Передачи ( далее п ).

1. П – назначение, виды. Механические П – классификация, чем характеризуются. Передаточное отношение и число.

2. П винт-гайка, общие сведения, расчёт.

3. Ременные П – схема, работа, виды, достоинства и недостатки, применение.

4. Теоретические основы расчета ременных П – вывод зависимостей: а) геометрия –  ₁ , L , a; б) усилия в ветвях ремня, формула Эйлера при скольжении гибкой нити по цилиндру, формула окружного усилия и инженерная проверка по крайним пределам; в) клиновой ремень – приведённый коэффициент трения и условие незаклинивания; г) усилие в ремне от центробежных сил; д) скольжение в П и передаточное отношение; е) кривые скольжения и КПД, коэффициенты тяги φ и φ _кр ; ж) напряжения в ремне.

5. Основы расчёта плоских ремней на тяговую способность и долговечность.

6. Основы расчёта клиновых ремней из совместного условия тяговой способности и долговечности.

7. Плоскоременные П – параметры, виды П, типы ремней, соединение концов. Расчёт.

8. Клиноременные П – параметры, типы ремней (включая поликлиновые). Расчёт.

9. Шкивы – конструкция, материал, размеры элементов. Предельная частота вращения.

10. Нагрузка на валы. Натяжение ремня.

Силы натяжения ветвей ремня нагружают валы и подшипники. Из треугольника Оab (см. рис. 2) суммарная сила Fn, действующая на валы в неработающей передаче,

Fn = 2F0 sin (α1/2),

Для создания трения между ремнем и шкивами ремню, после установки на передачу создают предварительное натяжение силойF0. Чем больше сила F0, тем выше тяговая способность передачи и ее КПД, но меньше долговечность ремня. 

F1 = F0 + ΔF и F2 = F0 – ΔF, или F1 + F2 = 2F0.       (2)

В состоянии покоя или холостого хода передачи каждая ветвь ремня натянута одинаково с силой F0 (см. рис. 1а).

Натяжение ремня в передачах осуществляют регулировочными устройствами, позволяющими перемещать шкивы относительно друг друга, при помощи пружин или сил тяжести узлов, натяжными роликами, установкой двигателя на качающуюся плиту, а также устройствами, позволяющими автоматически изменять натяжение ремня в зависимости от нагрузки в передаче.

11. Клиноременный вариатор. Диапазон регулирования.

12. Цепные П - схема, работа, достоинства и недостатки, применение, параметры.

13. Виды цепей – конструкция, применение, материал, параметры. Звёздочки.

14. Механика цепной П – продольная скорость цепи и передаточное отношение, поперечная скорость цепи и явления колебания и удара, «всплытие» цепи на большой звёздочке и максимальное число зубьев.

15. Усилия в цепной П – F_y , F_v , F_t .

Окружное усилие в передаче передается за счет давления зубьев ведущей звездочки на звенья цепи и давле­ния звеньев ведущей ветви на зубья ведомой звездочки. Уси­лия между зубьями звездочек, как и усилия в ветвях, распре­деляются неравномерно в пределах углов обхвата.

При холостом ходе передачи натяжение в ветвях цепи вызвано ее провисанием (см. рис. 23.1) от силы тяжести. Если ветвь цепи расположена горизонтально и длина ее равна при­близительно межосевому расстоянию, то натяжение от силы тяжести

где q — масса цепи длиной 1 м;  —стрела провисания.

Наличие провисания обеспечивает более плавную работу передачи, меньший износ в шарнирах цепи. Стрела провиса­ния ведомой ветви в начале работы новой цепи в горизонталь­ной передаче может достигать минимального значения f_mm = 0,02а. В этом случае  = 6,25. Если угол наклона ветви к горизонту составляет 40°, то  3. Для вертикальной пере­дачи  = 1.

В процессе работы передачи под нагрузкой ведущая ветвь растягивается усилием

где F_t — окружная сила, F_t = 2T₁/ = P/v_ц (здесь Р — мощность, v_ц — скорость цепи); F_q - натяжение в ведомой ветви от силы тяжести; F_v — натяжение цепи от действия центробежных сил, F_v =  - динамическая на­грузка в передаче от неравно­мерного хода цепи.

В расчетах цепных передач влияние F_Д на работоспособ­ность учитывают с помощью специальных коэффициентов.

Ведомая ветвь под нагруз­кой растягивается с усилием

F₂ = F_q + F_v.

 

1 2 3 4 1

Рис. 23.7. Осциллограмма изменения нагрузки в звене цепи

На рис. 23.7 показана типичная осциллограмма изменения нагрузки на звено цени в период ее полного оборота вокруг звездочки (участок 1—2 соответствует прохождению звеном ведомой ветви, 2 — 3 — ведомой звездочки, 3 — 4 —ведущей вет­ви, 4 — 1 — ведущей звездочки).

Нагрузка на валы цепной передачи при средних скоростях движения цепи

где k  1,15 для горизонтальной передачи и k 1,05 для верти­кальной передачи.

16. Критерии работоспособности цепной П. Определение шага. Проектный и проверочный расчёт.

17. Смазка цепных П. Натяжение цепи. Нагрузка на валы.

18. Цепной вариатор.

19. Зубчатоременная П – общие сведения, расчёт.

Работает зацеплением, без скольжения, обеспечивает синхронное вращение валов,

по сравнению с ременной компактнее, по сравнению с цепной работает плавнее, с мень-

ший шумом, не требует ухода и смазки.

Зубчатоременную передачу (рис. 4.2) применяют при мощности до 100 кВт (уникаль-

ные передачи до 500 кВт); работает в диапазоне скоростей V от 5 в до 50 м/с, а в отдель-

ных случаях до 80 м/с, передаточные числа и до 12, ширина ремней до 880 мм, наиболь-

ший КПД ~ 0,98.

20. Зубчатые П – устройство, работа, достоинства и недостатки, классификация.

21. Обозначения и параметры цилиндрической эвольвентной прямозубой П внешнего зацепления.

22. Исходный контур эвольвентных зубчатых колёс.

23. Изготовление зубьев и точность зубчатых П.

Существуют следующие способы изготовления зубчатых колес (обра­ботки зубьев):

- литье (без последующей механической обработки зубьев), для совре­менных машин этот способ применяют редко;

- накатка зубьев на заготовке (также без последующей их обработки);

- нарезание зубьев (т. е. зубья получаются в процессе механической обработки заготовки).

Способ изготовления зубчатых колес выбирают в зависимости от их на­значения и по технологическим соображениям.

Рис. 2. Нарезание зубьев методом ко­пирования дисковой фрезой

Рис. 3. Нарезание зубьев пальцевой фрезой

Обработка зубьев по методу обкатки производится инструментами очертаниями, отличными от очертаний нарезаемых зубьев, долбяком (рис.4 - зуб наружного зацепления, рис.5 - зуб внутреннего зацепления), червячной фрезой (рис.6) или инструментальной рейкой (рис.7):

Достоинством метода обкатки (огибания) является то, что он позволяет одним и тем же инструментом изготовлять колеса с зубьями различное формы. Изменяя относительное расположение инструмента и заготовки на станке, можно получать зубья различной формы и толщины (передачи со смещением).

Обкатка по сравнению со способом копирования обеспечивает боль­шую точность и производительность.

Рис.4. Нарезание зубьев на­ружного зацепления.

Рис.5. Нарезание зубьев внутреннего зацепления

Рис.6. Нарезание зубьев червячной фрезой

Рис.7. Нарезание зубьев инструментальной рейкой

Рис.8. Нарезание зубьев конического колеса

Для достижения высокой точности и малой шероховатости поверхности зубьев после нарезания производится их отделка.

Способы отделки зубьев:

- шлифование - производится методом копирования или обкатки шлифовальным кругом;

- шевингование - выполняется специальным инструментом шевер-шестерней или шевер-рейкой (обкатывая обрабатываемое коле­со, шевер отделывает зубья до требуемых точности и шероховатости поверхности);

- притирка - производится с помощью специального чугунного колеса (притира), находящегося в зацеплении с обрабатываемым колесом.

В зависимости от способа получения заготовки зубчатые колеса подразделяют на литые (рис.9), кованые или штампованные, изготовлен­ные механической обработкой (рис. 10), сварные (рис.11).

Рис. 9. Литое зубча­тое колесо

Рис. 10. Кованое или штампованное

24. Явления в зубчатом зацеплении: а) коэффициент перекрытия и распределение нагрузки по высоте зуба; б) скольжение и трение в зацеплении; в) динамические нагрузки и срединный и кромочный удары. Фланкирование зубьев; г) распределение нагрузки по ширине зуба.

25. Работа зуба в зацеплении. Виды разрушений зубьев: выкрашивание рабочих поверхностей (по Трубину), излом, износ... .

Выкрашивание рабочих поверхностей зубьев. Этот вид повреждения зубьев является наиболее серьёзным и распространённым дефектом поверхности зубьев даже для закрытых хорошо смазываемых и защищённых от загрязнения передач и нарушает нормальную работу всей передачи, но не выводит ее из строя полностью. Чаще это повреждение наблюдается в закрытых переда­чах, работающих при обилии смазочного материала. Выкрашивание носит усталостный характер и вызвано контактными напряжениями, которые изменяются по отнулевому пульсирующему циклу. Выкрашивание приводит к повышению контактного давления и нарушению работы передачи. В открытых передачах поверхностные слои истираются раньше, чем в них появляются усталостные трещины, поэтому выкрашивание появляется весьма редко. Выкрашивание по­верхности зубьев возникает на ножках зубьев колес вблизи полюсной ли­нии (рис.26). Смазочный материал, который заходит в микротрещины, находясь под действием внешнего давления (при работе передачи), раскли­нивает трещины. Повторяясь, такие действия приводят к откалыванию части металла (рис.27). Диаметр ямок выкрашивания (оспинок) доходит до 2-5 мм. Установлено, что чем тверже поверхности зубьев и чем меньше шероховатость их поверхностей, тем большую нагрузку они могут выдер­живать без опасности возникновения выкрашивания. Более вязкой масло способно лучше гасить динамические нагрузки на зубья и тем самым уменьшать выкрашивание поверхности зубьев.

Для предупреждения выкрашивания необходимо повышать твёрдость материала термообработкой либо повышать степень точности передачи, а также правильно назначать размеры из расчёта на усталость по контактным напряжениям.

Рис.26. Виды разрушений зубьев. Уста­лостное выкрашивание

Рис. 27. Процесс образования усталост­ных раковин в закрытой передаче

В открытых передачах выкрашивание наблюдается очень редко, так как поверхностный слой, в котором возникают начальные трещины, истирает­ся раньше, чем в нем успевает произойти усталостное выкрашивание.

Изнашивание зубьев чаще наблюдается в открытых передачах, чем в закрытых, заключается в истирании рабочих поверхностей (рис. 28) вследствие попадания в зону зацепления металлических частиц, пыли, гря­зи (абразивное изнашивание). Встречается также и в закрытых передачах, но находящихся в засорённой среде: в горных, дорожных, строительных, транспортных машинах. Является основной причиной выхода из строя передач при плохой смазке.

Рис. 28. Процесс изнашивания зубьев в открытых передачах

Изнашивание может начаться также в результате недостаточно гладкой поверхности у новой передачи и продолжаться до сглаживания неровно­стей рабочих поверхностей зубьев. У изношенных передач повышаются зазоры в зацеплении и, как следствие, усиливаются шум, вибрация, динамические перегрузки; искажается форма зуба; уменьшаются размеры поперечного сечения, а значит и прочность зуба. Основные меры предупреждения износа – повышение твёрдости поверхности зубьев, защита от загрязнения, применение специальных масел. В расчёте на контактную выносливость абразивный износ учитывается занижением допускаемых контактных напряжений.

26. Материал и конструкция зубчатых колёс.

Материалыдля изготовления зубчатых колес в машиностроении – стали, чугуны и пластмассы; в приборостроении зубчатые колеса изготовляют также из латуни, алюминиевых сплавов и др. Выбор материала определяется назначением передачи, условиями ее работы, габаритами колес и даже типом производства (единичное, серийное или массовое) и технологиче­скими соображениями.

27. Расчёт прямозубых цилиндрических П – вывод зависимостей: а) на контактную прочность; б) на изгиб. Повышение нагрузочной способности зацепления. Усилия на валы.

Расчёт на контактную прочность рабочих поверхностей зубьев является основным критерием работоспособности зубчатых передач. Расчёт производят при контакте зубьев в полюсе зацепления П. Контакт зубьев рассматривают как контакт двух цилиндров с радиусом р1 и р2. При этом наибольшие контактные напряжения определяют по формуле Герца: 

(2.3.16)

Поломка зубьев связана с напряжениями изгиба, вследствие усталости материала от длительно действующих нагрузок. Расчет на изгиб сводится к проверке условия:

(2.3.19)

При выводе расчётной формулы для определения напряжений изгиба принимают следующие допущения:  1) вся нагрузка   зацепления передаются одной парой зубьев, которая приложена к вершине зуба и направлена по нормали к его профилю (сила трения не учитываются); 2) зуб рассматривают как консольную балку прямоугольного сечения, что позволяет рассчитывать его методами сопротивления материалов. Фактически зуб представляет собой балку с изменяющейся формой. Это учитывается введением в расчётные формулы теоретического коэффициента концентрации напряжений Кт.  Распределённую по ширине венца зуба нагрузку заменяют сосредоточенной силой  , которую переносят по линии действия на ось зуба и раскладывают на две составляющие: изгибающую зуб   и сжимающую   , где   - угол направления нормальной силы Fn. Он несколько больше угла зацепления   . Напряжение изгиба в опасном сечении (вблизи хорды основной окружности), т.е. напряжение на растянутой стороне зуба, где возникают усталостные трещины