Применение различных: видов сварки

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

ПО КУРСУ «ДЕТАЛИ МАШИН

И ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ»

Для машиностроительных специальностей

Миасс

ВВЕДЕНИЕ

Настоящий краткий конспект лекций по курсу "Детали машин" следует рассматривать как краткое изложение программных вопросов курса, облегчающее усвоение учебного материала и подготовку к экзаменам. Конспект изложен на базе основного учебника Д.Н.Решетова "Детали машин". Пользование конспектом ни в коем случае не исключает подготовки по учебнику, а лишь выделяет основные положения, соответствующие курсу "Детали машин" по машиностроительной и механическим специальностям. В ряде мест конспекта приводятся указания на те вопросы, ко­торые необходимо подготовить только по учебнику, так как, за краткостью изложения, в конспект они не вошли. Это каса­ется главным образом описательной стороны курса и конструк­тивных особенностей отдельных узлов и деталей машин.

Конспект рассчитан на сокращенную программу - 56 лек­ционных часов, поэтому в него не вошли такие разделы курса, как: заклепочные соединения, клиновые соединения и соеди­нения с гарантированным натягом, предполагается, что с этими вопросами студенты могут ознакомиться самостоятельно. Изложение учебного материала в конспекте соответствует программе курса "Детали машин" и содержанию экзаменационных билетов. Порядок изложения отдельных разделов несколько изменен по сравнению с учебником с целью возможности досрочной подго­товки студентов на практических занятиях к началу курсового проектирования.

Со вступительной частью курса следует ознакомиться по учебнику.

Принятые размерности (кроме особо оговоренных): длина - 1м = 100 см;

площадь - 1м² = 10000 см²;

сила - 1Н = 0,1 кг; 1 Кн = 100 кг; 1 дан - 1 кг;

напряжение - 1 Кн/м² = 0,01 кг/см²; 1 Мн/м² = 10 кг/см²; 1 дан/см² = 1 кг/см²;

мощность - 1 квт = 1,36 л.с.

Во всех формулах при подстановке величин необходимо соб­людать соответствие в принятых единицах размерности: площади, объема, веса, силы, напряжения и мощности.

Глава I

СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Эти соединения относятся к типу неразъемных, то есть таких, которые не могут быть разобраны без повреждения дета­лей.

Но сравнению с заклепочными соединениями (или лихими де­талями) сварные соединения обладают следующими достоинствами:

1) значительно меньшим весом конструкций. При замене заклепочных соединении сварными экономия в весе получается за счет отказа от применения различных накладок, необходимых в заклепочных соединениях, а также части веса са­мих заклепок; при замене литых деталей сварными конструкциями вес их уменьшается за счет более высоких механических свойств прокатного металла.

2) меньшей трудоемкостью, обусловленной сравнительной простотой технологического процесса сварки.

К недостаткам сварных соединений следует отнести:

1) зависимость качества шва от исполнителя и труд­ность контроля;

2) склонность к образованию трещин в местах перехо­да от шва к цельному металлу вследствие термических напряже­ний, возникающих при остывании. Трещины особенно опасны при динамических нагрузках, поэтому в таких случаях сварные швы стараются не применять, заменяя их заклепочными соединениями. Термические напряжения могут быть частично или полностью устранены термообработкой сварного соединения (низкотемпера­турным отжигом). Термическая обработка исключает также последующее коробление сварных конструкций.

Типы сварных швов и их расчет

Рис. 2

Стыковой шов

Расчет шва:

где s - нормальное напряжение в шве;

Р - нагрузка;

S - минимальная толщина детали;

l - периметр шва;

[s]¢ - допускаемое нормальное напряжение для метал­ла шва.

Для увеличения периметра шов иногда выполняют косым тавровым или фигурным.

Швы внахлестку.

Рис. 3

а) лобовой;

б) фланговый;

в) прорезной;

г) пробочный;

Расчет швов:

Опасными принято считать касательные напряжения в сече­нии под углом 45° к основанию шва (рис.4), там, где они достигают максимального значения.

