36

валов и ступиц шпоночных пазов, ослабляющих сечения соединяемых деталей и вызывающих значительную концентрацию напряжений, что понижает сопротивление валов усталости.

По конструкции шпонки подразделяются на призматические, сегментные, клиновые. Геометрические размеры первых двух типов шпонок стандартизованы. Наибольшее распространение получили призматические шпонки.

Рабочими поверхностями призматических шпонок являются боковые грани. Шпонки работают на смятие и срез (рис.3.5).

Рис. 3.5. Соединение призматической шпонкой

Условие прочности на срез –

соединяемых деталей и шпонок. Для стальных валов, ступиц и шпонок принимают см = 120…180 МПа.

Соединения сегментными шпонками, представляющими собой пластины в форме части диска по принципу работы и расчета аналогичны

соединениям призматическими шпонками. По сравнению с ними они более технологичны, но значительнее ослабляют валы.

Шлицевые соединения образуются при вхождении выступов (зубьев) на валах в соответствующие впадины (пазы) на ступицах. Шлицы выполняют

прямобочного, эвольвентного и треугольного профилей (рис. 3.6). Параметры шлицевых соединений стандартизованы (кроме соединений с зубьями треугольного профиля).

150

заданной угловой скорости исполнительного звена машины. В зубчатых передачах первые механизмы, называют редукторами, а вторые – мультипликаторами.

По способу передачи движения от ведущего вала к ведомому различаются передачи трением и зацеплением; непосредственного касания (фрикционные, зубчатые, червячные, волновые, винтовые) и с гибкой связью (ременные, зубчатоременные, цепные); по назначению – кинематические и силовые; по взаимному расположению валов в пространстве – между параллельными, пересекающимися, перекрещивающимися и соосными осями валов.

Рассмотрим кинематические и силовые соотношения в передачах.

Основные параметры передачи следующие: мощность Р (кВт); быстроходность, выражаемая угловой скоростью (с-1) или частотой вращения n (мин-1); вращающий момент Т (Н м); коэффициент полезного действия (КПД) и передаточное число и .

Важнейшей характеристикой любой механической передачи является передаточное число, показывающее, во сколько раз быстроходность входного звена 1 отличается от аналогичного параметра выходного звена 2 :

процесс преобразования частоты вращения – редуцированием, а передачу, выполненную в закрытом корпусе – редуктором.

Передаточное число можно выразить через диаметры, или число зубьев, тогда формула будет иметь вид:

u12 d2 / d1 z2 / z1

Привод может включать несколько передаточных механизмов (ступеней). При этом значение общего передаточного числа определяется произведением передаточных отношений отдельных кинематических ступеней привода

кинематическими возможностями отдельных передач. Передаточные числа редукторов следует принимать стандартными.

При передаче движения часть мощности теряется, например на трение. Эти потери выражаются коэффициентом полезного действия:

= Р2 / Р1

Окружная сила передачи F (Н):

152

где РТ – сила на исполнительном звене машины; общ – общий КПД привода, равный произведению частных КПД отдельных передач, составляющих привод:

общ = 12 23… n.

Зубчатые передачи предназначены для передачи и преобразования вращательного движения с изменением угловых скоростей и крутящих моментов посредством зубчатого зацепления. Наибольшее распространение получили передачи с эвольвентным профилем зуба.

Зубчатые передачи между параллельными валами осуществляются с помощью цилиндрических зубчатых колес, образующие венцов которых параллельны осям валов. Наиболее широкое применение в технике нашли цилиндрические зубчатые колеса с прямыми, косыми и шевронными зубьями (рис. 3.7 а,б,в).

Рис. 3.7. Схемы зубчатых передач

Если оси валов пересекаются, для передачи используются конические зубчатые колеса с прямыми, круговыми (рис. 3.7.г.д.) и косыми (рис. 3.9.е)

зубьями. Когда оси валов перекрещиваются, применяются комбинированные зубчато-винтовые передачи, наиболее распространенным видом которых является червячная, состоящая из ведущего червяка 1 , представляющего собой силовой винт , и ведомого червячного колеса 2 (рис. 3.7.ж).

По сравнению с другими механическими передачами зубчатые обладают следующими преимуществами:

-относительно малыми габаритами и высокими (до 0,985) КПД;

-сравнительно большой долговечностью и надежностью в работе;

-постоянством передаточного отношения;

-возможностью применения для широкого диапазона крутящих моментов, угловых скоростей и передаточных чисел.

Цилиндрические зубчатые передачи. Зубчатые венцы колес ограничены поверхностями вершин зубьев диаметром dа и впадин диаметром df.

