 |
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция
Виды повреждений. Критерии работоспособности
Подшипники скольжения, работающие в условиях граничного и полужидкостного трения, подвержены абразивному изнашиванию, заеданию (схватыванию) из-за разрушения граничных пленок смазки при высоких температурах, пластическому деформированию и усталостному разрушению. |
13 Червячные передачи. Геометрические параметры и соотношения.
Червячная передача — механизм для передачи вращения между валами посредством винта и сопряженного с ним червячного колеса
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.
В зависимости от направления линии витка червяка червячные передачи бывают с правым (предпочтительнее для применения) и левым направлением линии витка.
В зависимости от расположения червяка относительно колеса передачи бывают с нижним, верхним и боковым червяками. Расположение червяка определяет общая компоновка изделия и принятый способ смазывания зацепления. При картерном способе смазывания и окружной скорости червяка v 1 < 5 м/с обычно применяют нижнее расположение червяка. При больших скоростях во избежание повышенных потерь на перемешивание и разбрызгивание масла применяют верхнее расположение червяка.
В зависимости от формы профиля витка различают:
- архимедов червяк (ZA) (рис. 2, а) — цилиндрический червяк, торцовый профиль витка которого является архимедовой спиралью. Этот червяк подобен винту с трапецеидальной резьбой;
- эвольвентный червяк (ZI) (рис. 2, 6); имеет эвольвентный профиль витка в его торцовом сечении (как у косозубого колеса);
- конволютный червяк (ZN); торцовый профиль витка является удлиненной или укороченной эвольвентой. В конволютном червяке режущий инструмент (или наждачный круг) установлен вдоль оси спирали зуба; это удобно при массовом производстве червяков, так как позволяет производить одновременную шлифовку двух сторон профиля зубьев.
В машиностроении из цилиндрических червяков наиболее распространены архимедовы червяки. Их можно нарезать на обычных токарных или резьбофрезерных станках. Однако шлифование его витков затруднено, что снижает точность изготовления и нагрузочную способность червячной передачи. Эвольвентные червяки можно шлифовать, что повышает точность изготовления, обеспечивает более полный контакт витков червяка с зубьями колеса, более высокую нагрузочную способность передачи. Но для изготовления эвольвентных червяков требуются специальные шлифовальные станки. Эвольвентные червяки применяются сравнительно редко. Конволютные червяки шлифуют плоским торцом шлифовального круга на обычных резьбошлифовальных станках. Глобоидные червяки появились сравнительно недавно и вследствие повышенной нагрузочной способности получают все большее распространение, но в изготовлении и монтаже значительно сложнее и сильно нагреваются. Поэтому по-прежнему преимущественное распространение имеют цилиндрические червяки с прямолинейным профилем в осевом сечении.
Зубья на червячном колесе чаще всего нарезают червячной фрезой, которая представляет собой копию червяка, с которым будет зацепляться червячное колесо. При нарезании заготовка колеса и фреза совершают такое же взаимное движение, какое имеют червяк и червячное колесо при работе
Геометрические параметры червяка и червячного колеса (см. рис. 5) некорригированной червячной передачи.
Высота витка 
; высота зуба червячного колеса 
; высота головки винта 
; высота головки зуба 
; высота ножки витка 
; высота ножки зуба колеса 
; расчетная толщина витка 
; радиальный зазор 
.
Делительные диаметры:
червяка 
;
червячного колеса 
Диаметры вершин:
витков червяка 
;
зубьев червячного колеса 
.
Диаметры впадин:
червяка 
;
червячного колеса 
.
Межосевое расстояние 
.
