Экономический фактор играет первостепенную роль в конструировании.

Многие конструкторы считают, что экономически конструировать – значит уменьшать стоимость изготовления машины, избегать сложных и дорогих решений, применять наиболее дешевые материалы и наиболее простые способы обработки. Это только небольшая часть задачи. Главное значение имеет то, что экономический эффект определяется полезной отдачей машины и суммой эксплуатационных расходов за весь период работы машины. Стоимость машины является только одной, не всегда главной, а иногда и очень незначительной составляющей этой суммы.

Экономически направленное конструирование должно учитывать весь комплекс факторов, определяющих экономичность машины, и правильно оценивать относительное значение этих факторов. Это правило часто игнорируют. Стремясь к удешевлению продукции, конструктор нередко добивается экономии в одном направлении и не замечает других, гораздо более эффективных путей повышения экономичности. Более того, часто экономия, осуществляемая без учета совокупности всех факторов, нередко ведет к снижению суммарной экономичности машин.

Главными факторами, определяющими экономичность машины, являются полезная отдача машины, надежность, расходы на оплату труда операторов, потребление энергии и стоимость ремонтов.

Рентабельность машины q выражается отношением полезной отдачи машины От за определенный период к сумме расходов Р за тот же период:

Сумма расходов в общем случае складывается из стоимости расходуемой энергии, материалов и заготовок, инструмента, оплаты труда операторов, технического обслуживания, ремонта, накладных цеховых и заводских расходов, амортизационных расходов.

Величина q должна быть больше 1, иначе машина будет работать убыточно, и смысл ее существования утрачивается.

Экономический эффект. Годовой экономический эффект от работы строительной и дорожной машины (годовой доход)

(2)

Повышение отдачи может выражаться или в увеличении числа единиц продукции, или в увеличении стоимости каждой единицы (повышение качества продукции, увеличение объема операции, выполняемых над заготовкой).

Как общее правило, экономический эффект в наибольшей степени зависит от полез­ной отдачи и долговечности машины. Эти факторы должны стоять в центре внимания при конструировании машин. Столь же большое значение имеет надежность, определяющая объем и стоимость ремонтов, производимых за время эксплуатации машин.

На практике расходы на ремонт могут превышать в некоторых случаях стоимость машины в несколько раз. Иногда расходы на ремонт поглощают большую часть доходов, приносимых машиной, что делает эксплуатацию машины нерентабельной.

В настоящее время назрела задача перехода на безремонтную эксплуатацию; под ним понимают: устранение капитальных ремонтов; устранение восстановительного ремонта и замена его комплектационным ремонтом, осуществляемым сменой износившихся деталей, узлов и агрегатов; устранение вынужденных ремонтов, вызванных по­ломкой и износом деталей, систематическим прове­дением планово-предупредительных ремонтов.

Из сказанного выше отнюдь не следует, что конструктор может ослабить внимание к зада­че уменьшения стоимости машины. Как было показано, роль фактора стоимости зависит от категории машины и может быть значи­тельным у машин с малыми энергопотреблением и расходами на труд, а также у машин с относительно небольшим сроком службы. Необходимо только правильно оценивать значение этого фактора среди других факторов повышения экономичности и уметь поступиться им в случае, когда уменьшение стоимости вступает в противоречие с требованиями уве­личения полезной отдачи, долговечности и надежности.

Решение всех перечисленных выше задач следует положить в основу деятельности конструктора, который должен, во-первых, задавать тон в политике машиностроения, во-вторых, создавать конструкции, обеспечивающие увеличение экономической эффективности машины, сокращение эксплуатационных расходов и уменьшение стоимости машиностроительной продукции в целом.

Увеличение долговечности, как способ повышения численности машинного парка, объема продукции и энергонасыщенности народного хозяйства, несравненно выгоднее, чем простое увеличение выпуска машин, не сопровождае­мое повышением их долговечности.

Увеличение выпуска машин требует введения новых предприятий, расширения площадей и оборудования существующих предприятий или (способ экономически наиболее целесообразный) увеличения съема продукции с существующего оборудования путем интенсификации производственного процесса. В первом и втором случаях возрастают расходы на изготовление машин. Во всех случаях возрастают эксплуатационные расходы вследствие увеличения числа действующих машин.

Увеличение отдачи и долговечности машин, как правило, сопровождается относительно небольшим повышением стоимости машин и вместе с тем в связи с сокращением числа действующих машин уменьшает эксплуатационные расходы.

Однако увеличение годового выпуска машин еще не означает увеличения численности действующих машин и объема выпуска промышленной продукции. Возрастание годового производства машин характеризует рост экономики только в том случае, если оно сопровождается объективными данными о долговечности и качестве выпускаемых машин. Эти данные могут означать: прогресс, если долговечность машин сохраняется на постоянном уровне или повышается: застой, если долговечность снижается в такой же пропорции, в какой возрастает выпуск; регресс, если долговечность машин падает более существен­но, чем возрастает их выпуск.

Долговечность и техническое устаревание.

Повышение долговечности тесно связано с проблемой технического устаревания (морального износа) машин. Устаревание наступает, когда машина, сохраняя физическую работоспособность, по своим показателям перестает удовлетворять промышленность в силу повышения требований или появления более совер­шенных машин.

Признаками устаревания являются пониженные по сравнению со средним уровнем показатели надежности, качества продукции, точности операций, производительности, расхода энергии, стоимости труда, обслуживания и ремонтов и как общий результат – пониженная рентабельность машины. Главным последствием устаревания является снижение роста производительности на единицу рабочей силы, являющегося основным показателем экономического прогресса.

Наиболее действенное средство предупреждения устаревания – повышение степени использования машины в эксплуатации. Чем в более короткий срок машина отрабатывает заложенный в нее ресурс долговечности, т. е. чем ближе срок службы к долговечности, тем меньше вероятность ее устаревания. Сокращение срока службы до 3 – 4 лет практически гарантирует машину от устаревания.

Задача снижения срока службы при неизменной долговечности сводится к всемерной интенсификации использования машин.

Основные конструктивные предпосылки интенсификации: универсализация, т. е. расширение диапазона выполняемых машиной операций, обеспечивающее устойчивую загрузку машины; повышение надежности машин, приводящее к сокращению аварийных и ремонтных простоев.

Степень использования машин непериодического действия, например сезонных машин, можно повысить с помощью сменного, прицепного и навесного оборудования, способствующего увеличению продолжительности их работы в году.

Быстрота и степень устаревания зависят от масштаба и технического уровня производства. На предприятиях, ускоренно наращивающих темпы производства и непрерывно совершенствующих технологический процесс, машины устаревают гораздо скорее, чем на средних и мелких предприятиях, развивающихся медленнее.

Машины, устаревшие в условиях передового производства, можно использовать на менее ответственных участках или на предприятиях меньших масштабов и с меньшей машинной оснащенностью.

Важно, что они будут продолжать производство продукции до полного исчерпания механического ресурса. Пусть даже с рентабельностью, несколько пониженной по сравнению со средней народнохозяйственной.

Эксплуатационная надежность

Надежность машины складывается из следующих признаков: высокая долговечность, безотказность действия, безаварийность, стабильность действия (способность длительно работать без снижения исходных параметров и выдерживать перегрузки), малый объем операций обслуживания и ухода, простота обслуживания, живучесть (способность при частичных повреждениях продолжать некоторое время работу, хотя бы на сниженных режимах), устранимость повреждений (сохранение ремонтопригодности), большие межремонтные сроки, малый объем ремонтных работ.

Пути повышения надежности. Надежность машин в первую очередь определяется прочностью и жесткостью конструкции.

Безаварийность работы и длительность межремонтных сроков во многом зависит от правильности эксплуатации, бережного отношения к машине, тщательного ухода, своевременной профилактики, предотвращения перегрузок. При этом условия правильной эксплуатации машины должны быть заложены в ее конструкции. Необходимо обеспечить надежную работу даже в условиях недостаточно квалифицированного обслуживания. Если машина портится в неумелых руках, это значит, что конструкция недостаточно продумана в отношении ее надежности.

Субъективный фактор в обслуживании и управлении машиной следует по возможности исключать, а операции ухода сводить к минимуму.

Устранению подлежат периодические операции регулирования, подтяжки, смазки и т. п.. которые при недостаточно внимательном обслуживании могут стать причиной повышенного износа и преждевременного выхода машины из строя.

Например, в двигателях внутреннего сгорания регулирование зазоров в клапанном механизме можно устранить введением автоматических компенсаторов износа и тепловых расширений (гидравлического или иного типа). Это не только упрощает уход; обеспечивая практически беззазорную работу клапанного механизма, компенсаторы вместе с тем существенно повышают его долговечность.

Устранима периодическая подтяжка коренных и шатунных подшипников коленчатого вала двигателей. Современное состояние смазочной техники позволяет создать подшипники, работающие практически неограниченное время при минимальном износе. Периодическая подтяжка ослабевающих в эксплуатации гаек и болтов устранима применением современных самоконтрящихся конструкций резьбовых соединений.

Существенно усложняет эксплуатацию машин нерациональная система смазки, требую­щая постоянного внимания со стороны обслуживающего персонала. Периодической смазки следует, безусловно, избегать. Если этого сделать нельзя по конструктивным условиям, то необходимо применять самосмазывающиеся опоры или вводить систему централизованной подачи смазочного материала ко всем трущимся узлам с одного поста.

Наилучшее решение с точки зрения надежности и удобства эксплуатации – это полностью автоматизированная система смазки, не требующая периодической смены масла. Это достижимо, если предусмотреть меры, противодействующие окислению и тепловому перерождению масла иобеспечивающие непрерывную очистку и регенерацию масла.

В системы смазки необходимо вводить аварийные устройства, обеспечивающие подачу масла, хотя бы в минимальных количествах, при выходе из строя главной системы.

Одним из приемов увеличения эксплуатационной надежности является дублирование обслуживающих устройств, в работе которых чаще всего случаются перебои. Примером может служить дублирование системы зажигания бензиновых двигателей, а также систем автоматического управления. В тех случаях, когда требуется полная безотказность действия, от которой зависит жизнь людей (космические корабли), применяют многократное дублирование систем управления.

В комплексе мероприятий, обеспечивающих эксплуатационную надежность машины, большую роль играет автоматическая защита от случайных или преднамеренных перегрузок предохранительными устройствами, работающими на стерегущем режиме и вступающими в действие при перегрузке машины.

Наиболее целесообразна полная автоматизация управления, т.е. превращение машины в самообслуживающийся, саморегулирующийся и самонастраивающийся на оптимальный режим работы агрегат.

Примером являются самопереключающиеся коробки передач и трансмиссии автомобиля с бесступенчатым регулированием передаточного отношения от двигателя к ходовому механизму. Система автоматически устанавливает оптимальное передаточное отношение для данных условий езды, профиля и состояния дороги, что увеличивает экономичность и улучшает технический ресурс.

Высокой надежности машин можно достичь только комплексом конструктивных, технологических и организационно-технических мероприятий. Повышение надежности требует длительной, повседневной, скрупулезной, целенаправленной совместной работы конструкторов, технологов, металлургов, экспериментаторов и производственников, ведущейся по тщательно разработанному и последовательно осуществляемому плану.

Непременным условием выпуска качественной продукции является прогрессивная технология изготовления, высокая культура производства, строгое соблюдение технологического режима и тщательный контроль продукции на всех стадиях изготовления, начиная с операций изготовления деталей и кончая сборкой изделия.

Наибольшие трудности представляет объективная оценка показателей надежности и стоимости эксплуатации. Эти показатели можно достоверно выяснить только через длительный промежуток времени, притом на продукции, вышедшей за стены завода-изготовителя и разбросанной в различных, порой отдаленных местах эксплуатации.

В этих условиях приобретают важное значение методы ускоренного определения долговечности деталей, узлов, агрегатов и машины в целом. Большую помощь могут оказать лаборатории долговечности для систематического ресурсного испытания продукции.

Следует шире применять метод моделирования эксплуатационных условий, заключающийся в стендовых или эксплуатационных испытаниях машины на форсированном режиме в условиях, заведомо более тяжелых, чем нормальная работа машины. В этом случае машина осуществляет в сжатые сроки цикл, который при нормальной ее работ те длится несколько лет. Испытания проводят до наступления предельного износа или даже до полного или частичного разрушения машины, периодически их приостанавливая для замера износов, регистрации состояния деталей и определения признаков приближения аварии.

Подобные жесткие испытания позволяют обнаружить недостатки конструкции и принять меры к их устранению. Ускоренные испытания дают также достаточно надежный исходный материал для оценки реальной долговечности машины.

Доводка машин в эксплуатации. В целях создания надежных машин необходимо тщательно изучать опыт эксплуатации. Работа конструкторских организаций над машиной не должна заканчиваться государственными испытаниями опытного образца и сдачей машины в серийное производство.

Доводка машины по существу начинается только после ввода ее в эксплуатацию. Эксплуатационная проверка лучше всего позволяет обнаружить и устранить слабые места конструкции.

Недостатки машины особенно наглядно выясняются при ремонте. Поэтому обязательна тесная и непрерывная связь конструктора с ремонтными предприятиями. Заводам-изготовителям массовой и крупносерийной продукции полезно иметь собственные ремонтные подразделения как лаборатории изучения машин и школы конструирования.

При изучении дефектов следует различать случайные дефекты и систематические. Случайные дефекты обычно обусловлены неудовлетворительным контролем и недостаточной технологической дисциплиной на заводе-изготовителе. Систематические дефекты свидетель­ствуют о неудовлетворительной конструкции машины и требуют незамедлительного внесения исправлений в выпускаемые машины.

Стоимость машины. Снижение стоимости машиностроительной продукции представляет комплексную задачу: производственную и конструкторскую. Основную роль играет рационализация производства (механизация и автоматизация производственных процессов, концентрация технологических операций, специализация заводов, производственное коопе­рирование и др.).

Большое значение имеет уменьшение числа типоразмеров машины рациональным выбором типажа и ее параметров, что позволяет повысить серийность производства с выигрышем в стоимости изготовления. Это тоже конструкторская задача.

Важно обеспечить технологичность конструкции. Под технологичностью понимают совокупность признаков, обеспечивающих наиболее экономичное, быстрое и производительное изготовление машин с применением прогрессивных методов обработки при одновременном повышении качества, точности и взаимозаменяемости частей.

В понятие технологичности следует ввести также признаки, обеспечивающие наиболее производительную сборку изделия (технологичность сборки) и наиболее удобный и экономичный ремонт (технологичность ремонта).

Технологичность зависит от масштаба и типа производства. Единичное и мелкосерийное производство предъявляют к технологичности одни требования, крупносерийное и массовое – другие. Признаки технологичности специфичны для деталей различных групп изготовления.

Большой экономический эффект дают унификация и стандартизация деталей, узлов и агрегатов.

Унификация. Унификация состоит в многократном применении в конструкции одних и тех же элементов, что способствует сокращению номенклатуры деталей и уменьшению стоимости изготовления, упрощению эксплуатации и ремонта машин.

Унификация оригинальных деталей и узлов может быть внутренней (в пределах данного изделия) и внешней (заимствование деталей с иных машин данного или смежного завода).

