Шпаргалка: Детали приборов

Рис.9. Расчетная схема валов: а — схема нагружения; б — эпюра изгибающего момента вертикальной плоскости; в — эпюра изгибающего момента в горизонтальной плоскости; г — эпюра крутящего момента; д — эскиз вала

1. По чертежу узла составляют расчетную схему (рис.9, а).

2. Определяют действующие на вал силы; если они действуют не в одной плоскости, то их необходимо разложить по двум взаимно перпендикулярным плоскостям. При угле между плоскостями менее 30° все силы можно рассматривать как действующие в одной плоскости.

3. Определяют опорные реакции:

в вертикальной плоскости  

в горизонтальной плоскости .

4. Изгибающие моменты Ми и их эпюры:

в вертикальной плоскости — в сечении А и С Ми.в = 0;

в сечении В  (рис.9, б);

в горизонтальной плоскости — в сечении А и С Ми.г = 0;

в сечении В  (рис.9, в).

5. Суммарный изгибающий момент в сечении В

 (9)

6. Определяют крутящий момент и строят эпюру (см. рис.9, г):

 (10)

где Р — мощность, Вт;  — угловая скорость, рад/с.

7. По формуле (6) определяют эквивалентный момент, диаметр вала между опорами определяют по формуле

 (11)

Полученное значение d округляют до ближайшего большего стандартного.

8. Определяют диаметры под подшипниками don (рис.9, д) и округляют до большего стандартного значения.

19. Расчет валов на жесткость при изгибе и кручении

Критериями жесткости валов являются: прогибы валов f, углы поворота θ, углы закручивания. Прогибы валов усиливают неравномерность распределения нагрузки (вдоль контактных линий) в зубчатом зацеплении, в подшипниках скольжения. Недостаточная жесткость явл 1 из причин повыш интенсивности колебания валов.

Различают изгибную и крутильную жесткость.

Изгибная жёсткость обеспечивается при выполнении условий:

f≤[f] где [f] (=0,02 мм ) – допустимый прогиб вала.

Прогиб в месте воздействия силы: ,мм.

Расчет валов и осей на крутильную жесткость.

Максимальный угол закручивания определяется

Где М - действующий момент при кручении;

l – длина вала;

Jρ = – полярный момент при кручении;

G – модуль сдвига.

Допускаемый угол закрутки [φ] в градусах на метр длины можно принимать равным: .

20. Расчет валов редуктора на изгиб и кручение

Расчетный крутящий момент на валу:

 или ,        (4.6)

где η – КПД участка кинематической цепи от двигателя до рассчитываемого вала;

TД – крутящий момент на валу двигателя, Н·м;

U= w0 /w – передаточное отношение от двигателя до выходного вала;

w – расчетная частота вращения вала, рад/сек;

w0 – частота вращения вала двигателя, рад/сек;

Рд – мощность на валу двигателя, Вт.

Суммарная сила, действующая на вал со стороны зубчатых колес (сумма окружной и радиальной сил):

 (4.8)

где d – делительный диаметр зубчатого колеса или цепной звездочки, мм;

Ткр – крутящий момент на колесе, Н·мм.

21. Муфты. Типы муфт. Соединительные муфты

Муфта – устройство, предназначенное для соединения валов и осей от одного к другому и передачи крутящего момента.

муфты постоянные, осуществляющие постоянное соединение валов, – глухие, компенсирующие, упругие, жесткие;

муфты управляемые, обеспечивающие режим «включено-выключено» с помощью ручного (механического) управления – зубчатые, кулачковые, фрикционные;

муфты самоуправляемые, осуществляющие автоматическое разъединение или соединение валов: по величине передаваемого момента – предохранительные; по скорости вращения – центробежные; по направлению вращения – обгонные.

Сединительные муфты. Особенности:

+ простота изготовления;

- ограничение сдвигу валов;

- сборка соединений вдоль осей.

22. Сцепные муфты. Подвижные муфты

Подвижные муфты бывают шарнирные, упругие и компенсирующие.

К примеру упругие муфты применяют для амортизации ударных и динамических нагрузок при частых пусках и реверсах механизма. Особенности упругих муфт:

+ позволяют исправить перекос и смещение валов (но не должны приводить к деформации ≥ 5%), что облегчает сборку и проектирование ЗК;

- неточный угол поворота при вращении из-за деформации резиновой шайбы 3 (см. рис.2)

Сцепные муфты. Бывают зубчатые и фрикционные.

Основное достоинство: + плавность работы.

23. Компенсирующие муфты. Упругие муфты

Компенсирующие муфты.

Компенсирующие подвижные муфты применяют при передаче движения между несоосными валами при наличии небольших радиальных, осевых, угловых или комбинированных смещений осей валов. К этим муфтам относятся упругие втулочно-пальцевые муфты, упругие муфты с торообразной оболочкой, упругие муфты со звездочкой, мембранные муфты, упругие поводковые муфты.

Недостаток: - неравномерность скорости вращения из-за кинемат погрешности.

Упругие муфты применяют для амортизации ударных и динамических нагрузок при частых пусках и реверсах механизма. Особенности упругих муфт:

+ позволяют исправить перекос и смещение валов (но не должны приводить к деформации ≥ 5%), что облегчает сборку и проектирование ЗК;

- неточный угол поворота при вращении из-за деформации резиновой шайбы 3 (см. рис.2)

24. Виды муфт. Жесткие и упругие муфты

Упругие муфты применяют для амортизации ударных и динамических нагрузок при частых пусках и реверсах механизма. Особенности упругих муфт:

+ позволяют исправить перекос и смещение валов (но не должны приводить к деформации ≥ 5%), что облегчает сборку и проектирование ЗК;

- неточный угол поворота при вращении из-за деформации резиновой шайбы 3 (см. рис.2)

25. Центробежные и обгонные муфты

Центробежные муфты. Останавливаются при достижении определ скорости.

1 - ведущий вал;

2 – пружина;

3 – башмак;

4 – полумуфта.

Положение вкл: ω1=ω2.

ω2=const.

Полезное свойство этой муфты: она может работать как регулятор оборотов.

Обгонные муфты являются самоуправляющимися и выключаются в зависимости от соотношения угловых скоростей ведущей и ведомой части. Применяются для передачи вращения только в 1 сторону. При изменении направления вращения, они выключаются. Условие выключения (ω1≥ω2). Шарик увлекается в клин. Образованный полуортами и заклинивает, т е муфта выключается.

Присутствуют ударные нагрузки, шум, но меньшие габариты.

25.  Центробежные и обгонные муфты

Обгонные муфты

Обгонные муфты, или муфты свободного хода, служат для передачи вращающего момента в одном направлении. Наибольшее распространение получила роликовая муфта с диапазоном валов d=10…90 мм и числом роликов z=3…5.

Эта муфта состоит из двух полумуфт, одна из которых имеет форму звездочки с вырезами для роликов. Для быст-рого включения муфты ролики отжимаются пружинами. При передаче вращающего момента ролики заклиниваются между полумуфтами в сужающейся части выреза, образуя жесткое сцепление. Если по какой-либо причине угловая скорость ведомого вала превысит угловую скорость ведущего, то вследствие обгона ролики расклинятся, выкатятся в расширенную часть выреза и муфта автоматически выключится. При остановке ведущего звена ведомый вал продол-жает вращаться.

Материал деталей обгонных муфт – стали, термообработанных до высокой твердости рабочих поверхностей. Ро-лики должны быть постоянно смазаны маловязким маслом. Обгонные роликовые муфты работают бесшумно, допуская большую частоту включений. Применяются в станках, автомобилях и т.д. Критерием работоспособности роликовых муфт является прочность рабочих поверхностей роликов и полумуфт.

Шариковая муфта

1) вкл (Fтр1)

ω1 ≥ ω2

2) выкл (Fтр2)

ω1 < ω2

Если скорость ведущей полумуфты 1 больше скорости ведомой полумуфты 2 , то шарик увлекается в клин образованный двумя полумуфтами и заклинивает.

Муфты включаются при условии если ω1 ≥ ω2

При изменении скоростей происходит выталкивание шарика (расклинивается) и она выключается.

Когда происходит заклинивание возникают большие нагрузки N, и передаётся большой крутящий момент.

Эти муфты применяются для передачи вращения только в 1 сторону, при изменении направления вращения они выкл.

Центробежные муфты

Центробежные муфты предназначены для автоматического включения или выключения ведомого вала при дости-жении ведущим валом заданной угловой скорости.

По устройству центробежные муфты представляют собой фрикционные муфты, у которых механизмом управле-ния служат грузы-колодки 1, находящиеся под действием центробежных сил. При достижении ведущим валом задан-ной угловой скорости центробежные силы, действуя на грузы, производят включение муфты. Передача вращающего момента осуществляется силой трения, пропорциональной квадрату угловой скорости.

В современном машиностроении применяются конструкции центробежных муфт, которые служат для разгона ме-ханизмов с большими маховыми массами при двигателе с малым пусковым моментом, для повышения плавности пус-ка, для предотвращения разноса машины. Размеры муфт принимают конструктивно. Рабочие поверхности трения грузов проверяют на износостойкость аналогично фрикционным муфтам.

Муфта может использоваться как регулятор оборотов.

ω2 = const

К ведущему валу 1 пружиной 2 прижимается башмак, соединённый с ведомой полумуфтой 4.

Во включенном состоянии скорости равны, т.к. вал вращаясь создает силу Fтр которая увлекает за собой башмак с муфтой

1) вкл ω1 = ω2

T = Fтр ·l = Fтр · Rвв = Fтр · µ · Rвв

Rвв – ведущего вала

2) выкл Fтр = F1тр · µ = µ(Fпр – Fu)

T↓ T<Tнар

При увеличении ω, тем меньше давление пружины

26.Предохранительные муфты. Расчет передаваемого момента (предельного)

Эти муфты допускают ограничение передаваемого вращающего момента, что предохраняет машины от поломок при перегрузках.

Наибольшее распространение получили предохранительные кулачковые, шариковые и фрикционные муфты (рис.16).

Рис.16. Предохранительные муфты

От сцепных и других муфт они отличаются отсутствием механизма включения. Предохранительные кулачковые и шариковые (рис.16, а) муфты постоянно замкнуты, а при перегрузках кулачки или шарики полумуфты 1 выдавливаются из впадин полумуфты 2, и муфта размыкается. Иначе работает предохранительная фрикционная муфта (рис.16, б). При перегрузке за счет проскальзывания происходит пробуксовывание этой муфты (останавливается ведомый вал).

Рассмотренные на рис.16 предохранительные муфты применяют при частых перегрузках.

При маловероятных перегрузках применяют предохранительные муфты с разрушающимся элементом, например со срезным штифтом (рис. 17). Такая муфта состоит из дисковых полумуфт 1 и 2, соединяемых металлическим штифтом 3, вставленным в термически обработанную втулку 4. При возникновении перегрузки штифт срезается, и муфта разъединяет валы. Они просты по конструкции и малогабаритны.

Рис. 17. Муфта предохранительная со срезным штифтом:

1,2— полумуфты; 3 — срезной штифт; 4 — закаленные втулки

Для изготовления деталей предохранительных муфт в зависимости от типа муфты применяют конструкционные стали, чугун СЧЗО, фрикционные материалы, сталь ШХ12 и др. Штифты для муфт с разрушающимся элементом изготовляют из стали 45, втулки — из стали 40Х с закалкой.

27.  Расчет фрикционных муфт. Необходимое осевое усилие

Фрикционные муфты (рис.13) в отличие от кулачковых, допускают включение на ходу под нагрузкой. Фрикционные муфты передают вращающий момент за счет сил трения. Фрикционные муфты допускают плавное сцепление при любой скорости, что успешно используется, например, в конструкции автомобильного сцепления. Кроме того, фрикционная муфта не может передать через себя момент больший, чем момент сил трения, поскольку начинается проскальзывание контактирующих фрикционных элементов, поэтому фрикционные муфты являются эффективными неразрушающимися предохранителями для защиты машины от динамических перегрузок.

По конструкции фрикционные муфты делят на: дисковые, в которых трение происходит по торцевым поверхностям дисков (одно- и многодисковые) (см. рис.13, а); конусные, в которых рабочие поверхности имеют коническую форму (рис.13.10, б); цилиндрические имеющие цилиндрическую поверхность контакта (колодочные, ленточные и т.д.) (рис.13.10, в). Наибольшее распространение получили дисковые муфты.

Фрикционные муфты работают без смазочного материала (сухие муфты) и со смазочным материалом (масляные муфты). Последние применяют в ответственных конструкциях машин при передаче больших моментов. Смазывание уменьшает изнашивание рабочих поверхностей, но усложняет конструкцию муфты.

Материал для фрикционных муфт — конструкционные стали, чугун СЧ30. Фрикционные материалы (прессованную асбесто-проволочную ткань — ферродо, фрикционную пластмассу, порошковые материалы и др.) применяют в виде накладок.

Рис. 13. Фрикционные муфты: а — дисковая; б — конусная; в — цилиндрическая

Главной особенностью работы фрикционных муфт является сжатие поверхностей трения. Отсюда ясно, что такие муфты рассчитываются на прочность по контактному давлению (аналогично напряжениям смятия). Для каждой конструкции необходимо вычислить сжимающую силу и разделить её на площадь контакта. Расчётное контактное давление не должно быть больше допускаемого для данного материала.

28.  Опоры скольжения. Виды трения. Расчет диаметра вала в подшипнике скольжения

Опорами называют устройства, поддерживающие вращающиеся валы и оси в требуемом положении.

В зависимости от вида трения между соприкасающимися поверхностями валов и опор различают: опоры с трением скольжения; опоры с трением качения и специальные опоры (электромагнитные, опоры с трением упругости и другие).

Подшипники скольжения

Опоры скольжения появились значительно раньше опор качения. В зависимости от формы рабочей поверхности опоры скольжения выполняют цилиндрическими, коническими и сферическими. Наибольшее распространение получили цилиндрические опоры. Их простейшим видом может быть отверстие (рис. 1, а) под цапфу непосредственно в корпусе либо в другой детали, поддерживающей вал или ось. Если материал детали, поддерживающей вал или ось, не обладает хорошими антифрикционными свойствами, легко подвергается износу, в него запрессовывают втулки, конструкции которых показаны на рис. 1. Они могут воспринимать радиальные (рис. 1, а, б), радиальные и осевые нагрузки (рис. 1, в)

Материал втулки должен быть износостойким, хорошо прирабатываться и иметь в паре с материалом цапфы минимальный коэффициент трения. Для стальных цапф этим условиям удовлетворяют:

при высоких давлениях и малых окружных скоростях – бронза БрАЖ9-4 и латунь ЛС59-1; при высоких давлениях и скоростях – бронза БрОФ10-1 и БрОЦС-5-5-5;

при небольших давлениях и скоростях – металлокерамические материалы, имеющие пористую структуру и хорошо удерживающие смазку; различные пластмассы – текстолит, фторопласт и др.

Рис 1

Цилиндрические опоры в отличие от конических мало чувствительны к изменению температуры из-за наличия зазоров между цапфой и подшипником, наиболее просты по конструкции. Конические опоры могут воспринимать как радиальную, так и осевую нагрузку, более сложны и дороже, имеют большие потери на трение. Сферические или шаровые опоры применяют, если при эксплуатации и сборке может иметь место перекос оси вала по отношению к оси подшипника.

Опоры скольжения имеют следующие достоинства:

простота формы детали и технологичность конструкций

низкая стоимость дет. и возможность использования разнородных покрытий

малые радиальные размеры, допускают высокие частоты вращения,

возможность работы в воде и агрессивных средах,

устойчивы к вибрациям и ударам.

К недостаткам их следует отнести:

большие потери на трение и небольшой КПД, большой износ

низкая надежность в усл частых остановок

наличие зазора и следует погрешность положения оси вала

Виды трения:

1. Сухое трение - без смазки. Сухое трение применяется там, где трущиеся поверхности нельзя защитить от попадания грязи, пыли и абразива, (например, шарниры гусениц, оси подвесок гусеничных машин и проч.). В этих случаях подшипники без смазки имеют меньший износ.

2. Полужидкостное трение, когда имеет место лишь частичное касание вала и подшипника.

Полужидкостное трение имеет место при неустановившемся режиме (трогании с места, торможении, резких толчках и ударах). Основы теории смазки при жидкостном трении впервые разработаны русским ученым проф. Петровым. Он установил, что поток движущейся жидкости, взаимодействуя о наклонной пластиной, образует масляный клин и создает подъемную силу, величина которой пропорциональна скорости и вязкости жидкости и обратно пропорциональна квадрату минимального зазора. В подшипнике, при смещении вала под действием нагрузки на величину эксцентриситета, также образуется изогнутые масляный клин и возникает подъемная сила, которая при жидкостном трении уравновешивает реакцию опоры, и вал вращается, не касаясь подшипников.

3. Жидкостное трение - только между молекулярными слоями жидкости, когда металлические поверхности вала и подшипника не касаются одна другой.

Жидкостное трение - это идеальный расчетный вид трения, на который должны быть ориентированы все подшипники при установившемся режиме работы.

29.  Упругие опоры. Область применения. Расчеты

Валы и оси поддерживаются специальными деталями, которые являются опорами. Опоры – кинематические пары кот позваляют вращательное движение.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5