Шпаргалка: Детали приборов

 (36)

(возникает в ремне, в месте его набегания на малый шкив (см. рис.13)).

16. Контактные напряжения во фрикционных передачах. Передаваемый момент.

условие прочности ,

где  — допустимое контактное напряжение для материала катков. На основании опытов допускаемые напряжения рекомендуют принимать в этом случае при 107циклов и постоянной работе  = 1000...1200 МПа.

Рис. 6. Усилия и напряжения в контакте цилиндрических колес:

1— ведущее колесо; 2 — ведомое колесо; 3 — смазочное масло

Наибольшие контактные напряжения определяют по формуле Герца:

где q — нормальная нагрузка на единицу длины контактных линий (для цилиндрических катков

-  приведенный модуль упругости; Е1 и Е2 — модули упругости материалов ведущего и ведомого катков;

-   — приведенный радиус кривизны цилиндрических катков; R1 и R2 — радиусы катков (равны  

-   При перекатывании катка, имеющего радиус R, внутри катка (кольца) радиуса R2 приведенный радиус кривизны  (внутреннее зацепление).

Передаваемый момент

17.  Силы во фрикционных передачах. Необходимая сила нажатия роликов. Вариаторы

Фрикционные передачи состоят из двух катков (роликов) (рис.1): ведущего 1 и ведомого 2, которые прижимаются один к другому силой Fr (на рисунке — пружиной), так что сила трения  в месте контакта катков достаточна для передаваемой окружной силы Ft.

Рис.1. Цилиндрическая фрикционная передача:

1 — ведущий каток; 2 — ведомый каток

Условие работоспособности передачи:

 (1)

Нарушение условия (1) приводит к буксованию и быстрому износу катков. Для того чтобы передать заданное окружное усилие Ft., фрикционные катки надо прижать друг к другу усилием Fr так, чтобы возникающая при этом сила трения  была бы больше силы Ft. на величину коэффициента запаса сцепления , который принимают равным  = 1,25...2,0.

Силы в передаче.

Для обеспечения работоспособности фрикционных передач необходимо прижать катки (см. рис.5) силой нажатия  таким образом, чтобы соблюдалось условие (1), т. е.

 (11)

где — максимальная сила трения;  — передаваемая окружная сила; — коэффициент трения (выбирается по табл.1). Отсюда сила нажатия  или

, (12)

где — коэффициент запаса сцепления; вводится для предупреждения пробуксовки от перегрузок в период пуска передачи (для силовых передач  = 1,25 ÷ 1,5; для передач приборов  = 3 ÷ 5).

По схеме, показанной на рис.5,

. (13)

Подставив формулу (13) в формулу (12), определим силу нажатия

. (14)

На практике применяют два способа прижатия катков (роликов): постоянной силой и автоматическое. Постоянная по значению прижимная сила катков допустима при передаче постоянной нагрузки. При переменной нагрузке прижатие катков должно изменяться автоматически — пропорционально изменению передаваемого вращающего момента. В этом случае снижаются потери на трение, повышается долговечность передачи.

В первом случае сила прижатия, осуществляемая обычно с помощью пружин, в процессе paботы изменена быть не может; во втором случае сила прижатия изменяется с изменением нагрузки, что положительно, сказывается на качественных характеристиках передачи.

Вариаторы — передачи, посредством которых можно плавно, бесступенчато изменять передаточное число. По форме тел вращения вариаторы бывают лобовые, конусные, торовые и др.

Вариатор позволяет бесступенчато изменять передаточное отношение между двигателем и трансмиссией. А это значит, что для каждого режима работы автомобиля (т.е. скорости и сопротивления движению) удается подобрать наиболее эффективное значение передаточного отношения, а не усредненное, как в любой другой коробке передач. Главный недостаток вариаторов состоит в том, что они фрикционные (работают за счет трения, а не зубчатого зацепления), и поэтому могут передавать ограниченный крутящий момент, при превышении которого рабочие поверхности начинают проскальзывать и интенсивно изнашиваться. А это означает, что их нельзя использовать в паре с мощными двигателями.

