ЧЕРВЯЧНАЯ
ПЕРЕДАЧА
Червячная передача, механическое
устройство для передачи вращения между
скрещивающимися (обычно под прямым углом)
валами посредством червяка (винта) и сопряжённого
с ним червячного колеса.
Червяк представляет собой винт
с трапецеидальной или близкой к ней резьбой,
а червячное колесо является зубчатым
колесом, зубья которого имеют особую
дугообразную форму. Червячное колесо
охватывает червяк на некоторой дуге (обычно
до 100°). Ведущим в Ч. и. является обычно
червяк, ведомым — червячное колесо; в
редких случаях (для повышающих передач)
ведущим может быть червячное колесо.
В наиболее распространённых
Червячная передача используются цилиндрические
червяки; червяки с витками на тороидной
поверхности применяются в глобоидных
передачах. В зависимости от числа заходов
резьбы (ниток нарезки) различают одно-,
двухи четырёхзаходные червяки; по форме
профиля витка — архимедовы, с вогнутым
профилем и др. червяки. Витки архимедовых
червяков в осевом сечении очерчены трапецией
и легко изготовляются точением. Перспективны
червяки с вогнутым профилем витков резьбы,
обеспечивающим меньшие контактные напряжения
и лучшие условия для образования масляного
клина.
Для силовых передач Эволюта
и эвольвента). Передаточное число i = z2/z1,
где z1 — число заходов резьбы червяка,
z2 — число зубьев червячного колеса. предпочтительны
эвольвентные червяки, профиль витка которых
в поперечном сечении очерчен по эвольвенте
(см. Червячная передача
Обычно передаточное число Червячная
передача равно 8—100 (в ряде случаев, например
в приводах станочных столов большого
диаметра, до 1000). Благодаря возможности
получения больших передаточных чисел
при сравнительно небольшом габарите
передачи Червячная передача применяются
в приводах машин, устройствах управления
и др. Достоинства Червячная передача
— плавность и бесшумность работы. Червячная
передача могут быть самотормозящими,
т. е. передающими вращение только от червяка
к колесу, что иногда даёт возможность
выполнить механизм без тормозного устройства.
Недостаток Червячная передача — значительное
относительное скольжение сопряжённых
элементов — витков червяка и зубьев колеса.
Это вызывает усиленное тепловыделение,
повышенный износ и склонность к заеданию,
определяет сравнительно низкий кпд (в
среднем 0,7—0,75 в однозаходной передаче,
0,8— 0,85 в двухзаходной, 0,86—0,92 в четырёхзаходной).
Для уменьшения износа и повышения сопротивляемости
заеданию червячные колёса изготовляют
из материалов с высокими антифрикционными
свойствами, главным образом из бронзы:
оловянистой (при скоростях скольжения
5—35 м/сек)и алюминиево-железистой (при
скоростях скольжения до 10 м/сек). Для экономии
цветных металлов их делают составными:
бронзовый венец (обод) устанавливается
на стальную или чугунную ступицу. При
скоростях скольжения до 2 м/сек и больших
диаметрах колёса можно отливать целиком
из чугуна. В приборах и небольших силовых
передачах могут использоваться колёса
из текстолита, полиамидов и т.п. Червяки
обычно изготовляют из качественных углеродистых
или легированных сталей, термически обработанных
до высокой твёрдости. Для повышения качества
поверхности червяки шлифуют и полируют.
Расчет
на прочность сварных соединений
Основным
критерием работоспособности швов сварных
соединений является прочность. Расчет
на прочность основан на допущении, что
напряжения в шве распределены равномерно
как по длине, так и по сечению.
Стыковые
соединения. Расчет швов (рис. 4.7) производят
на растяжение или сжатие по сечению соединяемых
деталей без учета возвышения шва. Условие
прочности шва на растяжение
(4.1)
Рис.
4.7. 40
Стыковое
соединение
где
F— растягивающая сила; А — площадь расчетного
сечения; δ — толщина шва (принимают равной
толщине детали); lш — длина шва; σр и [σ]'р
— расчетное и допускаемое напряжения
растяжения для материала шва (см. табл.
4.1).
Нахлесточные
соединения угловыми швами (см. рис. 4.4).
Угловые швы рассчитывают на срез по опасному
сечению I—I (см. рис. 4.5, а), совпадающему
с биссектрисой прямого угла. Расчетная
высота h опасного сечения шва: h = 0,7к —
для ручной сварки; h = к — для автоматической.
Условие
прочности шва на срез при действии растягивающей
или сжимающей силы
(4.2)
Где
τср и [τ]’ср - расчетное и допускаемое
напряжения среза для шва (см. табл. 4.1);
lш — расчетная длина шва. В соединении
лобовыми швами lш = 2lл (см. рис. 4.4, а), фланговыми
швами lш = 2lфл (см. рис. 4.4, б). 15 комбинированном
сварном шве (см. рис. 4.4, в) lш равна сумме
длин нобовых и фланговых швов.
