![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Решение 3 страница
Рис. 6.1
Стандартные детали и узлы подбирают в соответствии с размерами сопрягаемых деталей и проверяют по условиям работоспособности в заданных условиях эксплуатации. 6.3. Зубчатые и червячные передачи
По делительной окружности определяют шаг зацепления p и модуль m
Геометрические параметры зацепления конической передачи, определяемые по внешнему конусу, обозначаются индексом е: внешнее конусное расстояние Rе, диаметры окружностей вершин dae1 и dae2, делительных окружностей dе1 и dе2 и окружностей впадин dfe1 и dfe2, углы делительных конусов d1 и d2, ширина зубчатого венца в и высота зуба he. Индексом 1 обозначают параметры шестерни, а индексом 2 – колеса.
Цилиндрическая передача Коническая передача Червячная передача
Рис. 6.4 Геометрические параметры червячной пары определяют в среднем сечении червячного колеса и поперечном сечении червяка: межосевое расстояние аw, диаметры окружностей вершин da1 и da2, делительных диаметров d1 и d2 и впадин df1 и df2, ширина зубчатого венца в2, высота зуба h, наибольший диаметр колеса daМ2. Индексом 1 обозначены параметры червяка, индексом 2 – колеса. Примечание: параметры, не обозначенные индексами 1 и 2, являются общими в зацеплении. Основными элементами, определяющими работоспособность передач зацеплением, являются зубья колес. При передаче вращающего момента Т (рис. 6.5) в зацеплении возникает сила нормального давления
Рис. 6.5 Рис. 6.6
Сила нормального давления Fn (см. рис. 6.5) вызывает действие контактных напряжений sН в поверхностных слоях зубьев, а окружная сила Ft – изгибных напряжений sF в поперечных сечениях у основания зубьев. Эти напряжения имеют циклический характер и являются причиной двух основных видов повреждений зубчатых колес: а) усталостное выкрашивание поверхностных слоев зубьев; б) усталостная поломка зубьев у их основания. В связи с этим основным критерием работоспособности передач зацеплением является выполнение условий контактной и изгибной прочности:
где Величина допускаемых напряжений зависит в основном от механических свойств материала (предел прочности sВ, предел текучести sT, твердость НВ) и заданного срока службы tS, оцениваемого коэффициентом долговечности КL. Расчет закрытых передач с обильной смазкой зацепления осуществляется в следующей последовательности: 1. Выбор материалов и термообработки зубчатых колес. Зубчатые колеса силовых цилиндрических и конических передач при отсутствии особых требований по ограничению габаритов и массы изготавливают из углеродистых сталей 35, 40, 45, 50 с термообработкой до твердости HB < 350. В червячных передачах в связи с высокими скоростями скольжения в зацеплении применяют антифрикционную пару: сталь – бронза (стальной червяк и бронзовый венец червячного колеса). 2. Расчет допускаемых напряжений: контактных [s]H и изгибных [s]F. 3. Проектный расчет из условия контактно-усталостной прочности зубьев: определение основных геометрических параметров зубчатых колес и зацепления. 4. Проверочный расчет по условию изгибной выносливости зубьев: расчет рабочих изгибных напряжений sF и проверка выполнения условия sF £ [s]F. 5. Расчет сил в зацеплении: окружных Ft, радиальных Fr, осевых Fa. 6.4. Валы Валы предназначены для поддержания вращающихся деталей механизма и передачи вращающих моментов. Чаще всего валы имеют ступенчатую конструкцию, обеспечивающую монтаж и фиксирование деталей в радиальном и осевом направлениях. Конструкция и размеры ступенчатых валов зависят от типа и размера сопрягаемых с ними деталей (муфт, манжетных уплотнений, подшипников, зубчатых колес и др.); имеются следующие участки (рис. 6.7): Рис. 6.7
– консольный – под уплотнение – под подшипники – под зубчатое колесо – упорный буртик Валы изготавливают из углеродистых и легированных сталей 30, 35, 40, 45, 40Х, 10ХН и др. Воспринимая силы, действующие в зацеплении зубчатых колес, редукторные валы подвергаются действию циклических напряжений изгиба s и кручения t, что является причиной их усталостного разрушения. В связи с этим основным критерием работоспособности валов является усталостная прочность. Расчет валов осуществляется в три этапа. На первом этапе определяют ориентировочное значение минимального диаметра вала из условия прочности на кручение:
где Т, Нм – вращающий момент на валу; На втором этапе осуществляется эскизное проектирование с проработкой конструктивной формы вала и размеров его ступеней в соответствии с сопряженными размерами размещаемых на валу деталей. На третьем этапе выполняют проверочный расчет вала на усталостную прочность в следующей последовательности: 1. Составляют расчетную схему вала с учетом сил, действующих в зацеплении. 2. Из условия равновесия системы сил определяют неизвестные реакции опор по величине и направлению. 3. Методом сечений определяют значения изгибающего М и крутящего МХ моментов и строят эпюры. 4. Определяют предположительно опасные сечения с точки зрения усталостной прочности. 5. Рассчитывают коэффициенты запаса прочности по нормальным напряжениям изгиба n s и касательным напряжениям кручения n t и общий коэффициент запаса n по зависимости
6. Проверяют выполнение условия усталостной прочности: 6.5. Подшипники качения Подшипниковые узлы являются опорами валов и других вращающихся деталей механизмов. Они предназначены для обеспечения свободного вращения деталей, фиксирования их от других перемещений и восприятия действующих на них сил. Подшипник состоит из наружного 1 и внутреннего 2 колец, между которыми по специальным дорожкам перекатываются тела качения 3 (шарики или ролики). Сепаратор 4 разделяет тела качения от их соприкосновения (рис. 6.8). Наиболее широкое применение в опорах валов редукторов получили стандартные подшипники качения.
