Курс лекций по теме Детали машин и основы конструирования

Машиностроительное черчение
Геометрическое черчение
Проекционное черчение
Изучение резьбовых соединений
Соединение деталей
Эскизы и рабочие чертежи деталей
Чтение и детелирование сборочного чертежа
Сборочный чертеж изделия
Графический редактор КОМПАС
Соединение деталей клейкой или пайкой
Начертательная геометрия
Техническая механика
Инженерная графика
Атомная энергетика
Электротехника
Расчет цепей постоянного тока
Метод узлового напряжения
Расчет цепей переменного тока
Пример расчета трехфазной цепи
Решение задач
Лабораторная работа
Лабораторные работы по ТОЭ
Исследование линейной электрической
цепи постоянного тока
Параллельная цепь переменного тока
Трехфазные нагрузочные цепи
Испытание однофазного трансформатора
Испытание генератора постоянного тока
Испытание асинхронного короткозамкнутого
двигателя
Испытание синхронного двигателя
Исследование переходных процессов
Линейная электрическая цепь второго порядка
Исследование полупроводниковых
выпрямителей
Трехфазные выпрямители
Характеристики и параметры биполярных
транзисторов
Исследование усилителя постоянного тока
Исследование усилителя низкой частоты
на транзисторе
Исследование управляемого тиристорного
выпрямителя
Исследование полупроводникового
стабилизатора напряжения
Исследование дешифраторов
Исследование электрических свойств
сегнетоэлектриков
Исследование свойств ферромагнитных
материалов
Температурная зависимость
сопротивления окислов металлов
Исследование электропроводности
полупроводниковых материалов
Математика
Лекции по математике

Вычислить несобственный интеграл

Дифференциальные уравнения (ДУ)

Степенные ряды

Неопределенный интеграл

Несобственный интеграл 1-го рода

Исследовать сходимость интеграла

Основные методы интегрирования

Метод интегрирования по частям

Вычисление площадей плоских фигур

Определенный интеграл и его приложения

Однородные уравнения

Условие Липшица

История искусства
Абстрактное искусство
Романская и готическая архитектура
Архитектура ренессанса
Нотер-Дам-де-Пари
Архитектура Италии
Русское деревянное зодчество
Русское барокко
Судьба советской архитектуры

Передачи

Механические передачи.

В общем случае в машине можно выделить три составные части (рис. 26): двигатель, передачу и исполнительный элемент.

Рисунок 26 – Составные части машины

Механическая энергия, приводящая в движение машину, представляет собой энергию вращательного движения вала двигателя. Передачу механической энергии от двигателя к исполнительному элементу машины осуществляют с помощью различных передаточных механизмов (в дальнейшем – передач): зубчатых, червячных, ременных, цепных, фрикционных.

Для достижения необходимых по условиям работы силовых и кинематических параметров на исполнительном элементе и применяют передачи.

В зависимости от принципа действия механические передачи разделяют на:

– передачи зацеплением (зубчатые, червячные, цепные);

– передачи трением (фрикционные, ременные).

Передавая механическую энергию, передачи одновременно могут выполнять одну или несколько из следующих функций.

1. Понижение (или повышение) частоты вращения от вала двигателя к валу исполнительного элемента (рис. 27). Основные параметры на ведущем и ведомом валах: мощность Р1, Р2 (кВт), вращающий момент Т1, Т2 (Н·м), частота вращения n1, п2 (мин–1).

Вращающий момент Т (Н·м) на любом валу можно вычислить по мощности Р (кВт) и частоте вращения п (мин–1):

, (36)

Рисунок 27 – Параметры на ведущем и ведомом валах

Как видно, понижение частоты вращения приводит к повышению вращающего момента, а повышение частоты вращения — к понижению момента.

Важной характеристикой передачи является передаточное число и, определяемое как отношение частот вращения n1 ведущего и п2 ведомого валов или (без учета скольжения в контакте) как отношение диаметров d2 ведомого и d1 ведущего элементов передачи:

, (37)

При этом и ³ 1, следовательно, частота вращения ведомого вала меньше частоты вращения ведущего вала в передаточное число раз:

, (38)

Понижение частоты вращения называют редуцированием, а закрытые передачи, понижающие частоты вращения, — редукторами. Устройства, повышающие частоты вращения, называют ускорителями или мультипликаторами. В дальнейшем будем рассматривать только понижающие передачи, как имеющие преимущественное применение.

