Повышающая зубчатая передача. Валы и оси. По видам управления

Выход зубьев из строя может вызываться: а) многократно повторяющимися переменными напряжениями σ Н и σ F , приводящими к усталостным разрушениям ; б) чрезмерными единичными перегрузками, вызывающими пластические деформации или хрупкие поломки зубьев . 1. Усталостное выкрашивание рабочих поверхностей зубьев Причина – контактные напряжения σ Н и трение. Это основной вид разрушения закрытых передач (редукторов). Зубья в работе разделены слоем масла, износ их мал. Передача длительное время работает до появления на поверхности микротрещин из-за микронеровностей или других дефектов. Масло под давлением запрессовывается в трещины и способствует выкрашиванию (вырову) частиц металла.

2. Заедание зубьев наблюдается в высоконагруженных и высокоскоростных зубчатых, а также червячных передачах .

В местах контакта из-за трения развивается высокая температура, способствующая снижению вязкости масла, разрыву масляной пленки и образованию металлического контакта зубьев. Происходит молекулярное сцепление (микросварка) частиц металла. Растет сопротивление вращению, наросты металла на зубьях задирают рабочие поверхности сопряженных зубьев.

3. Поломка зубьев. Причина – напряжение изгиба σ F . Это основной вид разрушения высокотвердых (Н 0 ≥ 56 HRC) и открытых передач.

В открытых передачах в результате плохой смазки и абразивного истирания поверхностей зубьев от грязи выкрашивание не успевает развиться, но уменьшаются размеры сечений зубьев, растут напряжения изгиба σ F . Возрастают зазоры, удары, шум. Усталостная поломка в этом случае связана с развитием трещин 3 на растянутой стороне ножки зуба (рис.4.3, б). В высокотвердых передачах зубья хрупкие, поверхность их имеет хорошее сопротивление выкрашиванию, но хуже противостоит прогрессирующему трещинообразованию в основании зуба.

4. Смятие рабочих поверхностей (пластические сдвиги) или хрупкое разрушение (Н 0 ≥ 56 HRC) зубьев при кратковременных значительных перегрузках или ударном приложении нагрузки.

5. Отслаивание твердого поверхностного слоя при значительных контактных напряжениях и зарождении усталостных трещин в глубине под упрочненным слоем.

1) высокая нагрузочная способность;
2) малые габариты;
3) большая надёжность и долговечность (40000 ч);
4) постоянство передаточного числа;
5) высокий КПД (до 0,97…0,98 в одной ступени);
6) простота в эксплуатации.

Недостатки зубчатых передач

1) повышенные требования к точности изготовления и монтажа;
2) шум при больших скоростях;
3) высокая жёсткость, не позволяющая компенсировать динамические нагрузки.

Зубчатые передачи нашли самое широкое распространение среди механических передач благодаря целому ряду достоинств, из которых важнейшие: компактность, высокий к. п. д., постоянство передаточного числа, большая долговечность и надежность в работе, возможность осуществления передачи практически любых мощностей при практически любых скоростях и передаточных отношениях, простота обслуживания.

Вопрос 31

Цепная передача - это передача механической энергии при помощи гибкого элемента - цепи, за счёт сил зацепления. Может иметь как постоянное, так и переменное передаточное число (напр., цепной вариатор).

Состоит из ведущей и ведомой звездочки и цепи. Цепь состоит из подвижных звеньев. В замкнутое кольцо для передачи непрерывного вращательного движения концы цепи соединяются с помощью специального разборного звена.

Обычно число зубьев на звёздочках и число звеньев цепи стремятся делать взаимно простыми, что обеспечивает равномерность износа: каждый зуб звёздочки будет поочерёдно работать со всеми звеньями цепи.

Достоинства :
- большая прочность стальной цепи по сравнению с ремнем позволяет передать цепью большие нагрузки с постоянным передаточным числом и при значительно меньшем межосевом расстоянии (передача более компактна);
- возможность передачи движения одной цепью нескольким звездочкам;
- по сравнению с зубчатыми передачами - возможность передачи вращательного движения на большие расстояния (до 7 м);
- сравнительно высокий КПД (> 0,9 ÷ 0,98);
- отсутствие скольжения;
- малые силы, действующие на валы, так как нет необходимости в большом начальном натяжении;
- возможность легкой замены цепи.

Недостатки:
- растяжение цепи со временем;
- сравнительно высокая стоимость цепей;
- невозможность использования передачи при реверсировании без остановки;
- передачи требуют установки на картерах;
- сложность подвода смазочного материала к шарнирам цепи;
- скорость движения цепи, особенно при малых числах зубьев звездочек, не постоянна, что вызывает колебания передаточного отношения.