С увеличением угла контакта нагрузочная способность подшипника в осевом направлении возрастает, а в радиальном – уменьшается. Роликовый конический подшипник обладает значительно большей грузоподъемностью и осевой жесткостью, чем шариковый, но менее быстроходен.
Подшипники качения работают в условиях циклических нагрузок, под действием которых происходит контактно-усталостное разрушение их рабочих поверхностей. В связи с этим критерием оценки работоспособности подшипников является выполнение условия
где
где 6.6. Шпоночные соединения
При передаче вращательного момента Т рабочая боковая поверхность выступающей из вала части шпонки испытывает действие нормальных напряжений смятия Работоспособность шпоночного соединения обеспечивается проверкой выполнения условий прочности на срез и смятие:
где [ τ ср ] и [ Контрольные вопросы 1. Дайте определения детали и сборочной единицы. 2. Назовите основные детали и узлы редукторов. Какие функции они выполняют? Ознакомьтесь с алгоритмом расчета деталей механизмов. 3. Назовите основные части зубчатого колеса. Какая из них определяет его работоспособность? 4. Назовите основные геометрические параметры зубчатого колеса и зацеплений: цилиндрического, конического, червячного. Как они обозначаются? Какие из них характеризуют только данный тип зацепления? 5. Назовите основные виды повреждений зубчатых колес. Что является причиной этих повреждений? Сформулируйте и запишите условия, обеспечивающие работоспособность зубчатых колес. 6. Из каких материалов изготавливают зубчатые (цилиндрические, конические, червячные) силовые передачи? 7. Какие параметры определяют величину рабочих и допускаемых напряжений в зубчатом зацеплении? 8. Какие функции выполняют редукторные валы? Какие материалы используют для их изготовления? 9. Какой вид повреждений определяет работоспособность валов и какова его причина? Какие виды деформаций характерны для редукторных валов? 10. Сформулируйте и запишите условие работоспособности валов. 11. Какие функции выполняют подшипники качения? 12. Ознакомьтесь с конструкцией подшипников качения. Назовите основные типы стандартных подшипников: по форме тел качения, по восприятию нагрузок. Какие функции они выполняют? 13. Сформулируйте и запишите условие работоспособности подшипников качения. 14. Для чего предназначены шпоночные соединения? Какие виды деформаций они испытывают? 15. Укажите поверхности или сечения шпонки, испытывающие смятие и срез. 16. Сформулируйте и запишите условия прочности шпоночного соединения. 7. ТОЧНОСТЬ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ При проектировании механизма должна предусматриваться взаимозаменяемость его деталей и узлов. Взаимозаменяемость – это свойство равноценной замены любого изделия или его части другим однотипным экземпляром. Взаимозаменяемость объединяет этапы конструирования, изготовления, эксплуатации и ремонта механизмов. При изготовлении деталей неизбежно возникают отклонения от заданных размеров, формы, относительного расположения поверхностей и их шероховатости. Для обеспечения взаимозаменяемости деталей и нормальной работы механизмов эти отклонения регламентируются единой системой допусков и посадок (ЕСДП), стандартами и рекомендациями международной организации в области стандартизации. 7.1. Понятие о размерах, допусках Поверхности, по которым происходит соединение деталей при сборке, называют сопрягаемыми, остальные – несопрягаемыми, или свободными. Из двух сопрягаемых поверхностей охватывающая поверхность называется отверстием, а охватываемая – валом (рис. 7.1).