Вариаторы имеют КПД ниже чем простые передачи с постоянным передаточным отношением.

В передачах с одним регулируемым шкивом (рис. 18, а) шкив подпружинен и, как правило, насажен на вал электродвигателя, ведомый шкив постоянного диаметра — на вал рабочей машины. Перемещением двигателя изменяется натяжение ремня, заставляющее перемещаться диски подпружиненного шкива и изменяющее его рабочий диаметр. В качестве тягового органа в ременных вариаторах применяют как стандартные клиновые ремни, так и специальные широкие вариаторные ремни. Скорость регулируют изменением диаметра одного шкивов посредством осевого перемещения конических дисков, образующих шкив.

В настоящее время на автомобилях применяют два типа вариатора: клиноременной и торовый. Клиноременной состоит из двух раздвижных шкивов и натянутого между ними ремня. Один шкив соединен с двигателем, и является ведущим, второй, ведомый, - с ведущими колесами. Шкивы, как уже говорилось, раздвижные, то есть, состоят из двух половинок. Если половинки шкива сближаются, ремень выталкивается наружу, если раздвигаются, ремень проваливается внутрь. Изменение радиусов, по которым вращается ремень, происходит синхронно - когда один шкив увеличивает радиус, другой его уменьшает. В итоге плавно изменяется передаточное отношение: пока радиус ведущего шкива меньше, чем ведомого, имеем пониженную передачу; если радиусы равны - передача прямая; если же ремень на ведущем шкиве вращается по большему радиусу, чем на ведомом — получаем повышенную передачу.

18.  Конструирование валов и осей. Передача крутящего момента и осевой силы

Валом называют деталь (как правило, гладкой или ступенчатой цилиндрической формы), предназначенную для передачи крутящего момента и для поддержания установленных на ней шкивов, зубчатых колес, звездочек, катков и т. д. Опорами служат подшипники и подпятники

Осью называют деталь, предназначенную только для поддержания установленных на ней деталей. Оси обеспечивают вращающее движение звеньев, нагружены поперечными силами и изгибающими моментами, как и валы, но не передают крутящий момент

Рис.1. Прямой вал: 1 — вал; 2 — опоры вала; 3 — цапфы; 4 — шейка

Вал 1 (рис.1) имеет опоры 2, называемые подшипниками. Часть вала, охватываемую опорой, называют цапфой. Концевые цапфы именуют шипами 3, а промежуточные — шейками 4.

Цапфой называется участок вала или оси, которыми они соприкасаются с опорами. Цапфа, расположенная на конце вала или оси – шип., а посередине – шейка.

Валы и оси следует конструировать по возможности гладкими с минимальным числом уступов. Каждая насаживаемая на вал или ось деталь должна свободно проходить до своей посадочной поверхности. Торцы валов и осей и их уступы выполняют с фасками (рис.3.1.2, 3.1.4) для удобства насадки деталей. Для увеличения изгибной жесткости валов и осей насаживаемые детали располагают ближе к опорам. Для повышения несущей способности валов и осей их поверхность подвергают упрочнению.

В схеме (см. рис.9, а) Мк — крутящий момент, возникающий в поперечных сечениях вала; FB и FT — силы, действующие на вал в вертикальной и в горизонтальной плоскостях.

Рис.9. Расчетная схема валов: а — схема нагружения; б — эпюра изгибающего момента вертикальной плоскости; в — эпюра изгибающего момента в горизонтальной плоскости; г — эпюра крутящего момента; д — эскиз вала

1. По чертежу узла составляют расчетную схему (рис.9, а).

2. Определяют действующие на вал силы; если они действуют не в одной плоскости, то их необходимо разложить по двум взаимно перпендикулярным плоскостям. При угле между плоскостями менее 30° все силы можно рассматривать как действующие в одной плоскости.

3. Определяют опорные реакции:

в вертикальной плоскости  

в горизонтальной плоскости .

4. Изгибающие моменты Ми и их эпюры:

в вертикальной плоскости — в сечении А и С Ми.в = 0;

в сечении В  (рис.9, б);

в горизонтальной плоскости — в сечении А и С Ми.г = 0;

в сечении В  (рис.9, в).

