Мархель И.И. Детали машин

Подождите немного. Документ загружается.

б)

Рис. 1.4. Передачи с гибкой связью: а — ременная; б — цепная

по спбсобу соединения деталей:

• передачи с непосредственным контактом тел вращения (фрикцион

ные, зубчатые, червячные, передачи винт-гайка — см. рис. 1.3);

• передачи с гибкой связью (ременная, цепная — см. рис. 1.4).

Кинематические схемы механических передач приведены на рис. 1.5 и рис. 1.6.

Краткая характеристика этих передач (рис. 1.5): передачи зубчатые цилиндрические между

параллельными валами (а — с прямыми и косыми зубьями; б — с шевронными зубьями; в —

внутреннего зацепления; г — реечные); передачи зубчатые конические между пересекающимися

валами (д — с прямыми, косыми и круговыми зубьями; е — коническая — гипоидная); передачи

зубчатые (цилиндрические) между скрещивающимися валами (ж — винтовая).

На рис. 1.6, а показано схематичное изображение червячной передачи; 1.6, б — цепной передачи;

1.6, в — передачи винт-гайка; 1.6, г — ременной передачи.

Как классифицировать передачу, показанную на рис. 1.2? Полный ответ запишете в

конспект.

д)

Рис. 1.5. Кинематические схемы механических передач: а — цилиндрические зубчатые передачи с внешним

зацеплением; б — цилиндрические передачи с внутренним зацеплением; в — передача шестерня—рейка; г —

конические зубчатые передачи с пересекающимися осями валов; д — гипоидная передача; е — передачи зубчатые

цилиндрические со скрещивающимися валами

Рис. 1.6. Кинематические схемы механических передач: а — червячная передача; б — цепная

передача; в — передача винт-гайка; г — ременная передача

1.3. Вы ознакомились с назначением, принципом работы и классификацией механических

передач. Вам необходимо ответить на вопросы контрольной карточки 1.1.

Контрольная карточка 1.1

II III IV

Рис. 1.7. Кинематическая схема многоступенчатой передачи

Вопрос Ответы Код

Опишите взаимное по-

ложение валов в передаче 10

—11, см. рис. 1.7

Передача с параллельными осями валов

Передача с пересекающимися осями валов

Передача с перекрещивающимися осями валов

Определить нельзя

Показать на рис. 1.7 чер-

вячную передачу

Поз. 2-3

Поз. 4-5

Поз. 6-7

Поз. 10-11

Поз. 12-13

Покажите на рис. 1.7 ма-

шину-орудие (поз. I, II, III,

IV)

III

Какое назначение меха-

нических передач

Вырабатывать энергию

Воспринимать энергию

Затрачивать энергию на преодоление внешних сил, не-

посредственно связанных с процессом производства

Преобразовывать скорость, вращающий момент, направление

вращения

Как классифицируют зуб-

чатую передачу по прин-|

ципу передачи движения?

Трением

Зацеплением

Непосредственно контактом деталей, сидящих на веду-

щем и ведомом валах

Передача гибкой связью

§ 3. Основные кинематические и силовые отношения в передачах

1.4. В механических передачах ведомыми звеньями называют детали передач (катки, шкивы, зубчатые

колеса и т. п.), получающие движение от ведущих звеньев.

Рис. 1.8. Трехступенчатая передача

Рис. 1.9. Кинематика цилиндрической передачи

В машиностроении принято обозначать угловые и окружные скорости, частоту вращения, диаметры

вращающихся деталей ведущих валов индексами нечетных цифр, ведомых — четными. Например, для

колес трехступенчатой передачи (рис. 1.8) обозначения частот вращения следующие: л, — ведущего

вала I; п

— ведущей шестерни вала II; п

— ведущей шестерни вала III; п

— промежуточного ведомого

вала II; п

— ведомого колеса вала III; п

— ведомого колеса вала IV.

Начертите в конспекте трехступенчатую передачу (рис. 1.8) и обозначьте диаметры ведущих

и ведомых катков буквой D с соответствующим'индексом.

1.5. Все механические передачи характеризуются передаточным числом или отношением.

Рассмотрим работу двух элементов передачи (рис. 1.9), один из которых будет ведущим, а второй

— .ведомым.

Введем следующие обозначения: ω

и п

— угловая скорость и частота вращения ведущего вала,

выраженные соответственно рад/с и об/мин; ω

и п

— угловая скорость и частота вращения ведомого

вала; D

и D

- диаметры вращающихся деталей (шкивов, катков и т. п.); v

и v

— окружные скорости,

м/с.

Отношение диаметров ведомого элемента передачи к ведущему называют передаточным числом

u = D

. (1.1)

Если известны параметры передачи — диаметры D

и D

или числа зубьев z

и z

, передаточное

число и определяем следующим образом.

Для зубчатых передач передаточное число и — отношение числа зубьев ведомого колеса к числу

зубьев ведущего колеса, т. е. и = z

, где z

и z

— числа зубьев соответственно ведомого и ведущего

колеса.

Итак, передаточное число

U=ω

/ω

(1.2)

(обратите внимание на индексы у букв ω, п, D и z.);



относится к

фрикционной передаче без учета скольжения.

Если и> 1, передачу называют понижающей, если и < 1 — повышающей.

В приводах с большим передаточным числом (до и= 1000 и выше), составленных из нескольких

последовательно соединенных передач (многоступенчатые передачи), передаточное число равно

произведению передаточных чисел каждой ступени передачи, т. е.

общ

·u

·…u

. (1.3)

Запишите в конспект формулу для определения передаточного числа одноступенчатой передачи, если

известны диаметры колес передачи и их угловые скорости.

1.6. Передача мощности от ведущего вала к ведомому всегда сопровождается потерей части передаваемой

мощности вследствие наличия вредных сопротивлений (трения в движущихся частях, сопротивления

воздуха и др.).

Если Р, — мощность на ведущем валу, Р

— на ведомом валу, то Р

> Р

Отношение значений мощности на ведомом валу к мощности на ведущем валу называют

механическим коэффициентом полезного действия (КПД) и обозначают буквой η:

η = Р

/Р

. (1.4)

Общий КПД многоступенчатой последовательно соединенной передачи определяют по формуле

общ

=η

·η

·…·η

, (1.5)

где η

·η

·…·η

— КПД, учитывающие потери в отдельных кинематических парах передачи.

Исходя из условия (1.4), Р

= Р

1η

, определите зависимость между вращающими моментами Т

и T

(запишите в конспект формулу).

1.7. Прежде чем перейти к изучению следующего параграфа, Вам необходимо проверить свои

знания по контрольной карточке 1.2.

Контрольная карточка 1.2

Вопрос Ответы Код

Покажите на рис. 1.7 ведущее колесо третьей пары Поз. 3

Поз. 4

Поз. 5

Поз. 6

Поз. 7

Передача 4—5 (см. рис. 1.7) понижающая или повышающая? Понижающая

Повышающая

Сколько ступеней имеет передача, показанная на рис. 1.7? /

Определить передаточное число (без учета скольжения)

трехступенчатой передачи (см. рис. 1.8), если Б\ = 200 мм, О

= 50 мм,

О?, = 70 ММ, О

= 350 мм, Д

= '00 мм, п

= 400 мм

1/5

9,25

4,45

Какое из приведенных отношений называют передаточным

числом одноступенчатой передачи?

§ 4. Механизмы преобразования одного вида движения в другой (общие

сведения)

В данном учебнике «Детали машин» в пределах учебной программы рассматриваются рычажные,

кулачковые и храповые механизмы: назначение, принцип работы, устройство, область применения.

Подробно тема § 4 изучается в курсе «Теория механизмов и машин».

1.8. Рычажные механизмы.

Рычажные механизмы предназначены для преобразования одного вида движения в другое,

колебательное вдоль или вокруг оси. Наиболее распространенные рычажные механизмы — шарнирный

четырехзвенный, кривошип-но-ползунный и кулисный.

Шарнирный четырехзвенный механизм (рис. 1.10) состоит из кривошипа 7, шатуна 2 и коромысла

3. В зависимости от соотношения длин рычагов 1, 2, 3 механизм и его звенья будут выполнять

разные функции. Механизм, изображенный на рис. 1.10, со звеном 1, наиболее коротким из всех,

называется однокривошипным. При вращении кривошипа. 1 вокруг оси О, коромысло 3 совершает

колебательное движение вокруг оси О

, шатун 2 совершает сложное плоскопараллельное движение.

Кривошипно-ползунный механизм получают из шарнирного четырехзвен-ника при замене

коромысла 3 ползуном 3 (рис. 1.11). При этом вращение кривошипа 1, ползун 3 совершает

колебательное прямолинейное движение вдоль направляющей ползуна. В двигателях внутреннего

сгорания, таким ползуном, является поршень, а направляющей — цилиндр.

Кулисные механизмы служат для преобразования равномерно-вращательного движения кривошипа

в качательное движение кулисы или неравномерное прямолинейное колебательное (возвратно-

поступательное) движение ползуна. Кулисные механизмы используются в строгальных станках,

когда рабочий ход (снятие стружки) происходит медленно, а нерабочий ход (возвращение резца) —

быстро. На рис. 1.12 показана схема кулисного механизма с входным поршнем на шатуне. Такая

схема используется в механизмах гидронасосов ротационного типа с вращающимися лопастями, а

также в различных гидро- или пневмоприводах механизма с входным поршнем 3 на шатуне,

скользящем в качающемся (или вращающемся) цилиндре.

Рис. 1.10. Шарнирный четырехзвенный механизм:

1 — кривошип; 2 — шатун; 3 — коромысло

Рис. 1.11. Кривошипно-шатунный

механизм: 1 — кривошип; 2—

шатун; 3 — ползун

Рис. 1.12. Кулисный механизм: / — кривошип; 2 — шатун; 3 — поршень

1.9. Кулачковые механизмы.

Кулачковые механизмы предназначены для преобразования вращательного движения ведущего

звена (кулачка) в заведомо заданный закон возвратно-поступательного движения ведомого звена

(толкателя). Широко применяются кулачковые механизмы в швейных машинах, двигателях

внутреннего сгорания, автоматах и позволяют получить заведомо заданный закон движения толкателя,

а также обеспечить временные остановы ведомого звена при непрерывном движении ведущего.

На рис. 1.13 приведены плоские кулачковые механизмы. Кулачковый механизм состоит из трех

звеньев: кулачка /, толкателя 2 и стойки (опоры) 3. Для уменьшения трения в кулачковый механизм

вводится ролик. Ведущим звеном в кулачковом механизме является кулачок. Кулачок может со-

вершать как вращательное движение, так и поступательное. Движение ведомого звена — толкателя —

может быть поступательным и вращательным.

Рис. 1.13. Кулачковые механизмы: / — кулачок; 2 — толкатель; 3 — стойка (опора)

Недостатки кулачковых механизмов: высокие удельные давления, повышенный износ звеньев

механизма, необходимость обеспечения замыкания звеньев, что приводит к дополнительным

нагрузкам на звенья и к усложнению конструкции.

1.10. Храповые механизмы.

Храповые механизмы относятся к механизмам прерывистого действия, которые обеспечивают

движения ведомого звена в одном направлении с периодическими остановками. Конструктивно

храповые механизмы делятся на нереверсивные с внутренним зацеплением и с храповым колесом, а

также реверсивные в виде зубчатой рейки.

Нереверсивный храповый механизм с внутренним зацеплением (рис. 1.14). Ведущим звеном может

быть как храповое колесо внутреннего зацепления /, соединенное с зубчатым колесом внешнего

зацепления, так и втулка 4 с закрепленной на ней собачкой 3, подпружиненной к зубьям храпового

колеса 1 пружиной 2.

Рис. 1.14. Нереверсивный храповый механизм с внутренним зацеплением:

1 — храповое колесо; 2 — пружина; 3 — собачка; 4 — втулка

В нереверсивных механизмах (рис. 1.15) храповое колесо выполняют в виде рейки 1 в

направляющих, и тогда собачка 2 сообщает рейке с храповым зубом прерывистое прямолинейное

движение. В этом случае предусматривает устройство, которое возвращает рейку в начальное

положение.

