Расчет на прочность и КПД фрикционных передач

Расчет на прочность.Для фрикционных передач с металлическими катками основным критерием работоспособности является контактная прочность. Контактные напряжения передач с начальным контактом по линии определяют по формуле Герца [см. формулу (2.13)].

Для катков из стали и других материалов с коэффициентом Пуассо­на v = 0,3 имеем

(10.7)

где w= F_r/b₂ — номинальная нагрузка на единицу длины контактных линий; E_пр = 2Е₁Е₂/(Е₁ + Е_г) — приведенный модуль упругости; ρ_np = R₁R₂/(R_I + R₂) — приведенный радиус кривизны цилиндрических катков {Е₁ и Е₂, R_I , и R₂,- соответственно модули упругости материалов и радиусы веду­щего и ведомого катков); [σ]_н— допускаемое контактное напряжение для менее прочного из материалов пары катков.

Для закаленных (Н > 60 HRC) сталей при качественном смазы­вании [σ]_н = 800...1200 Н/мм² (£=2,1 • 10⁵ Н/мм²); для чугунов |σ]_н = 500...800 Н/мм² (£= 10⁵ Н/мм²); для текстолита [σ]_н= 80...100 Н/мм² (£=6-10³ Н/мм²).

Заданный ресурс и переменность режима нагружения учитывают при выборе допускаемых напряжений так же, как и при расчете зуб­чатых передач (см. § 12.5).

КПД фрикционных передачзависит от потерь на качение и сколь­жение катков и потерь в подшипниках. КПД обычно определяют экс­периментально. Чаще всего г) = 0,85...0,95.

Контрольные вопросы

1. Как классифицируются фрикционные передачи? Перечислите основные виды передач.

2. Каковы достоинства и недостатки фрикционных передач?

3. Какие материалы применяют для изготовления рабочих поверхностей фрикцион­ных катков? Какими свойствами должны обладать эти материалы?

4. Как обеспечивают прижатие катков фрикционных передач?

5. Почему во фрикционных передачах непостоянное передаточное число?

6. Как протекает процесс усталостного выкрашивания рабочих поверхностей катков закрытой передачи?

7. Что такое заедание рабочих поверхностей катков? Как можно предупредить его?

8. Какие устройства называют вариаторами? Их назначение.

9. Что такое диапазон регулирования вариаторов и как его определяют?

Глава 11

Основные понятия о зубчатых передачах

Общие сведения

В зубчатой передаче движение передается с помощью зацепления лары зубчатых колес (рис. 11.1,а —в). Меньшее зубчатое колесо при­нято называть шестерней, большее — колесом. Термин «зубчатое коле-cо» относят как к шестерне, так и к колесу. Параметрам шестерни приписывают индекс 1, колеса — индекс 2.

Рис. 11.1. Цилиндрические зубчатые передачи внешнего зацепления

Зубчатые передачи — самый распространенный вид механических передач, так как могут надежно передавать мощности от долей до десятков тысяч киловатт при окружных скоростях до 275 м/с. Зубчатые передани широко применяют во всех отраслях машиностроения и прибо­ростроения.

Достоинствазубчатых передач. 1. Высокая надежность работы в широком диапазоне нагрузок и скоростей. 2. Малые габариты. 3. Боль­шой ресурс. 4. Высокий КПД. 5. Сравнительно малые нагрузки на валы и подшипники. 6. Постоянство передаточного числа. 7. Простота об­служивания.

Недостатки. 1.Относительно высокие требования к точности изго­товления и монтажа. 2. Шум при больших скоростях.

Классификация.В зависимости от взаимного расположения геомет­рических осей валов зубчатые передачи бывают: цилиндрические — при параллельных осях (рис. 11.1,а — в); конические— при пересекающихся осях (рис. 11.2,(3,б); винтовые— при перекрещивающихся осях (рис. 11.3). Винтовые зубчатые передачи имеют повышенное скольже­ние в зацеплении и низкую нагрузочную способность, поэтому при­меняются ограниченно.

Для преобразования вращательного движения в поступательное и на­оборот применяют реечную передачу (рис. 11.4),которая является

Рис. 11.2. Конические зубчатые передачи: Рис. 11.3. Винтовая зубчатая

а — прямозубая; б— с круговым зубом передача

Рис. 11.4. Реечная Рис. 11.5. Цилиндрическая

передача прямозубая передача

внутреннего зацепления

частным случаем цилиндрической зубчатой передачи. Рейку рассматри­вают как зубчатое колесо, диаметр которого увеличен до бесконеч­ности.

В зависимости от расположения зубьев на ободе колес различают (см. рис. 11.1)передачи: прямозубые (а), косозубые (б), шевронные (в) и с круговыми зубьями (см. рис. 11.2,б).

В зависимости от формы профиля зуба передачи бывают: эволь-вентные, с зацеплением Новикова, циклоидальные. Преимущественное применение имеет эвольвентное зацепление, которое было предложено Л. Эйлером еще в 1760 г.

В 1954 г. М. Л. Новиков предложил принципиально новое зацепле­ние, в котором профиль зуба очерчен дугами окружностей. Это зацеп­ление возможно лишь при косых зубьях.

Циклоидальное зацепление в настоящее время сохранилось в при­борах и часах. 108

В зависимости от взаимного расположения колес зубчатые передачи бывают внешнего (см.рис. 11.1)и внутреннего (рис. 11.5)зацепления. Ниже рассматриваются передачи внешнего зацепления, как наиболее распространенные.

В зависимости от конструктивного исполнения различают закрытые и открытые зубчатые передачи. В закрытых передачах колеса помещены в пыле- и влагонепроницаемые корпуса (картеры) и работают в мас­ляной ванне (зубчатое колесо погружают в масло на глубину до '/з Р^а_ диуса). В открытых передачах зубья колес работают всухую или при периодическом смазывании пластичным смазочным материалом и не защищены от воздействия внешней среды.

В зависимости от числа ступеней зубчатые передачи бывают одно-и многоступенчатые (см. рис. 19.1).

В зависимости от относительного характера движения осей зубча­тых колес различают рядовые зубчатые передачи (см. рис. 11.1, оси зубчатых колес неподвижны) и планетарные (см. рис. 16.1— 16.3, ось сателлита вращается относительно центральной оси).