Соотношение мощностей и моментов. Мощность Р2 на ведомом валу меньше, чем мощность Р1 на ведущем вследствие потерь в передаче, оцениваемых КПД h:

, (39)

Вращающий момент на ведомом валу возрастает практически в передаточное число раз (в соответствии с уменьшением частоты его вращения):

, (40)

2. Изменение направления потока мощности. Примером может служить зубчатая передача заднего моста автомобиля. Ось вращения вала двигателя большинства автомобилей составляет с осью вращения колес угол 90°. Для передачи механической энергии между валами с пересекающимися осями применяют коническую передачу (рис. 28).

Рисунок 28 – Коническая передача

3. Регулирование частоты вращения ведомого вала. С изменением частоты вращения изменяется и вращающий момент: меньшей частоте соответствует больший момент. Для регулирования частоты вращения ведомого вала применяют коробки передач и вариаторы.

Коробки передач обеспечивают ступенчатое изменение частоты вращения ведомого вала в зависимости от числа ступеней и включенной ступени. Для двухступенчатой коробки передач, схема которой представлена на рис. 29, имеем:

 

, (41)

Рисунок 29 – Коробка скоростей

Вариаторы обеспечивают бесступенчатое в некотором диапазоне изменение частоты вращения ведомого вала.

В лобовом вариаторе (рис. 30) изменение частоты вращения ведомого вала достигают передвижением малого катка вдоль вала, т.е. изменением расстояния Ri до оси ведомого вала. Передаточное число иi находится в диапазоне от иmin до иmax:

, (42)

Откуда диапазон регулирования:

, (43)

Для лобового вариатора D»2,5.

4. Преобразование одного вида движения в другой (вращательного в поступательное, равномерного в прерывистое и т.д.).

5. Реверсирование движения (прямой и обратный ход).

6. Распределение энергии двигателя между несколькими исполнительными элементами машины.

Рисунок 30 – Лобовой вариатор

Контактные напряжения возникают при взаимодействии тел, размеры площадки контакта которых малы по сравнению с размерами самих соприкасающихся тел: например, контакт двух стальных круговых цилиндров по общей образующей, рис. 31 (аналог зубчатого зацепления, фрикционной передачи, роликовых подшипников), контакт шаpa и тора (шариковые подшипники качения). Контакт при перекатывании в передачах и опорах качения происходит по малым площадкам (начальный контакт по линии или в точке), вследствие чего в поверхностном слое возникают высокие напряжения. Материал в районе этой площадки испытывает объемное напряженное состояние. Впервые исследованием контактных напряжений занимался физик Герц (Hertz). В его честь контактные напряжения обозначают с индексом Н: σH.

Рисунок 31 – Возникновение контактных напряжений

Контакт ненагруженных прижимающей силой цилиндров с параллельными осями происходит по линии (по образующей). Под действием прижимающей силы Fn, вследствие упругих деформаций цилиндров первоначальный контакт по линии переходит в контакт по прямоугольной площадке (очень узкой полоске) шириной 2а. Особенностью действия нормальных контактных напряжений является то, что они не распространяются глубоко в тело деталей, сосредотачиваясь в тонком поверхностном слое.

Кроме нормального напряжения σH в зоне контакта возникают также касательные напряжения t. Наибольшее касательное напряжение tmax=0,3σHmax имеет место в точке, расположенной на линии действия прижимающей силы Fn и отстоящей от поверхности соприкосновения на 0,78а.

Максимальное значение σHmax используют в качестве основного критерия контактной прочности:

, (44)

где [ σ]H – допускаемое контактное напряжение, полученное из эксперимента или опыта эксплуатации при аналогичных условиях в зоне контакта.

Для вычисления максимального контактного напряжения на площадке контакта используют формулу Герца, полученную из решения контактной задачи теории упругости (индекс "max" при этом опускают):

, (45)

Характер и причины отказов под действием контактных напряжений

1 Смятие контактирующих поверхностей. Происходит при ударном, а также при вибрационном приложении нагрузки или при действии значительных по величине нагрузок, когда помимо упругих имеют место пластические деформации.

