Проектирование узлов и механизмов для передачи крутящего момента

2. Конструкция клиновых ремней.

Клиновые ремни – это ремни  трапецеидального сечения с боковыми рабочими сторонами, работающими на шкивах с канавками соответствующего профиля.

Клиновой ремень состоит из:

1) корда – основного несущего  слоя, расположенного примерно по  центру тяжести сечения ремня;

2) резиновых слоев, расположенных над и под несущим слоем (кордом), условно называемых слоями растяжения и сжатия;

3) обертки ремня в виде нескольких  слоев прорезиненной ткани, намотанной  диагонально.

Корд выполняют из химических волокон: вискозы, капрона, лавсана. По конструкции  корда ремни подразделяют кордотканевые и кордошнуровые.

В кордотканевых ремнях (рис. 24, а) корд выполнен в виде нескольких слоев кордоткани с основой из крученых шнуров и тонких редких нитей утка.

В кордошнуровых ремнях (рис. 24, б)  корд состоит из одного слоя кордошнура, намотанного по винтовой линии и заключенного в слой мягкой резины для уменьшения трения.

                                       а                                        б

24. Конструкция клиновых ремней:

1 – слой кордоткани; 2 – кордошнур; 3 – резина;

4 – слой прорезиненной ткани  (обертка).

 

Кордотканевые ремни обладают большей  долговечностью чем кордошнуровые, но их нельзя применять для шкивов с минимально разрешенными диаметрами. Кордошнуровые ремни более гибкие и их применяют при необходимости использования шкивов минимальных диаметров.

Слой растяжения ремней выполняют  из резины средней твердости. Слой сжатия выполняют из более твердой резины. Слои растяжения для увеличения поперечной жесткости ремня могут включать по несколько слоев ткани, с нитями расположенными под углом 45º к оси ремня. Слои ткани в основном применяют в широких вариаторных ремнях.

2. Цепные передачи.

1. Общие свединия.

Цепные передачи – это передачи зацеплением и гибкой связью           (рис. 25), состоящие из ведущей 1 и  ведомой 2 звездочек и охватывающей их цепи 3. В состав передачи также часто входят натяжные и смазочные устройства, ограждения. Возможно применение нескольких ведомых звездочек. Цепь состоит из соединенных шарнирно звеньев, за счет чего обеспечивается гибкость цепи. Передачи используют в сельскохозяйственных, подъемно-транспортных, текстильных и полиграфических машинах, мотоциклах, велосипедах, автомобилях, нефтебуровом оборудовании.

Наиболее широко применяют роликовые  цепи (рис. 25), которые образуются из последовательно чередующихся внутренних и наружных звеньев. Внутренние звенья состоят из внутренних пластин 1 и запрессованных в их отверстия гладких втулок 2, на которых свободно вращаются ролики 3. Наружные звенья состоят из наружных пластин 4 и запрессованных в их отверстия валиков 5. Концы валиков после сборки расклепывают. Благодаря натягу в соединениях наружных пластин с валиками и внутренних пластин со втулками и зазору между валиком и втулкой образуется шарнирное соединение. Для повышения сопротивления усталости значения натягов принимают значительно бόльшими, чем предусмотрено стандартными посадками. Пластическое деформирование пластин в зоне отверстий, неизбежное при столь больших натягах, существенно повышает сопротивление усталости пластин (в 1,6…1,7 раза). Многорядные цепи с числом рядов от двух до восьми собирают из деталей с такими же размерами, что и однорядные, кроме валиков имеющих соответственно большую длину. Нагрузочная способность цепей почти прямо пропорциональна числу рядов, что позволяет в передачах с многорядными цепями уменьшить шаг, радиальные габариты звездочек и динамические нагрузки.

25. Роликовая цепь.

При больших динамических, в частности  ударных нагрузках, частых реверсах применяют роликовые цепи с изогнутыми пластинами. В связи с тем, что пластины работают на изгиб, они обладают повышенной податливостью.

При работе цепных передач в условиях, вызывающих возрастание трения в  шарнирах (запыленные и химически  активные среды) используют открытошарнирные пластинчатые цепи (рис. 26). Будучи открытым, шарнир такой цепи самоочищается от попадающих в него абразивных частиц. Наружные звенья такой цепи не отличаются от аналогичных звеньев роликовой цепи. Внутренние звенья образуются из пластин 2, имеющих отверстия в форме восьмерки, и фасонных валиков 3, заменяющих втулку. Валик 4 свободно проходит через отверстие в пластине 2 и взаимодействует с фасонным валиком 3. Замена тонкостенных втулки и ролика не только удешевляет цепь, но и резко повышает сопротивление усталости деталей цепи. Благодаря этому открытошарнирные цепи оказались значительно долговечнее роликовых при работе в тяжелонагруженных передачах.

26. Открытошарнирная пластинчатая цепь.