5. Суммарный изгибающий момент в сечении В

 (9)

6. Определяют крутящий момент и строят эпюру (см. рис.9, г):

 (10)

где Р — мощность, Вт;  — угловая скорость, рад/с.

7. По формуле (6) определяют эквивалентный момент, диаметр вала между опорами определяют по формуле

 (11)

Полученное значение d округляют до ближайшего большего стандартного.

8. Определяют диаметры под подшипниками don (рис.9, д) и округляют до большего стандартного значения.

19. Расчет валов на жесткость при изгибе и кручении

Критериями жесткости валов являются: прогибы валов f, углы поворота θ, углы закручивания. Прогибы валов усиливают неравномерность распределения нагрузки (вдоль контактных линий) в зубчатом зацеплении, в подшипниках скольжения. Недостаточная жесткость явл 1 из причин повыш интенсивности колебания валов.

Различают изгибную и крутильную жесткость.

Изгибная жёсткость обеспечивается при выполнении условий:

f≤[f] где [f] (=0,02 мм ) – допустимый прогиб вала.

Прогиб в месте воздействия силы: ,мм.

Расчет валов и осей на крутильную жесткость.

Максимальный угол закручивания определяется

Где М - действующий момент при кручении;

l – длина вала;

Jρ = – полярный момент при кручении;

G – модуль сдвига.

Допускаемый угол закрутки [φ] в градусах на метр длины можно принимать равным: .

20. Расчет валов редуктора на изгиб и кручение

Расчетный крутящий момент на валу:

 или ,        (4.6)

где η – КПД участка кинематической цепи от двигателя до рассчитываемого вала;

TД – крутящий момент на валу двигателя, Н·м;

U= w0 /w – передаточное отношение от двигателя до выходного вала;

w – расчетная частота вращения вала, рад/сек;

w0 – частота вращения вала двигателя, рад/сек;

Рд – мощность на валу двигателя, Вт.

Суммарная сила, действующая на вал со стороны зубчатых колес (сумма окружной и радиальной сил):

 (4.8)

где d – делительный диаметр зубчатого колеса или цепной звездочки, мм;

Ткр – крутящий момент на колесе, Н·мм.

21. Муфты. Типы муфт. Соединительные муфты

Муфта – устройство, предназначенное для соединения валов и осей от одного к другому и передачи крутящего момента.

муфты постоянные, осуществляющие постоянное соединение валов, – глухие, компенсирующие, упругие, жесткие;

муфты управляемые, обеспечивающие режим «включено-выключено» с помощью ручного (механического) управления – зубчатые, кулачковые, фрикционные;

муфты самоуправляемые, осуществляющие автоматическое разъединение или соединение валов: по величине передаваемого момента – предохранительные; по скорости вращения – центробежные; по направлению вращения – обгонные.

Сединительные муфты. Особенности:

+ простота изготовления;

- ограничение сдвигу валов;

- сборка соединений вдоль осей.

22. Сцепные муфты. Подвижные муфты

Подвижные муфты бывают шарнирные, упругие и компенсирующие.

К примеру упругие муфты применяют для амортизации ударных и динамических нагрузок при частых пусках и реверсах механизма. Особенности упругих муфт:

+ позволяют исправить перекос и смещение валов (но не должны приводить к деформации ≥ 5%), что облегчает сборку и проектирование ЗК;

- неточный угол поворота при вращении из-за деформации резиновой шайбы 3 (см. рис.2)

Сцепные муфты. Бывают зубчатые и фрикционные.

Основное достоинство: + плавность работы.

23. Компенсирующие муфты. Упругие муфты

Компенсирующие муфты.

Компенсирующие подвижные муфты применяют при передаче движения между несоосными валами при наличии небольших радиальных, осевых, угловых или комбинированных смещений осей валов. К этим муфтам относятся упругие втулочно-пальцевые муфты, упругие муфты с торообразной оболочкой, упругие муфты со звездочкой, мембранные муфты, упругие поводковые муфты.