Ц. п. применяются в с.-х. машинах, велосипедах, мотоциклах, автомобилях, строительно-дорожных машинах, в нефтяном оборудовании и т.д. Преимущественное распространение имеют открытые Ц. п., работающие без смазки, или с периодической ручной смазкой, с однорядными втулочно-роликовыми цепями, непосредственно встроенные в машины.

Вопрос 32

Ремённая передача - это передача механической энергии при помощи гибкого элемента - приводного ремня, за счёт сил трения или сил зацепления (зубчатые ремни). Может иметь как постоянное, так и переменное передаточное число (вариатор),валы которого могут быть с параллельными, пересекающимися и со скрещивающимися осями.

Состоит из ведущего и ведомого шкивов и ремня (одного или нескольких).

В сравнении с цепной передачей [править]

Недостатки (в сравнении с цепной передачей):
- большие размеры;
- малая несущая способность;
- скольжение (не относится к зубчатым ремням);
- малый срок службы.

Достоинства (в сравнении с цепной передачей):
- плавность работы;
- бесшумность;
- компенсация перегрузок (за счет проскальзывания);
- компенсация неточности установки шкивов редуктора;
- сглаживание пульсаций как от двигателя (особенно ДВС), так и от нагрузки, поэтому упругая муфта в приводе может быть необязательна;
- отсутствие необходимости в смазке;
- низкая стоимость;
- лёгкий монтаж;
- возможность работы на высоких окружных скоростях;
- при выходе из строя не повреждаются прочие элементы конструкции.

Зубчатые ремни включают в себя достоинства как ремённых передач, так и цепных передач.
В сравнении с зубчатой передачей ременные передачи имеют ряд преимуществ и недостатков. Основные преимущества ременной передачи:
- возможность передачи движения между валами, находящимися на значительном расстоянии друг от друга;
- плавность и бесшумность работы, что обусловлено эластичностью приводного ремня;
- предотвращение резкой перегрузки элементов машины вследствие упругости ремня и возможности его проскальзывания на шкивах;
- простота конструкции и обслуживания;

К недостаткам ременной передачи относятся :
- невозможность исполнения малогабаритных передач (для одинаковых условий нагружения диаметры шкивов почти в 5 раз большие, чем диаметры зубчатых колёс);
- непостоянство передаточного числа из-за возможности проскальзывания ремня;
- повышенная нагрузка на валы и их опоры, что связано с необходимостью достаточно высокого предварительного натяжения ремня;
- низкая долговечность приводных ремней (в пределах 1000-5000 часов).

Вопрос 33

Вал - деталь машины, предназначенная для передачи крутящего момента и восприятия действующих сил со стороны расположенных на нём деталей и опор.

Классификация

По форме геометрической оси:
- прямые;
- эксцентриковые (кривошипные);
- гибкие.
По форме:
- гладкие;
- ступенчатые;
- полые.
По конструктивным признакам:
- карданные.
в технике:
Ось - деталь машины, предназначенная для соединения и закрепления деталей между собой. Оси бывают вращающиеся и неподвижные. В отличие от вала, ось не предназначена для передачи крутящего момента.
Цапфа (нем. Zapfen - тех. цапфа , шейка , шип , втулка , стержень (часовой стрелки)) - часть вала или оси, на которой находится опора (подшипник). Цапфа, находящаяся на краю вала, называется шип , в средней части вала - шейка . Концевая цапфа, воспринимающая осевые нагрузки, - пята .
Цапфы осей часовых колёс называются «кончики», их приходится весьма тщательно полировать для уменьшения трения.
Коренная шейка - опора вала, лежащая в коренном подшипнике, размещённом в картере двигателя.
Шатунная шейка - опора, при помощи которой вал связывается с шатунами (для смазки шатунных
пята в технике - то же, что цапфа

Вопрос 34

Подши́пник - изделие, являющееся частью опоры или упора, которое поддерживает вал, ось или иную подвижную конструкцию с заданной жёсткостью. Фиксирует положение в пространстве, обеспечивает вращение,качение или линейное перемещение (для линейных подшипников ) с наименьшим сопротивлением, воспринимает и передаёт нагрузку от подвижного узла на другие части конструкции .

Опора с упорным подшипником называется подпятником.