Условный угол обхвата червяка венцом 25 (см. рис. 5) определяется точками пересечения дуги окружности диаметром 
с контуром венца;
14 Червячные передачи. Кинематические и силовые соотношения
| . Основные кинематические и силовые соотношения в передачах |
регулировать угловые скорости рабочего органа машины; г) реверсировать движение (прямой и обратный ход); д) распределять работу двигателя между несколькими исполнительными органами машины. В настоящем курсе рассматриваются только наиболее распространенные из механических передач. Классификация передач. В зависимости от принципа действия все механические передачи делятся на две группы: 1) передачи зацеплением — зубчатые, червячные, цепные; 2) передачи трением — фрикционные и ременные. Все передачи трением имеют повышенную изнашиваемость рабочих поверхностей, так как в них неизбежно проскальзывание одного звена относительно другого. В зависимости от способа соединения ведущего и ведомого звеньев бывают: а) передачи непосредственного контакта — фрикционные, зубчатые, червячные; б) передачи гибкой связью — ременные, цепные. Передачи гибкой связью допускают значительные расстояния между ведущим и ведомым валами. Накопленный опыт проектирования, изготовления и эксплуатации различных передач определил область и границы их применения (см. ниже). § 6.2. Основные кинематические и силовые соотношения в передачах Особенности каждой передачи и ее применение определяются следующими основными характеристиками: 1) мощностью на ведущем Р\ и ведомом Р2 валах или вращающими моментами Τ ι и Т2 на тех же валах; 2) угловой скоростью ведущего ωι и ведомого ω2 валов (рис. 6.1, а, б). Это две основные характеристики, необходимые для выполнения проектного расчета любой передачи. Дополнительными характеристиками являются: а) механический к.п.д. передачи 
Для многоступенчатой передачи, состоящей из нескольких отдельных последовательно соединенных передач, общий к.п.д. 
где т)1, ц2,..., ηΛ — к.п.д. каждой кинематической пары (зубчатой, червячной, ременной и других передач, подшипников, муфт). Технико-экономические расчеты тесно связаны с к.п.д. Потеря мощности — показатель непроизводительных затрат энергии — косвенно характеризует износ деталей передачи, так как потерянная в передаче мощность превращается в теплоту и частично идет на разрушение рабочих поверхностей.
|
1. 15 Червячные передачи. Материалы. Виды повреждений.
2. Материалы червячной передачи.
3. Материалы в червячной передаче должны иметь в сочетании низкий коэффициент трения, обладать повышенной износостойкостью и пониженной склонностью к заеданию. Обычно это разнородные материалы.
4. Червяки изготовляют в основном из сталей марок 40, 45, 50 (реже из сталей 35, Ст5) с закалкой до HRC 45-55; 15Х, 20Х, 40Х, 40ХН, 12ХНЗ, 18ХГТ с цементацией и закалкой до HRC58—63.
5. Червячные колеса (или их венцы) изготовляют только из антифрикционных сплавов.
6. При скоростях скольжения до 2 м/с и больших диаметрах колес для их изготовления можно использовать чугуны марок СЧ15, СЧ20, СЧ25; до 6 м/с — применяют алюминиево-железистые бронзы БрА9Ж4 (при этом червяк должен иметь твердость не менее HRC45), до 25 м/с и длительной работе без перерыва применяют оловяниетую бронзу БрОЮФ, оловянно-никелевую бронзу БрОНФ.
7. Для получения высоких качественных показателей передачи применяют закалку до твердости 
HRCЭ, шлифование и полирование витков червяка. В старых редукторах нашли применение эвольвентныечервяки типа ZI, а перспективными являются нелинейчатые: образованные конусом типа ZK или тором типа ZT (по изобретению проф. Г. Ниманна). Рабочие поверхности витков нелинейчатых червяков шлифуют с высокой точностью конусным или тороидным кругом. Передачи с нелинейчатыми червяками характиризует повышенная нагрузочная способность.
8. Термообработку – улучшение применяют для передачи малой мощности до 1,1 кВт.
9. Таким образом, для силовых передач следует применять эвольвентные нелинейчатые червяки.
10. Зубчатые венцы червячных колес изготовляют преимущественно из бронзы, реже из латуни или чугуна, причем выбор марки материала зависит от скорости скольжения 
.
11. Материалы венцов червячных колес по мере убывания антизадирных и антифрикционных свойств и рекомендуемым для применения скоростям скольжения можно условно свести к трем группам.
12. Группа I. Оловянные бронзы (марок БрО10Ф1, БрО10Н1Ф1 и др.), применяют при высоких скоростях скольжения ( = 5...25 м/с). Обладают хорошими антизадирными свойствами, но имеют невысокую прочность.
13. Группа II. Безоловянные бронзы и латуни применяют при средних скоростях скольжения ( до 3...5 м/с). Чаще других применяют алюминиевую бронзу марки БрА9ЖЗЛ. Эта бронза имеет высокую механическую прочность, но обладает пониженными антизадирными свойствами, поэтому ее применяют в паре с закаленными (Н > 45 HRCэ) шлифованными и полированными червяками.
14. Группа Ш. Серые чугуны марок СЧ15, СЧ20 применяют при малых скоростях скольжения ( < 2...3 м/с).