Наибольший экономический эффект дает заимствование деталей и агрегатов серийно изготовляемых машин, когда детали и агрегаты можно получить в готовом виде. Заимствование деталей машин единичного производства, машин, снятых или подлежащих снятию с производства, а также находящихся в производстве на предприятиях других ведомств, когда получение деталей невозможно или затруднительно, имеет только одну положительную сторону: проверенность деталей опытом эксплуатации. Во многих случаях и это оправдывает унификацию.

Унификация марок и сортамента материалов, электродов, типоразмеров крепежных деталей, подшипников качения и других стандартных деталей облегчает снабжение завода-изготовителя и ремонтных предприятий материалами, стандартными покупными изделиями.

Стандартизация. Стандартизация есть регламентирование конструкции и типоразмеров широко применяемых машиностроительных деталей, узлов и агрегатов.

Почти в каждой специализированной проектной организации стандартизируют типовые для данной отрасли машиностроения детали и узлы. Стандартизация ускоряет проектирование, облегчает изготовление, эксплуатацию и ремонт машин и при целесообразной конструкции стандартных деталей способствует увеличению надежности машин.

Стандартизация дает наибольший эффект при сокращении числа применяемых типораз­меров стандартов, т. е. при их унификации. В практике проектных организаций эта задача решается выпуском ограничителей, содержащих минимум стандартов, удовлетворяющих потребностям проектируемого класса машин.

Преимущества стандартизации реализуются в полной мере при централизованном изготовлении стандартных изделий на специализированных заводах. Это разгружает машиностроительные заводы от трудоемкой работы изготовления стандартных изделий и упрощает снабжение ремонтных предприятий запасными частями.

Применение стандартов не должно стеснять творческую инициативу конструктора и препятствовать поискам новых, более рациональных конструктивных решений. При конструировании машин не следует останавливаться перед применением новых решений в областях, охватываемых стандартами, если эти решения имеют явное преимущество.

Образование производных машин на базе унификации

Унификация представляет собой эффективный и экономичный способ создания на базе исходной модели ряда производных машин одинакового назначения, но с различными показателями мощности, производительности и т. д. или машин различного назначения, выполняющих качественно другие операции, а также рассчитанных на выпуск другой продукции.

В настоящее время существует несколько направлений решения этой задачи. Не все они являются универсальными. В большинстве случаев каждый метод применим только к определенным категориям машин, причем их экономический эффект различен.

Секционирование

Метод секционирования заключается в разделении машины на одинаковые секции и образовании производных машин набором унифицированных секций.

Секционированию хорошо поддаются многие виды подъемно-транспортных устройств (ленточные, скребковые, цепные конвейеры). Секционирование в данном случае сводится к построению каркаса машин из секций и составлению машин различной длины с новым несущим полотном. Особенно просто секционируются машины со звеньевым несущим полотном (ковшовые элеваторы, пластинчатые конвейеры с полотном на основе втулочных роликовых цепей), у которых длину полотна можно изменять изъятием или добавлением звеньев.

Экономичность образования машин этим способом мало страдает от введения отдельных нестандартных секций, которые могут понадобиться для приспособления длины машины к местным условиям.

Секционированию поддаются также дисковые фильтры, пластинчатые теплообменники, центробежные, вихревые и аксиальные гидравлические насосы. В последнем случае набором секций можно получить ряд многоступенчатых насосов различного напора, унифицированных по основным рабочим органам.

ДЕТАЛИ МАШИН И ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ Раздел 1. Основные понятия Раздел 2. Механические передачи Раздел 3. Валы и опоры Раздел 4. Соединения. Допуски и посадки

1. 1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ЛЕКЦИЯ 1 План: 1. 1. Введение. 1. 2 Основные понятия. Классификация деталей машин. 1. 3. Основные критерии работоспособности и расчета деталей машин. 1. 4. Понятие о надежности машин.

1. 1. Введение ТИПОВЫЕ ГОРНЫЕ МАШИНЫ и МЕХАНИЗМЫ 1. Экскаватор 2. Проходческий комбайн. 3. Буровой станок 4. Проходческий комплекс. 5. Погрузочная машина. 6. Ленточный транспортер.

Рисунок 1. Экскаватор: 1 - привод ходового механизма; 2 привод поворотного механизма; 3 - привод исполнительного органа; 4 - привод напорного механизма

Рисунок. 2. Проходческий комбайн: 1 - привод исполнительного органа; 2 - привод гусеничного хода; 3 – привод конвейера

Рисунок 3. Буровой станок: 1 – буровой инструмент; 2 – механизм подачи; 3 – вращатель с электромотором; 4 – бурильные трубы

Рисунок 4. Проходческий комплекс: 1 – привод ходового механизма; 2 – привод исполнительного механизма; 3 – привод погрузочного механизма

Рисунок 5. Погрузочная машина: 1 - привод рабочего органа; 2 - привод транспортера; 3 – привод гусеничного хода

Специфические условия эксплуатации: влажность и запыленность; абразивность разрушаемого массива; химическая активность шахтных вод; опасность обрушения горных пород на машину; случайный характер изменения прочностных свойств горных пород на различных участках горного массива; неравномерность перемещения машины; случайность изменения размеров и объема погружаемого материала; случайный характер поступления материала и его распределение на ленте конвейера и т. д. и т. п.

1. 2 Введение 1. 2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ. КЛАССИФИКАЦИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН, ДЕТАЛИ МАШИН–это наука, в которой рассматри ДЕТАЛИ МАШИН ваются основы расчета и конструирования деталей и узлов общего назначения. Механизм искусственно созданная система тел, Механизм предназначенная для преобразования движения одного из них или нескольких в требуемые движения других тел. Машина механизм или сочетание механизмов, Машина которые служат для облегчения или замены труда человека и повышения его производительности.

Деталь - это часть машины, изготовленная без применения сборочных операций. Узел - крупная сборочная единица, имеющая вполне определенное функциональное назначение. Классификация деталей и узлов общего назначения: 1) соединительные детали; 2) механические передачи; 3) детали, обслуживающие передачи. Соединения: - неразъемные: заклепочные, сварные, клеевые; с натягом; - разъемные: резьбовые; шпоночные; шлицевые.

Передачи: - передачи зацеплением (зубчатые, червячные, цепные) ; - передачи трением (ременные, фрикционные). Детали, обслуживающие передачи: Детали, обслуживающие передачи - валы; - подшипники; - муфты; - смазочные устройства; - уплотнения; - корпусные детали.

1. 2 1. 3. Основные критерии работоспособности и расчета деталей машин Работоспособность деталей оценивают по следующим критериям: прочность; жесткость; износостойкость; теплостойкость; вибрационная устойчивость.

1. 2 Пути повышения надежности: . Ø - основы надежности закладываются конструктором при проектировании изделия. Плохо продуманные, не отработанные конструкции не надежны. Большую роль здесь играет стандартизация, унификация и т. д. ; Ø - улучшение качества производства конструкции; Ø - уменьшение напряженности деталей (рационально применять высокопрочные материалы, различные виды термической обработки, которые увеличивают нагрузочную способность зубчатых передач до 2… 4 раз); Ø - применение хорошей смазки; Ø - установка предохранительных устройств; Ø - должный контроль ОТ; Ø - резервирование.

Практическое занятие № 1 КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРИВОДА Последовательность расчета: 1. Определить к. п. д привода. 2. Найти требуемую мощность двигателя. 3. Подобрать марку электродвигателя. 4. Найти общее передаточное число привода. 5. Разбить передаточное число привода по ступеням. 6. Вычислить частоту вращения каждого из валов привода. 7. Определить крутящие моменты на каждом из валов привода. 8. Составить сводную таблицу параметров привода.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ: Вращающий момент на тихоходном (четвёртом) валу привода: ТТ = 1639 Н∙м; Частота вращения тихоходного вала привода: nт = 25, 1 об/мин; Синхронная частота вращения двигателя nэ. д. синхр = 1000 об/мин. Данный привод состоит из: открытой передачи (плоскоремённой), двух закрытых передач (цилиндрического двухступенчатого редуктора с косозубой быстроходной ступенью и прямозубой тихоходной ступенью) и муфты.

): , 1. Определяем требуемую мощность на тихоходном валу привода 2. Вычисляем КПД привода, используя значения из таблицы 1: 0, 96∙ 0, 97∙ 0, 99=0, 894. 3. Находим требуемую мощность двигателя

, к. Вт. 4. По таблице 2 выбираем электродвигатель 4 АМ 132 S 6 У 3 (с учётом значения nэ. д. синхр и условия Рном ≥ Рэ. д): Рном=5, 5 к. Вт; nэ. д. ас=965 об/мин; dэ. д=38 мм; ℓ=80 мм. 5. Находим общее передаточное отношение привода

, . 6. Производим разбивку общего передаточного отношения привода между его ступенями (открытой передачей, быстроходной передачей редуктора и тихоходной передачей редуктора). Ориентировочно принимаем iоткр (ремён) = 1, 6 (руководствуясь таблицей 3 и местоположением передачи в приводе), тогда получаем передаточное отношение редуктора:

Т. к. редуктор состоит из двух ступеней, то в соответствии с рекомендациями таблицы 4 вычисляем передаточное отношение тихоходной и быстроходной ступеней редуктора:

Полученное значение округляем ближайшего стандартного по ряду Ra 20: u т. ред. (цил. прям)=4, 5. до округляем до u б. ред. (цил. косоз)=5, 6. Уточняем передаточное отношение ременной передачи:

На основании произведённых расчетов составляем сводную таблицу параметров привода (таблица 5. 2): Передаточное отношение ΙΙ nΙΙ 631 TΙΙ 70 nΙΙΙ 113 TΙΙΙ 380 25, 1 TΙV Значен ие TΙ nΙV Обозна чение 965 ΙV Значен ие nΙ ΙΙΙ Обозна чение Ι КПД Значен ие № Обозна чение Крутящий момент, Н·м Значен ие Частота вращения, об/мин Обозна чение Номер вала Т а б л и ц а 5. 2 – Параметры привода 47, 7 uоткр 1, 53 ηрем 0, 96 u б. ред 5, 6 ηцил. кос 0, 97 u т. ред 4, 5 1642 ηцил. пр×ηму 0, 97∙ 0, 99 ф

ДЕТАЛИ МАШИН и ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ Раздел – МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ЗУБЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ ЛЕКЦИЯ 2 ЛЕКЦИЯ 3 КОНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ ЛЕКЦИЯ 6 ЧЕРВЯЧНЫЕ ПЕРЕДАЧИ ЛЕКЦИЯ 7 ЛЕКЦИЯ 4 РЕДУКТОРЫ ЛЕКЦИЯ 9 РЕМЕННЫЕ ПЕРЕДАЧИ ЛЕКЦИЯ 10 ЦЕПНЫЕ ПЕРЕДАЧИ ЛЕКЦИЯ 11 ЛЕКЦИЯ 8 ЛЕКЦИЯ 5

2. 1 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ ЛЕКЦИЯ 2 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ План: 2. 1. Назначение и классификация механических передач. 2. 2. Основные параметры механических передач.

2. 2 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 2. 1. Назначение и классификация механических передач Механические устройства, применяемые для пере дачи энергии от источника к потребителю с изменени ем угловой скорости или вида движения, называют механическими передачами. Применение привода обусловлено: 1. Число оборотов рабочего органа значительно отличается от числа оборотов электродвигателя. 2. При малом числе оборотов двигатель имеет низкий к. п. д. 3. Двигатель имеет вращательное движение, а рабочий орган требует поступательного и наоборот. 4. От одного электродвигателя можно передавать движение нескольким рабочим органам, имеющим разные скорости.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ Классификация механических передач: По способу передачи движения: 1) трением (фрикционные, ременные); 2) передачи зацеплением (зубчатые, червячные, винтовые, цепные). По способу соединения звеньев передачи: 1) передачи непосредственного контакта (зубчатые, червячные, винтовые, фрикционные); 2) передачи гибкой связью (ременные, цепные).

2. 3 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 2. 2. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ МЕХАНИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧ Любая передача состоит из ведущего 1 (его параметры условились обозначать нечетными индексами) и ведомого (четные индексы) звеньев.

2. 4 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ МЕХАНИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧ 1. мощность на входе Р 1 и на выходе Р 2 ; 2. быстроходность n 1, n 2 ; 3. коэффициент полезного действия η 4. передаточное отношение i: ;

3. 1 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ ЛЕКЦИЯ 3 ЗУБЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ План: 3. 1. Достоинства, недостатки, области применения, классификация зубчатых передач. 3. 2. Геометрические параметры цилиндрических зубчатых передач. 3. 3. Особенности геометрии косозубых цилиндрических колес.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 3. 1. ДОСТОИНСТВА, НЕДОСТАТКИ, Об. ЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ, КЛАССИФИКАЦИЯ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ Зубчатая передача – это передача, движение в которой передается с помощью зацепления пары зубчатых колес. Меньшее из колес называют шестерней, а большее – колесом. Термин « зубчатое колесо» относится как к шестерне, так и колесу. Параметры шестерни отмечают индексом 1, а колеса – 2, например число зубье z 1 и z 2.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ Достоинства зубчатых передач: § возможность передачи практически любых мощностей (до 50000 к. Вт и более) при весьма широком диапазоне окружных скоростей (до 30. . . 150 м/с); § постоянство передаточного отношения; § компактность, надежность и высокую усталостную прочность пе редачи; § высокий КПД (95… 98 %)) при высокой точности изготовле ния и монтажа, низкой шероховатости рабочей поверхности зубьев, жидкой смазке и передаче полной мощности; § простота обслуживания и ухода; § сравнительно небольшие силы давления на валы и их опоры; § возможность изготовления из самых разнообразных материалов, металлических и неметаллических.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ Недостатки зубчатых передач: § ограниченность передаточного отношения; § являются источником вибрации и шума, особенно при низком качестве изготовления и монтажа и значительных скоростях; § при больших перегрузках возможна поломка деталей; § относительная сложность изготовления высокоточных зубчатых колес. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ 1 ое место по распространению во всех отраслях народного хозяйства.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ КЛАССИФИКАЦИЯ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ 1. По взаимному расположению осей валов колес: § цилиндрические; § конические; § винтовые и гипоидные. 2. По наклону зубьев: § прямозубые; § косозубые; § шевронные; § с круговым зубом. 3. По форме профиля: § эвольвентные; § с зацеплением Новикова.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ КЛАССИФИКАЦИЯ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ 4. По конструктивному исполнению: § открытые; § закрытые. 2. В зависимости от характера движения осей зубчатых колес: § оси колес неподвижны; § оси колес подвижны (планетарные); § волновые. 3. В зависимости от окружной скорости колес: § тихоходные; § среднескоростные; § высокоскоростные.

3. 5 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 3. 2. Геометрические параметры цилиндрических передач Эвольвентное зацепление обеспечивает высокую прочность зубьев, простоту и удобство измерения параметров зацепления, взаимозаменяемость зубчатых колес при любых передаточных отношениях. Основная теорема зацепления: Модуль зацепления, мм Угол зацепления

3. 7 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ Геометрические параметры цилиндрических передач диаметр делительной окружности диаметр выступов зубьев диаметр впадин зубьев высота головки зуба высота ножки зуба высота зуба межосевое расстояние

3. 8 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 3. 3. Особенности геометрии косозубых цилиндрических колес окружной шаг окружной модуль диаметр делительной окружности

Практическое занятие № 2 ВЫБОР МАТЕРИАЛА ПЕРЕДАЧ Последовательность расчета: 1. Выбрать материал шестерни (червяка) и колеса опираясь на теоретический материал: 1 группа с твёрдостью НВ ≤ 350 (термообработка – нормализация и улучшение); 2 группа с твёрдостью НВ > 350 (термообработка – объёмная или поверхностная закалка, нитроцементация, цианирование, азотирование). Обосновать выбор. 2. Выписать механические свойства выбранных материалов, вид термообработки. 3. Определить допускаемые контактные напряжения как для шестерни, так и для колеса. 4. Определить допускаемые изгибные напряжения как для шестерни, так и для колеса.