Зубчатые цепи к настоящему времени  вытеснены более дешевыми и технологичными прецизионными роликовыми цепями, которые не уступают зубчатым по кинематической точности и шумовым характеристикам. Зубчатые цепи используют преимущественно для замены разрушившихся цепей в старом оборудовании. Из-за ограниченности применения зубчатые цепи не рассматриваются.

Соединение концов роликовых, втулочных и открытошарнирных цепей в замкнутый контур осуществляют с помощью соединительных и переходных звеньев. Соединительное звено, используемое при четном числе звеньев цепи, отличается от обычного наружного тем, что одна из его пластин надевается на концы валиков свободно и фиксируется на валиках замками и шплинтами. В случае необходимости использования цепи с нечетным числом звеньев применяют изогнутые переходные звенья, которые являются слабым местом цепи.

2. Критерии работоспособности цепных передач.

Цепные передачи выходят из строя  по следующим причинам:

• Износ шарниров, приводящий к удлинению цепи, увеличению шага цепи и, как следствие, к нарушению ее зацепления с зубьями звездочек;
• Усталостное разрушение пластин по проушинам, характерное для закрытых быстроходных тяжелонагруженных передач, работающих при хорошем смазывании, когда износ шарниров не является определяющим;
• Проворачивание валиков и втулок в пластинах в местах запрессовки, связанное с низким качеством изготовления;
• Усталостное выкрашивание и разрушение роликов;
• Недопустимое провисание ведомой ветви цепи, характерное для передач с нерегулируемым межосевым расстоянием при отсутствии натяжных устройств;
• Износ зубьев звездочек.

Ресурс цепных передач в стационарных машинах должен составлять 10…15 тыс. ч., он чаще всего ограничивается долговечностью цепи.

3. Материалы и термическая обработка деталей цепей.

Пластины цепей должны обладать высоким сопротивлением усталости, поэтому их изготовляют из среднеуглеродистых качественных или легированных сталей 40, 45, 50, 40Х, 40ХН, 30ХН3А, термообработка – объемная закалка с низким отпуском, твердость обычно 40…50HRCЭ.

Основное требование к деталям  шарниров – валикам и втулкам  – износостойкость рабочих поверхностей. Валики и втулки преимущественно выполняют из цементуемых сталей 15, 20, 15Х, 12ХН3, 18ХГТ и др., после цементации или газового цианирования детали закаливают до твердости поверхности 56…65HRC_э. Термодиффузионное хромирование деталей шарниров повышает ресурс цепи по износу в 3…12 раз по сравнению с цементацией.

Твердость поверхности роликов  должна быть не ниже 43,5HRC_э.

4. Фрикционные передачи.

1. Общие сведения.

Простейшая фрикционная передача состоит из двух соприкасающихся  между собой колес (катков, роликов, дисков); вращение одного из колес преобразуется во вращение другого за счет сил трения, возникающих в месте контакта колес (рис. 27). Необходимая сила трения между колесами фрикционной передачи достигается прижатием одного из них к другому. Постоянную силу прижатия осуществляют одним из следующих способов: начальной затяжкой с помощью специальных пружин или других упругих деталей, в том числе и самих колес (за счет упругой деформации материала колес); собственной массой узла или машины; центробежной силой. Переменная сила прижатия достигается с помощью специальных прижимных механизмов.

По конструкции и назначению различают фрикционные передачи нескольких видов. Простейшая фрикционная  передача между параллельными валами — это цилиндрическая передача (рис.27, а). Самая простая фрикционная передача между валами с пересекающимися осевыми линиями — коническая передача (рис. 27, б). Угол между валами конической передачи может быть любым, но в большинстве случаев он равен 90°. Для правильной работы колес конической передачи оба конуса должны иметь общую вершину.

    

27. Фрикционные передача.

Цилиндрическая и коническая фрикционные  передачи характеризуются условно постоянным передаточным отношением. Если одно из колес (или оба колеса) фрикционной передачи имеет переменный диаметр вращения, то такая передача, называемая вариатором, характеризуется  переменным  передаточным  отношением.

Фрикционные вариаторы по конструкции  весьма разнообразны: лобовые (рис. 28, а), конусные (рис. 28, б), шаровые (рис. 28, в, г, д), многодисковые (рис. 28, е), торовые (рис. 28, ж, з) и клиноременные (рис. 28, и). Различают фрикционные вариаторы без промежуточного звена (рис. 28, а, б, в, ё) и с промежуточным звеном (рис. 28, г, д, ж, з, и).

 

 

28. Фрикционные вариаторы.

 

Простейшим вариантом является так называемая лобовая передача      (рис. 29). Цилиндрические колеса ее устанавливают на взаимно перпендикулярных валах. Лобовую передачу применяют в тех случаях, когда необходимо плавно изменять угловую скорость ведомого колеса или иметь реверсивную передачу.

29. Лобовая передача.

То и другое достигается передвижением одного из колес вдоль его вала. На передвижением ведущего колеса А (различные положения колеса показаны штриховыми линиями) можно изменить угловую скорость ведомого колеса и сделать передачу реверсивной.

