Детали машин и основы конструирования

1.

КАФЕДРА МЕХАНИКИ И КОНСТРУИРОВАНИЯ
КАБИНЕТ 230, КОРПУС 1
ПРИКЛАДНАЯ МЕХАНИКА
ЛЕКТОР
КОРДИКОВА ЕЛЕНА ИВАНОВНА
(КАБИНЕТ 117, КОРПУС 1)
II КУРС (3 СЕМЕСТР) ─ УСТАНОВОЧНАЯ СЕССИЯ
II КУРС (4 СЕМЕСТР) ─ ЭКЗАМЕН
III КУРС (5 СЕМЕСТР) ─ ЭКЗАМЕН
III КУРС (6 СЕМЕСТР) ─ ДИФ. ЗАЧЕТ + КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

2.

Детали машин
и основы конструирования

3.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ
Ременные передачи
Ременная передача – это механизм, предназначенный для передачи
вращательного движения посредством фрикционного
взаимодействия замкнутой гибкой связи – ремня с жесткими звеньями
– шкивами, закрепленными на входном и выходном валах механизма
Ведомый шкив
Условное обозначение
на кинематической схеме
Ремень
Ведущий шкив
Наиболее распространенными являются открытые передачи

4.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ
Ременные передачи
Достоинства:
возможность передачи мощности
на большие расстояния (до 15 м)
мощностей (от долей киловатта до
сотен киловатт)
плавность и бесшумность работы,
предохранение от перегрузок.
сравнительно большие габариты
непостоянство передаточного
отношения из-за
возможность работы в широком
диапазоне скоростей (до 100 м/с) и
Недостатки
проскальзывания ремня.
опоры от натяжения ремней.
малая долговечность ремней
необходимость установки
дополнительных устройств
простота конструкции и
эксплуатации, низкая стоимость
плавность и бесшумность работы
относительно высокий КПД:
0,91…0,98
повышенные нагрузки на валы и
(натяжной ролик)
высокая чувствительность
передачи к попаданию
жидкостей (воды, топлива,
масла) на поверхности трения

5.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ
Ременные передачи
Шкивы. Их конструктивные формы определяются размерами (обычно
наружным диаметром), типом передачи, видом производства
(единичное, серийное, массовое)
Шкивы большого диаметра для облегчения выполняют с углублениями и
отверстиями, а также с четырьмя–шестью спицами.
обод
ступица
спицы

6.

Ременные передачи
МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ
Материал шкивов
Шкивы изготавливают
• из чугуна - самые распространенные
• СЧ15 – при V≤15 м/с
• СЧ18 – при V=15…30 м/с
• СЧ20 – при V=30…35 м/с
• из легких сплавов - преимущественно из алюминия в быстроходных
передачах
• из пластмасс при работе передачи с небольшими скоростями масса шкивов по сравнению с металлическими существенно меньше,
а коэффициент трения между шкивом и ремнем выше,
• из сталей (СтЗ) применяют при V<60 м/с

7.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ
Ременные передачи
плоские
Виды приводных ремней
клиновые
круглые
поликлиновые
зубчатые
Передачи
с плоским ремнем
с клиновым ремнем
Применение плоскоременных
передач ограничено, так как их
эксплуатационные свойства
хуже, чем ременных передач
других видов.
с поликлиновым ремнем с зубчатым ремнем
Наиболее широко применяют
клиноременные передачи, ремни
в которых обладают хорошей
тяговой способностью и
достаточной долговечностью.

8.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ
Ременные передачи
Характеристики ременных передач
d1,d2 - диаметры шкивов
Lр - расчетная длина ремня
1, 2 - угол обхвата
на малом и большом шкиве
1
2
Передаточное отношение
- угол между ветвями передачи
1 n1
u
2 n2
d 2 d1
2 arcsin
2 a
Окружные скорости шкивов
ведущего V1
1 d1
2
ведомого V2 2 d 2
2
n1 d1
межосевое расстояние
60
n2 d 2
60
a 1,5...2,5 d1 d 2

9.

Ременные передачи
МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ
Силы в передаче
- сила в ведомой ветви
- сила
давления на валы
Окружная сила
2 T1
F1 F2
Ft
d1
- сила в ведущей ветви
Fp F12 F22 2 F1 F2 cos 180 1
Для плоскоременной передачи: 1 150
Для клиноременной передачи:
0
1 110 0

10.