153

Конические зубчатые передачи позволяют преобразовывать и передавать вращательное движение между валами, оси которых пересекаются под каким-либо углом. Наибольшее распространение в технике получили прямозубые конические передачи. Они характеризуются следующими геометрическими параметрами (рис. 3.10): диаметрами dm (средний диаметр), dae, de , углом , равным половине угла при вершине конуса элемента передачи и конусным расстоянием Re.

Рис. 3.10. Параметры прямозубого конического колеса

При расчетах конических колес округлять величину модуля до стандартного значения необязательно. Диаметры поверхностей выступов и впадин рабочего венца конического колеса с равновысокими зубьями –

156

Червячные передачи применяются для преобразования и передачи вращательного движения между валами, оси которых перекрещиваются, как правило, под прямым углом.

Червячные передачи являются зубчато – винтовыми. Червячная пара

состоит из червяка 1 и червячного колеса 2 (рис.3.11). При этом в большинстве случаев ее ведущим звеном служит червяк.

Рис.3.11. Схемы червячных передач

К преимуществам таких передач следует отнести возможность получения большого передаточного числа (до 80) на одной ступени, а также плавность и бесшумность работы. Существенными недостатками червячных передач являются сравнительно низкий КПД ( = 0,65…0,91), значительное выделение теплоты в зоне контакта червяка с колесом, интенсивное изнашивание и склонность к заеданию, что обусловливает необходимость применения при изготовлении червячных колес дорогих антифрикционных материалов.

Червячные передачи используют при небольших и средних (до 50 кВт) мощностях. Червячные колеса изготавливают из обладающих антифрикционными свойствами латуней и бронз. В тихоходных передачах допустимо применение колес из относительно мягких серых чугунов.

Червяки, представляющие собой силовые винты, выполняют, как правило, из цементированных и среднеуглеродистых сталей с поверхностной объемной закалкой. Червяки изготавливают одно- и многозаходные (стандартное число заходов червяка z1 = 1,2,4). В зависимости от формы внешней образующей червяка различают цилиндрические и глобоидные червячные передачи (см. рис.3.11 а) и б)). В зависимости от формы винтовой поверхности резьбы различают эвольвентные, конволютные и архимедовы цилиндрические червяки.

Профиль эвольвентных червяков в торцевом направлении очерчен эвольвентой окружности. Конволютные червяки имеют прямолинейный профиль в сечении, нормальном к витку.

157

Наибольшее распространение получили архимедовы червяки, в основе осевого профиля которых лежит равнобедренная трапеция с углом = 200. В торцевом сечении их витки ограничены архимедовой спиралью (рис. 3.12). Архимедовы червяки подобны ходовым винтам с трапецеидальной резьбой.

Рис. 3.12. Архимедов червяк и его параметры

Параметры червячных передач. Основным геометрическим параметром червячной передачи являются осевой модуль червяка m, равный торцевому модулю червячного колеса. Модули червячных передач стандартизированы.

Геометрические размеры элементов червячной передачи (рис. 3.13): - делительный диаметр червяка-

d1 q m ,

где q – коэффициент диаметра червяка (величина стандартная).

- высота головки витка червяка и зуба колеса-

Значения длины нарезной части червяка b1 и ширины колeса b2 принимаются конструктивно в зависимости от числа заходов червяка.

158

Передаточное число червячных пар u z2 / z1 .

Рис. 3.13. Геометрические параметры червячной пары

Силы в зацеплении. Окружная сила на червяке Ff1 равна осевой силе на червячным колесе:

где Т1 - вращающий момент на червяке; d1- делительный диаметр червяка. Радиальная сила на червяке Fr1 равна радиальной силе на колесе Fr2:

Fr1= Fr2= Fr1tg .

Осевая сила на червяке Fa1 равна окружной силе Ft2 на червячном

колесе:

где Т2 – вращающий момент на червяке; d2 – длительный диаметр червяка.

7.3.4. Валы, оси и опоры

Валы и оси предназначены для поддерживания вращающихся элементов машин – зубчатых колес, шкивов, звездочек и т.д. Конструктивно оси и прямые валы, представляющие собой детали цилиндрический формы (иногда с коническими участками), различаются мало.

Характер работы валов и осей принципиально различен: оси воспринимают только изгибающие нагрузки, а валы работают на кручение и изгиб, передавая полезные крутящие моменты. Силовые факторы, действующие на оси и валы, передаются на корпуса и станины машин через опоры (например,

подшипники).

Оси могут быть неподвижными или вращающимися совместно с насаженными на них деталями. Валы при работе машины вращаются всегда.

В зависимости от геометрической формы различают прямые, колончатые и гибкие валы. По конструктивному исполнению оси и валы бывают постоянного и ступенчато-переменного сечения (чаще всего кругового), сплошные полные.

159