ПРИМЕР ВЫБОРА МАТЕРИАЛА ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДОПУСКАЕМЫХ КОНТАКТНЫХ [σH] И ИЗГИБНЫХ [σF] НАПРЯЖЕНИЙ Данный привод включает в себя две зубчатые передачи входящие в состав редуктора: быстроходная передача редуктора – цилиндрическая косозубая; тихоходная передача редуктора – цилиндрическая прямозубая. Косозубая зубчатая передача 1. Выбираем материалы со средними механическими характеристиками, исходя из условия для зубчатых колёс с косыми зубьями (НВср1 – НВср2) ≥ 70… 80, (из таблицы 6): Шестерня сталь 40 Х; Колесосталь 45; Dзагот до 120 мм; Dзагот любой; Т. О. – улучшение; Т. О. – нормализация; НВср1 = 270. НВср2 = 190.

2. Определяем допускаемые контактные напряжения по формуле (22) с учётом рекомендаций таблицы 7: Шестерня, МПа Колесо МПа; . Т. к. для косозубых колёс при разности средних твёрдостей рабочих поверхностей зубьев шестерни и колеса (НВср1 – НВср2) ≥ 70 и НВ≤ 350 за допускаемое контактное напряжение пары принимают меньшее из двух полученных, то

, МПа; , МПа, ; МПа, окончательно принимаем [σH] = 434 МПа. 3. Рассчитываем допускаемые напряжения изгиба с исполь зованием данных из таблицы 8: Шестерня

4. 1 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ ЛЕКЦИЯ 4 Зубчатые передачи План: 4. 1. Влияние числа зубьев на их форму и прочность. 4. 2. Понятие о корригировании зубчатых передач. 4. 3. Точность зубчатых передач. 4. 4. Силы в зацеплении цилиндрических зубчатых передач. 4. 5. Виды разрушения зубьев и критерии работоспособности зубчатых передач.

4. 3 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 4. 2. Понятие о корригировании зубчатых передач Корригирование улучшение профиля зуба путем его Корригирование очерчивания другим участком той же эвольвенты по сравнению с нормальным зацеплением. Корригирование применяют: применяют Ø для устранения подрезания зубьев шестерни, если Ø для повышения изгибной прочности зубьев, что достигается увеличением их толщины; Ø для повышения контактной прочности, что достигается увеличением радиуса кривизны в полюсе зацепления; Ø для получения заданного межосевого расстояния передачи

4. 4 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ Корригирование осуществляют смещением инструмента на величину «Хm» при нарезании зубьев. Положительное смещение – это смещение инструмента от центра зубчатого колеса Хm >0 Отрицательное - смещение к Отрицательное центру Хm

4. 5 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 4. 3. Точность зубчатых передач В стандартах предусмотрено 12 степеней точности Наиболее распространены 6, 7, 8 и 9 степени. Пример обозначения степени точности колес 8 В. Во избежание заклинивания зубьев в зацеплении должен быть гарантированный боковой зазор. Величина зазора регламентируется видом сопряжения зубчатых колес. Стандартом предусмотрено шесть видов сопряжения: сопряжения Н нулевой зазор, Е малый, С и Д уменьшенный, В нормальный, А увеличенный.

4. 6 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 4. 4. Силы в зацеплении прямозубых цилиндрических зубчатых передач, Окружная сила Радиальная сила

4. 7 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ Силы в зацеплении косозубых цилиндрических зубчатых передач Окружная сила Радиальная сила Осевая сила

4. 8 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 4. 5. Виды разрушения зубьев и критерии работоспособности зубчатых передач Повторно – переменное воздействие нагрузки на зубья приводит: к поломке зубьев; к выкрашиванию рабочих поверхностей; к износу и заеданию зубьев. Для закрытых зубчатых передач: основной расчёт на контактную прочность; на контактную прочность проверочный расчёт зубьев на изгибную выносливость Для открытых передач наоборот.

5. 1 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ ЛЕКЦИЯ 5 Зубчатые передачи План: 5. 1. Материалы зубчатых колес и их термообработка. 5. 2. Допускаемые контактные и изгибные напряжения. 5. 3. Расчет цилиндрических зубчатых передач на контактную прочность. 5. 4. Расчет цилиндрических зубчатых передач на изгибную прочность.

5. 2 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 5. 1. Материалы зубчатых колес и их термообработка Стальные зубчатые колеса разделяют на две основные группы: 1 - с твердостью Термообработка: нормализация или улучшение; Термообработка 2 - с твердостью Термообработка: объёмная закалка, закалка ТВЧ, Термообработка цементация, азотирование

5. 3 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 5. 2. Допускаемые контактные и изгибные напряжения 1. Допускаемые контактные напряжения 2. Допускаемые напряжения изгиба

5. 4 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 5. 3. Расчет цилиндрических зубчатых передач на контактную прочность Наибольшее контактное напряжение в зоне зацепления: удельная расчетная окружная сила:

5. 5 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 5. 4. Расчет цилиндрических зубчатых передач на изгибную прочность Напряжения изгиба удельная расчётная окружная сила при изгибе

6. 1 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ ЛЕКЦИЯ 6 Конические зубчатые передачи План: 6. 1. Основные геометрические соотношения. 6. 2. Силы в зацеплении конических зубчатых передач. 6. 3. Расчет прямозубой конической передачи по напряжениям изгиба и на контактную прочность. 6. 4. Конические передачи с непрямыми зубьями.

6. 2 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 6. 1. Основные геометрические соотношения Передаточное отношение или Соотношение между модулями i ≤ 4, (до 6, 3)

6. 3 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 6. 1. Основные геометрические соотношения Внешнее конусное расстояние: Передаточное число: Высота головки и ножки зуба: .

6. 5 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 6. 3. Расчет прямозубой конической передачи по напряжениям изгиба и на контактную прочность Диаметры эквивалентных колес Эквивалентные числа зубьев Напряжения изгиба: Контактные напряжения:

6. 6 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 6. 4. Конические передачи с непрямыми зубьями с тангенциальными зубьями с круговыми зубьями

7. 1 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ ЛЕКЦИЯ 7 Червячные передачи План: 7. 1. Достоинства, недостатки, области применения, передаточное число и классификация червячных передач. 7. 2. Геометрические параметры червячной передачи. 7. 3. Силы в зацеплении червячной передачи. 7. 4. Виды разрушения зубьев и критерии работоспособности червячных передач.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 7. 1. Достоинства и недостатки, области применения, передаточное число и классификация червячных передач. Достоинства передачи: 1) плавность и бесшумность работы; 2) компактность и сравнительно небольшая масса; 3) возможность большого редуцирования; 4) возможность самоторможения; 5) большая кинематическая точность. Недостатки: 1) сравнительно низкий КПД; 2) повышенный износ и склонность к заеданию; 3) применение для колес дорогих антифрикционных материалов; 4) повышенные требования к точности сборки.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ Области применения: станки, подъемно транспортные машины, приборы т. д. ; при небольших и средних мощностях, обычно не более 50 квт. Передаточное число Обычно z 1 = 1 … 4 , следовательно, червячные передачи имеют большие передаточные числа. В силовых червячных передачах передаточное число рекомендуют до 10… 60; в приборах и делительных механизмах до 300 и более.

7. 2 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ Классификация: По форме внешней поверхности червяка с цилиндрическим червяком с глобоидным червяком По форме профиля резьбы червяка архимедов червяк конволютный червяк эвольвентный червяк По направлению линии витка червяка -с правым -с левым направлением нарезки По расположению червяка относительно колеса с нижним с боковым с верхним расположением червяка

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ КПД червячной передачи зависит от числа заходов червяка: z 1 = 1 η = 0, 7… 0, 75 z 1 = 2 η = 0, 75… 0, 8 z 1 = 3 η =0, 8… 0, 85 z 1 = 4 η = 0, 85… 0, 9

7. 6 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 7. 3. СИЛЫ В ЗАЦЕПЛЕНИИ ЧЕРВЯЧНОЙ ПЕРЕДАЧИ Окружная сила на колесе = осевой силе на червяке Радиальные силы Осевая сила на колесе = окружной силе на червяке

8. 2 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 7. 4. Виды разрушения зубьев и критерии работоспособности червячных передач. В червячной паре менее прочным элементом является зуб колеса. Основные виды разрушений и повреждений в червячных передачах: износ и заедание. Критерии работоспособности и расчета: Основной - расчет на контактную прочность зубьев, Проверочный - расчет на изгибную выносливость зубьев, а также – тепловой расчет червячной передачи и расчет на жесткость червяка.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ ЛЕКЦИЯ 8. Червячные передачи План: 8. 1. Материалы и допускаемые напряжения. 8. 2. Расчет червячных передач на прочность по контактным напряжениям и по напряжениям изгиба. 8. 3. Тепловой расчет червячных передач. 8. 4. Расчет вала червяка на жесткость.

8. 3 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 8. 1. МАТЕРИАЛЫ И ДОПУСКАЕМЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ Материал венца червячного колеса Скорости скольжения Оловянистые бронзы 5. . . 25 м/сек Безоловянистые бронзы 2. . . 5 м/сек Серый чугун не более 2 м/с Материал червяка цементируемые стали (20 Х, 18 ХГТ) среднеуглеродистые стали (45, 40 ХН) с поверхностной закалкой Твердость поверхности

8. 4 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ Допускаемые контактные напряжения: Øдля оловянистых бронз - из условия сопротивления усталостному выкрашиванию Øдля твердых бронз и чугунов - из условия сопротивления заеданию (или по эмпирическим формулам). Допускаемые напряжения изгиба: по эмпирическим формулам в зависимости от материала венца червячного колеса и характера нагрузки

8. 5 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 8. 2. Расчет червячных передач на прочность по контактным напряжениям и по напряжениям изгиба Условие контактной прочности: прочности. Условие прочности зуба на изгиб:

8. 6 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 8. 3. Тепловой расчет червячных передач Условие теплового баланса по температуре масла в картере редуктора: Способы искусственного охлаждения: 1) увеличение поверхности редуктора; 2) обдув корпуса воздухом вентилятора; 3) установка в корпусе водяного охлаждения; 4) применение циркуляционных систем смазок. 8. 4. РАСЧЕТ ВАЛА ЧЕРВЯКА НА ЖЕСТКОСТЬ Условие жесткости вала червяка по величине прогиба:

9. 1 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ ЛЕКЦИЯ 9 РЕДУКТОРЫ План: 9. 1. Классификация редукторов. 9. 2. Особенности конструкции и расчета цилиндрических, конических, червячных редукторов

9. 2 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 9. 1. Классификация редукторов Редукторы это механизмы, состоящие из передач Редукторы зацеплением с постоянным передаточным отношением, заключенные в корпус и предназначенные для понижения угловой скорости. Признаки классификации редукторов: Тип редуктора: Тип Ц - цилиндрический, К - конический, Ч - червячный, П - планетарный, Г - глобоидный Ш -, широкий У - узкий С - соосный М - мотор-редуктор Типоразмер редуктора Типоразмер Исполнение редуктора Исполнение определяют типом и определяют передаточным главными параметрами числом, вариантом сборки тихоходной ступени и формой концевых участков валов (аω, dae 2) Обозначение редуктора:

9. 3 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 9. 2. Особенности конструкции и расчета цилиндрических, конических и червячных редукторов. а)ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ РЕДУКТОРЫ Одноступенчатые редукторы применяют при передаточных числах u

9. 4 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ При u = 7… 40 выгоднее применять двухступенчатые редукторы: Редуктор с последовательным расположением ступеней

9. 5 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ б)Конические редукторы применяют для передачи вращающего момента между валами с взаимно перпендикулярным расположением осей Передаточные отношения для прямозубых при косых и редукторов круговых зубьях

9. 6 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ В) ЧЕРВЯЧНЫЕ РЕДУКТОРЫ применяют для передачи движения между перекрещивающимися валами. Передаточные отношения: Одноступенчатый червячный редуктор c нижним расположением червяка

9. 7 Редуктор с червяком сбоку от колеса МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ Редуктор с вертикальным расположением вала колеса или червяка

9. 8 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ Двухступенчатые редукторы с червячными передачами: цилиндрочервячный червячноцилиндрический u = 44, 6 … 480 червячночервячный u = 42, 25 … 3600

ОРИЕНТИРОВОЧНЫЙ РАСЧЕТ ВАЛОВ Предварительно все валы привода необходимо. пронумеровать и при расчетах присваивать определяемым параметрам индекс соответствующего вала. Расчеты выполнять последовательно для каждого вала привода. Ориентировочный расчет вала проводится только на кручение по пониженным допускаемым напряжениям, так как известен только крутящий момент Т, передаваемый валом (изгиб невозможно учесть ввиду того, что неизвестны точки приложения нагрузки к валу).

Диаметр входного или выходного конца вала редуктора, а также диаметр вала под зубчатое колесо для двухступенчатого редуктора определяют по формуле dк где Т – крутящий момент на валу, Н · м; – допускаемое касательное напряжение, МПа. Для валов из относительно мягких сталей при определении диаметра конца вала принимают = 20… 25 МПа, для промежуточных валов = 10… 15 МПа

Если редуктор непосредственно примыкает к электродвигателю, то диаметр входного конца вала редуктора принимают равным dк = (0, 8. . . 1, 2) dдв, где dдв – диаметр вала электродвигателя для установки муфты между ва лами электродвигателя и редуктора. Диаметры остальных участков вала находят последовательным изменением диаметра предыдущего участка на 2. . . 5 мм (рис. 1). Полученные значения округляют до ближайшего стандартного значения (табл. 2).

входной вал цилиндрического редуктора; выходной вал цилиндрического, конического и червячного редукторов входной вал конического редуктора

Возможно два конструктивных исполнения входных валов: шестерню изготавливают заодно с валом (вал шестерня) и отдельно от него (насадная шестерня). Для насадной шестерни d f 1 > 1, 2 dш, где d f 1 – диаметр по впадинам зубьев шестерни, dш – диаметр вала под шестерней. Таблица 2. Стандартные значения диаметров валов Диаметры валов подшипники, мм 15; 17; 20; 25; 30; 35; 40; 45; 50; 55; 60 и т. д. 10; 10, 5; 11, 5; 12; 13; 14; 15; 16; 17; Прочие диаметры 18; 19; 21; 22; 24; 26; 28; 30; 32; 34; 36; валов (ГОСТ 6636 -69), 38; 40; 42; 45; 48; 50; 52; 55; 60; 63; 65; мм 70; 75; 80; 85; 90; 95; 100 и т. д

Диаметры ступеней валов обозначают следующим образом: dк – диаметр входного (или выходного) конца вала; dу – диаметр вала под уплотнение и крышку подшипника; dп – диаметр вала подшипник; dзк – диаметр вала под зубчатое колесо; dб – диаметр буртика; dш – диаметр вала под шестерней; d – диаметр вала для выхода режущего инструмента; dа 1 – диаметр червяка по вершинам витков (определен при расчете червячной передачи, так как червяк, как правило, выполняют заодно с валом и только в редких случаях напрессовывают на вал) или диаметр по вершинам зубьев шестерни.