Касательное напряжение (рис.4):

Рис. 4

где [t]¢ - допускаемое касательное напряжение для ме­талла шва; К - катет шва.

Как это видно ив рис.5 , эпюра распределения нагрузок по длине флангового шва неравномерна, поэтому фланговые швы не рекомендуется делать длинными. При большой длине их делают прерывистыми.

Рис.5. Эпюра распределения нагрузки во фланговом шве.

Угловые и тавровые швы

Рис. 6

Расчет тавровых швов:

Рассматриваются наиболее характерные случаи нагружения тавровых швов, которые могут встречаться также и в комбинациях.

Рис. 7

а) нагрузка моментом в плоскости шва

Если привариваемая деталь круглая (рис.7а) (шов круг­лый кольцевой), то расчет шва проводится на кручение в коль­цевом сечении, расположенном под углом 45° к основанию шва.

Здесь: J_p - полярный момент инерции расчетного сечения;

R - расстояние до наиболее удаленного от центра волокна, сечения шва.

Если сечение шва не круглое (рис.76), то оно всё же условно рассчитывается по уравнение кручения для круглых стержней. В этом случае принято пренебрегать возникающим при такой расчетной схеме короблением сечения и нелинейный характером эпюр напряжений:

t = £ [t]¢

Здесь: J_p - условный полярный момент инерции сечения;

[t]¢ - допускаемое напряжение кручения для наплавлен­ного металла шва.

Для указанного на рис. 7 6 примера:

J_p = J_y - J_z

J_z = 2 ; J_y = 2 .

б) внецентренно приложенная нагрузка или нагрузка моментом

Рис. 8

Нагрузка состоит из изгибающего момента M = M₀ или M = Pl и перерезывающей силы Р (при нагрузке только моментом M₀ перерезывающая сила отсутствует).

Шов рассчитывается на изгиб и срез, но не по нормальным, а по касательным напряжениям в наклонных сечениях под углом 45° к основанию шва. Полное касательное напряжение равно векторной сумме напряжений от момента t_m и перерезывающей силы t_р

t_m = ; t_р= .

В данном примере

t_m = ; t_р= .

Глава II

РАЗЪЕМНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

К разъемным относятся такие соединения, которые могут быть разобраны без повреж-дения деталей.

Резьбовые соединения

Все резьбы стандартизированы в мировом масштабе, то есть резьбы национальных стандартов соответствующих типов взаимозаменяемы.

Типы резьб и их применение

Рис. 9

1. По профилю резьбы разделяются на следующие типы:

а) остроугольная (треугольная). Основной тип крепежной резьбы. Метрическая резьба имеет угол a = 60°, дюймовая - a = 55°;

б) прямоугольная;

в) трапецеидальная;

г) упорная (пилообразная).

Резьбы типа (б), (в), (г) называются силовыми и применяются для тех винтовых соединений, в которых желательно иметь меньшие потери на трение (например, в домкратах, натяжных устройствах, подъемниках, винтовых прессах, ходовых винтах).

Прямоугольная резьба, вследствие технологических трудностей ее изготовления, применяется крайне редко и обычно заменяется резьбами типа (в) и (г). Резьба (г), как показано на рисунке, применяется только при одностороннем действии основных нагрузок; при обратном приложении нагрузки потери на трение возрастают. В некоторых случаях применяется также резьба круглого профиля (там, где имеется опасность повреж­дения острых кромок, например, в пожарном оборудовании, в цоколях электрических ламп).

Рис.10

На рис.10 показаны в сравнении профили силовой (б) и крепежной (а) резьб. При равной в обоих случаях осевой нагрузке р крепежная резьба имеет большую силу трения в витках. Сила трения в силовой резьбе:

F_б=Pf

Сила трения в крепежной резьбе:

F_a = Nf = = Pf¢; f¢ = .

f¢ > f; F_б > F_a.

2. По шагу резьбыразделяются на основные и мелкие. Мелкие резьбы для тех же диаметров имеют меньший шаг того же профиля, что и в основной резьбе. Применение мелких резьб меньше ослабляет сечение деталей и благодаря меньшему углу спирали нарезки лучше предохраняет соединение против самоотвинчивания.