Рис. 1.15. Нереверсивный храповый механизм: Рис. 1.16. Реверсивный храповый механизм:

1 — рейка; 2 — собачка 1- храповик; 2 — ведущий рычаг; 3 — собачка

Реверсивные храповые механизмы (рис. 1.16) имеют: храповое колесо 1 с зубьями эвольвентного

профиля, а на ведущем рычаге 2 шарнирно устанавливают собачку 3, которую при необходимости

реверса перебрасывают вокруг оси О

В машино- и приборостроении применяют храповые механизмы, в которых механизм (ведомое

звено) двигается в одном направлении с периодическими остановками (металлообрабатывающие

станки, задняя ведущая втулка у велосипеда и др.).

1.11. Мальтийский механизм (крест).

Мальтийские кресты широко применяются в машинных автоматах. Они относятся к

механизмам прерывистого действия и предназначены для преобразования равномерного вращения

ведущего звена в периодические с остановками ведомого звена, работают плавно без ударов (в

отличие от храповых механизмов).

Наиболее распространенные мальтийские механизмы с внешним зацеплением (рис. 1.17).

Такой механизм состоит из ведущего кривошипа 7, ролика 2 на его конце, мальтийского креста 3.

При вращении кривошипа 1 ролик 2 входит в паз 4 мальтийского креста 3 и возвращает его на

заданный угол. После выхода ролика 2 из паза 4 угловое положение мальтийского креста

фиксируется цилиндрической поверхностью диска.

Мальтийские механизмы проектируются с числом пазов мальтийского креста, равным 3 + 12.

Расчеты храповых механизмов на прочность проводятся в зависимости от вращающего момента на

вале храпового колеса.

Рис. 1.17. Мальтийский механизм: 1 — ведущий кривошип;

2 — ролик; 3 - мальтийский крест; 4 - паз мальтийского креста

Ответы на вопросы

1.1. Машина-орудие воспринимает энергию, которая затрачивается на преодоление внешних сил,

непосредственно связанных с процессом производства, а машина-двигатель превращает энергию и

передает ее через передаточный механизм (например, редуктор) машине-орудию. На рис. 1.2 передача

— поз. 3—4—6.

1.2. На рис. 1.2 показана передача зацеплением, с гибкой связью и параллельными валами.

1.4. Рис. 1.18.

Рис. 1.18. Трехступенчатая передача

1.5. и =D

= ω

/ω

(это без учета скольжения).

1.6. Если известна мощность Р и угловая скорость со, то вращающий

момент Т = Р/ω Н • м. Отсюда на ведущем валу

T 



, на ведомом

T 



т. е. P

, P

Подставив значения P

и Р

в формулу для определения КПД, получим

η,

откуда

2 1 1

T T T u



   



Передачи вращательного движения служат не только для преобразования скоростей и передачи

энергии, но и для преобразования моментов Т

=Т

uη.

Если известны вращающие моменты, то передаточное число

 





Глава 2

ФРИКЦИОННЫЕ ПЕРЕДАЧИ

§ 1. Общие сведения

2.1. Фрикционная передача — механическая передача, служащая для передачи вращательного

движения (или для преобразования вращательного движения в поступательное) между валами с

помощью сил трения, возникающих между катками, цилиндрами или конусами, насаженными на валы

и прижимаемыми один к другому.

Фрикционные передачи состоят из двух катков (рис. 2.1): ведущего 1 и ведомого 2, которые

прижимаются один к другому силой F

(на рисунке — пружиной), так что сила трения Ту в месте

контакта катков достаточна для передаваемой окружной силы F

Рис. 2.1. Цилиндрическая фрикционная передача:

1 — ведущий каток; 2 — ведомый каток

Условие работоспособности передачи:

≥F

(2.1)

Нарушение условия (2.1) приводит к буксованию. Один каток к другому может быть прижат:

• предварительно затянутыми пружинами (в передачах, предназначен

ных для работы при небольших нагрузках);

• гидроцилиндрами (при передаче больших нагрузок);

• собственной массой машины или узла;

• через систему рычагов с помощью перечисленных выше средств;

• центробежной силой (в случае сложного движения катков в планетарных системах).

Кратко опишите работу катков фрикционной передачи при буксовании.

2.2. Фрикционные передачи классифицируют по следующим признакам: 1. По назначению:

• с нерегулируемым передаточным числом (рис. 2.1—2.3);

• с бесступенчатым регулированием передаточного числа (вариаторы).