Недостаток: - неравномерность скорости вращения из-за кинемат погрешности.

Упругие муфты применяют для амортизации ударных и динамических нагрузок при частых пусках и реверсах механизма. Особенности упругих муфт:

+ позволяют исправить перекос и смещение валов (но не должны приводить к деформации ≥ 5%), что облегчает сборку и проектирование ЗК;

- неточный угол поворота при вращении из-за деформации резиновой шайбы 3 (см. рис.2)

24. Виды муфт. Жесткие и упругие муфты

Упругие муфты применяют для амортизации ударных и динамических нагрузок при частых пусках и реверсах механизма. Особенности упругих муфт:

+ позволяют исправить перекос и смещение валов (но не должны приводить к деформации ≥ 5%), что облегчает сборку и проектирование ЗК;

- неточный угол поворота при вращении из-за деформации резиновой шайбы 3 (см. рис.2)

25. Центробежные и обгонные муфты

Центробежные муфты. Останавливаются при достижении определ скорости.

1 - ведущий вал;

2 – пружина;

3 – башмак;

4 – полумуфта.

Положение вкл: ω1=ω2.

ω2=const.

Полезное свойство этой муфты: она может работать как регулятор оборотов.

Обгонные муфты являются самоуправляющимися и выключаются в зависимости от соотношения угловых скоростей ведущей и ведомой части. Применяются для передачи вращения только в 1 сторону. При изменении направления вращения, они выключаются. Условие выключения (ω1≥ω2). Шарик увлекается в клин. Образованный полуортами и заклинивает, т е муфта выключается.

Присутствуют ударные нагрузки, шум, но меньшие габариты.

25.  Центробежные и обгонные муфты

Обгонные муфты

Обгонные муфты, или муфты свободного хода, служат для передачи вращающего момента в одном направлении. Наибольшее распространение получила роликовая муфта с диапазоном валов d=10…90 мм и числом роликов z=3…5.

Эта муфта состоит из двух полумуфт, одна из которых имеет форму звездочки с вырезами для роликов. Для быст-рого включения муфты ролики отжимаются пружинами. При передаче вращающего момента ролики заклиниваются между полумуфтами в сужающейся части выреза, образуя жесткое сцепление. Если по какой-либо причине угловая скорость ведомого вала превысит угловую скорость ведущего, то вследствие обгона ролики расклинятся, выкатятся в расширенную часть выреза и муфта автоматически выключится. При остановке ведущего звена ведомый вал продол-жает вращаться.

Материал деталей обгонных муфт – стали, термообработанных до высокой твердости рабочих поверхностей. Ро-лики должны быть постоянно смазаны маловязким маслом. Обгонные роликовые муфты работают бесшумно, допуская большую частоту включений. Применяются в станках, автомобилях и т.д. Критерием работоспособности роликовых муфт является прочность рабочих поверхностей роликов и полумуфт.

Шариковая муфта

1) вкл (Fтр1)

ω1 ≥ ω2

2) выкл (Fтр2)

ω1 < ω2

Если скорость ведущей полумуфты 1 больше скорости ведомой полумуфты 2 , то шарик увлекается в клин образованный двумя полумуфтами и заклинивает.

Муфты включаются при условии если ω1 ≥ ω2

При изменении скоростей происходит выталкивание шарика (расклинивается) и она выключается.

Когда происходит заклинивание возникают большие нагрузки N, и передаётся большой крутящий момент.

Эти муфты применяются для передачи вращения только в 1 сторону, при изменении направления вращения они выкл.

Центробежные муфты

Центробежные муфты предназначены для автоматического включения или выключения ведомого вала при дости-жении ведущим валом заданной угловой скорости.

По устройству центробежные муфты представляют собой фрикционные муфты, у которых механизмом управле-ния служат грузы-колодки 1, находящиеся под действием центробежных сил. При достижении ведущим валом задан-ной угловой скорости центробежные силы, действуя на грузы, производят включение муфты. Передача вращающего момента осуществляется силой трения, пропорциональной квадрату угловой скорости.