Пример расчета диаметров участков вала редуктора (в расчете диаметры участков вала сразу округлены по ГОСТам): dк = 38 мм (по формуле (1)); dу = 38 + 2 = 40 мм; dп = 40 + 5 = 45 мм; dзк = 45 + 3 = 48 мм; dб = 48 + 2 = 50 мм. Буртик может находиться как с правой стороны зубчатого колеса, так и с левой.

По найденному диаметру вала подшипник подбирают стандартные радиальные (если Fa = 0 или Fa 0, 3 Ft) или радиально упорные подшипники легкой или средней серии и выписывают их характеристики. Серию в дальнейшем уточняют при расчете подшипников. При проектировании промежуточного вала с раздвоенной шестерней определяют диаметр вала по формуле (1) под колесом, а диаметры вала под шестернями принимают на 2. . . 5 мм меньше найденного.

10. 1 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ ЛЕКЦИЯ 10 РЕМЕННЫЕ ПЕРЕДАЧИ План: 10. 1. Достоинства, недостатки, области применения, классификация ременных передач. 10. 2. Силы и напряжения в ремне. 10. 3. Критерии работоспособности ременных передач. 10. 4. Детали ременных передач.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 10. 1. Достоинства, недостатки, области применения и классификация ременных передач Передачу механической энергии, осуществляемую гибкой связью посредством трения между ремнем и шкивом, называют ременной.

10. 2 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ Классификация ременных передач По виду ремня различают ременные передачи: круглоременные плоскоременные клиноременные поликлиноременные Передаточное отношение ременных передач: зубчатые

10. 3 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ Достоинства ременных передач: v 1) возможность передачи энергии на значительные расстояния: (6… 5 м); v 2) простота и низкая стоимость конструкции; v 3) плавность и бесшумность хода, способность смягчать удары и предохранять от перегрузок при буксовании; v 4) возможность работы в широком диапазоне скоростей (до 100 м/с) и мощностей (от долей киловатта до сотен киловатт) v 5) простота обслуживания и ухода; v 6) относительно высокий КПД: 0, 91… 0, 98.

10. 4 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ Недостатки: v 1) непостоянство передаточного отношения вследствие упругого скольжения, меняющегося в зависимости от нагрузки; v 2) относительно большие габариты передачи и невысокая долговечность ремня (особенно в быстроходных передачах); v 3) вытягивание ремня в процессе эксплуатации передачи приводит к необходимости установки дополнительных устройств (натяжной ролик); v 4) большие нагрузки на валы и их опоры (подшипники).

10. 5 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 10. 2. СИЛЫ И НАПРЯЖЕНИЯ В РЕМНЕ сила в ведомой ветви С И Л Ы сила давления на валы - сила предварительного натяжения ремня - окружная сила - центробежная сила: сила в ведущей ветви

10. 7 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 10. 3. Критерии работоспособности ременных передач Тяговая способность ремня: площадь поперечного сечения ремня: Долговечность ремня: число пробегов ремня: для плоских ремней для клиновых ремней

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 10. 8 10. 4. Детали ременных передач Резинотканевые плоские ремни Клиновые ремни нарезные послойные кордтканевые спирально корд шнуровые завернутые

11. 1 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ ЛЕКЦИЯ 11 ЦЕПНЫЕ ПЕРЕДАЧИ План: 11. 1. Преимущества, недостатки, области применения. 11. 2. Основные геометрические соотношения. 11. 3 Конструкции основных элементов цепных передач. 11. 4. Критерии работоспособности и расчета цепных передач.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 11. 1. Преимущества, недостатки, области применения Цепную передачу относят к передачам зацеплением с гибкой связью.

11. 2 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ Достоинства: 1) могут передавать движение на значительные расстояния (до 8 м); 2) более компактны (по сравнению с ременными), 3) могут передавать большие мощности до до 100 к. Вт; 4) меньшие силы, действующие на валы значительно; 5) отсутствует проскальзывание; 6) могут передавать движение одной цепью нескольким звездочкам.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ Недостатки: 1) значительный шум вследствие удара звена цепи при входе в зацепление, особенно при малом числе зубьев и большом шаге; 2) сравнительно быстрый износ шарниров цепи (затруднен подвод смазки); 3) удлинение цепи из-за износа шарниров, что требует применения натяжных устройств.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ Цепные передачи применяют в станках, транспортных машинах, горном оборудовании, подъёмно транспортных устройствах и т. д. при значительных межосевых расстояниях, когда зубчатые передачи не применимы, а ременные передачи ненадежны. Наибольшее применение получили цепные передачи мощностью до 120 к. Вт при окружных скоростях до 15 м/с (500 об/мин). Передаточное отношение цепной передачи

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ. Рекомендуют применять передачи с передаточным отношением до 7, допускают до 10… 14. Следует учитывать, что с увеличением передаточных отношений значительно возрастают габариты передачи. Потери в цепной передаче складываются из потерь на трение в шарнирах цепи, на зубьях звездочек и опорах валов. Среднее значение КПД цепной передачи достигает

11. 3 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 11. 2. Основные геометрические соотношения Основным параметром цепи является шаг t передачи. Он принимается по ГОСТу. Чем больше шаг, тем выше: нагрузочная способность цепи, но сильнее удар звена цепи о зуб звёздочки в период набегания цепи на звездочку, меньше плавность, бесшумность и долговечность передачи. Оптимальное межосевое расстояние передачи принимают из условий долговечности цепи: где t – шаг цепи.

; МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ Рекомендуют принимать нижние значения а для передач с передаточным отношением верхние значения а для передач у которых Число звеньев цепи W определяют в зависимости от межосевого расстояния, округляют до целого числа, которое желательно брать четным, чтобы не применять специальных соединительных звеньев. Диаметр делительной окружности звездочки dд =

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 11. 3. Конструкция основных элементов цепной передачи Приводная цепь – главный элемент цепной передачи. Основные типы стандартизированных приводных цепей: втулочные, втулочно роликовые и зубчатые. Втулочные применяют при скоростях 2 м/с. Втулочно роликовые цепи имеют широкое распространение их применяют при скоростях 20 м/с. Ролик позволяет выравнивать давление зуба звездочки на втулку и уменьшить изнашивание как втулки, так и зуба. Они бывают одно, двух, трех и четырехрядными. Зубчатые цепи применяют при больших скоростях до 35 м/с.

11. 4 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ Зубчатая цепь Втулочно-роликовая цепь (Втулочная цепь) Звездочки во многом подобны зубчатым колесам. Профиль и размеры зубьев звездочки зависят от типа и размеров цепи. Для цепей все размеры звездочек стандартизованы. Зубья звездочек выполняют с выпуклым, прямолинейным и вогнутым профилем.

11. 5 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 11. 4. Критерии работоспособности и расчета цепных передач Стандартные цепи конструируют равнопрочными по напряжениям во всех деталях. Для большинства условий работы цепных передач основной причиной потери работоспособности является износ шарниров цепи. Поэтому основным критерием работоспособности цепных передач является долговечность цепи, определяемая износом шарниров. Долговечность приводных цепей по износу составляет 3… 5 тыс. часов работы.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ, МПа, Для увеличения долговечности цепной передачи принимают по возможности большее число зубьев меньшей звездочки (z 1 = 19… 31). Среднее давление в шарнире цепи pц не должно превышать допускаемого для данного типа цепи pц = Кэ – коэффициент эксплуатации: Кэ = КД КС К Крег Кр.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ Эскизная компоновка редуктора Цель эскизной компановки: 1. Определение расстояния между опорами валов и длин консольных участков валов; 2. Определение точек приложения сил, нагружающих валы; 3. Проверка не накладываются ли валы (зубчатые колеса) одной ступени редуктора на валы (зубчатые колеса) другой ступени; 4. Размещение внутри редуктора зубчатых колес всех ступеней так, чтобы получить минимальные внутренние размеры редуктора.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ Исходные данные: 1. Размеры зубчатых цилиндрических, конических и червячных передач; 2. Диаметры валов после их предварительного определения. Размеры, необходимые для выполнения компоновки: 1. Длина и диаметр ступиц колес 1. Габаритные размеры подшипников качения; 2. Расстояние от внутренней поверхности стенки редуктора: до торцев зубчатых колес е = 8… 15 мм; углубление подшипников е 1 = 3… 5 мм; 3. Расстояние между торцами вращающихся деталей е 2 = 10… 15 мм;

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ 4. Радиальный зазор между зубчатым колесом одной ступени и валом другой ступени (min) е 3 = 15… 20 мм; 5. Расстояние от торца подшипника до торца шкива (звездочки) s = 25… 35 мм.

МЕХАНИКА ПРИКЛАДНАЯ МЕХАНИКА Модуль 3 Раздел 13 – ВАЛЫ И ОПОРЫ ВАЛЫ И ОСИ ПОДШИПНИКИ МУФТЫ ЛЕКЦИЯ 12 ЛЕКЦИЯ 14 ЛЕКЦИЯ 15 ЛЕКЦИЯ 13

МЕХАНИКА 12. 1 Модуль 3 ПРИКЛАДНАЯ МЕХАНИКА ВАЛЫ И ОПОРЫ ВАЛЫ И ОСИ ЛЕКЦИЯ 12 План: 12. 1. Общие сведения. 12. 2. Ориентировочный расчет валов. 12. 3. Проверочный расчет валов на статическую прочность

ВАЛЫ И ОПОРЫ 12. 2 ВАЛЫ И ОСИ Ось поддерживает сидящие на Ось ней детали. При работе испытывает напряжения изгиба Оси бывают неподвижными и подвижными Вал поддерживает сидящие на нем детали и передает крутящий момент вдоль своей оси. При работе испытывает, напряжения от изгиба и кручения (иногда от растяжения-сжатия)

ВАЛЫ И ОПОРЫ 12. 3 ВАЛЫ И ОСИ Классификация валов По геометрической форме оси прямые коленчатые гибкие По конструкции гладкие ступенчатые (фасонные) По типу сечения сплошные полые Материалы валов - углеродистые и легированные стали - без т/о: Ст. 5, Ст. 6, с то – стали 45, 40 Х; - для быстроходных валов: стали 20, 20 Х, 12 ХН 3 А.

ВАЛЫ И ОПОРЫ 12. 4 ВАЛЫ И ОСИ Основными критериями работоспособности и расчета валов и осей является статическая и усталостная прочность. Расчет валов проводится в три этапа: 1 этап - Ориентировочный расчет 2 этап - Промежуточный или проверочный расчет 3 этап - Уточненный расчет или расчет на усталость

ВАЛЫ И ОПОРЫ 12. 5 ВАЛЫ И ОСИ 1 этап - Ориентировочный расчет вала - это определение радиальных размеров исходя из прочности вала на кручение и особенностей конфигурации вала Минимальный диаметр вала из условия статической прочности на кручение:

ВАЛЫ И ОПОРЫ 12. 5 ВАЛЫ И ОСИ 1 этап - Ориентировочный расчет вала Осевые размеры вала (расстояния между точками приложения нагрузок) из эскизной компановки механизма:

ВАЛЫ И ОПОРЫ 12. 6 ВАЛЫ И ОСИ 2 этап - Промежуточный (проверочный) расчет валов - это расчет на статическую прочность с учетом совместного действия кручения и изгиба Øвал заменяют балкой на опорах-подшипниках, Øстроят эпюры изгибающих и крутящих моментов, Øнаходят эквивалентный момент в опасном сечении Øуточняют диаметр вала в этом сечении:

МЕХАНИКА 13. 1 Модуль 3 ПРИКЛАДНАЯ МЕХАНИКА ВАЛЫ И ОПОРЫ ВАЛЫ И ОСИ ЛЕКЦИЯ 13 План: 13. 1. Уточненный расчет валов

ВАЛЫ И ОПОРЫ 13. 2 ВАЛЫ И ОСИ 3 этап - Уточненный расчет валов (расчет вала на усталость) - это определение расчетных коэффициентов запаса усталостной прочности в опасном сечении Условие усталостной прочности вала Коэффициенты запаса усталостной прочности: при изгибе при кручении

ВАЛЫ И ОПОРЫ 13. 2 ВАЛЫ И ОСИ 3 этап - Уточненный расчет валов При расчете принимают, что: - напряжения изгиба σ изменяются по симметричному циклу, - напряжения кручения τ - по отнулевому (пульсирующему) циклу. σ τ

ВАЛЫ И ОПОРЫ 13. 2 ВАЛЫ И ОСИ 3 этап - Уточненный расчет валов С учетом механических характеристик материала вала определяют коэффициенты концентрации напряжений Кσ , К τ по виду напряжений концентраторов напряжений в опасных сечениях

ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ ЛЕКЦИЯ 1 План: 1. 1. Области применения подшипников скольжения. 1. 2. Конструкции и материалы подшипников скольжения. 1. 3. Условия работы и виды разрушения подшипников скольжения. 1. 4. Основные условия образования режима жидкостного трения.

14. 2 1. 1. Области применения подшипников скольжения 1) высокоскоростные подшипники; 2) подшипники прецизионных машин; 3) подшипники тяжелых валов (диаметром более 1 м); 4) разъемные подшипники, например, для коленчатых валов; 5) подшипники, работающие в особых условиях (воде, агрессивных средах и т. д.); 6) подшипники, воспринимающие ударные и вибрационные нагрузки; 7) подшипники дешевых тихоходных механизмов и др.

14. 3 1. 2. Конструкции и материалы подшипников скольжения Основные элементы подшипника: вкладыш 1 корпус 2 Корпус и вкладыш могут быть разъемными или неразъемными

14. 4 1. 3. Условия работы и виды разрушения подшипников скольжения Основным критерием расчета подшипников скольжения является образование режима жидкостного трения. Одновременно жидкостного трения. обеспечиваются критерии по износу и заеданию. износу

ПОДШИПНИКИ КАЧЕНИЯ ЛЕКЦИЯ 2 План: 2. 1. Достоинства, недостатки и классификация подшипников качения. 2. 2. Виды разрушения подшипников качения. Критерии их работоспособности. 2. 3. Практический расчет (подбор) подшипников качения.

2. 1. Достоинства, недостатки и классификация подшипников качения Достоинства: § сравнительно малая стоимость; § высокая степень взаимозаменяемости; § малый расход смазки; § малые потери на трение и незначительный нагрев; §простота обслуживания и ухода. Недостатки: § высокая чувствительность к ударным и вибрационным нагрузкам; § малая надежность в высокоскоростных приводах; § сравнительно большие радиальные размеры; § шум при больших скоростях.

14. 5 Классификация подшипников качения 1) по форме тел качения 3) по габаритам и нагрузочной шариковые; способности пять серий: способности роликовые; сверхлегкая, 2) по направлению особолегкая, воспринимаемой нагрузки легкая, радиальные; средняя, -упорные; тяжелая серия. - радиально упорные. 4) по классам точности: по классам точности 0 – нормального, 6 – повышенного, 5 высокого, 4 особо высокого, 2 сверх высокого.

14. 7 Конструктивные элементы подшипника качения Тело качения Наружное кольцо Сепаратор Внутреннее кольцо МАТЕРИАЛЫ Тела качения и кольца - высокопрочные шарикоподшипниковые стали ШX 15, ШХ 20 и др. (HRC 61… 66) Сепараторы - мягкая листовая сталь. Сепараторы высокоскоростных подшипников - бронзы, латуни, легкие сплавы или пластмассы

14. 8 2. 2. Виды разрушения подшипников качения. Критерии их работоспособности. Виды разрушения подшипников качения: - усталостное выкрашивание рабочих поверхностей тел качения и беговых дорожек колец; - пластические деформации на дорожках качения (вмятины); - задиры рабочих поверхностей качения; - абразивный износ; - разрушение сепараторов разрушения (основная причина потери работоспособности); - раскалывание колец и тел качения.

Критерии работоспособности подшипников качения: - долговечность и динамическая грузоподъемность по усталостному выкрашиванию для подшипников, вращающихся с угловой скоростью рад/с; - статическая грузоподъемность по пластическим деформациям для невращающихся или маловращающихся подшипников с угловой скоростью рад/с.

14. 9 2. 3. Практический расчет (подбор) подшипников качения Условие подбора Номинальная динамическая грузоподъемность Эквивалентная нагрузка на подшипник Номинальный срок службы в миллионах оборотов:

15. 1 МУФТЫ ЛЕКЦИЯ 14 План: 15. 1. Классификация муфт, назначение и методика их выбора

15. 3 МУФТЫ Муфты - это устройства, служащие для соединения валов и передачи крутящего момента. Дополнительное назначение муфт: Ø для выключения и включения исполнительного механизма при непрерывно работающем двигателе (управляемые муфты); муфты Ø для предохранения машины от перегрузки (предохранительные муфты); муфты Ø для компенсации вредного влияния несоосности валов, связанной с неточностью монтажа (компенсирующие муфты); муфты Ø для уменьшения динамических нагрузок (упругие муфты) и т. д. муфты Основная паспортная характеристика муфт - крутящий момент, на передачу которого она рассчитана. Муфты подбирают по ГОСТу по расчётному крутящему моменту: Где - коэффициент режима работы муфты

ВАЛЫ И ОПОРЫ 15. 4 МУФТЫ Классификация Муфты Не расцепляемые Неподвижные (глухие) Упругие Сцепные управляемые Подвижные компенсирующие Свободного хода (обгонные) Жесткие С разрушающимся элементом С металлическим упругим элементом Сцепные самодействующие С неметаллическим упругим элементом Центробежные Предохранительные С не разрушающимся элементом

ВАЛЫ И ОПОРЫ 15. 5 МУФТЫ ГЛУХИЕ МУФТЫ Глухие муфты образуют жесткое и неподвижное соединение валов. К ним относятся втулочные и фланцевые муфты.

ВАЛЫ И ОПОРЫ 15. 6 МУФТЫ КОМПЕНСИРУЮЩИЕ ЖЕСТКИЕ Различают три вида отклонений от правильного взаимного расположения (несоосности) валов: Ø продольное смещение, Ø радиальное смещение или эксцентриситет Ø угловое смещение или перекос Компенсация вредного влияния несоосности валов достигается: 1) за счет подвижности практически жестких деталей компенсирующие жесткие муфты; муфты 2) за счет деформации упругих деталей - упругие муфты

ВАЛЫ И ОПОРЫ 15. 8 МУФТЫ КОМПЕНСИРУЮЩИЕ УПРУГИЕ МУФТЫ - компенсируют несоосность валов; - устраняют резонансные колебания, изменяя жесткость системы - снижают величину кратковременных перегрузок узлов машины. Металлические упругие элементы 1) витые цилиндрические пружины 2) стержни или пакеты пластин 3) пакеты разрезных гильзовых пружин 4) змеевидные пружины

ВАЛЫ И ОПОРЫ 15. 9 МУФТЫ КОМПЕНСИРУЮЩИЕ УПРУГИЕ МУФТЫ Неметаллические упругие элементы Муфта с упругой оболочкой

ВАЛЫ И ОПОРЫ 15. 10 МУФТЫ УПРАВЛЯЕМЫЕ ИЛИ СЦЕПНЫЕ МУФТЫ 1) муфты, основанные на зацеплении (кулачковые и зубчатые); зубчатые 2) муфты, основанные на трении (фрикционные). фрикционные Кулачковая муфта Фрикционные муфты дисковая коническая

ВАЛЫ И ОПОРЫ 15. 11 МУФТЫ АВТОМАТИЧЕСКИЕ ИЛИ САМОУПРАВЛЯЕМЫЕ МУФТЫ предназначены для автоматического разъединения валов в момент, когда параметры работы машины становятся недопустимыми 1) муфты предохранительные 2) центробежные муфты 3) муфты свободного хода Фрикционная роликовая муфта свободного хода

16. 2 СОЕДИНЕНИЯ Разъемные соединения РЕЗЬБОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ШЛИЦЕВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ШПОНОЧНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ КЛЕММОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ С НАТЯГОМ Неразъемные соединения СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ КЛЕЕВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ЗАКЛЕПОЧНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ПАЯНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ. ДОПУСКИ И ПОСАДКИ

16. 3 Разъемные соединения СОЕДИНЕНИЯ. ДОПУСКИ И ПОСАДКИ РЕЗЬБОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ. Классификация: В зависимости от формы резьбовой поверхности: цилиндрические и конические резьбы. В зависимости от формы профиля резьбы: треугольные, упорные, трапецеидальные, прямоугольные, круглые. В зависимости от направления винтовой линии резьбы: правые и левые В зависимости от числа заходов резьбы: однозаходные и многозаходные. В зависимости от назначения резьбы: крепежные, крепежно–уплотняющие, для передачи движения Основной критерий работоспособности – прочность нарезанной части стержня на растяжение

16. 5 СОЕДИНЕНИЯ. ДОПУСКИ И ПОСАДКИ ШПОНОЧНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ Соединения призматическими шпонками Основной критерий работоспособности шпоночных соединений - прочность на смятие и срез. Условие прочности на смятие Допускаемые напряжения смятия - [ см] = 60… 150 МПа Условие прочности на срез: Допускаемые напряжения среза [ ср] = 70… 100 МПа

16. 6 СОЕДИНЕНИЯ. ДОПУСКИ И ПОСАДКИ СОЕДИНЕНИЯ С НАТЯГОМ Наиболее распространены цилиндрические соединения, в которых одна деталь охватывает другую по цилиндрической поверхности. Достоинства: простота конструкции, хорошее базирование соединяемых деталей; большая нагрузочная способность. Недостатки: сложность сборки и особенно разборки; рассеивание прочности соединения в связи с колебаниями размеров в пределах допусков Прочность соединения обеспечивают натягом, который образуется в выбранной посадке. Значение натяга определяется необходимым контактным давлением pm на посадочной поверхности соединяемых деталей

16. 7 СОЕДИНЕНИЯ. ДОПУСКИ И ПОСАДКИ СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ Классификация: 1) по взаимному расположению соединяемых элементов: соединения встык; внахлестку; втавр; угловые; 2) по способу сварки: соединения, выполненные дуговой сваркой металлическим электродом; контактной сваркой; 3) по направлению воспринимаемого швом усилия: соединения, выполненные лобовыми швами; фланговыми швами; комбинированными швами.

16. 8 СОЕДИНЕНИЯ. ДОПУСКИ И ПОСАДКИ СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ Стыковое соединение Тавровое соединение Соединение внахлестку Стыковые соединения проверяют на прочность при растяжении (сжатии) и изгибе. Соединения внахлестку рассчитывают на срез по наименьшей площади сечения, расположенного в биссекторной плоскости прямого угла поперечного сечения шва

МЕХАНИКА 17. 1 Модуль 3 ПРИКЛАДНАЯ МЕХАНИКА СОЕДИНЕНИЯ. ДОПУСКИ И ПОСАДКИ ЛЕКЦИЯ 17 План: 17. 1. Основные положения системы допусков и посадок 17. 2. Система допусков и посадок подшипников качения 17. 3. Посадки шпоночных соединений 17. 4. Допуски формы и расположения поверхностей

СОЕДИНЕНИЯ. ДОПУСКИ И ПОСАДКИ 17. 2 ДОПУСКИ И ПОСАДКИ ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ СИСТЕМЫ ДОПУСКОВ И ПОСАДОК Номинальный размер детали; Действительный размер детали Отверстие Вал Сопряженные детали Зазор Натяг Предельное верхнее отклонение Предельное нижнее отклонение Действительное отклонение Допуск размера Поле допуска Посадка

СОЕДИНЕНИЯ. ДОПУСКИ И ПОСАДКИ 17. 3 ДОПУСКИ И ПОСАДКИ Обозначение посадок: отклонение для отверстия Ø номинальный размер Ø отклонение для вала основное отклонение квалитет

СОЕДИНЕНИЯ. ДОПУСКИ И ПОСАДКИ 17. 4 ДОПУСКИ И ПОСАДКИ Обозначение посадок: Две системы образования посадок: посадок 1) система отверстия Ø 2) система вала Ø 19 квалитетов: в порядке понижения нормирования точности 0, 1; 0; 1; 2; 3; . . . ; 17 0, 1; 0; 1 - предназначены для оценки точности концевых мер; 2… 4 - калибров и особо точных изделий; 5… 13 для образования посадок; 14… 17 для свободных размеров

СОЕДИНЕНИЯ. ДОПУСКИ И ПОСАДКИ 17. 5 ДОПУСКИ И ПОСАДКИ Посадки с натягом: Поле допуска для тонкостенных деталей: Переходные посадки Посадки с зазором:

СОЕДИНЕНИЯ. ДОПУСКИ И ПОСАДКИ 17. 6 ДОПУСКИ И ПОСАДКИ Посадки подшипников качения Посадки шпоночных соединений Три типа шпоночных соединений: 1) свободное для паза на валу: для паза во втулке: 2) нормальное и соответственно 3) Плотное и соответственно

СОЕДИНЕНИЯ. ДОПУСКИ И ПОСАДКИ 17. 7 ДОПУСКИ И ПОСАДКИ Допуски формы и расположения поверхностей Виды погрешностей формы и расположения поверхностей: Пример обозначения отклонений формы и расположения поверхностей

17. 8 ДОПУСКИ И ПОСАДКИ СОЕДИНЕНИЯ. ДОПУСКИ И ПОСАДКИ Шероховатость поверхности Обозначение шероховатости: Виды знаков шероховатости: - вид обработки не устанавливается; - поверхность должна быть образована удалением слоя материала; - поверхность должна быть образована без удаления материала.

Для механических и машиностроительных специальностей

Составил

к.т.н., доц. Еремеев В.К.

Иркутск 2008г.

ВВЕДЕНИЕ

Настоящий конспект лекций по курсу "Детали машин" следует рассматривать как краткое изложение программных вопросов курса, облегчающее усвоение учебного материала и подготовку к экзаменам. Конспект изложен на базе основных учебников Д.Н.Решетова,

М.И. Иванова, П.Г. Гузенкова "Детали машин" и методического пособия В.К. Еремеева и Ю.Н. Горнова « Детали машин. Курсовое проектирование». Пользование конспектом ни в коем случае не исключает подготовки по учебникам, а лишь выделяет основные положения, соответствующие курсу "Детали машин" по машиностроительным и механическим специальностям. В ряде мест конспекта приводятся указания на те вопросы, которые необходимо подготовить только по учебникам, так как, за краткостью изложения, в конспект они не вошли. Это касается главным образом описательной стороны курса и конструктивных особенностей отдельных узлов и деталей машин.

Конспект рассчитан на сокращенную программу - 70 лекционных часов, поэтому в него не вошли такие разделы курса, как: заклепочные соединения, клиновые соединения и специальные виды зубчатых передач. Предполагается, что с этими вопросами студенты могут ознакомиться самостоятельно. Изложение учебного материала в конспекте соответствует программе курса "Детали машин" и содержанию экзаменационных билетов. Порядок изложения отдельных разделов несколько изменен в сравнении с основными учебниками по опыту преподавания предмета автором данного конспекта и с целью возможности досрочной подготовки студентов на практических занятиях к началу курсового проектирования.

«Детали машин» являются первым из расчетно-конструкторских курсов, в котором изучают основы проектирования машин и механиз мов.

Любая машина (механизм) состоит из деталей.

Деталь - такая часть машины, которую изготовляют без сборочных операций. Детали могут быть простыми (гайка, шпонка, и т. п.), или сложными (коленчатый вал, корпус редуктора, станина станка и т. п.). Детали (частично или полностью) объединяют в узлы.

Узел- представляет собой законченную сборочную единицу, состоящую из ряда деталей, имеющих общее функциональное назначение (подшипник качения, муфта, редуктор и т. п.). Сложные узлы могут включать несколько простых узлов (подузлов); например, редуктор включает подшипники, валы с насаженными на них зубчатыми колесами и т. п.

Среди большого разнообразия деталей и узлов машин выделяют такие, которые применяют почти во всех машинах (болты, валы, муфты, механические передачи и т. п.). Эти детали (узлы) называют дета­ лями общего назначения и изучают в курсе «Детали машин». Все другие детали, применяющиеся только в одном или нескольких типах машин (поршни, лопатки турбин, гребные винты и т. п.), относят к деталям специального назначения и изучают в специальных курсах.

Детали общего назначения применяют в машиностроении в очень больших количествах (например, в СССР до 1992г. ежегодно изготавливали около миллиарда зубчатых колес). Поэтому любое усовершенствование методов расчета и конструкции этих деталей, позволяющее уменьшить затраты материала, понизить стоимость производства, повысить долговечность, приносит большой экономический эффект.

Основные требования к конструкции деталей машин .

Совершенство конструкции детали оценивают по ее надежности и экономичности . Под надежностью понимают свойство изделия сохранять во времени свою работоспособность. Экономичность определяют стоимостью материала, затратами на производство и эксплуатацию.

Основные критерии работоспособности и расчета деталей машин : прочность, жесткость, износостойкость, теплостойкость, виброус тойчивость. Значение того или иного критерия для данной детали зависит от ее функционального назначения и условий работы. Например, для крепежных винтов главным критерием является прочность, а для ходовых винтов - износостойкость. При конструировании деталей их работоспособность обеспечивают в основном выбором соот­ветствующего материала, рациональной конструктивной формой и расчетом размеров по одному или нескольким критериям.

Прочность является главным критерием работоспособности боль шинства деталей. Непрочные детали не могут работать. Следует помнить, что разрушения частей машины приводят не только к простоям, но и к несчастным случаям.

Различают разрушение деталей вследствие потери статической прочности или сопротивления усталости. Потеря статической проч­ности происходит тогда, когда значение рабочих напряжений превы­шает предел статической прочности материала (например, σ в ). Это связано обычно со случайными перегрузками, не учтенными при расчетах, или со скрытыми дефектами деталей (раковины, трещины и т. п.). Потеря сопротивления усталости происходит в результате дли­тельного действия переменных напряжений, превышающих предел выносливости материала (например, σ -1 ). Сопротивление усталости значительно понижается при наличии концентраторов напряжений, связанных с конструктивной формой детали (галтели, канавки и т. п.) или с дефектами производства (царапины, трещины и пр.).

Основы расчетов на прочность изучают в курсе сопротивления материалов. В курсе деталей машин общие методы расчетов на проч­ность рассматривают в приложении к конкретным деталям и придают им форму инженерных расчетов.

Жесткость характеризуется изменением размеров и формы детали под нагрузкой.

Расчет на жесткость предусматривает ограничение упругих перемещений деталей в пределах, допустимых для конкретных условий работы. Такими условиями могут быть: условия работы сопряжённых деталей (например, качество зацепления зубчатых колес и условия работы подшипников ухудшаются при больших прогибах валов); технологические условия (например, точность и производительность обработки на металлорежущих станках в значительной степени определяются жесткостью станка и обрабатываемой детали).

Нормы жесткости деталей устанавливают на основе практики эксплуатации и расчетов. Значение расчетов на жесткость возрастает в связи с широким внедрением высокопрочных сталей, у которых увеличиваются характеристики прочности (σ в и σ -1), а модуль упругости

Е (характеристика жесткости) остается почти неизменным. При этом чаще встречаются случаи, когда размеры, полученные из расчета на прочность, оказываются недостаточными по жесткости.

Изнашивание - процесс постепенного изменения размеров деталей в результате трения. При этом увеличиваются зазоры в подшипниках, в направляющих, в зубчатых зацеплениях, в цилиндрах поршневых машин и т. п. Увеличение зазоров снижает качественные характеристики механизмов: мощность, к. п. д., надежность, точность и пр. Детали, изношенные больше нормы, бракуют и заменяют при ремонте. Несвоевременный ремонт приводит к поломке машины, а в некоторых случаях и к аварии.

Интенсивность изнашивания и срок службы детали зависят от давления, скорости скольжения, коэффициента трения и износостойкости материала. Для уменьшения изнашивания широко используют смазку трущихся поверхностей и защиту от загрязнения, применяют антифрикционные материалы, специальные виды химико-термической обработки поверхностей и т. д.

Следует отметить, что изнашивание выводит из строя большое число деталей машины. Оно значительно увеличивает стоимость эксплуатации, вызывая необходимость проведения периодических ремонтных работ. Высокая стоимость ремонта обусловлена значительными затратами ручного, высококвалифицированного труда, который трудно механизировать и автоматизировать. Для многих типов машин за весь период их эксплуатации затраты на ремонт и техническое обслуживание в связи с изнашиванием в несколько раз превышают стоимость новой машины. Износостойкость деталей машин существенно уменьшается при наличии коррозии. Коррозия является причиной преждевременного разрушения многих машин. Из-за коррозии ежегодно теряется до 10% выплавляемого металла. Для защиты от коррозии применяют антикоррозийные покрытия или изготовляют детали из специальных коррозийно-устойчивых материалов. При этом особое внимание уделяется деталям, работающим в присутствии воды, пара, кислот, щелочей и других агрессивных сред.

Теплостойкость . Нагрев деталей машин может вызвать следующие вредные последствия: понижение прочности материала и появление ползучести; понижение защищающей способности масляных пленок и следовательно увеличение изнашивания деталей; изменение зазоров в сопряженных деталях, которое может привести к заклиниванию или заеданию; понижение точности работы машины (например, прецизионные станки).

Чтобы не допустить вредных последствий перегрева на работу машины, выполняют тепловые расчеты и, если необходимо, вносят соответствующие конструктивные изменения (например, искусственное охлаждение).

Виброустойчивость . Вибрации вызывают дополнительные переменные напряжения и, как правило, приводят к усталостному разрушению деталей. В некоторых случаях вибрации снижают качество работы машин. Например, вибрации в металлорежущих станках снижают точность обработки и ухудшают качество поверхности обрабатываемых деталей. Особенно опасными являются резонансные колебания. Вредное влияние вибраций проявляется также и вследствие увеличения шумовых характеристик механизмов, В связи с повышением скоростей движения машин опасность вибраций возрастает, поэтому расчеты на колебания приобретают все большее значение.

Особенности расчета деталей машин. Для того чтобы составить математическое описание объекта расчета и по возможности просто решить задачу, в инженерных расчетах реальные конструкции заме­няют идеализированными моделями или расчетными схемами. Например, при расчетах на прочность по существу несплошной и неоднородный материал деталей рассматривают как сплошной и однородный, идеализируют опоры, нагрузки и форму деталей. При этом расчет становится приближенным, В приближенных расчетах большое значение имеет правильный выбор расчетной схемы, умение оценить главные и отбросить второстепенные факторы.

Погрешности приближенных расчетов существенно снижаются при использовании опыта проектирования и эксплуатации аналогичных конструкций. В результате обобщения предшествующего опыта выра­батывают нормы и рекомендации, например нормы допускаемых напряжений или коэффициентов запасов прочности, рекомендации по выбору материалов, расчетной нагрузки и пр. Эти нормы и рекомендации в приложении к расчету конкретных деталей приведены в соответствую­щих разделах данного конспекта лекций. Здесь отметим, что неточности расчетов на прочность компенсируют в основном за счет запасов прочности. При этом выбор коэффициентов запасов прочности становится весьма от ветственным этапом расчета. Заниженное значение запаса прочности приводит к разрушению детали, а завышенное - к неоправданному увеличению массы изделия и перерасходу материала. В условиях большого объема выпуска деталей общего назначения перерасход материала приобретает весьма существенное значение.

Факторы, влияющие на запас прочности, многочисленны и разнообразны: степень ответственности детали, однородность материала и надежность его испытаний, точность расчетных формул и определения расчетных нагрузок, влияние качества технологии, условий эксплуата­ции и пр. Если учесть все разнообразие условий работы современных машин и деталей, а также методов их производства, то станут очевидными большие трудности в раздельной количественной оценке влия­ния перечисленных факторов на значение запасов прочности. Поэтому в каждой отрасли машиностроения, основываясь на своем опыте, вырабатывают свои нормы запасов прочности для конкретных деталей. Нормы запасов прочности не являются стабильными. Их периодически корректируют по мере накопления опыта и роста уровня техники.

В инженерной практике встречаются два вида расчета - проектный и проверочный.

Проектный расчет - предварительный, упрощенный расчет, выполняемый в процессе разработки конструкции детали (машины) в целях определения ее размеров и материала.

Проверочный расчет - уточненный расчет известной конструкции, выполняемый в целях проверки ее прочности или определения норм нагрузки.

При проектном расчете число неизвестных обычно превышает число расчетных уравнений. Поэтому некоторыми неизвестными параметрами задаются, принимая во внимание опыт и рекомендации, а некоторые второстепенные параметры просто не учитывают. Такой упрощенный расчет необходим для определения тех размеров, без которых невозможна первая чертежная проработка конструкции. В процессе проектирования расчет и чертежную проработку конструкции выполняют параллельно. При этом ряд размеров, необходимых для расчета, конструктор определяет по эскизному чертежу, а проектный расчет приобретает форму проверочного для намеченной конструкции. В поисках лучшего варианта конструкции часто приходится выполнять несколько вариантов расчета. В сложных случаях поисковые расчеты удобно выполнять на ЭВМ. То обстоятельство, что конструктор сам выбирает расчетные схемы, запасы прочности и лишние неизвестные параметры, приводит к неоднозначности инженерных расчетов, а следовательно, и работоспособности конструкций. В каждой конструкции отражаются творческие способности, знание и опыт конструктора. Внедряются наиболее совершенные решения.

Расчетные нагрузки. При расчетах деталей машин различают расчетную и номинальную нагрузку. Расчетную нагрузку, например вращающий момент Т, определяют как произведение номинального момента Т н на динамический коэффициент режима нагрузки К* Т =Т н *К.

Номинальный момент соответствует паспортной (проектной) мощности машины. Коэффициент К учитывает дополнительные динамические нагрузки, связанные в основном с неравномерностью движения, пуском и торможением. Значение этого коэффициента зависит от типа двигателя, привода и рабочей машины. Если режим работы машины, ее упругие характеристики и масса известны, го значение К можно определить расчетом. В других случаях значение К выбирают, ориентируясь на рекомендации. Такие рекомендации составляют на основе экспериментальных исследований и опыта эксплуатации различных машин.

При расчете некоторых механизмов вводят дополнительные коэффициенты нагрузки, учитывающие специфические особенности этих механизмов, см., например, зубчатые передачи, гл. 4.

Выбор материалов для деталей машин является ответственным этапом проектирования. Правильно выбранный материал в значительной мере определяет качество детали и машины в целом. При изложении этого вопроса предполагают, что изучающим известны основные сведения о свойствах машиностроительных материалов и способах их производства из курсов материаловедения, технологии материалов, сопротивления материалов.

Выбирая материал, учитывают в основном следующие факторы: соответствие свойств материала главному критерию работоспособности (прочность, износостойкость и др.); требования к массе и габари­там детали и машины в целом; другие требования, связанные с назна­чением детали и условиями ее эксплуатации (противокоррозионная стойкость, фрикционные свойства, электроизоляционные свойства и т. д.); соответствие технологических свойств материала конструктивной форме и намечаемому способу обработки детали (штампуемость, свариваемость, литейные свойства, обрабатываемость резанием и пр.); стоимость и дефицитность материала.

Черные металлы , подразделяемые на чугуны и стали, имеют наибольшее распространение. Это объясняется прежде всего их высокой прочностью и жесткостью, а также сравнительно невысокой стоимостью. Основные недостатки черных металлов - большая плотность и слабая коррозионная стойкость.

Цветные металлы - медь, цинк, свинец, олово, алюминий и некоторые другие - применяют главным образом в качестве составных частей сплавов (бронз, латуней, баббитов, дюралюминия и т. д.). Эти металлы значительно дороже черных и используются для выполне­ния особых требований: легкости, антифрикционности, антикоррозинности и др.

Неметаллические материалы - дерево, резина, кожа, асбест, металлокерамика и пластмассы также находят широкое применение.

Пластмассы и композитные материалы - сравнительно новые, но уже хорошо освоенные выпуском, применение кото­рых в машиностроении все более расширяется. Современное развитие химии высокомолекулярных соединений позволяет получить материалы, которые обладают ценными свойствами: легкостью, прочностью, тепло и электроизоляцией, стойкостью против действия агрессивных сред, фрикционностью или антифрикционностью и т. д.

Пластмассы технологичны. Они обладают хорошими литейными свойствами и легко обрабатываются пластическим деформированием при сравнительно невысоких температурах и давлениях. Это позволяет получать из пластмасс изделия почти любой сложной формы высоко­производительными методами: литьем под давлением, штамповкой, вытяжкой или выдуванием. Другим преимуществом пластмасс и композитных материалов является сочетание легкости и высокой прочности. По этому показателю некоторые их виды могут конкурировать с лучшими сортами стали и дюралюминия. Высокая удельная прочность позволяет, использовать данные материалы в конструкциях, уменьшение массы которых имеет особо важное значение.

Основные потребители пластмасс в настоящее время - электрорадиотехническая и химическая промышленность. Здесь из пластмасс изготовляют корпуса, панели, колодки, изоляторы, баки, трубы и другие детали, подвергающиеся действию кислот, щелочей и т. п. В дру­гих отраслях машиностроения пластмассы применяют, главным образом, для производства корпусных деталей, шкивов, вкладышей под­шипников, фрикционных накладок, втулок, маховичков, рукояток…

Технико-экономическая эффективность применения пластмасс и композитных материалов в машиностроении определяется в основном значительным снижением массы машин и повышением их эксплуатационных качеств, а также экономией цветных металлов и сталей. Замена металла пластмассами значительно снижает трудоемкость и себестоимость машиностроительной продукции. При замене черных металлов пластмассами трудоемкость изготовления деталей уменьшается в среднем в 5. . .6 раз, а себестоимость - в 2. . .6 раз. При замене пластмассами цветных металлов себестоимость снижается в 4. . .10 раз.

Порошковые материалы получают методом порошковой метал лургии, сущность которой состоит в изготовлении деталей из порошков металлов путем прессования и последующего спекания в пресс-формах. Применяют порошки однородные или из смеси различных металлов, а также из смеси металлов с неметаллическими материалами, например с графитом. При этом получают материалы с различными механическими и физическими свойствами (например, высокопрочные, износостойкие, антифрикционные и др.).

В машиностроении наибольшее распространение получили детали на основе железного порошка. Детали, изготовленные методом порошковой металлургии, не нуждаются в последующей обработке резанием, что весьма эффективно при массовом производстве. В условиях современного массового производства развитию порошковой металлургии уделяется большое влияние.

Использование вероятностных методов расчета.

Основы теории вероятности изучают в специальных разделах математики. В курсе деталей машин вероятностные расчеты используют в двух видах: принимают табличные значения физических величин, подсчитанные с заданной вероятностью (к таким величинам относятся, например, ме­ханические характеристики материалов σ в, σ_ 1 , твердость Н и др., ресурс наработки подшипников качения и пр.); учитывают заданную вероятность отклонения линейных размеров при определении расчетных значений зазоров и натягов, например в расчетах соединений с натягом и зазоров в подшипниках скольжения при режиме жидкостного трения.

Установлено, что отклонения диаметров отверстий D и валов d подчиняются нормальному закону распределения (закону Гаусса). При этом для определения вероятностных зазоров S p и натягов N p получены зависимости:

Sp min - max = ,
,

где верхние и нижние знаки относятся соответственно к мини­мальному и максимальному зазору или натягу, S = 0,5 (S min +S max), N =0.5(Nmin +N max); допуски T D = ES - EJ и T d =es-ei; ES , es -верхние, a EJ , ei -нижние предельные отклонения размеров.

Коэффициент С зависит от принятой вероятности Р обеспечения того, что фактическое значение зазора или натяга располагается в пределах S P min …S P max или N P min … N P max:

P ……….. 0.99 0.99 0.98 0.97 0.95 0.99

C ……… 0.5 0.39 0.34 0.31 0.27 0.21

На рис. представлено графическое изображение параметров формулы для соединения с натягом. Здесь f (D ) и f (d ) плотности
распределения вероятностей случайных величин D и d . Заштрихованы участки кривых, которые не учитывают как маловероятные при расчетах с принятой вероятностью Р.

Применение вероятностных расчетов позволяет существенно повысить допускаемые нагрузки при малой вероятности отказов. В условиях массового производства это дает большой экономический эффект.

Надежность машин .

Приняты следующие показатели надёжности:

Показатели безотказности

Вероятность безотказной работы – вероятность того, что в пределах заданной наработки, отказ не возникнет.

Средняя наработка до отказа – математическое ожидание наработки до отказа невосстанавливаемого изделия.

Средняя наработка на отказ – отношение наработки восстанавливаемого объекта к математическому ожиданию числа его отказов в течение этой наработки.

Интенсивность отказов – показатель надёжности невосстанавливаемых изделий, равный отношению среднего числа отказавших в единицу времени объектов к числу объектов, оставшихся работоспособными.

Параметр потока отказов - показатель надёжности восстанавливаемых изделий, равный отношению среднего числа отказов восстанавливаемого объекта за произвольную малую его наработку к значению этой наработки (соответствует интенсивности отказов для неремонтируемых изделий, но включает повторные отказы).

Показатели долговечности

Технический ресурс (ресурс) – наработка объекта от начала его эксплуатации или возобновления эксплуатации после ремонта до предельного состояния работоспособности. Ресурс выражается е единицах времени работы (обычно в часах), или длины пути пробега (в километрах), или в количестве единиц выпускаемой продукции.

Срок службы – календарная наработка до предельного состояния работоспособности (в годах).

Показатели ремонтопригодности и сохраняемости

Среднее время восстановления до работоспособного состояния.

Вероятность восстановления до работоспособного состояния в заданное время.

Сроки сохраняемости: средний и γ - процентный.

Комплексные показатели (для сложных машин и поточных линий.)

Различают три периода, от которых зависит надежность: проектирования, производства, эксплуатации.

При проектировании закладываются основы надежности. Плохо продуманные, неотработанные конструкции не бывают надежными. Конструктор должен отразить в расчетах, чертежах, технических ус­ловиях и другой технической документации все факторы, обеспечивающие надежность.

При производстве обеспечиваются все средства превышения надёж ности, заложенные конструктором. Отклонения от конструкторской документации нарушают надежность. В целях исключения влияния дефектов производства все изделия необходимо тщательно контролировать.

При эксплуатации реализуется надежность изделия. Такие понятия надежности, как безотказность и долговечность, проявляются только в процессе работы машины и зависят от методов и условий ее эксплуатации, принятой системы ремонта, методов технического обслуживания, режимов работы и пр.

Основные причины, определяющие надежность, содержат элементы случайности. Случайны отклонения от номинальных значений характеристик прочности материала, номинальных размеров деталей и прочих показателей, зависящих от качества производства; случайны отклонения от расчетных режимов эксплуатации и т. д. Поэтому для описания надежности используют теорию вероятности.

Надежность оценивают вероятностью сохранения работоспособно сти в течение заданного срока службы . Утрату работоспособности называют отказом . Если, например, вероятность безотказной работы изделия в течение 1000 ч. равна 0,99, то это значит, что из некоторого большого числа таких изделий, например из 100, один процент или одно изделие потеряет свою работоспособность раньше чем через 1000 ч. Вероятность безотказной работы (или коэффициент надежности) для нашего примера равна отношению числа надежных изделий к числу изделий, подвергавшихся наблюдениям:

P(t) =99/100=0,99.

Значение коэффициента надежности зависит от периода наблюдения t , который включен в обозначение коэффициента. У изношенной машины Р(t ) меньше, чем у новой (за исключением периода обкатки, который рассматривают особо).

Коэффициент надежности сложного изделия выражается произве­дением коэффициентов надежности составляющих элементов:

P (t )= P 1 (t ) P 2 (t )... P n (t ).

Анализируя эту формулу, можно отметить следующее;

- надежность сложной системы всегда меньше надежности самого ненадежного элемента, поэтому важно не допускать в систему ни од ного слабого элемента.

- чем больше элементов имеет система, тем меньше ее надежность. Если, например, система включает 100 элементов с одинаковой надежностью Р п (t) = 0,99, то надежность P(t) = 0,99 100 0,37. Такая система, конечно, не может быть признана работоспособной, так как онабольше простаивает, чем работает. Это позволяет понять, почему проблема надежности стала особенно актуальной в современный период развития техники по пути создания сложных автоматических систем. Известно, что многие такие системы (автоматические линии, ракеты, самолеты, математические машины и др.) включают десятки и сотни тысяч элементов. Если в этих системах не обеспечивается достаточная надежность каждого элемента, то они становятся непригодными или неэффективными.

Изучением надежности занимается самостоятельная отрасль науки и техники.

Ниже излагаются основные пути повышения надежности на стадии проектирования, имеющие общее значение при изучении настоящего курса.

1. Из предыдущего ясно, что разумный подход к получению высокой надежности состоит в проектировании по возможности простых изделий с меньшим числом деталей. Каждой детали должна быть обеспечена достаточно высокая надежность, равная или близкая к надежности остальных деталей.

2. Одним из простейших и эффективных мероприятий по повышению надежности является уменьшение напряженности деталей (повышение запасов прочности). Однако это требование надежности вступает в противоречие с требованиями уменьшения габаритов, массы и стоимости изделий. Для примирения этих противоречивых требований рационально использовать высокопрочные материалы и упрочняющую технологию: легированные стали, термическую и химико-термическую обработку, наплавку твердых и антифрикционных сплавов на поверхность деталей, поверхностное упрочнение путем дробеструйной обработки или накатки роликами и

т. п. Так, например, путем термической обработки можно увеличить нагрузочную способность зубчатых передач в 2 - 4 раза. Хромирование шеек коленчатого вала автомобильных двигателей увеличивает срок службы по износу в 3 - 5 и более раз. Дробеструйный наклеп зубчатых колес, рессор, пружин и прочее повышает срок службы по усталости материала в 2-3 раза.

Эффективной мерой повышения надежности является хорошая система смазки: правильный выбор сорта масла, рациональная система подвода смазки к трущимся поверхностям, защита трущихся поверхностей от абразивных частиц (пыли и грязи) путем размещения изделий в закрытых корпусах, установки эффективных уплотнений и т. п.

Статически определимые системы более надежны. В этих системах меньше проявляется вредное влияние дефектов производства на распределение нагрузки.

Если условия эксплуатации таковы, что возможны случайные перегрузки, то в конструкции следует предусматривать предохрани тельные устройства (предохранительные муфты или реле максимального тока).

Широкое использование стандартных узлов и деталей, а также стандартных элементов конструкций (резьб, галтелей и пр.) повышает надежность. Это связано с тем, что стандарты разрабатывают на основе большого опыта, а стандартные узлы и детали изготовляют на специализированных заводах с автоматизированным производством. При этом повышаются качество и однородность изделий.

7. В некоторых изделиях, преимущественно в электронной аппаратуре, для повышения надежности применяют не последовательное, а параллельное соединение элементов и так называемое резервирование. При параллельном соединении элементов надёжность системы значительно повышается, так как функцию отказавшего элемента принимает на себя параллельный ему или резервный элемент. В машиностроении параллельное соединение элементов и резервирование применяют редко, так как в большинстве случаев они приводят к значительному повышению массы, габаритов и стоимости изделий, Оправданным применением параллельного соединения могут служить самолеты с двумя и четырьмя двигателями. Самолет с четырьмя двигателями не терпит аварии при отказе одного и даже двух двигателей.

8. Для многих машин большое значение имеет ремонтопригодность. Отношение времени простоя в ремонте к рабочему времени является одним из показателей надежности. Конструкция должна обеспечивать легкую доступность к узлам и деталям для осмотра или замены. Сменные детали должны быть взаимозаменяемыми с запасными частями. В конструкции желательно выделять так называемые ремонтные узлы. Замена поврежденного узла заранее подготовленным значительно сокращает ремонтный простой машины.

Перечисленные факторы позволяют сделать вывод, что надежность является одним из основных показателей качества изделия. По надеж ности изделия можно судить о качестве проектно-конструкторских работ, производства и эксплуатации.

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (МАДИ)

В.Ф. Водейко

Детали машин

И основы конструирования

Учебно-методическое пособие

МОСКВА 2017

МОСКОВСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

В.В. ВОДЕЙКО

ДЕТАЛИ МАШИН

И ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ

Допущено УМО вузов РФ по образованию в области транспортных машин и транспортно-технологических комплексов в качестве учебно-методического пособия для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки бакалавров «Технология транспортных процессов»

2017 УДК 531.8.624.042

ББК 34.41.30.121

Рецензенты:

проф. каф. «Технология конструкционных материалов» МАДИ,

д-р техн. наук, проф. Чудина О.В.

доц. кафедры строительных конструкций МАДИ,

канд. техн. наук, доц. Иванов-Дятлов В.И.

Водейко В.Ф.

Н624 Детали машин и основы конструирования. Учебно-методическое пособие.- М.: МАДИ, 2017 - 198 с.

В настоящем учебно-методическом пособии изложены принципы расчета на прочность элементов зубчатых передач, а именно, цилиндрических, конических, планетарных, червячных, исходя из основных критериев их работоспособности. Приведены принципы рационального выбора конструкционных материалов и их термической или химико-термической обработки деталей, которые работают в условиях переменных внешних нагрузок.

В пособие включены вопросы (методы) расчета плоскоременных и клиноременных передач с использованием кривых скольжения, а также расчеты на прочность разъемных и неразъемных соединений. Приведены расчеты валов на прочность, их классификация, виды повреждений и методика выбора подшипников качения в условиях действия радиальных и осевых нагрузок с учетом эксплуатационных, технологических и экономических требований. Имеется краткое описание конструкций соединительных муфт, их свойства и применение в машиностроении.

УДК 531.8:624.042

ББК 34.41:30.121

Предисловие

Предлагаемое учебно-методическое пособие подготовлено автором, в течение многих лет работающим на кафедре «Детали машин и теории механизмов» МАДИ. Материал пособия базируется на систематизации основных сведений по теоретическим вопросам проектирования машин на примерах деталей общего назначения: передач, соединений, муфт и других. Приведены практические рекомендации их расчета и конструирования.

Пособие отражает многолетние традиции отечественной инженерной школы конструирования не только общего, но и специального механического оборудования - двигателей внутреннего сгорания и других систем.

Одним из ярких представителей инженерной школы является Заслуженный деятель науки и техники РСФСР, д.т.н., профессор Георгий Сергеевич Маслов, который много лет был заведующим кафедрой МАДИ и членом нескольких научно-технических советов. В том числе Центрального института авиационного моторостроения (ЦИАМ).

При написании данного пособия была поставлена цель – дать студентам в сжатой и доступной форме базовые знания о творческом процессе создания современных конструкций машин и механизмов, отвечающих ряду противоречивых требований: таких, как прочность и легкость, надежность и долговечность, технологичность и минимальная стоимость.

Cправочные данные о выпускаемых промышленностью редукторах, выборе геометрии деталей и их материалов, а также расчетных зависимостей, необходимых для курсового проектирования, представлены в списке литературы.

Настоящее пособие в значительной степени адаптировано для самостоятельной работы студентов и, особенно, студентов вечерней формы обучения.

Глава 1. Введение в курс «Детали машин и основы конструирования».

1.1. Задачи и содержание курса «Детали машин и основы конструирования»

Основная задача курса - изучение методов инженерных расчетов и проектирования на базе типовых элементов машин. Типовыми называются детали и узлы, входящие в состав большинства машин: соединения (сварные, резьбовые, шлицевые), передачи (зубчатые, червячные, ременные, цепные и др.), элементы передач (валы, подшипники, муфты).

Специальные элементы машин, применяемые в отдельных группах машин и определяющие их специфику (двигатели внутреннего сгорания, гидравлические машины) изучаются в специальных курсах, но общие методы расчета и проектирования, изучаемые в курсе «Детали машин и основы конструирования», распространяются и на специальные элементы машин.

Общая классификация деталей машин.

Передачи – механизмы, предназначенные для передачи энергии с одного вала на другой, как правило, с увеличением или уменьшением их угловых скоростей и соответствующим изменением крутящих моментов.

Детали , обслуживающие вращение (детали передач).

Соединения служат для изготовления машин из различных деталей, вызываются необходимостью соединения их между собой.

Передачи.

Машина состоит из двигателя, передачи, исполнительного механизма и системы управления.

Двигатели, исполнительные механизмы и элементы управления имеют много специфического и изучаются в специальных курсах. Наиболее общей частью всех машин является передача. Она служит для передачи движения от двигателя к исполнительному механизму, изменения скорости, направления и характера движения, изменения и распределения крутящего момента и др. функций.

В современном машиностроении применяются механические, гидравлические, электрические и пневматические передачи. В курсе «Детали машин и основы конструирования» рассматриваются механические передачи, которые имеют наибольшее распространение. Они широко применяются как отдельно, так и в составе гидромеханических, электромеханических и других сложных передач.

В свою очередь механические передачи разделяются на:

1. Передачи зацеплением;

2. Передачи трением.

Передачи могут быть с постоянным передаточным числом (редукторы, ускорители) и с переменным передаточным числом (коробки перемены передач и др.).

Редукторы более распространены, чем ускорители.

Коробки передач могут быть со ступенчатым и бесступенчатым регулированием передаточного числа (автоматические).

Исходные параметры, характеризующие кинематику и динамику передачи: N д,n д,u,η . (рис 1).

Другие, интересующие конструктора параметры, являются производными:

Основные направления развития механических передач:

1. повышение и расширение диапазона передаваемой мощности и скорости;

2. повышение надежности и долговечности;

3. повышение КПД, снижение массы и габаритов;

4 расширение автоматизации работы и управления.

Зубчатые передачи. Основные достоинства:

1. высокая нагрузочная способность;

2. надежность и высокий КПД;

3. постоянство передаточного числа и широкий диапазон его изменения;

4. возможность передавать большие мощности и иметь большую частоту вращения;

5. компактность, малые нагрузки на валы и опоры.

Недостатки зубчатых передач:

1. потребность в высокой точности изготовления и монтажа для снижения вибраций, шума при больших скоростях вращения;

2. большие габариты при больших потребных межосевых расстояниях.

Пути совершенствования зубчатых передач:

1. оптимизация схемы передачи (тип, многопоточность и др.);

2. высокопроизводительные методы изготовления (накатка, протяжка и др.);

3. термохимическое и механическое упрочнение;

4. точность доводочных операций;

5. новые материалы и новые виды зацеплений;

6. точность расчетов и др.

Классификация зубчатых передач.

По взаимному расположению осей валов : цилиндрические, конические, гипоидные, винтовые. Наиболее распространены цилиндрические, как более простые и надежные. Конические, гипоидные и винтовые применяют для передачи вращения между перекрещивающимися или пересекающимися валами.

По форме зубьев : с прямыми, косыми, шевронными и криволинейными зубьями. Прямые зубья вытесняются косыми, шевронными и криволинейными как более перспективными.

По перемещению осей валов в пространстве : не планетарные, (простые) и планетарные. Применение планетарных передач расширяется.

Наибольшее распространение имеет эвольвентное зацепление благодаря простоте нарезания, возможности смещения по профилю, малой чувствительности к некоторому изменению межосевого расстояния.

Различают передачи также по точности изготовления, скорости, числу ступеней, материалу, наличию корпуса и др. особенностям.

Нормы точности изготовления зубчатых колес.

Точность зубчатых передач регламентируется по ГОСТ 1643-81 для цилиндрических зубчатых передач и ГОСТ 1758-81 для конических зубчатых передач (табл. 1)

Степень точности изготовления зубчатых колес

Таблица 1

Примечание. Зубчатые передачи редукторов должны изготовляться не ниже степени точности 8 - 7 - 7 - В (ГОСТ 1643 81).

Шероховатость рабочих поверхностей: зубьев шестерен с модулем до 5 мм – не ниже 7-го класса, зубьев колес – не ниже 6-го класса. При большем модуле – на один класс ниже.

Степень точности выбирается в зависимости от назначения и условий работы передач. Основной критерий – окружная скорость. Для общепромышленных передач с прирабатывающимися колесами (НВ≤350) степени точности выбирается по табл. 2.

Значения степени точности Таблица 2

Прямозубые передачи можно применять при V<2 м/с, а также тогда, когда осевая сила совершенно недопустима. Нужно учитывать, что в равных условиях косозубые передачи передают нагрузку в 1,35 раза большую, чем прямозубые.

Каждая степень точности характеризуется тремя нормами:

а) норма кинематической точности;

б) норма плавности работы;

в) норма контакта.

Норму кинематической точности можно принимать по таблице 2 на одну степень грубее. Например: при степени точности 7, норму кинематической точности можно принять 7 или 8.

Норма плавности работы определяет виброакустические характеристики передачи и её надо выбирать не ниже табличной. В редукторах - не грубее 8-й степени.

Пятно контакта определяет несущую способность передачи. Норму контакта принимают по таблице 2 или на одну степень выше. При, например, степени точности 8 норму контакта можно взять 8 или 7. В редукторах норму контакта - не грубее 8-й степени. В передачах с твердостью шестерни и колеса >НВ 350, с окружной скоростью 12,5 м/с следует принимать степень точности не ниже 9 - 8 - 7 - В. При скорости от 12,5 до 20 м/с не ниже 8 - 7 - 7 - В.

Независимо от степени точности стандартизирован вид сопряжения колес в порядке увеличения бокового зазора: H, E, D, С, B, A.

В сопряжениях Н – минимальный боковой зазор = 0. В передачах рекомендуют сопряжение В.

Примеры обозначения:

а) 9 - 8 - 7 - В ГОСТ 1643-81, где

9 – норма кинематической точности;

8 – норма плавности;

7 – норма контакта;

В – вид сопряжения.

б) 8 - В ГОСТ 1643-81, если по всем трём нормам назначена одна степень точности.

На контактную выносливость

2.1. Причины разрушения (отказов) зубьев.

При передаче крутящего момента Т 1 зуб подвергается изгибу, сжатию, повреждению рабочих поверхностей зубьев и износу от силы трения , (рис.5), где

f – коэффициент трения.

Повреждение рабочих поверхностей зубьев, усталостное выкрашивание зубьев, является основным видом повреждения. Причина усталостного разрушения вызвана переменными контактными и изгибными напряжениями и (рис.6). Как видно, среднее время одного цикла , т.е. оно сопоставимо с временем удара.

Усталостное выкрашивание начинается в зоне, где создаются наиболее неблагоприятные условия: большие давления и силы трения, разрыв масляной пленки и др. явления. В этой зоне появляются микротрещины, развитие которых приводит к осповидному выкрашиванию, которое разрастается в увеличивающиеся по числу и размерам раковинки, что уменьшает несущую поверхность зубьев. Начинается нарушение смазки, увеличиваются шум и вибрации. Таким образом, в месте контакта возникают контактные напряжения, вызывающие pitting – усталостное выкрашивание рабочей поверхности зубьев. При поверхностной твердости НВ <350 выкрашивание прекращается, происходит сглаживание поверхностей.

При твердости НВ ≥350 трещины на ножках зубьев вступают в зону контакта выходящими на поверхность концами. В результате – масло, находящееся в трещине, запирается и под действием внешнего давления расклинивает трещину (рис.7а). Начинается процесс прогрессивного выкрашивания, обычно вблизи полюсной линии на ножках зубьев там, где нагрузка передается одной парой зубьев (рис.7в).

в

Трещины на поверхности головок зубьев входят в зону контакта глубинными концами и в процессе перекатывания масло из трещин выжимается (рис.7б). Таким образом, смазка, кроме уменьшения трения, охлаждения поверхности контакта, снижения пики контактных напряжений, может увеличивать скорость выкрашивания поверхностей контакта.

Таблица 3

Степень точности	Коэффициент	Окружная скорость, v, м/с
	K Hv	1,03	1,06	1,12	1,17	1,23	1,28
1,01	1,02	1,03	1,04	1,06	1,07
K Fv	1,06	1,13	1,26	1,40	1,58	1,67
1,02	1,05	1,10	1,15	1,20	1,25
	K Hv	1,04	1,07	1,14	1,21	1,29	1,36
1,02	1,03	1,05	1,06	1,07	1,08
K Fv	1,08	1,16	1,33	1,50	1,67	1,80
1,03	1,06	1,11	1,16	1,22	1,27
	K Hv	1,04	1,08	1,16	1,24	1,32	1,40
1,01	1,02	1,04	1,06	1,07	1,08
K Fv	1,10	1,20	1,38	1,58	1,78	1,96
1,03	1,06	1,11	1,17	1,23	1,29
	K Hv	1,05	1,10	1,20	1,30	1,40	1,50
1,01	1,03	1,05	1,07	1,90	1,12
K Fv	1,13	1,28	1,50	1,77	1,98	2,25
1,04	1,07	1,14	1,21	1,28	1,36

Коэффициент неравномерности распределения нагрузки между зубьями. Зависит от податливости пары зубьев и их склонности к приработке. определяется по табл.4

Таблица 4

Заметим, что в таблицах приведены также данные для определения коэффициентов и , о которых пойдет речь ниже.

Введя в формулу (2.2) W t – удельную расчетную окружную силу , получим Н/мм. (2.4)

Для определения приведенного радиуса кривизны , входящего в исходное уравнение 2.1, требуется решить два прямоугольных треугольника О1ЕР и О2DР из рис.12 при известных радиусах кривизны ρ э1 и ρ э2 . В этих треугольниках за радиус кривизны шестерни и колеса ρ 1 и ρ 2 приняты отрезки от основания перпендикуляра, опущенного на линию зацепления N-N до полюса зацепления Р , в котором косозубые колеса заменены эквивалентными прямозубыми эллиптическими колесами. Таким образом

или мм.

Подставляя все полученные данные в исходное уравнение Герца (2.1), получим .

Заменив в знаменателе и введя обозначения:

– коэффициент, учитывающий форму сопряженных поверхностей зубьев, - коэффициент, учитывающий механические свойства материала зубчатых колес, и - коэффициент, учитывающий суммарную длину линий контакта зубьев, получим формулу для проверочного расчета зубчатых колес на контактную выносливость

(2.5)

Как видно из формулы, контактное напряжение увеличивается при увеличении действия крутящего момента Т 1 и уменьшается при увеличении ширины , диаметра и угла наклона β зубчатых колес.

Коэффициент Z H в среднем равен Z H =2,5. При отсутствии смещения режущего инструмента (х=0) и пользуются формулой .

Коэффициент для стальных зубчатых колес при модуле упругости Мпа и .

При модуле упругости Мпа значение .

Коэффициент для косозубых и шевронных зубчатых передач при >0,9 , где . При =1,2…1,8 в среднем можно принять =0,9.

Для проверочного расчета при действии максимальной нагрузки с целью предотвращения остаточных деформаций или хрупкого разрушения поверхностного слоя зубьев следует пользоваться формулой:

. (2.6)

Здесь Т max – пиковый момент при пуске двигателя под нагрузкой. Находится из данных каталога на рыночные электродвигатели .

Ширина зубчатого венца.

Коэффициент ширины зубчатого венца регламентируется ГОСТ 2185-66. Для цилиндрических передач рекомендуется выбирать в зависимости от твердости колес и расположения колес относительно опор вала (табл.6).

При выборе коэффициента следует учитывать то, что при меньшей ширине колес погрешности изготовления и сборки менее сказываются, чем при широких колесах.

В косозубых передачах угол наклона .

Таблица 6

Ширину b 1 и b 2 принимают из рядов стандартных размеров R a 5 или R a 10 (ГОСТ 6636 – 69).

Вопросы для самоконтроля

1. Роль машиностроения в народном хозяйстве и основные тенденции его развития.

2. Качество изделий и его показатели.

3. Показатели надежности изделий.

5. Передачи в машинах, их типы и назначение.

6. Зубчатые передачи, их достоинства и недостатки. Классификация.

7. Нормы точности зубчатых передач и виды сопряжений. Дать пример и пояснить обозначения.

8. Геометрические зависимости в прямозубых и косозубых передачах. Преимущества и недостатки.

9. Усилия, действующие в прямозубых и косозубых цилиндрических передачах.

10. Стандартные параметры зубчатых передач.

11. Причины отказов и предпосылки к расчету цилиндрических зубчатых передач на контактную выносливость.

12. Исходная зависимость Расчетная нормальная нагрузка для прямозубых и косозубых цилиндрических передач.

13. Удельная расчетная окружная нагрузка на зуб.

14. Приведенная кривизна пары зубьев прямозубых и косозубых передач.

15. Формула проверочного расчета на контактную выносливость цилиндрических зубчатых передач.

16. Формула проверочного проектного расчетов на контактную выносливость цилиндрических зубчатых передач.

17. Формулы проверочного расчета при действии максимальной нагрузки. Эквивалентные цилиндрические зубчатые колеса.

18. Предпосылки к расчету цилиндрических зубчатых передач на изгибную выносливость. Расчетная схема и вывод расчетной зависимости.

19. Коэффициент формы зуба.

20. Формула проверочного проектного расчетов цилиндрических зубчатых передач на изгибную выносливость..

21. Коэффициент формы зуба и условие равномерности зубьев шестерни и колеса.

С прямыми зубьями

Силу нормального давления , действующую в нормальной плоскости N-N к поверхности зуба, раскладываем на две составляющие: окружную F t и вспомогательную F v . Перенося вспомогательную F v на основной рис. 20 и раскладывая её на составляющие, получим остальные силы: радиальную F r и осевую F a .

Так как крутящий момент на шестерне T 1 известен, следовательно, известно окружное усилие в среднем сечении на среднем начальном диаметре

Н (4.7)

Из сечения n-n

или

Из рис. 20а

Для колеса ; . Из рис. 20б находим равнодействующую сил F a и F r . Направление ее действия – к центру вала

Проверочный и проектный

Основными причинами выхода из строя конических колес являются усталостное выкрашивание материала с рабочих поверхностей зубьев и поломка зубьев вследствие усталости.

Расчет производится так же как расчет цилиндрической косозубой передачи с эквивалентными зубчатыми колесами и в среднем сечении зуба (Рис.22а). Такой метод позволяет использовать ранее полученные зависимости.

В исходной формуле Герца заменим приведенный радиус кривизны , на найденный из рис. 22б.

Здесь в сечении О 1 О 2 в полюсе зацепления Р отрезок АР соответствует радиусу кривизны шестерни , а отрезок ВР – радиусу кривизны колеса .

Рассматривая прямоугольные треугольники и , оставляя только знак суммы (+), поскольку конические передачи бывают только с внешним зацеплением, получим:

мм. (4.11)

Из расчета приведенного радиуса следует, что его величина изменяется пропорционально среднему диаметру шестерни, значит отношение q H /r пр (формула 2.2) постоянно и, следовательно, постоянно контактное напряжение в любом сечении. Поэтому за расчетное принимают среднее сечение зуба (рис.18б и 22а). В дополнение к этому вводится коэффициент прочности конических передач , который учитывает конструкцию зубчатых конических колес.

Принимая во внимание эти особенности, после подстановок в формулу Герца, (раздел 2.3), получим формулу для проверочного расчета на контактную прочность любых конических передач:

(4.12)

Здесь - коэффициент формы сопряженных поверхностей зубьев. Для , где β - угол наклона зуба. Если колесо с круговой формой зуба, то обычно принимают .

Для стальных колес МПа ½ .

- коэффициент, учитывающий длину контактной линии зацепления конических колес. Обычно , где , см. раздел 2.4.

- удельная расчетная окружная сила.

Коэффициент зависит от и определяется по графикам на рис.23 в зависимости от конструктивной схемы конической передачи, типа опор колес – I ш (шариковые), I р (роликовые), а также твердости материала колес.

Здесь: , . Сплошные и штрихпунктирные линии относятся к коническим передачам с прямыми зубьями.

Коэффициент прочности конических передач. Определяется по таблице 13 в зависимости от вида конической передачи, твердости материала колес и передаточного числа:

для прямозубых конических колес;

для конических колес с круговыми зубьями.

Коэффициент динамичности нагрузки - для конических колес находится по таблице 9. Он зависит от степени точности по нормам плавности работы передачи и окружной скорости колес.

Рис. 23. Изменение коэффициентов в зависимости от конструктивных соотношений в коническом зацеплении и твердости зубьев.

а) схемы передач; абсцисса на графиках ; б) для зубьев с твердостью ; в) для зубьев с твердостью

Коэффициент для конических колес

Таблица 9

Коэффициенты прочности зубьев и в конической передаче.

Таблица 10

Рис. 24. График для определения для косозубых передач:

(цифры у кривых означают степень точности по нормам плавности работы по ГОСТ 1643-81)

Коэффициент неравномерности нагрузки зубьев для колес с круговой формой зуба определяют по графику рис. 24 в зависимости от степени точности по нормам плавности работы.

Для прямозубых конических передач , - диаметр в среднем сечении зуба шестерни.

Коэффициент для конических колес Таблица 11

Степень точности по нормам плавности работы ГОСТ 1758-81	Твердость рабочей поверхности зубьев	Значение K FV при окружной скорости V м/с
V < 3	3 £ V < 8
	Н 2 < 350 HB	1,15	1,35
H 1 и H 2 > 350 HB	1,15	1,25
	Н 2 < 350 HB	1,25	1,45
H 1 и H 2 > 350 HB	1,2	1,35
	Н 2 < 350 HB	1,5	-
H 1 и H 2 > 350 HB	1,4	-

Обозначив и решая уравнение (4.12) относительно , получим формулу для проектного расчета диаметра в среднем сечении конической шестерни, одного из главных геометрических параметров:

мм. (4.13)

Здесь К d - вспомогательный коэффициент. Для конических прямозубых передач (МПа) 1/3 , и K d = 590…520 (МПа) 1/3 для передач с круговыми зубьями (); величина коэффициента относительной ширины зубчатого венца
или , при условии пропорциональности ширины колес конусному расстоянию .

На изгибную выносливость

Условие равной прочности зубьев колеса и шестерни на изгибную выносливость выглядит как равенство двух отношений:

Проверочный расчет по формуле (4.12) ведется для того из колес, у которого отношение меньше.

Вопросы для самоконтроля

1. Геометрические зависимости в конических зубчатых передачах: передаточное число, средние диаметры, внешнее и среднее конусные расстояния, коэффициент ширины?

2. Модули, применяемые в конической зубчатой передаче?

3. Эквивалентное число зубьев конических зубчатых передач?

4. Усилия, действующие в конической зубчатой паре?

5. Конические колеса с круговой формой зуба. Достоинства, недостатки, способ нарезания зубьев.

6. Особенности расчета конических зубчатых передач на контактную прочность: проверочный и проектный?

7. Особенности расчета конических зубчатых передач на изгибную выносливость: проверочный и проектный?

8. Эквивалентное и биэквивалентное число зубьев?

С учетом графика нагрузки.

При расчете зубчатых передач на контактную выносливость

допускаемые напряжения определяют раздельно для шестерни и колеса:

, МПа, (5.1)

МПа, (5.2)

где - предел контактной выносливости зубьев, соответствующий базовому числу циклов перемены напряжений - длительный предел контактной выносливости. Его значения определяют по таблице 14 в зависимости от средней твердости Н НВ или H HRC .

Предел контактной выносливости s H 0

Таблица 14

- коэффициент долговечности.

Здесь: - базовое число циклов перемены напряжений, соответствующее длительному пределу выносливости, определяется по графику (Рис.28) или по формуле:

- эквивалентное число циклов перемены напряжений, определяемое в зависимости от характера и длительности действия нагрузки (рис.29).

Рис. 28. График для определения базового числа циклов перемены напряжений

При постоянном режиме нагружения ()