Фрикционные передачи. Расчет передач с цилиндрическими катками

Фрикционные передачи. Расчет передач с цилиндрическими катками.

Основные понятия. Классификация, достоинства и недостатки

Фрикционная передача — механическая передача, служащая для пере­дачи вращательного движения (или для преобразования вращательного движе­ния в поступательное) между валами с помощью сил трения, возникающихмежду катками, цилиндрами или конусами, насаженными на валы и при­жимаемыми один к другому.

Фрикционные передачи состоят из двух катков (рис.9.1): ведущего 1 и ведомого 2, которые прижимаются один к другому силой (на рисунке — пружиной), так что сила трения в месте контакта катков достаточна для передаваемой окружной силы .

 

Рис.9.1. Цилиндрическая фрикционная передача:

Ведущий каток; 2 — ведомый каток

Условие работоспособности передачи: (1) Нарушение условия (1) приводит к буксованию и быстрому износу катков. Для того чтобы передать заданное окружное усилие…

Рис.9.3. Коническая фрикционная передача

 

2. По взаимному расположению осей валов:

- цилиндрические или конусные с параллельными осями (рис.9.1, 9.2);

- конические с пересекающимися осями (рис.9.3).

3. В зависимости от условий работы:

- открытые (работают всухую);

- закрытые (работают в масляной ванне).

В открытых фрикционных передачах коэффициент трения выше, прижимное усилие катков F_n меньше. В закрытых фрикционных передачах масляная ванна обеспечивает хороший отвод тепла, делает скольжение менее опасным, увеличивает долговечность передачи.

4. По принципу действия:

- нереверсивные (рис.9.1-9.3);

- реверсивные.

5. Различают также передачи с постоянным или автоматическим регулируемым прижатием катков, с промежуточным (паразитным) фрикционным элементом или без него.

 

Достоинства фрикционных передач:

- простота конструкции и обслуживания;

- плавность передачи движения и регулирования скорости 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;

- отсутствие мёртвого хода при реверсе передачи;

- равномерность вращения, что удобно для приборов;

- возможность бесступенчатого регулирования передаточного числа, причем на ходу, без остановки передачи.

Недостатки фрикционных передач:

- 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 ( 7 - 10 м/с);

- большие нагрузки на валы и подшипники от прижимной силы , что увеличивает их размеры и делает передачу громоздкой. Этот недостаток ограничивает величину передаваемой мощности;

- большие потери на трение.

 

Применение.

  Выполнить проектный расчет открытой фрикционной передачи с цилиндрическими… Решение. Угловая скорость ведущего колеса

Конические фрикционные передачи.

Фрикционную передачу с пересекающимися валами и катками, рабо­чие поверхности которых конические, называют фрикционной конической пе­редачей. На… где δ1 — угол при вершине конуса ведущего катка; δ2 — угол при… Геометрические параметры конической фрикционной передачи (см. рис. 9).

Рис.9. Геометрические параметры конической фрикционной передачи

Фрикционные вариаторы

В машиностроении фрикционные вариаторы используют в силовых приводах, мощность которых колеблется от небольших величин до десятков и даже сотен… Основной кинематической характеристикой любого вариатора является диапазон… Д = umax/umin.

Прямозубые зубчатые передачи.

Механизм, в котором два подвижных звена являются зубчатыми ко­лесами, образующими с неподвижным звеном вращательную или поступатель­ную пару,… Рис. 1. Виды зубчатых передач: а, б, в — цилиндрические зубчатые передачи с…  

Понятие о коррегировании зубчатых колес.

Коррегирование эвольвентного зацепления – способ улучшения формы зубьев путём смещения инструментальной рейки в радиальном направлении. При этом делительная… рейки не касается делительной окружности колеса.

Метод коррегирования зубьев зубчатых колес.

Преимущества и недостатки зубчатых колес.

- технологичность, постоянство передаточного числа; - высокая нагрузочная способность; - высокий КПД (до 0,97-0,99 для одной пары колес);

Понятие о минимальном числе зубьев зубчатых колес.

Цилиндрические зубчатые передачи.Основные элементы и термины.

Одной из областей применения зубчато-реечных передач являются механизмы линейного перемещения. Реечная передача Цилиндрическая зубчатая передача,…   Черт.7

Основные элементы зубчатой передачи. Термины, определения и обозначения

Зубчатое зацепление характеризуется следующими основными пара­метрами: da — диаметр вершин зубьев; dr — диаметр впадин зубьев;

Силы, действующие в зацеплении зубчатых передач.