В современном машиностроении применяются конструкции центробежных муфт, которые служат для разгона ме-ханизмов с большими маховыми массами при двигателе с малым пусковым моментом, для повышения плавности пус-ка, для предотвращения разноса машины. Размеры муфт принимают конструктивно. Рабочие поверхности трения грузов проверяют на износостойкость аналогично фрикционным муфтам.

Муфта может использоваться как регулятор оборотов.

ω2 = const

К ведущему валу 1 пружиной 2 прижимается башмак, соединённый с ведомой полумуфтой 4.

Во включенном состоянии скорости равны, т.к. вал вращаясь создает силу Fтр которая увлекает за собой башмак с муфтой

1) вкл ω1 = ω2

T = Fтр ·l = Fтр · Rвв = Fтр · µ · Rвв

Rвв – ведущего вала

2) выкл Fтр = F1тр · µ = µ(Fпр – Fu)

T↓ T<Tнар

При увеличении ω, тем меньше давление пружины

26.Предохранительные муфты. Расчет передаваемого момента (предельного)

Эти муфты допускают ограничение передаваемого вращающего момента, что предохраняет машины от поломок при перегрузках.

Наибольшее распространение получили предохранительные кулачковые, шариковые и фрикционные муфты (рис.16).

Рис.16. Предохранительные муфты

От сцепных и других муфт они отличаются отсутствием механизма включения. Предохранительные кулачковые и шариковые (рис.16, а) муфты постоянно замкнуты, а при перегрузках кулачки или шарики полумуфты 1 выдавливаются из впадин полумуфты 2, и муфта размыкается. Иначе работает предохранительная фрикционная муфта (рис.16, б). При перегрузке за счет проскальзывания происходит пробуксовывание этой муфты (останавливается ведомый вал).

Рассмотренные на рис.16 предохранительные муфты применяют при частых перегрузках.

При маловероятных перегрузках применяют предохранительные муфты с разрушающимся элементом, например со срезным штифтом (рис. 17). Такая муфта состоит из дисковых полумуфт 1 и 2, соединяемых металлическим штифтом 3, вставленным в термически обработанную втулку 4. При возникновении перегрузки штифт срезается, и муфта разъединяет валы. Они просты по конструкции и малогабаритны.

Рис. 17. Муфта предохранительная со срезным штифтом:

1,2— полумуфты; 3 — срезной штифт; 4 — закаленные втулки

Для изготовления деталей предохранительных муфт в зависимости от типа муфты применяют конструкционные стали, чугун СЧЗО, фрикционные материалы, сталь ШХ12 и др. Штифты для муфт с разрушающимся элементом изготовляют из стали 45, втулки — из стали 40Х с закалкой.

27.  Расчет фрикционных муфт. Необходимое осевое усилие

Фрикционные муфты (рис.13) в отличие от кулачковых, допускают включение на ходу под нагрузкой. Фрикционные муфты передают вращающий момент за счет сил трения. Фрикционные муфты допускают плавное сцепление при любой скорости, что успешно используется, например, в конструкции автомобильного сцепления. Кроме того, фрикционная муфта не может передать через себя момент больший, чем момент сил трения, поскольку начинается проскальзывание контактирующих фрикционных элементов, поэтому фрикционные муфты являются эффективными неразрушающимися предохранителями для защиты машины от динамических перегрузок.

По конструкции фрикционные муфты делят на: дисковые, в которых трение происходит по торцевым поверхностям дисков (одно- и многодисковые) (см. рис.13, а); конусные, в которых рабочие поверхности имеют коническую форму (рис.13.10, б); цилиндрические имеющие цилиндрическую поверхность контакта (колодочные, ленточные и т.д.) (рис.13.10, в). Наибольшее распространение получили дисковые муфты.

Фрикционные муфты работают без смазочного материала (сухие муфты) и со смазочным материалом (масляные муфты). Последние применяют в ответственных конструкциях машин при передаче больших моментов. Смазывание уменьшает изнашивание рабочих поверхностей, но усложняет конструкцию муфты.

Страницы: 1, 2, 3, 4