Ременные передачи
МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ
Необходимым условием работы ременных передач трением является
предварительное натяжение, которое должно сохраняться во время
эксплуатации
Для компенсации
• отклонений от номинала по длине ремня,
• удлинения ремня во время эксплуатации,
• для свободной установки новых ремней
• создания предварительного натяжения
предусматривается регулировка межосевого
расстояния и установка натяжных устройств
При приложении вращающего момента T, происходит
перераспределение сил натяжения ремня
• ведущая ветвь дополнительно натягивается F F F / 2
1
0
t
до силы F1,
F2 F0 Ft / 2
• ведомая – уменьшается до F2

11.

Цепные передачи
МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ
Цепная передача – это передача зацеплением с гибкой связью.
Состоит из ведущей и ведомой звездочек, огибаемых цепью
Ведомая звездочка
Цепь
Вращение ведущей звездочки
преобразуется во вращение
ведомой благодаря сцеплению
цепи с зубьями.
Ведущая звездочка
Условное обозначение
на кинематической схеме

12.

Цепные передачи
МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ
Достоинства
Недостатки
• могут передавать движение на
• значительный шум вследствие
значительные расстояния (до 8 м);
• более компактны (по сравнению с
ременными),
• могут передавать большие
мощности до 100 кВт;
• меньшая, чем в ременной
удара звена цепи при входе в
зацепление.
• сравнительно быстрый износ
шарниров цепи (затруднителен
подвод смазки);
• удлинение цепи из-за износа
передаче, нагрузка на валы и
шарниров, что требует
подшипники и габариты
применения натяжных
• отсутствует проскальзывание;
• могут передавать движение одной
цепью нескольким звездочкам
• возможность легкой замены цепи
устройств
• сравнительно высокая
стоимость

13.

Цепные передачи
МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ
Геометрические параметры цепных передач
Звездочки цепных передач имеют профиль зубьев, соответствующий
типу цепи.
dд1, dд2, - диаметр
делительной окружности;
Da1, Da2, - диаметр
окружности выступов;
Df1, Df2, - диаметр
окружности впадин;
a – межосевое
расстояние;
t – шаг цепи;
z1, z2, - число зубьев
Шарниры звеньев цепи, находящихся в
зацеплении с зубьями звездочки,
располагают по делительной окружности
звездочек

14.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ
Цепные передачи
Геометрические параметры цепных передач
Делительный диаметр звездочки
Минимальное межосевое расстояние
Оптимальное межосевое
t
d
sin ( 180o / z )
Da1 Da 2
amin
+(30 50)мм
2
a (30 50) t
расстояние цепной передачи
Максимальное межосевое
amax 80 t
расстояние цепной передачи
Угол обхвата цепью меньшей звездочки не менее 120

15.

Цепные передачи
МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ
Роликовые цепи - наибольшее
применение. Уменьшенная сила трения,
применяют при скоростях v 20 м/с
Втулочные цепи применяют для
малоответственных низкоскоростных
передач (v 2 м/с).
• Дешевле роликовых цепей, имеют
меньший вес, но существенно уступают
роликовым цепям по износостойкости
Зубчатые цепи состоят из набора пластин,
каждая имеет два зуба.
• Создают меньший шум, применяют при
скоростях до 35 м/с, имеют повышенную
надежность.
• Тяжелее, сложнее в изготовлении и
дороже
Приводные цепи

16.

Цепные передачи
МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ
Материалы
Звездочки изготовляют
• из чугуна (СЧ 18-36, СЧ 21-40 и.т.д. )
• из сталей подвергаемых цементации с последующей закалкой
(15;15x) из закаливаемых сталей (40;40x и др.).
Для пластин звеньев цепей
углеродистые и легированные стали 40, 45, 40Х,40ХH
• термическая обработка - закалка + низкий отпуск
(твердость HRC 40 … 50)
Для деталей шарниров цепей
стали 20, 15 Х, 20Х, 18ХГТ
• термическая обработка - цементация (твердость HRC 40 … 45)

17.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ
Цепные передачи
Причины выхода из строя цепных передач
• Износ шарниров цепи, приводящий к увеличению ее шага и
сползанию цепи со звездочки.
• Усталостное разрушение элементов цепи. 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.

18.

Цепные передачи
МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ
Регулирование провисания цепи
Натяжители для цепей служат для поддержания натянутого
состояния цепи между приводными звездами.
Натянутое состояние цепей снижает вибрацию, шум и повышенную
нагрузку на приводной механизм и как следствие повышает срок
службы цепи, звезд и прочих приводных агрегатов.