Подшипники качения
Плюсы:
- малая стоимость
- не требует внимания и ухода
- малые потери на трение и незначительное нагревание
- малый расход смазочного материала
- высокая степень взаимозаменяемости

Минусы:
- высокая чувствительность к ударным нагрузкам
- малонадёжны в высокоскоростных приводах
- сравнительно большие радиальные размеры
- шум при больших скоростях

Классификация
Классификация подшипников качения осуществляется на основе следующих признаков:

По виду тел качения
- Шариковые,
- Роликовые (игольчатые, если ролики тонкие и длинные);
По типу воспринимаемой нагрузки
- Радиальные (нагрузка вдоль оси вала не допускается).
- Радиально-упорные, упорно-радиальные. Воспринимают нагрузки как вдоль, так и поперек оси вала. Часто нагрузка вдоль оси только одного направления.
- Упорные (нагрузка поперек оси вала не допускается).
- Линейные. Обеспечивают подвижность вдоль оси, вращение вокруг оси не нормируется или невозможно.
- Встречаются рельсовые, телескопические или вальные линейные подшипники.
- Шариковые винтовые передачи. Обеспечивают сопряжение винт-гайка через тела качения.
По числу рядов тел качения
- Однорядные,
- Двухрядные,
- Многорядные;
По способности компенсировать несосность вала и втулки
- Самоустанавливающиеся.
- Несамоустанавливающиеся.
По виду роликов:
- цилиндрические
- конические
- бочкообразные
- витые

Подшипники скольжения

Плюсы:
- надёжность в высокоскоростных приводах
- способны воспринимать ударные и вибрационные нагрузки
- безшумность
- сравнительно малые радиальные размеры
- простота конструкции
- работают в воде

Минусы:
- большой расход смазки
- большие осевые размеры
- большие потери на трение
- пониженный КПД
- неравномерный износ

Классификация

Подшипники скольжения разделяют:

в зависимости от формы подшипникового отверстия:
- одно- или многоповерхностные,
- со смещением поверхностей (по направлению вращения) или без (для сохранения возможности обратного вращения),
- со смещением или без смещения центра (для конечной установки валов после монтажа);
по направлению восприятия нагрузки:
- радиальные
- осевые (упорные, подпятники),
- радиально-упорные;
по конструкции:
- неразъемные (втулочные; в основном, для I-1),
- разъемные (состоящие из корпуса и крышки; в основном, для всех, кроме I-1),
- встроенные (рамовые, составляющие одно целое с картером, рамой или станиной машины);
по количеству масляных клапанов:
- с одним клапаном,
- с несколькими клапанами;
по возможности регулирования:
- нерегулируемые,
- регулируемые.

Вопрос 35

Сварное соединение - неразъёмное соединение, выполненное сваркой.

Сварное соединение включает три характерные зоны, образующиеся во время сварки: зону сварного шва, зону сплавления и зону термического влияния, а также часть металла, прилегающую к зоне термического влияния.

Сварной шов - участок сварного соединения, образовавшийся в результате кристаллизации расплавленного металла или в результате пластической деформации при сварке давлением или сочетания кристаллизации и деформации.

Основные типы сварных соединений:
- Стыковое - сварное соединение двух элементов, примыкающих друг к другу торцовыми поверхностями.
- Нахлёсточное - сварное соединение, в котором сваренные элементы расположены параллельно и частично перекрывают друг друга.
- Угловое - сварное соединение двух элементов, расположенных под углом и сваренных в месте примыкания их краев.
-Тавровое - сварное соединение, в котором торец одного элемента примыкает под углом и приварен к боковой поверхности другого элемента.
- Торцовое - сварное соединение, в котором боковые поверхности сваренных элементов примыкают друг к другу.

Вопрос 36:
1. Штифт – крепёжное изделие в виде цилиндрического или конического стержня, служащее для неподвижного соединения деталей, а так же для передачи небольших нагрузок.
2. Виды: Конический, цилиндрический, сцепляющий, зазубренный.
3.Приминение:
При необходимости точной фиксации собираемых деталей применяют установочные штифты гладкой цилиндрической или конической формы. С помощью штифтов осуществляется также соединение деталей, находящихся под воздействием осевых усилий и скручивающих моментов, а также в соединениях, требующих частой разборки и сборки.

Вопрос 37:
1.Шпонка – стальной стержень, вводимый между валом насаженной на него деталью (зуб. колесо, шкив) для взаимного соединения и передачи вращ. момента от вала к детали или наоборот.
2.Применяются РЕДКО, в основном в тихоходных машинах.
3. Недостатки: наличие радиального смещения оси насаживаемой детали по отношению к оси вала(что вызывает дополнительное биение; канавки для шпонок ослабляют валы.
Плюсы: простая конструкция, надёжность.
4. Типы шпонок: 1-Клиновое (с уклоном) напряжённое соединение
2-Призматическое (без уклона) соединение.