Фрикционные передачи работают всухую или в масле. Их применяют гораздо реже других механических передач, что объясняется рядом существенных недостатков; большой силой прижатия колес друг к другу и отсюда повышенным износом колес и подшипников; пониженным к.п.д. передачи; непостоянством передаточного отношения из-за проскальзывания колес и соответственно невозможностью применения передачи в тех случаях, когда передаточное отношение должно быть точным; необходимостью применения специальных прижимных устройств для взаимного прижатия колес. Вместе с тем фрикционные передачи имеют ряд достоинств: возможность бесступенчатого регулирования угловой скорости ведомого вала; равномерность вращения колес, вследствие чего передачи работают без шума и могут применяться при высоких скоростях, предохранение деталей машины от поломок из-за возрастания сопротивления на ведомом валу, так как колеса при этом проскальзывают (пробуксовывают) одно относительно другого.

В соответствии с изложенным, фрикционные  передачи применяют в машинах  и механизмах в тех случаях, когда  необходимо иметь плавное изменение  скорости, достичь бесшумности хода, получить реверсивное движение. Фрикционные передачи с постоянным передаточным отношением сравнительно широко применяют в различных приборах, но в машинах применение их ограничено. Фрикционные вариаторы довольно широко распространены как в приборах, так и в различных машинах, например в металлообрабатывающих станках, счетно-решающих машинах и др. По сравнению с электрическими и гидравлическими вариаторами фрикционные наиболее просты, надежны и экономичны. Фрикционные передачи предназначены для передачи мощностей от весьма малых (в приборах) до нескольких сотен киловатт, но преимущественно до 20 кВт.

2. Конструкции, материалы и расчет фрикционных колес.

Форма и материал колес фрикционной  передачи определяются ее назначением. Основные требования к материалам фрикционных  колес: высокие износостойкость и поверхностная прочность, повышающие долговечность передачи; достаточно высокий коэффициент трения, обеспечивающий наименьшую силу прижатия колес; высокий модуль упругости, способствующий уменьшению потерь на трение от упругого скольжения. Выбор материала для колес в каждом конкретном случае определяется особенностями условий работы данной передачи. Наиболее распространенные сочетания материалов фрикционных колес: закаленная сталь по закаленной стали; сталь по пластмассе; сталь или чугун по коже, прессованному асбесту или прорезиненной ткани.

Стальные колеса с закаленными  рабочими поверхностями обеспечивают наибольшую компактность и высокий к.п.д. передачи, но требуют точного изготовления и малой шероховатости рабочих поверхностей. Наилучшие результаты получают при применении шарикоподшипниковой стали типа ШХ15. Передачи работают как в масле, так и всухую.

Передачи, у которых одно колесо стальное, а другое пластмассовое, не требуют высокой точности изготовления и малой шероховатости рабочих поверхностей колес. Так как в этих передачах коэффициент трения больше, чем в передачах с металлическими колесами, то сила прижатия колес меньшая, но несколько ниже к. п. д. и больше габариты. Пластмассовые колеса выполняют из специальных фрикционных пластмасс или из текстолита (рис. 30, а). Эти передачи работают всухую. Прессованный асбест, прорезиненную ткань или кожу по стали или чугуну применяют в виде обшивок (рис. 30, б, в). В этом случае передачи работают всухую.

30. Виды материалов для фрикционных передач.

Так как колеса фрикционных передач  давят друг на друга с силой, то расчет их на прочность производят по контактным напряжениям сжатия на площадке касания. Колеса из неметаллических  материалов, рассчитывают на ограничение нагрузки, приходящейся на единицу длины контактной линии.

5. Передачи крутящего момента с промежуточными телами качения.

В настоящее время известно довольно много видов механических передач  с промежуточными телами качения  (ПТК). Все эти передачи по принципу построения можно разделить на имеющие:

• подобно зубчатым роликовые тела качения  - вместо зубьев;
• "направляющие" для промежуточных тел качения и вал с эксцентриком, создающим волновое движение промежуточных звеньев.

Последней разработкой передач с промежуточными звеньями стала передача, имеющая входной вал с эксцентриком, ПТК, обойму (сепаратор), центральное колесо с циклоидальным профилем (венец) и выходной вал, жестко связанный с сепаратором (рис. 31). Данная передача относится ко второму виду передач с ПТК.

31. Поперечное сечение передачи с ПТК:

1) эксцентрик(генератор); 2) промежуточные  тела качения; 3) сепаратор; 4) венец.

Сейчас механизмы на базе этой передачи широкоприменяют в машиностроении, нефтяной, горнодобывающей, теплоэнергетической, строительной промышленности, в кондитерском оборудовании.

Передача имеет следующие технические  характеристики:

• большое передаточное отношение в одной ступени (до 60);
• возможность передавать мощность до 85 кВт [3]; КПД = 0,9…0,94;
• высокий выходной крутящий момент; компактность конструкции;
• плавность работы и непрерывность кинематического замыкания.