19.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ
Цепные передачи
Кинематические параметры цепных передач
Передаточное отношение
рекомендуется u 4...7
1
n1 z2 d 2
u
2
n2 z1 d1
ω1 (ω2), n1 (n2), z1 (z2), , d1 (d2)
С увеличением передаточных
— соответственно угловая
отношений значительно возрастают
скорость, частота вращения,
габариты передачи
число зубьев и делительный
диаметр ведущей (ведомой)
звездочки
Средняя скорость движения цепи
z t
v
n z t
2
КПД цепной передачи
0,92...0,96

20.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ
Цепные передачи
Окружная сила на звездочке.
Силы в передаче
2 T
Ft
d
Нагрузка, действующая на валы цепной передачи:
для вертикальной передачи
FB 1,05 Ft
для горизонтальной передачи
FB 1,15 Ft

21.

Цепные передачи
МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ
Силы в передаче
Усилия, действующие на ведущую и ведомую ветви цепи
F2 Fq Fv
F1 Ft Fq Fv
Натяжение от провисания ведомой ветви цепи
Fq k f q g a
kf — коэффициент провисания цепи (kf = 6 для горизонтальных
передач, kf = 1 для вертикальных, kf = 3 при угле наклона 40 ; q —
масса 1 м цепи; а — межосевое расстояние
Натяжение от центробежных сил
Fv q v
2

22.

ВАЛЫ И ОСИ
Валы и оси служат для установки на них вращающихся деталей
Валы передают крутящие моменты (вращаются),
оси не передают (не вращаются).
Классификация валов
По геометрической форме оси
• прямые
• коленчатые
• гибкие
По конструкции
• гладкие
• ступенчатые (фасонные)
По типу сечения для прямых валов
• сплошные
• полые

23.

Конструктивные элементы валов
ВАЛЫ
Цапфа опорная часть вала
Шейка цапфа в средней части вала.
Шип концевая цапфа, передающая на корпус только радиальную или
радиальную и осевую нагрузки вместе.
Буртик кольцевое утолщение вала, предназначенное для упора деталей
Заплечик торцевая поверхность между меньшим и большим диаметрами
вала, предназначенная для упора деталей
Галтель – плавный переход от меньшего сечения вала, к поверхности
заплечика или буртика
Шпоночный паз – углубление, предназначенное для установки шпонки

24.

Материалы для валов
Требования к материалам
валов:
• высокая усталостная
прочность (способность
ВАЛЫ И ОПОРЫ
Материалы валов - углеродистые и
легированные стали
• малонагруженные валы углеродистые
стали Ст5, Ст6 без термообработки.
• качественные среднеуглеродистые
стали марок 40, 45, 50 с термической
противостоять
знакопеременным
нагрузкам),
• жесткостью (иметь
высокий модуль
упругости),
• хорошая
обрабатываемость
обработкой (HRC 36)
• для быстроходных валов: стали 20,
20Х, 12ХН3А
для валов ответственных передач
подвижных машин
среднеуглеродистые легированные
стали марок 40Х, 45Х, 40ХН,
40ХНМА, 35ХГСА с термообработкой
(HRС 45)

25.

Расчет валов
ВАЛЫ
При работе валы испытывают, напряжения от изгиба и кручения
Расчет валов проводится в три этапа
1 этап – ориентировочный (проектный) расчет
2 этап - промежуточный или проверочный расчет
3 этап - уточненный расчет включают расчеты на усталостную и
статическую прочность, жесткость и колебания.

26.

Расчет валов
ВАЛЫ
Проектный расчет вала
1. Проектный расчёт валов производят только на статическую
прочность по передаваемому крутящему моменту
• Определяется наименьший диаметр опасного сечения вала
из расчета на кручение по пониженным допускаемым напряжениям
[ ]к (15…25) МПа
d min 3
16 T
T
3
0,2
• Остальные диаметры
принимаются в соответствии
с конфигурацией вала
Полученные диаметры округляют по ГОСТ

27.

Расчет валов
2. Промежуточный (проверочный) расчет
- это расчет на статическую прочность с учетом
совместного действия кручения и изгиба
• вал заменяют балкой на опорах
(подшипниках),
• силы от передач принимают
сосредоточенными и прикладывают в
середине ступиц
• определяют реакции опор и строят эпюры
изгибающих и крутящих моментов,
• устанавливают опасные сечения вала
• находят эквивалентный момент в опасном
сечении
• уточняют диаметр вала в этом сечении
применяя III или IV теорию прочности
ВАЛЫ

28.

ВАЛЫ
Расчет валов
По третьей гипотезе прочности
По четвертой гипотезе прочности
2
2
M
M
III
изг
к
экв
Wx
2
2
M
0,75
M
IV
изг
к
экв
Wx
2
III
M изг
M к2 M экв
2
IV
M изг
0,75 M к2 M экв
для круглого сечения
III, IV
M
III, IV
экв
экв
Wx
d 3
Wx
32
III,IV
32
M
экв
d III, IV 3