Вопрос 38:
1. Предназначены для передачи мощностей на близкие расстояния с постоянным передаточным числом.
2. Виды: 1- с центрированием по внутреннему или наружнему диаметру или по боковым поверхностям.
2- по колличеству шлицов (зубьев).
3- по форме зубьев (прямобочные, острые).
3. Плюсы: выский КПД, компактность, надёжность, простота экспулотации, постоянство передаточного отношения, большой диапазон передаваемых мощностей.
4. Недостатки: сравнительная сложность изготовления, шум при неточном изготовлении и высоких окружных скоростях, передача грамоздка при больших межосевых расстояниях.

Вопрос 39:
1. Типы резьбы:
- Метрическая коническая
- трубная цилиндрическая,
- трубная коническая,
- упорная,
- круглая,
- трапециедальная,
- прямоугольная.
2. Профиль резьбы: треугольный (чаще всего), цилиндрический, цилиндрический треугольный, конический треугольный.

Зубчатые механизмы

Возможности по преобразованию вида движения, изменению скорости, достоинства, недостатки зубчатых механизмов.

Зубчатые механизмы служат для преобразования вращательного движения ведущего звена и передачи моментов сил.

Достоинства: постоянство заданного передаточного отношения, компактность, высокий КПД (0,92 … 0,98); наличие небольших сил давления на валы и опоры; высокая надежность; удобство эксплуатации.

Недостатки: сложность и высокую точность изготовления и сборки, наличие шума при работе (особенно при больших окружных скоростях), невозможность плавного бесступенчатого регулирования скорости вращения ведомого звена.

Классификация зубчатых передач; возможности, достоинства, недостатки разных видов зубчатых передач.

Меньшее из пары зубчатых колес принято называть шестерней (трибом), большее – колесом. Термин «зубчатое колесо» можно применять как к шестерне, так и к колесу зубчатой передачи. Индексы «1» и «2» присваивают соответственно параметрам шестерни и колеса.

Зацепление зубчатых колес можно кинематически представить как качение без скольжения друг по другу двух поверхностей, называемых начальными. Для цилиндрических передач это цилиндры, для конических – конусы. Точку качения начальных поверхностей определяют как полюс зацепления.

По числу пар зацепляющихся колес зубчатые передачи бывают одно-, двух- и многоступенчатыми.

По профилю зубьев: очертания зуба в плоскости поперечного сечения ¾ профиль зуба; эвольвентные, циклоидальные, круговые (зацепление Новикова).

По взаимному расположению осей их делят на цилиндрические – с параллельными осями (а), конические – с пересекающимися осями (д), на червячные (з), винтовые (и) – со скрещивающимися в пространстве осями.

Зацепление зубчатых колес может быть внешним и внутренним (г).

Реечные зубчатые передачи (к) преобразуют вращательное движение в поступательное или наоборот.

По расположению зубьев относительно образующих начальной поверхности колеса зубчатые передачи делят на прямозубые (а) и косозубые (б, в), шевронные (в) и с круговым зубом (ж).

д е ж

Прямозубыми называются колеса (передачи), направление каждого зуба которых совпадает с образующей начальной поверхности (цилиндра или конуса).

Косозубыми называются зубчатые колеса, направление каждого зуба которых составляет некоторый постоянный угол с образующей начальной поверхности.

Обладают рядом достоинств по сравнению с прямозубыми: благодаря наличию угла наклона зубья вступают в зацепление по своей длине постепенно, что обеспечивает более равномерную и плавную работу, и, естественно, снижение шума механизма вследствие большего коэффициента перекрытия. У косозубых колес минимальное число зубьев при котором не происходит подрезания, меньше, чем у прямозубых. Косозубые передачи позволяют подобрать при заданном межосевом расстоянии за счет изменения угла наклона пару колес со стандартным модулем.

К недостаткам косозубых передач следует отнести более сложное изготовление колес по сравнению с прямозубыми и появление дополнительного осевого усилия, передаваемого на опоры. Для устранения осевого усилия можно применять шевронные зубчатые колеса. Венец шевронного колеса состоит из участков с правым и левым направлением зубьев. Зубья такого колеса могут быть нарезаны на одном ободе или венец состоит из жесткого соединения двух косозубых колес с разным направлением наклона зубьев. Шевронные колеса сложнее в изготовлении косозубых.