4.4.
Допускаемые напряжения для сварных
швов
Допускаемые
напряжения для сварных швов при статической
нагрузке определяют по табл. 4.1 в зависимости
от допускаемого напряжения [σ]р основного
металла на растяжение:
(4.3)
где
σт — предел текучести основного металла;
[s]T — допускаемый коэффициент запаса
прочности; [s]T= 1,35...1,6 —для низкоуглеродистой
и [s]T = 1,5...1,7 — для низколегированной стали.
Рекомендации
по конструированию сварных соединений
Из-за
дефектов сварки на концах сварного шва
(в местах зажигания и гашения дуги) минимальная
длина шва должна быть не менее 30 мм.
В
нахлесточных соединениях (см. рис. 4.4,
а) длину перекрытия принимают не менее
4δ, где δ — минимальная толщина свариваемых
деталей.
Длина
лобовых швов не ограничивается. Длина
фланговых швов ограничивается: lфЛ<50k.
Это связано с возрастанием неравномерности
Рис.
4.8. Пример сварной конструкции
распределения
напряжений по длине шва с увеличением
его длины. На концах шва напряжения больше,
чем в середине.
4. Сварные
швы располагают так, чтобы напряжения
в них были
одинаковыми. Исходя из этого, при конструировании
соединения угол
ков с косынками (рис. 4.8) длины фланговых
швов определяют из
решения системы уравнений:
где
lфл — суммарная длина фланговых швов
по формуле (4.2). Имеем
и, следовательно,
(4.4)
5. В
конструкциях, подверженных действию
переменных нагрузок, применение нахлесточных
соединений нежелательно, так как они
характеризуются значительной концентрацией
напряжений. По этой причине не следует
применять «усиливающие» накладки в стыковых
соединениях.
Пример
Рассчитать сварное соединение уголка
с косынкой, нагруженное силой F= 30 кН (см.
рис. 4.8). Материал уголка и косынки — сталь
марки СтЗ (от = 220 Н/мм2). Сварка ручная дуговая
электродом типа Э50А. Размеры уголка: А
= 32 мм, 3) = 9,4 мм, d=4 мм.
Решение.
1. Катет сварного шва. В нахлесточных соединениях
угловыми швами катет сварного шва принимают
равным толщине свариваемых деталей (см.
§ 4.2). Принимаем k = d=4 мм. Расчетная высота
опасного сечения шва h-u,lk.
2. Допускаемое
напряжение среза. По формуле (4.3) находим
допускаемые напряжения основного металла
на растяжение при [s]T = 1,5:
По
табл. 4.1 допускаемые напряжения
среза для сварных соединений
3. Суммарная
длина фланговых швов [формула (4.2)]:
4.
Длины фланговых швов [формула (4.4)):
Подшипник - неотъемлемая часть многих
механизмов. Он служит опорой, поддерживающей
любую подвижную конструкцию. Обычно это
вал или ось. Есть два основных вида подшипников:
подшипники скольжения и подшипники качения.
Последние более распространены и широко
используются в машиностроении.
Цилиндрические
роликоподшипники
Цилиндрические роликоподшипники разрабатывались
в расчете на восприятие радиальных нагрузок.
Поэтому они, сравнительно с грузоподъемностью
радиальных подшипников аналогичных габаритных
размеров, имеют значительно большую радиальную
грузоподъемность.
Сферические
роликоподшипники
Сферические роликоподшипники разрабатывались
в расчете на очень тяжелые нагрузки. В
них содержится два ряда роликов, имеющих
бочкообразную форму, которые свободно
размещаются на сферической дорожке наружного
кольца.
Магнитные подшипники
Магнитные подшипники радиально-упорные,
относятся к разряду обычных радиальных
подшипников, однако имеют некоторые отличительные
конструктивные особенности. Так, элементы
магнитных подшипников – внутренние и
наружные кольца – являются разборными
и могут устанавливаться раздельно.
Сферические
упорные роликоподшипники
Сферические упорные роликоподшипники
способны к восприятию одновременных
осевых и радиальных нагрузок, поскольку
их дорожки качения передают друг другу
нагрузки под углом к существующей оси
подшипника.
Самоустанавливающиеся
шарикоподшипники
Самоустанавливающиеся шарикоподшипники
состоят из двух рядов шариков, которые
имеют для обеих рядов единую сферическую
дорожку качения, находящуюся на наружном
кольце.
Шарикоподшипники
с четырехточечным контактом
Особенностью шарикоподшипников с четырех
точечным контактом, которые еще называют
«дуплексными подшипниками», является
возможность разделения внутреннего и
наружного колец, которые могут отлично
воспринимать разнонаправленные осевые
нагрузки.
