин колодочного тормоза с пружинным замыкателем если известно, что диаметр тормозного шкива D, высота центра барабана и центра пружины от пола – l₁ и l. Кроме того известны материал барабана и колодок, а также назначение тормоза. Тормоз работает без смазки.

№ варианта	Диаметр шкива, D мм	Центр барабана, l1 мм	Центр пружины, l мм	Материал тормоза	Назначение тормоза
1	600	500	1100	Чугун по стали	Стопорный
2	580	490	1070	Бронза по стали	Стопорный
3	560	480	1050	Чугун по стали	Спускной
4	540	470	1020	Бронза по стали	Спускной
5	520	460	990	Чугун по стали	Стопорный
6	500	450	960	Бронза по стали	Стопорный
7	480	440	930	Чугун по стали	Спускной
8	460	430	900	Бронза по стали	Спускной
9	440	420	860	Чугун по стали	Стопорный
10	450	435	880	Бронза по стали	Стопорный
11	470	445	910	Чугун по стали	Спускной
12	490	455	940	Бронза по стали	Спускной
13	510	460	970	Чугун по стали	Стопорный
14	530	465	1000	Бронза по стали	Стопорный
15	550	470	1030	Чугун по стали	Спускной