15. Виды разрушений зубьев:
16. - заедание; особо опасно при колесах из твердых безоловянистых бронз и чугуна. Слабой формой заедания является намазывание витков червяка бронзой (сечение зуба постепенно уменьшается, но передача продолжает работать еще длительное время), а опасной формой – задир контактирующихся поверхностей в виде борозд параллельно скорости скольжения с последующим катастрофическим изнашиванием и повреждением зубьев колеса частицами, приварившимися к виткам червяка. Этот вид разрушения зубьев встречается наиболее часто в передачах с колесами из безоловянных бронз (алюминиевых) и серых чугунов. Для предупреждения заедания рекомендуют тщательно обрабатывать поверхности витков и зубьев, применять материалы с высокими антифрикционными свойствами, применять масла с противоизносными и противозадирными присадками (И-Г-С-220, И-Т-С-320, И-Т-Д-100).
17. - усталостное выкрашивание; в передачах с колесами из оловянных бронз (мягкие материалы) наиболее опасно усталостное выкрашивание рабочих поверхностей зубьев колеса.
18. - изнашивание зубьев; происходит по той же причине, что и заедание, а также при ухудшении условий смазывания (загрязнении смазочного материала), точности монтажа, длительной работе с частыми пусками и остановками передачи, а также от значений контактных напряжений;
19. - изломы зубьев колеса; наблюдаются после их изнашивания, чаще при наличии динамических нагрузок.
16 Червячные передачи. Расчеты на прочность.
К эксплутационным требованиям червячной пары можно отнести: показатели надёжности, износостойкости, сопротивление усталости, контактную жёсткость, виброустойчивость, коррозионную стойкость и прочность сцепления покрытий. Например, хромирование витков червяка существенно повышает стойкость к заеданию и износу червячной пары. В этих кинематических парах отношение скорости скольжения к суммарной скорости больше единицы, поэтому наилучшие результаты достигаются сочетанием высокотвёрдой поверхности витка с антифрикционным венцом колеса. Обеспечение этих свойств и качеств технологическими методами связано с показателями геометрического и физико-термического характера. Качество деталей по прочности размеров, шероховатость и микронеровность соприкасающихся поверхностей влияют на износостойкость. Например, важно среднее арифметическое отклонение профиля, средний шаг неровностей профиля по средней линии, относительная опорная длина профиля. Поверхностный слой любой детали отличается от основного материала и представляет собой своеобразный композит. Поверхностной твёрдости добиваются созданием защитных оксидных плёнок, легированием, ионной имплантацией.
Одной из причин повышенного изнашивания зубьев червячного колеса (и заедания) является скольжение витков червяка по зубьям червячного колеса при отсутствии разделяющей их масляной пленки. Скорость скольжения 
направлена по касательной к винтовой линии делительного диаметра червяка 
и определяется из параллелограмма скоростей (см. рис. 7):
20. 
21. где 
и 
— окружные скорости червяка и колеса, м/с; , мм; 
- угловая скорость червяка, рад/с.
17 Червячные передачи. Тепловой расчёт
Тепловой расчет червячной передачи
В червячной передаче имеют место сравнительно большие потери передаваемой мощности на трение, передача работает с большим тепловыделением.
Если отвод тепла будет недостаточен, передача перегреется. Так как смазочные свойства масла при нагреве резко ухудшаются, то возникает опасность заедания передачи и выхода ее из строя. При установившемся режиме работы червячного редуктора количество тепла, выделяемого в нем, равно количеству отводимого от него тепла. Этот тепловой баланс устанавливается при определенном перепаде температур между находящимся в редукторе маслом и окружающим корпус воздухом. Тепловой режим работы редуктора нормальный, если перепад температур находится в допустимых пределах. Для обеспечения нормальной работоспособности для червячных редукторов (закрытой передачи) производят тепловой расчет. Тепловой расчет червячной передачи при установившемся режиме работы производят на основе теплового баланса, т. е. приравнивания тепловыделения теплоотводу.
Условие нормального теплового режима:
(13)
где 
— температура масла в корпусе редуктора; 
— допускаемая температура масла в корпусе редуктора. Допускаемое значение зависит от сорта масла, его способности сохранять смазывающие свойства при повышении температуры. Для обычных редукторных масел допускают t1= 60...70°С, в исключительных случаях = 90 °С; - определяют из условия теплового баланса, а именно: выделяемое червячной парой тепло должно полностью отводиться в окружающую среду
— количество теплоты, выделяемое передачей при непрерывной работе; 
— количество теплоты, отводимое свободной поверхностью корпуса передачи за то же время.