Однорядные радиально-упорные
шарикоподшипники
Особенностью однорядных радиально-упорные
шарикоподшипников является способность
воспринимать радиальные нагрузки, а также
осевые нагрузки, воздействующие с одного
направления. Их изготавливают с четырьмя
углами контакта (40°, 30°, 25° и 15°). При увеличении
угла контакта, растет способность однорядного
радиально-упорного шарикоподшипника,
воспринимать осевые нагрузки.
Игольчатый роликовый
подшипник
Игольчатый роликовый подшипник и его
особенности. В число видов подшипников
включены игольчатые роликоподшипники,
для которых характерен немного увеличенный
размер роликов, если их сравнивать с диаметром
конструкции. Из-за подобной особенности
данные модели и получили название игольчатых
подшипников.
Однорядные цилиндрические
роликоподшипники и их разновидности
Однорядные цилиндрические роликоподшипники
классифицируются на четыре разновидности.
В их число входят подшипники NU, где на
внешнем кольце предусмотрено два борта,
а на внутреннем кольце подобный борт
отсутствует.
3.7.1. Глухие муфты
Втулочная муфта представляет собой втулку, одеваемую
на концы соединяемых валов (рис. 3.53). Передача
крутящего момента осуществляется за
счет штифтов, призматических или сегментных
шпонок или шлицов. Отличается простотой
конструкции и малыми габаритами: длина
втулки L = (2,8…4,0)d, наружный диаметр D = (1,5…2,0)d. Прочность
муфты определяется прочностью соединительных
элементов (штифтов, шпонок или шлицов),
а также прочностью втулки.
Фланцевая муфта (рис. 3.54) состоит из двух полумуфт в виде
дисков, надеваемых на валы и соединенных
болтами.
Болты могут быть поставлены в отверстия
полумуфт без зазора (вариант 1) и с зазором
(вариант 2). Болты, поставленные без зазора,
могут одновременно выполнять функцию
центровки валов. Передача крутящего момента
осуществляется непосредственно болтами,
работающими на срез и смятие. В случае
постановки болтов в отверстия с зазором
передача крутящего момента осуществляется
за счет сил трения, возникающих в стыке
полумуфт в результате затяжки болтов.
Расчет на прочность выполняют для шпоночных
или шлицевых соединений и болтов.
Рис. 3.53. Втулочные муфты |
Рис. 3.54. Фланцевая муфта |
3.7.2. Компенсирующие муфты
Вследствие погрешностей изготовления
и монтажа и упругих деформаций, возникающих
при работе, всегда имеется некоторая
неточность взаимного расположения геометрических
осей соединяемых валов от номинального
(рис. 3.55): продольного, радиального и углового
смещений. На практике чаще всего встречается
комбинация этих отклонений, называемая
общим термином «несоосность
валов».
Вследствие погрешностей изготовления
и монтажа и упругих деформаций, возникающих
при работе, всегда имеется некоторая
неточность взаимного расположения геометрических
осей соединяемых валов от номинального
(рис. 3.55): продольного, радиального и углового
смещений. На практике чаще всего встречается
комбинация этих отклонений, называемая
общим термином «несоосность валов».
Соединение несоосных
валов глухими муфтами приводит
к деформированию валов и опор,
которые дополнительно нагружаются.
В этом случае требуется высокая
точность расположения валов. В
целях понижения этих требований
и уменьшения вредных нагрузок
применяют компенсирующие
муфты. Компенсация вредного влияния
несоосности достигается за счет подвижности
жестких деталей или за счет деформации
упругих деталей.
Кулачково-дисковая
(крестовая) муфта (рис. 3.56, а) состоит из
двух полумуфт 1 и 3, с диаметрально расположенными
на торцовых поверхностях пазами, и диска 2, с двумя взаимно-перпендикулярно
расположенными на торцах выступами (кулачками).
В собранной муфте выступы диска располагаются
в пазах полумуфт.
Перпендикулярное расположение пазов
позволяет муфте компенсировать радиальное
(эксцентриситет) и угловое
(перекос) смещение валов.
При этом выступы диска скользят по пазам
полумуфт, а центр диска движется по окружности
радиусом, равным эксцентриситету валов.
Скольжение выступов сопровождается их
износом, а движение центра масс диска
по окружности вызывает появление центробежных
сил, следствием которых являются дополнительные
динамические нагрузки и связанные с этим
последствия (см. подраздел 1.5).
Рис.
3.56. Компенсирующие жесткие муфты
В целях уменьшения износа поверхности
трения муфты периодически смазывают
и не допускают на них больших удельных
давлений.
Зубчатая муфта (рис. 3.56, б) состоит из
двух полумуфт 1 с наружными зубьями и разъемной
обоймы 2 с двумя рядами внутренних зубьев.
Компенсация вредного влияния всех видов
несоосности достигается за счет скольжения
зубьев полумуфт относительно обойм. С
этой целью выполняют торцовые зазоры
и увеличенные боковые зазоры в зацеплении,
а зубчатые венцы полумуфт обрабатывают
по сферам; зуб в поперечном сечении имеет
бочкообразную форму.