Шевронными называются колеса (в), зубчатый венец которых образуется из двух рядов косых зубьев противоположного направления.

Для устранения осевого усилия можно применять шевронные зубчатые колеса. Венец шевронного колеса состоит из участков с правым и левым направлением зубьев. Зубья такого колеса могут быть нарезаны на одном ободе или венец состоит из жесткого соединения двух косозубых колес с разным направлением наклона зубьев. Шевронные колеса сложнее в изготовлении косозубых.

Конические колеса могут быть прямозубыми, косозубыми и с круговым зубом (д, е, ж).

Конические зубчатые колеса применяют для передачи вращательного движения между валами, оси которых пересекаются под некоторым углом.

Преимущественно применяют прямозубые конические колеса и только тогда, когда нельзя использовать цилиндрические. Это объясняется большей сложностью изготовления и сборки конических передач. Одно из колес конических передач из-за пересечения осей валов располагается консольно, что создает дополнительные трудности при конструировании опор. Кроме того, валы и опоры нагружаются не только радиальными, но и осевыми силами. Применение более сложных опор приводит к снижению КПД и к большему шуму, чем при применении цилиндрических передач.

Наибольшее распространение получили передачи с эвольвентным профилем зубьев. Во-первых, эвольвентное зацепление мало чувствительно к отклонениям межосевого расстояния, не нарушается правильность зацепления. Во-вторых, профиль зубьев инструмента для нарезания эвольвентных зубчатых колес может быть прямолинейным, сравнительно простое изготовление и контроль инструмента и колес, одним инструментом можно нарезать колеса с разным числом зубьев. Траекторией точки контакта эвольвентных профилей зубьев является прямая линия.

По характеру своей работы передачи могут быть реверсивные и нереверсивные. По конструктивному выполнению корпуса зубчатые передачи бывают открытыми и закрытыми. Открытые не имеют защиты от попадания пыли и грязи, закрытые передачи имеют жесткий корпус и работают в масляной ванне.

По величине окружной скорости различают передачи – тихоходные (до 3 м/с), средних скоростей (3 … 15 м/с) и быстроходные (свыше 15 м/с).

Червячные передачи применяют, когда оси ведущего и ведомого валов перекрещиваются под углом 90°.

Достоинством червячных передач по сравнению с зубчатыми является возможность получить большие передаточные отношения (числа) в одной ступени, до 80 в силовых передачах и до нескольких сотен в кинематических. Червячным редукторам присущи также бесшумность в работе; высокая плавность зацепления; компактность; свойство самоторможения, заключающееся в невозможности передачи вращения от колеса к червяку, что позволяет исключать из привода тормозные устройства; надежность и простота эксплуатации.

Недостатками червячных передач являются большое относительное скольжение сопряженных поверхностей в зацеплении; большие потери на трение; малый КПД; значительный нагрев зацепляющихся элементов в силовых передачах, что требует специальных мер для дополнительного охлаждения; высокая сложность и точность изготовления и сборки.

Планетарными называют многозвенные механизмы, в которых обязательно есть зубчатые колеса с движущимися геометрическими осями.

Планетарные передачи позволяют получать большие передаточные отношения при малых габаритах и массе механизма, снимать с одной (центральной) оси движения с разными угловыми скоростями. Планетарные механизмы широко используются в шкальных отсчетных устройствах,где подвижное центральное колесо связывают со шкалой грубого отсчета, а водило – со шкалой точного отсчета; в механизмах настройки. Недостатками планетарных передач являются повышенное требование к точности изготовления, относительно большой мертвый ход, уменьшение КПД с ростом передаточного отношения.

Волновые зубчатые механизмы имеют ряд достоинств: большие передаточные отношения (50 … 250 в одноступенчатой передаче) при малых габаритах и массе; высокие точность и плавность вследствие уменьшения общей ошибки при большом числе зацепляющихся зубьев и минимальный мертвый ход; высокий КПД (0,7 … 0,9) благодаря малым скоростям скольжения в зацеплении; возможность передачи вращательного движения в герметически закрытое пространство или через непроницаемую перегородку. Двухступенчатая схема волновой передачи позволяет получать передаточные отношения до нескольких тысяч.

По сравнению с планетарными передачами волновые имеют большие КПД, точность и меньший мертвый ход.

К недостаткам волновых передач относятся сложность изготовления и невозможность получения малых передаточных отношений (меньше 50).

Применяются волновые передачи в кинематических и силовых приводах с большим передаточным отношением; в отсчетных устройствах повышенной точности; как привод для передачи движения в герметизированное пространство.

КАТЕГОРИИ