Количество теплоты, выделяющейся в передаче в секунду, или тепловая мощность
где P 1 – мощность на входном валу передаваемая червяком, Вт; 
– КПД передачи
Количество тепла, отводимое через поверхность охлаждения корпуса редуктора,
где А – площадь поверхности корпуса передачи, соприкасающаяся с воздухом, м2. В площадь поверхности охлаждения А входит площадь наружной поверхности корпуса редуктора без днища. Если корпус снабжен охлаждающими ребрами, то учитывают только 50% площади их поверхности.; – внутренняя температура редуктора или температура масла, °С; 
– температура окружающей среды (воздуха), °С (при проектировании обычно принимают = 20°С); 
– коэффициент теплопередачи — количество теплоты, передаваемое в окружающую среду с единицы поверхности в 1 с при разности. температур в 1°С, Вт/(м2 °С). При нормальной циркуляции воздуха вокруг корпуса = (14-17,5) Вт/(м2 0С), при плохой – = (8-10,5) Вт/(м2 °С).
Итак, на основании теплового баланса можно определить температуру масла
(14)
Тепловой расчет червячной передачи выполняют как проверочный.
При 
необходимо предпринять меры от перегрева.
Способы предотвращения перегрева
1. изменение корпуса (ребра жесткости, которые выбирают из условия лучшего обтекания воздухом). При естественном охлаждении в соответствии с тем, что нагретый воздух идет вверх, ребра располагают вертикально;
2. установка вентилятора на валу червяка (ребра располагают вдоль направления потока);
3. установка масляного радиатора;
4. установка в масляную ванну змеевика, по которому пропускают проточную воду.
Глубина погружения колес в масло не должна превышать высоты зуба или витка червяка для быстроходных колес и 1/3радиуса тихоходных колес. Рекомендуемое количество масла, заливаемого в корпус, 0,5...0,7 л на 1 кВт передаваемой мощности. Сорт масла выбирают по справочникам в зависимости от окружной скорости и нагруженности передачи.
22. 18 Цепные передачи. Принцип работы, устройство. Классификация. Достоинства и недостатки. Типы приводных цепей.
Цепная передача — это передача механической энергии при помощи гибкого элемента — цепи, за счёт сил зацепления. Может иметь как постоянное так и переменное передаточное число (напр. цепной вариатор).
Состоит из ведущей и ведомой звездочки и цепи. Цепь состоит из подвижных звеньев.
Ц. п. универсальны, просты и экономичны. По сравнению с зубчатыми передачами (См. Зубчатая передача) они менее чувствительны к неточностям расположения валов, ударным нагрузкам, допускают практически неограниченные межцентровые расстояния, обеспечивают более простую компоновку, большую подвижность валов друг относительно друга. В сравнении с ремёнными передачами (См. Ремённая передача) они характеризуются следующими достоинствами: отсутствие проскальзывания и постоянство среднего передаточного отношения; отсутствие предварительного натяжения и связанных с ним дополнительных нагрузок на валы и подшипники; передача большой мощности как при высоких, так и при низких скоростях; сохранение удовлетворительной работоспособности при высоких и низких температурах; приспособление к любым изменениям конструкции удалением или добавлением звеньев.
Достоинства:
§ большая прочность стальной цепи по сравнению с ремнем позволяет передать цепью большие нагрузки с постоянным передаточным числом и при значительно меньшем межосевом расстоянии (передача более компактна);
§ возможность передачи движения одной цепью нескольким звездочкам;
§ по сравнению с зубчатыми передачами — возможность передачи вращательного движения на большие расстояния (до 7 м);
§ сравнительно высокий КПД (>> 0,9 ÷ 0,98);
§ отсутствие скольжения;
§ малые силы, действующие на валы, так как нет необходимости в большом начальном натяжении;
§ возможность легкой замены цепи.
Недостатки:
§ растяжение цепи со временем;
§ сравнительно высокая стоимость цепей;
§ невозможность использования передачи при реверсировании без остановки;
§ передачи требуют установки на картерах;
§ сложность подвода смазочного материала к шарнирам цепи;
§ скорость движения цепи, особенно при малых числах зубьев звездочек, не постоянна, что вызывает колебания передаточного отношения.
Поиск по сайту: