Файл: ShPOR_po_mekhanike.docx

Волновая передача основана на принципе преобразования параметров движения за счет волнового деформирования гибкого звена механизма. Впервые такая передача была запатентована в США инженером Массером. [3]

Волновые зубчатые передачи (рис. 2.14) являются разновидностью планетарных передач, у которых одно из колес гибкое.

Волновая передача включает в себя жесткое зубчатое колесо b с внутренними зубьями и вращающееся гибкое колесо g c наружными зубьями. Гибкое колесо входит в зацепление с жестким в двух зонах с помощью генератора волн (например, водила h с двумя роликами), который соединяют с корпусом передачи b.

Передачи, работа которых основана на использовании сил трения, возникающих между рабочими поверхностями двух прижатых друг к другу тел вращения, называют фрикционными передачами.

Для нормальной работы передачи необходимо, чтобы сила трения F_тр была больше окружной силы F_t, определяющей заданный вращающий момент:

F_t < F_тр.                                         (2.42)

Сила трения

F_тр = F_n f,

где F_n – сила прижатия катков;

f – коэффициент трения.

Нарушение условия (2.42) приводит к буксованию и быстрому износу катков.

В зависимости от назначения фрикционные передачи можно разделить на две основные группы: передачи с нерегулируемым передаточным отношением (рис. 2.15, а); регулируемые передачи, называемые вариаторами, позволяющими плавно (бесступенчато) изменять передаточное отношение.

Ременная передача состоит из двух шкивов, закрепленных на валах, и охватывающего их ремня. Ремень надет на шкивы с определенным натяжением, обеспечивающим трение между ремнем и шкивами, достаточное для передачи мощности от ведущего шкива к ведомому.

В зависимости от формы поперечного сечения ремня различают: плоскоременную, клиноременную и круглоременную (рис. 2.16, а – в) передачи.

Цепная передача состоит из двух колес с зубьями (звездочек) и охватывающей их цепи. Наиболее распространены передачи с втулочно-роликовой цепью (рис. 2.19, а) и зубчатой цепью (рис. 2.19, б). Цепные передачи применяются для передачи средних мощностей (не более 150 кВт) между параллельными валами в случаях, когда межосевые расстояния велики для зубчатых передач.

---

Передача винт-гайка служит для преобразования вращательного движения в поступательное. Широкое применение таких передач определяется тем, что при простой и компактной конструкции удается осуществить медленные и точные перемещения.

В авиастроении передача винт-гайка используется в механизмах управления самолетом: для перемещения взлетно-посадочных закрылков, для управления триммерами, поворотными стабилизаторами и др.

К преимуществам передачи относятся простота и компактность конструкции, большой выигрыш в силе, точность перемещений.

Недостатком передачи является большая потеря на трение и связанный с этим малый КПД.

Механизмы, в которые входят жесткие звенья, соединенные между собой кинематическими парами пятого класса, называют рычажными механизмами.

В кинематических парах таких механизмов давление и интенсивность изнашивания звеньев меньше, чем в высших кинематических парах.

Среди разнообразных рычажных механизмов наиболее распространенными являются плоские четырехзвенные механизмы. Они могут иметь четыре шарнира (шарнирные четырехзвенники), три шарнира и одну поступательную пару или два шарнира и две поступательные пары. Их используют для воспроизведения заданной траектории выходных звеньев механизмов, преобразования движения, передачи движения с переменным передаточным отношением.

Под передаточным отношением рычажного механизма понимают отношение угловых скоростей основных звеньев, если они совершают вращательные движения, или отношение линейных скоростей центра пальца кривошипа и выходного звена, если оно совершает поступательное движение.

6. Валом называют деталь (как правило, гладкой или ступенчатой ци­линдрической формы), предназначенную для поддержания установленных на ней шкивов, зубчатых колес, звездочек, катков и т. д., и для передачи вра­щающего момента.

При работе вал испытывает изгиб и кручение, а в отдельных случаях помимо изгиба и кручения валы могут испытывать деформацию растяже­ния (сжатия).

Некоторые валы не поддерживают вращающиеся детали и работают только на кручение.

Вал 1 (рис.1) имеет опоры 2, называемые подшипниками. Часть вала, охватываемую опорой, называют цапфой. Концевые цапфы именуют ши­пами 3, а промежуточные — шейками 4.

---

Осью называют деталь, предназначенную только для поддержания ус­тановленных на ней деталей.

В отличие от вала ось не передает вращающего момента и работает только на изгиб. В машинах оси могут быть неподвижными или же могут вращаться вместе с сидящими на них деталями (подвижные оси).

         Не следует путать понятия "ось колеса", это деталь и "ось вращения", это геометрическая линия центров вращения.

 Формы валов и осей весьма многообразны от простейших цилиндров до сложных коленчатых конструкций. Известны конструкции гибких валов, которые предложил шведский инженер Карл де Лаваль ещё в 1889 г.

            Форма вала определяется распределением изгибающих и крутящих моментов по его длине. Правильно спроектированный вал представляет собой балку равного сопротивления. Валы и оси вращаются, а следовательно, испытывают знакопеременные нагрузки, напряжения и деформации (рис.3). Поэтому поломки валов и осей имеют усталостный характер.

 Расчет осей и валов на жесткость

Валы и оси, рассчитанные на статическую или усталостную проч­ность, не всегда обеспечивают нормальную работу машин. Под действием на­грузок F (рис. 12) валы и оси в процессе работы деформируются и полу­чают линейные прогибы f и угловые перемещения, что, в свою очередь,ухудшает работоспособность отдельных узлов машин. Так, например, зна­чительный прогиб f  вала электродвигателя увеличивает зазор между рото­ром и статором, что отрицательно сказывается на его работе. Угловые пе­ремещения вала или оси ухудшают работу подшипников, точность зацеп­ления передач. От прогиба вала в зубчатом зацеплении возникает концентрация нагрузки по длине зуба. При больших углах поворота в подшипнике может произойти защемление вала. В металлорежущих станках перемещения валов (в особенности шпинделей) снижают точность обработки и качество поверхности деталей. В делительных и отсчетных механизмах упругие перемещения снижают точность измерений и т. д.

Для обеспечения требуемой жесткости вала или оси необходимо произвести расчет на изгибную или крутильную жесткость.

Расчет валов и осей на изгибную жесткость.

---

Параметрами, харак­теризующими изгибную жесткость валов и осей, являются прогиб вала f  и угол наклона, а также угол закручивания

Условие для обеспечения в процессе эксплуатации требуемой жестко­сти на изгиб:

 и (23)

где f — действительный прогиб вала (оси), определяемый по формуле (сначала определяется максималь­ный прогиб в плоскости (Y)- f_y, затем в плоскости (Z) - f_z, после чего эти прогибы векторно суммируются); [f]— допускаемый прогиб (табл. 3); и— действительный и допускаемый углы наклона (табл. 3).

Расчет валов и осей на крутильную жесткость.

Максимальный угол закручивания определяется также по формулам курса "Сопротивление материалов".

           

Допускаемый угол закрутки в градусах на метр длины можно принимать равным:

          

          Допускаемые упругие перемещения зависят от конкретных требований к конструкции и определяются в каждом отдельном случае. Так, например, для валов зубчатых цилиндрических передач допустимая стрела прогиба под колесом , гдет – модуль зацепления.

Малое значение допускаемых перемещений иногда приводит к тому, что размеры вала определяет не прочность, а жесткость. Тогда нецелесообразно изготовлять вал из дорогих высокопрочных сталей.

Перемещения при изгибе целесообразно определять, используя интеграл Мора или способ Верещагина (см. курс «Сопротивление материалов»).

7. Подшипники Подшипники применяемые в опорах машин и механизмов, делятся на два типа: скольжения и качения.  В опорах с подшипниками скольжения взаимно подвижные рабочие поверхности вала и подшипника разделены только смазочным веществом, и вращение вала или корпуса подшипникапроисходит в условиях чистого скольжения.  В опорах с подшипниками качения между взаимно подвижными кольцами подшипника находятся шарики или ролики, и вращение вала или корпуса происходит в основном в условиях качения. Подшипники качения, как и подшипники скольжения, в определенных условиях могут в различной степени удовлетворять требованиям, связанным с назначением механизма, условиям его монтажа и эксплуатации.Подшипники качения при одинаковой грузоподъемности имеют по сравнению с подшипниками скольжения преимущество вследствие меньшего трения в момент пуска и при умеренных частотах вращения, меньших осевых габаритов (примерно в 2-3 раза), относительно простоты обслуживания и подачи смазки, низкой стоимости (особенно при массововм производствеподшипников качения малых и средних габаритов), малые амплитуды колебания сопротивления вращению в процессе работы механизма.  Кроме того, при использованиии подшипников качения в значительно большей степени удовлетворяется требование взаимозаменяемости и унификации элементов узла: при выходе его из строя замена подшипника не представляет сложности, поскольку габариты и допуски на размеры посадочных мест строго стандартизированы, в то время как при износе подшипниковскольжения приходится восстанавливать рабочую поверхность шейки вала, менять или вновь заливать антифрикационным сплавом вкладыш подшипника, подгонять его под требуемые размеры, выдерживая в заданных пределах рабочий зазор между поверхностями вала и подшипника.  Недостатки подшипников качения заключаются в относительно больших радиальных габаритах и большем сопротивлении вращения по сравнению с подшипниками скольжения, работающими в условиях жидкостной смазки, когда поверхности шейки вала и вкладыша полностью разделены тонкими слоем смазывающей жидкости.  На скоростные характеристики подшипников качения влияет трение скольжения, существующее между сепаратором, отделяющим тела качения один от другого, и рабочими элементамиподшипника. Поэтому при создании высокоскоростных машин иногда приходится прибегать к установке подшипников скольжения, работающих в условиях жидкостной смазки, несмотря на занчительные трудности в их эксплуатации. Кроме того, в ряде случае подшипники качения обладают меньшей жесткостью, так как могут вызвать вибрацию вала вследствие ритмичного прокатывания тел качения через нагруженную зону опоры.  К недостатку опор на подшипниках качения можно отнести и более сложный монтаж их по сравнению с опорами на подшипниках скольжения разъемного типа.  Конструкция подшипника качения: 1-наружное кольцо, 2-внутреннее кольцо, 3-шарик, 4-сепаратор.

---

Подшипник скольжения-это разновидность подшипников в котором трение происходит при скольжении сопряжённых поверхностей.  В зависимости от смазки подшипники скольжения бывают гидродинамические, газодинамические и т.д.  Область применения подшипников скольжения-двигатели внутреннего сгорания, генераторы и т.д.

Фиксированный подшипник

Такой подшипник воспринимает радиальную и осевую нагрузку одновременно в двух направлениях. Он имеет осевую опору на валу и в корпусе. Для этого применяют радиальные шарикоподшипники, сферические роликоподшипники и двурядные или спаренные радиально-упорные шарикоподшипники  и конические роликоподшипники.

Цилиндрические роликоподшипники с одним безбортовым кольцом можно использовать в фиксированной опоре в паре с другим, упорным подшипником, воспринимающим осевые нагрузки. Упорный подшипник устанавливается в корпусе с радиальным зазором.

Плавающий подшипник

Плавающий подшипник воспринимает только радиальную нагрузку и допускает возможность относительного осевого перемещения вала и корпуса. осевое перемещение осуществляется либо в самом подшипнике (цилиндрические роликоподшипники), либо в посадке с зазором кольца подшипника и сопряженной детали.

8. Уплотнительное устройство — устройство или способ предотвращения или уменьшения утечки жидкости, газа путём создания преграды в местах соединения между деталями машин (механизма) состоящее из одной детали и более. Существуют две большие группы: неподвижные уплотнительные устройства (торцевые, радиальные, конусные) иподвижные уплотнительные устройства (торцевые, радиальные, конусные, комбинированные).

• Неподвижные уплотнительные устройства:

  • герметик (вещество с высокой адгезией к соединяемым деталям и нерастворимое в запорной среде);

  • прокладки из различных материалов и различной конфигурации;

  • кольца круглого сечения из эластичного материала^[1];

  • уплотнительные шайбы;

  • пробки;

  • применение конусной резьбы;

  • контактное уплотнение.

• Подвижные уплотнительные устройства (позволяют совершать различные движения, такие как: осевое перемещение, вращение (в одном или двух направлениях) или сложное движение):

  • канавочные уплотнения;

  • лабиринты;

  • кольца круглого сечения из эластичного материала;

  • войлочные кольца;

  • маслоотражательные устройства;

  • манжеты различной конфигурации;

  • лепестковое уплотнение;

  • шевронные многорядные уплотнения;

  • сальниковые устройства;

  • сильфонные уплотнения;

  • торцевые механические уплотнения;

  • торцевые газовые уплотнения.

---