2 Усталостное выкрашивание. Каждая точка на поверхности при вращении цилиндров испытывает циклическое действие контактных напряжений [σ]H (т. А, рис. 32,а и б), а сама поверхность — циклическое деформирование. Усталостная трещина 2, возникающая в результате повторных микропластических сдвигов, обычно зарождается у поверхности 1 цилиндра (рис. 33,а), в месте концентрации напряжений из–за микронеровностей или неметаллических включений, всегда присутствующих в стали.

Рисунок 32 – Циклическое действие контактных напряжений [σ]H

В пределах деформированного слоя трещина развивается наклонно к поверхности, а затем – по границе деформированного слоя. Развитие усталостных трещин в более глубокие слои связывают с "расклинивающим" действием смазочного материала.

Рисунок 33 – Зарождение трещин в месте концентраций напряжений

Смазочный материал 3 перед площадкой контакта попадает в раскрытую силами трения трещину 2 (рис. 33,б). В пределах площадки контакта под нагрузкой трещина закрывается, создается повышенное давление смазочного материала (рис. 33,в), что способствует развитию трещины вплоть до отрыва частицы металла 4 с поверхности (рис. 33,г), образованию вначале мелких выемок, а затем в результате скалывания их краев и крупных раковин. Выкрашивание нарушает условия образования сплошной масляной пленки (масло выжимает в выемки), что приводит к изнашиванию и задиру поверхностей.

При малой толщине упрочненного слоя, а также при значительных контактных напряжениях трещины могут зарождаться в глубине — под упрочненным слоем или на границе упрочненного слоя. Нарушение равновесия внутрикристаллических связей приводит к отслаиванию упрочненного слоя.

3 Изнашивание. Силы трения в контакте вызывают на поверхности ведущего цилиндра перед площадкой контакта деформации сжатия в окружном направлении, а после – деформации растяжения. На ведомом цилиндре – наоборот: перед площадкой контакта – деформации растяжения), после – деформации сжатия. Для наглядности деформации условно показаны на рис. 34 в виде изменения расстояния в окружном направлении между радиальными отрезками. При прохождении площадки контакта наблюдают относительное перемещение точек ведущего и ведомого цилиндров, т.е. относительное скольжение, которое и является причиной изнашивания.

Рисунок 34 – Деформации растяжения и сжатия в контактирующих телах

4 Заедание. При отсутствии смазочного материала или в случае прорыва под большой нагрузкой смазывающего слоя относительное скольжение приводит к местному значительному повышению температуры и молекулярному сцеплению (микросварке) с последующим разрывом и переносом вырванной части материала на сопряженную поверхность.

Зубчатые передачи В зубчатой передаче движение передают с помощью зацепления пары зубчатых колес. Меньшее зубчатое колесо принято называть шестерней, большее — колесом. Термин "зубчатое колесо" относят как к шестерне, так и к колесу.

Особенности геометрии и условий работы косозубых зубчатых передач. Зубья косозубых цилиндрических колес нарезают тем же инструментом, что и прямозубых. Ось червячной фрезы составляет с торцовой плоскостью колеса угол. При нарезании фрезу перемещают по направлению зубьев колеса. Поэтому в нормальной к направлению зуба плоскости все его размеры – стандартные.

Эквивалентное колесо. Для прямозубой передачи профили зубьев конического колеса на среднем дополнительном конусе близки к профилям зубьев цилиндрического прямозубого колеса с делительным диаметром dv.

Червячные передачи применяют для передачи вращательного движения между валами, оси которых перекрещиваются в пространстве

Геометрические размеры венца червячного колеса. Зубья на червячном колесе чаще всего нарезают червячной фрезой, которая представляет собой копию червяка, с которым будет зацепляться червячное колесо. Только фреза имеет режущие кромки и несколько больший (на двойной размер радиального зазора в зацеплении) наружный диаметр.

Ременная передача – передача трением с гибкой связью. Она состоит из ведущего диаметром d1, ведомого диаметром d2 шкивов и ремня 1, надетого на шкивы с предварительным натяжением (рис. 59). Нагрузку передают силы трения между шкивами и ремнем.

Цепная передача – это передача зацеплением с гибкой связью.

На главную