Рис. 7.1 При этом в обозначениях параметров отверстий используют прописные буквы латинского алфавита (D, E, S), а валов – строчные (d, e, s). Сопрягаемые поверхности характеризуются общим размером, называемым номинальным размером соединения (D, d). Действительный размер детали – это размер, полученный при изготовлении и измерении с допустимой погрешностью. Предельные размеры – это максимальный (Dmax и dmax) и минимальный (Dmin и dmin) допустимые размеры, между которыми должен находится действительный размер годной детали.Разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами называют допуском размера отверстия TD и вала Td. TD (Td) = Dmax(dmax) – Dmin(dmin). Допуск размера определяет заданные границы (предельные отклонения) действительного размера годной детали. Допуски изображают в виде полей, ограниченных верхним и нижним отклонением размера. При этом номинальному размеру соответствует нулевая линия. Ближайшее к нулевой линии отклонение называют основным. Основное отклонение отверстий обозначают прописными буквами латинского алфавита A, B, C, Z, валов – строчными a, b, c, …, z. Допуски размеров отверстия TD и вала Td могут быть определены как алгебраическая разность между верхним и нижним предельными отклонениями: TD(Td) = ES(es) – EI(ei). Величина допуска зависит от размера и требуемого уровня точности изготовления детали, который определяется квалитетом (степенью точности). Квалитет – это совокупность допусков, соответствующих одинаковой степени точности. Стандартом установлено 20 квалитетов в порядке уменьшения степени точности: 01; 0; 1; 2…18. Квалитеты обозначают сочетанием прописных букв IT с порядковым номером квалитета: IT 01, IT 0, IT 1, …, IT 18. С увеличением номера квалитета величина допуска на изготовление детали возрастает. От правильного назначения квалитета зависит стоимость изготовления деталей и качество работы соединения. Ниже приведены рекомендуемые области применения квалитетов: – с 01 по 5 – для эталонов, концевых мер длины и калибров; – с 6 по 8 – для образования посадок ответственных деталей, широко используемых в машиностроении; – с 9 по 11 – для создания посадок неответственных узлов, работающих при низких скоростях и нагрузках; – с 12 по 14 – для допусков на свободные размеры; – с 15 по 18 – для допусков на заготовки. На рабочих чертежах деталей допуски проставляют рядом с номинальным размером. При этом буквой задается основное отклонение, а цифрой – квалитет точности. Например: Æ 25 к6; Æ 25 Н7; Æ 30 h8; Æ 30 F8. 7.2. Понятие о посадках и системах посадок Посадкой называется характер соединения двух деталей, определяемый свободой их относительного перемещения. В зависимости от взаимного расположения полей допусков отверстия и вала посадки могут быть трёх типов. 1. С гарантированным зазоромS при условии: Dmin ≥ dmax: – максимальный зазор Smax = Dmax – dmin; – минимальный зазор Smin = Dmin – dmax. Посадки с зазором предназначены для образования подвижных и неподвижных разъемных соединений. Обеспечивают легкость сборки-разборки узлов. В неподвижных соединениях требуют дополнительного крепления винтами, шпонками и др. 2. С гарантированным натягом N при условии: Dmax < dmin: – максимальный натяг Nmax = dmax – Dmin; – минимальный натяг Nmin = dmin – Dmax. Посадки с натягом обеспечивают образование неразъемных соединений чаще без применения дополнительного крепления. 3. Переходные посадки, при которых возможно получение в соединении как зазора, так и натяга: – максимальный зазор Smax = Dmax – dmin; – максимальный натяг Nmax = dmax – Dmin. Переходные посадки предназначены для неподвижных разъемных соединений. Обеспечивают высокую точность центрирования. Требуют дополнительного крепления винтами, шпонками и др. В ЕСДП предусмотрены посадки в системе отверстия и в системе вала. Посадки в системе отверстия образуются сочетанием поля допуска основного отверстия Н c различными полями допусков вала: a, b, c, d, e, f, g, h (посадки с зазором); jS, k, m, n (переходные посадки); p, r, s, t, u, v, x, y, z (посадки с натягом). Посадки в системе вала образуются сочетанием поля допуска основного вала h с различными полями допусков отверстия: A, B, C, D, E, F, G, H (посадки с зазором); Js, K, M, N (переходные посадки); P, R, S, T, U, V, X, Y, Z (посадки с натягом). Посадки проставляют на сборочных чертежах рядом с номинальным размером сопряжения в виде дроби: в числителе допуск на отверстие, в знаменателе допуск на вал. Например: Æ 30 Следует отметить, что в обозначении посадки в системе отверстия в числителе обязательно присутствует буква Н, а в системе вала в знаменателе – буква h. Если же в обозначении имеются обе буквы Н и h, например Æ 20 Н6/h5, то в этом случае предпочтение отдаётся системе отверстия. 7.3. Допуски формы и расположения поверхностей В процессе изготовления деталей возникают не только погрешности размеров, но и погрешности геометрической формы, а также относительного расположения осей и поверхностей. Они оказывают вредное влияние на работоспособность деталей и узлов механизма. Чтобы ограничить величину этих погрешностей, на рабочих чертежах деталей обозначают базовые поверхности (оси) и указывают допуски формы и расположения поверхностей условными знаками: Ó – допуск цилиндричности; Ø – допуск соосности; Õ – допуск параллельности; Ö – допуск перпендикулярности; Ù – допуск симметричности; Ü – допуск биения.
7.4. Шероховатость поверхностей Шероховатость является следствием пластической деформации поверхностного слоя детали при её обработке и представляет собой совокупность микронеровностей (выступов и впадин) на поверхностях деталей машин. Шероховатость может быть задана несколькими параметрами. Основным из них является параметр Ra (среднее арифметическое отклонение высоты микронеровностей).
|