Рис. 2.2. Цилиндрическая фрикционная Рис. 2.3. Коническая фрикционная передача

передача с катками клинчатой формы

2. По взаимному расположению осей валов:

• цилиндрические или конусные с параллельными осями (рис. 2.1,

2.2);

• конические с пересекающимися осями (рис. 2.3).

3. В зависимости от условий работы:

• открытые (работают всухую);

• закрытые (работают в масляной ванне).

4. По принципу действия:

• нереверсивные (рис. 2.1—2.3, 2.12 и 2.13);

• реверсивные (рис. 2.11).

По перечисленным признакам классификации дайте характеристику передаче, изображенной на

рис. 2.4.

Рис. 2.4. Фрикционная передача

2.3. Достоинства фрикционных передач:

• простота конструкции и обслуживания;

• плавность передачи движения и бесшумность работы;

• большие кинематические возможности (преобразование вращательного движения в

поступательное, бесступенчатое изменение скорости, возможность реверсирования на ходу, включение

и выключение передачи на ходу без остановки);

• за счет возможностей пробуксовки передача обладает предохранительными свойствами. Однако

после пробуксовки передача, как правило, резко ухудшает свои качества — появляются лыски на

катках, неравномерно срабатываются фрикционные поверхности и т. д. Поэтому использовать

пробуксовку как предохранительное средство не рекомендуется.

Недостатки:

• непостоянство передаточного числа из-за проскальзывания;

• незначительная передаваемая мощность (открытые передачи — до 10—20 кВт; закрытые — до

200—300 кВт); .

• для открытых передач сравнительно низкий КПД;

, • большое и неравномерное изнашивание катков при буксовании;

• необходимость применения опор валов специальной конструкции с прижимными устройствами

(это делает передачу громоздкой);

• для силовых открытых передач незначительная окружная скорость (v ≤ 7 ÷ 10 м/с);

• большие нагрузки на валы.

Укажите основные достоинства и недостатки фрикционной передачи, работающей в режиме

пробуксовки катков.

2.4. Область применения фрикционных передач с постоянным передаточным числом.

Вследствие отмеченных выше недостатков в машиностроении эти передачи применяют

сравнительно редко (фрикционные прессы, молоты, лебедки в буровой технике и т. п.), чаще применяют

в приборах и аппаратах, где требуется плавность и бесшумность работы (магнитофоны, проигрыватели,

спидометры и т. п.). Наиболее распространены в машиностроении вариаторы — фрикционные передачи

с переменным передаточным числом. Их применяют в металлорежущих станках, в приводах

текстильных и транспортных машин и т. п.

Можно ли рекомендовать фрикционную передачу для точных делительных механизмов? Чем

объяснить ухудшение качества звучания проигрывателя (звук «плывет») при нормальной работе

всех его электронных блоков.

2.5. Материалы катков фрикционных передач.

К материалам трущихся поверхностей катков предъявляют следующие требования: высокие

износостойкость, коэффициент трения /, модуль упругости Е и влагостойкость. Катки фрикционных

передач изготовляют из однородных или разнородных материалов. При этом целесообразно ведо-мый

каток выполнять из более износостойкого материала. Применяют следующие сочетания материалов.

1. Для быстроходных закрытых силовых передач — закаленная сталь по

закаленной стали (стали ШХ15, 40ХН, 18ХГТ и др.). Такое сочетание обес

печивает наибольшую компактность передачи, но требует более точного

изготовления и малых параметров шероховатости поверхностей.

2. Для открытых тихоходных силовых передач — чугун по чугуну

(СЧ15; СЧ20; СЧ25 и др.) или чугун по стали. Чаще применяют чугун по

стали, что обеспечивает меньший шум при работе передачи.

3. Для малонагруженных открытых передач, не требующих большой

долговечности, — текстолит, гетинакс или фибра по стали или по чугуну.

Такое сочетание материалов позволяет уменьшить требования к качеству

обработки контактирующих поверхностей, так как они хорошо прирабаты

ваются (рис. 2.5, в).

Рис. 2.5. Материалы трущихся поверхностей катков: а, б — резина; в — фибра; г — кожа

г)

в)