А) прямозубые цилиндрические шестерни

Нормальная сила, действующая по линии зацепления, разлагается на две составляющие силы:

P = P_n cosa - окружное усилие;

R = P_n sina - радиальное усилие;

 

На валы действуют те же силы, что и на зубья шестерен, и, кроме того, еще крутящий момент:

 

б) косозубые цилиндрические шестерни

Здесь, вследствие наклона зубьев к образующей, дополнительно возникает еще осевое усилие.

1) - окружное усилие;

2) - радиальное усилие;

3) - осевое усилие;

4) - нормальное усилие;

Силы P, R, A необходимо определить для расчета валов и подшипников, сила P_n необходима для расчета зубьев шестерен на прочность. Силу A можно уравновесить, применив сдвоенные косозубые шестерни с разнонаправленными спиралями зубьев или шевронные.

В) конические прямозубые шестерни

1) - окружное усилие;

2) A_ш = R_к = R sing_ш = P tga sing_ш - осевое усилие для шестерни или радиальное для колеса;

3) R_ш = A_к = R cosg_ш = P tga cosg_ш - радиальное усилие для шестерни или осевое для колеса;

- нормальное усилие;

 

Силы Р, A_ш, R_ш - для расчета валов и подшипников, cила Р_n - для расчета зубьев на прочность.

Здесь: d_э, Z_э - диаметры и числа зубьев эквивалентных цилиндрических колес.

Воображаемые эквивалентные цилиндрические колеса строятся в плоскости мгновенного зацепления основных конических колес так, что оси тех и других совпадают. Работают эти колеса точно так же, как и основные конические, поэтому такое построение удобно использовать для выяснения действующих сил и напряжений в конических колесах.

Виды разрушения зубьев зубчатых колес.

  Усталостные трещины образуются чаще всего у основания зуба на той стороне, где… б) Усталостное выкрашивание рабочих поверхностей зубьев. Основной вид разрушения поверхности зубьев для большинства…

Расчет зубчатых колес по контактным напряжениям.

Расчет зубьев на контактную прочность.

При расчете определяют контактное напряжение δ_H в полюсе зацепления. При малом числе зубьев (например, z < 17) или неблагоприятных параметрах зацепления можно дополнительно проверить контактное напряжение и в других характерных фазах зацепления.

1. Контактное напряжение в полосе зацепления

2. Допускаемое контактное напряжение, не вызывающее опасной Контактной усталости материала

3. Допускаемое предельное контактное напряжение, не вызывающее остаточных деформаций или хрупкого разрушения поверхностного слоя:

Расчет зубьев зубчатых колес на изгиб.

При расчете определяется напряжение изгиба σ_F в опасном сечении на переходной поверхности.
1. Напряжение изгиба в опасном сечении

 

2. Допускаемое напряжение изгиба на переходной поверхности зуба, не вызывающее усталостного разрушения материала:

 

3. Допускаемое напряжение изгиба в опасном сечении, не вызывающее остаточных деформаций, хрупкого излома или первичных трещин

 

Преимущества косозубых и шевронных колес по сравнению с прямозубыми.

В отличие от прямозубых колес, у которых зубья располагаются параллельно оси вращения, в косозубых колесах зубья располагаются по винтовым линиям.

Преимущества косозубых колес:

Причем, если в прямозубых колесах зубья входят в зацепление мгновенно по всей длине, то в косозубых колесах - постепенно.

Благодаря этому при одинаковых неточностях в зацеплении

1) косозубые передачи работают более плавно, чем прямозубые. Кроме того

2) косозубые колеса по сравнению с прямозубыми обладают большой нагрузочной способностью как по контактным напряжениям, так и по напряжениям изгиба

Шевронные колеса

Зубья таких колёс изготавливаются в виде буквы «V» (либо они получаются стыковкой двух косозубых колёс со встречным расположением зубьев). Передачи, основанные на таких зубчатых колёсах, обычно называют «шевронными».

Шевронные колёса решают проблему осевой силы. Осевые силы обеих половин такого колеса взаимно компенсируются, поэтому отпадает необходимость в установке валов на упорные подшипники. При этом передача является самоустанавливающейся в осевом направлении, по причине чего в редукторах с шевронными колесами один из валов устанавливают на плавающих опорах (как правило — на подшипниках с короткими цилиндрическими роликами).

Виды конических зубчатых передач.

Червячные передачи.

Общие сведения, устройство передачи, материалы, область применения, достоинства и недостатки

Червячная передача (рис. 1) — механизм для передачи вращения ме­жду валами посредством винта (червяка 1) и сопряженного с ним червячного колеса 2.

Рис. 1. Червячные передачи: 1 — червяк; 2— червячное колесо

Геометрические оси валов при этом скрещиваются под углом 90°. Веду­щим элементом здесь обычно является червяк (как правило, это винт с трапецеидальной резьбой), ведомым — червячное колесо с зубьями особой формы, получаемыми в результате взаимного огибания с витками червяка. При вращении червяка вокруг своей оси его витки перемещаются вдоль образующей своей цилиндрической поверхности и приводит во вращательное движение червячное колесо. Для увеличения длины контактных линий в зацеплении с червяком зубья червячного колеса имеют дугообразную форму.

Червячные передачи относят к передачам зацеплением. Червячная передача — это зубча­то-винтовая передача, движение в ко­торой осуществляют по принципу вин­товой пары, которой, как известно, присуще повышенное скольжение Различают два вида червячных передач: цилиндрические (с цилиндри­ческими червяками, см. рис. 1, а, в); глобоидные (с глобоидньши червя­ками, см. рис.1, б).

Червячную передачу, у червяка и колеса которой делительные и на­чальные поверхности цилиндрические, называют цилиндрической червячной пе­редачей.

 

 

Силы, действующие в зацеплении червячных передач.

Червячное колесо можно рассматривать как косозубую цилиндрическую шестерню, а схему сил в червячной передаче уподобить схеме сил в косозубых шестернях; отличие заключается лишь в том, что главная нормаль в червячной передаче смещена на угол трения ρ, который достаточно велик и им пренебрегать нельзя

Окружное усилие для колеса или осевое – для червяка

 

Осевое усилие для колеса или окружное – для червяка

 

Радиальное усилие

 

Главная нормаль

 

По силам: A, P и R рассчитываются валы и подшипники, сила Р_n служит для расчета на прочность зубьев колеса

Зубчатые передачи с зацеплением Новикова.

Эвольвентное зацепление, распространенное в современном машиностроении, является линейчатым, так как контакт зубьев происходит по линии (практически… М. Л. Новиковым было предложено новое точечное за­цепление, β котором… В зацеплении Новикова контакт зубьев происходит в точке и зубья касаются только в момент прохождения профилей через…

Планетарные зубчатые передачи.

Передачи, имеющие зубчатые или фрикционные колеса с перемещающимися осям, называют планетарными. Эти подвижные колёса подобно планетам Солнечной системы вращаются вокруг своих осей и одновременно перемещаются вместе с осями, совершая плоское движение, называются они сателлитами (лат. satellitum – спутник). Подвижные колёса катятся по центральным колёсам (их иногда называют солнечными колёсами), имея с ними внешнее, а с корончатым колесом внутреннее зацепление. Оси сателлитов закреплены в водиле и вращаются вместе с ним вокруг центральной оси.

Наиболее распространена зубчатая однорядная планетарная передача (рис.60). Она состоит из центрального колеса 1 с наружными зубьями, неподвижного (центрального) колеса 2 с внутренними зубьями и водила на котором закреплены оси планетарных колес g (или сателлитов).

 

Рис.60

Водило вместе с сателлитами вращается вокруг центральной оси, а са­теллиты обкатываются по центральным колесам и вращаются вокруг своих осей, совершая движения, подобные движению планет. При неподвижном колесе 2движение передается от колеса 1 к водилу h или наоборот.

Планетарную передачу, совершаемую подвижными звеньями (оба иентральных колеса и водило), называют дифференциалом. С помощью диффе­ренциала одно движение можно разложить на два или два движения сло­жить в одно: от колеса 2 движение можно передавать одновременно колесу 1 и водилу h или от колес 1 и 2 к водилу g и т. д. Планетарную передачу ус­пешно применяют в транспортном машиностроении, станкостроении, приборостроении.

Достоинства и недостатки планетарных передач.

Основное достоинство — широкие кинематические возможности, по­зволяющие использовать передачу в качестве редуктора коробки скоро­стей, передаточное число в которой изменяется путем поочередного тормо­жения различных звеньев, и как дифференциальный механизм.

- Планетарный принцип позволяет получать большие передаточные чис­ла (до тысячи и больше) без применения многоступенчатых передач.

- Эти передачи компактные и имеют малую массу. Переход от простых передач к планетарным позволяет во многих случаях снизить их массу в 4 раза и более.

- Сателлиты в планетарной передаче расположены симметрично, а это снижает нагрузки на опоры (силы в передаче взаимно уравновешиваются), что приводит к снижению потерь и упрощает конструкцию опор.

- Эти передачи работают с меньшим шумом, чем обычные зубчатые и имеют более лёгкое управление и регулирование скорости;

- Имеют малый шум вследствие замыкания сил в механизме.

Основные недостатки: повышенные требования к точности изготовле­ния и монтажа (для обеспечения сборки планетарных передач необходимо соблюдать условие соосности (совпадение геометрических центров колёс); условие сборки (сумма зубьев центральных колёс кратна числу сателлитов) и соседства (вершины зубьев сателлитов не соприкасаются друг с другом); резкое снижение КПД передачи с увеличением передаточ­ного отношения.

Ременные передачи.Классификация.

Ременная передача относится к передачам трением с гибкой связью и может применяться для передачи движения между валами, находящимися на значительном расстоянии один от другого. Она состоит (рис.1) из двух шкивов (ведущего, ведомого) и охватывающего их ремня. Ведущий шкив силами трения, возникающими на поверхности контакта шкива с ремнем вследствие его натяжения, приводит ремень в движение. Ремень в свою очередь заставляет вращаться ведомый шкив. Таким образом, мощность передается с ведущего шкива на ведомый.

 

Рис.1. Виды ременных передач: а — открытая передача; б — перекрестная передача; в — по­луперекрестная передача (со скрещивающимися валами); г — угловая передача (с направляю­щим роликом); д — передача с нажимным роликом;

е — передача со ступенчатым шкивом

Для нормальной работы передачи необходимо предварительное натя­жение ремня, обеспечивающее возникновение сил трения на участках кон­такта (ремень—шкив). Оно осуществляется: 1) вследствие упругости ремня — укорочением его при сшивке, передвижением одного вала или с помощью нажимного ролика; 2) под действием силы тяжести качающейся системы мы или силы пружины; 3) автоматически, в результате реактивного момента, возникающего на статоре двигателя; 4) с применением специальных натяжных устройств (рис.1, д и рис.2). Так как на практике большинство передач работает с переменным режимом нагрузки, то ремни с постоянным предварительным натяжением в период недогрузок оказываются излишне натянутыми, что ведет к резкому снижению долговечности. С этих позиций целесообразнее применять третий способ, при котором натяжение меняется в зависимости от нагрузки и срок службы ремня наибольший. Однако автоматическое натяжение в реверсивных передачах с непараллельными осями валов применить нельзя.

 

Рис.2. Регулировка натяжения ремня перемещением двигателя: 1 — ремень; 2 — шкив; 3 — натяжное устройство

Классификация. Ременные передачи классифицируют по следую­щим признакам.

1. По форме сечения ремня:

- плоскоременные (рис.3, а);

- клиноременные (рис.3, б);

- круглоременные (рис.3, в);

- с зубчатыми ремнями (рис.3, д);

- с поликлиновыми ремнями (рис.3, г).

 

 

Рис.3. Типы ремней ременных передач: а — плоский ремень; б — клиновый ремень;

в — круглый ремень; г — поликлиновый ремень; д — зубчатый ремень

2. По взаимному расположению осей валов:

- с параллельными осями (см. рис.1, а, б);

- с пересекающимися осями — угловые (см. рис.1, г);

- со скрещивающимися осями (см. рис.1, в).

3. По направлению вращения шкива:

- с одинаковым направлением (открытые и полуоткрытые) (см. рис.1, а);

- с противоположными направлениями (перекрестные) (см. рис.1, б).

4. По способу создания натяжения ремня:

- простые (см. рис.1, а);

- с натяжным роликом (см. рис.1, д);

- с натяжным устройством (см. рис.2).

5. По конструкции шкивов:

- с однорядными шкивами (см. рис.1, а—д);

- со ступенчатыми шкивами (см. рис.1, е).

 

Силы, действующие в плоскоременной передаче.

Расчет плоскоременных передач.

прочности конструкции. Прочные, эластичные кордшнуровые ремни получили применение для широкого диапазона мощностей при передаче спокойных нагрузок… При толщине ремня 6 = 2,8 ммиширине 6 = 30, 40, 50, 60 мм расчетная длина /…

Клиноременные передачи.

Нагрузку воспринимает корд из химических волокон, изготовленный из нескольких слоев кордоткани 2 (см. рис. 2) или шнура 3, завулканизированных в… рис. 2 Передача клиновыми ремнями (рис. 2) имеет следующие преимущества по сравнению с плоскоременными передачами: -…

Зубчато-ременные передачи.

Расчет на прочность.