Для диаметров свыше 20 мм уже обычно применяются мелкие резьбы.

Пример обозначения резьбы:

М 16 х 2 - основная; М 16 х 1,5 - мелкая.

Здесь: М - метрическая; 16 - номинальный (наружной) ди­аметр резьбы в мм; 2 и 1,5 - шаг резьбы в мм.

По числу заходов нарезки

Рис. 11

Однозаходные (рис. 1l a) применяются для крепежных деталей.

Многозаходные (рис. 11 б) - обычно для силовых соединений. Угол наклона спирали нарезки b определяется из формул:

для однозаходных резьб - tgb = ,

для многозаходных резьб - tgb = ,

где Z - число заходов, t - шаг, d_c - средний диаметр.

]

Рис. 14

а) зависимость между осевой силой и крутящим моментом на оси винта иди гайки при завинчивании

D_c - средний диаметр трения по торцу головки или гайки;

d_c - средний диаметр резьбы;

M_k - крутящий момент на оси ;

P - осевое усилие;

Т - окружное усилие по среднему диаметру резьбы;

N - нормальное усилие взаимодействия между винтом и гайкой, вектор которого смещен на угол трения r;

f - коэффициент трения в торце;

f₁ - коэффициент трения в резьбе.

tg r = f₁

При завинчивании возникают моменты трения в резьбе и на торце:

M_k = M_рез + M_гор

M_рез = T = P tg(b+r)

M_гор = Pf

M_k = P tg(b+r) + Pf

M_k = P [tg(b+r) + f ]

б) определение КПД резьбы

КПД резьбы определяется отношением идеального момента (без учета сил трения) к реальному моменту (с учетом трения).

КПД - h =

h = ; h = .

В частном случае, когда трение в опорах по торцам очень мало (например, если опорой являются подшипники качения):

h = .

Рис. 16

Распределение нагрузки по виткам резьбы вследствие большой жесткости гайки неравномерно, на рис.16 показана эпюра по Н.Е.Жуковскому.

Применив гайку переменной жесткости (показано пунктиром), можно получить более благоприятную эпюру.

Расчет винтовых соединений

Опасными напряженными состояниями для болта или винта могут быть следующие:

а) стержень болта - на разрыв по внутреннему сечению резьбы;

б) резьба гайки - на смятие, срез или изгиб;

в) головка болта - на срез.

В стандартных болтах пункты (б) и (в) равнопрочны с пунктом (а), поэтому рассчитывается только стержень на разрыв. Из этих соображений высота головки h=0,7d, гайки - H=0,8d.

Различают следующие виды резьбовых соединений:

- ненапряженные, воспринимающие только нагрузку;

- напряженные, которые, кроме действующей нагрузки, воспринимают также усилиe дополнительной затяжки.

1. Расчет ненапряженных болтов (винтов)

Рис. 17

Напряжение разрыва в стержне болта:

s = £ [s]

где P- осевая нагрузка;

Z - число болтов;

d₁ - внутренний диаметр резьбы;

[s] - допускаемое напряжение.

В этой формуле, для упрощения расчетов, приняты некоторые допущения. В действительности явления, происходящие в растянутом стержне болта, более сложны и эпюра распределения напряжений по сечению не вполне равномерна. Эти отклонения учитываются при выборе допускаемых напряжений.

Рис. 21

В этом случае (рис.21) болты должны быть затянуты так, чтобы не только преодолеть нагрузку от сил внутреннего давления, но также дополнительно сжать прокладку для обеспечения герметичности стыка. Усилие затяжки:

P_зат = Р + Р_пр

P_зат =

Здесь: r - внутреннее давление в резервуаре;

К - коэффициент, учитывающий сжатие прокладки;

К = 2 - 3,5.

Число болтов Z необходимо проверить по условию их размещения на среднем диаметре стыка D_с. Шаг размещения болтов

t =

должен быть таким, чтобы между болтами оставалось достаточно Места для ключа, завертывающего гайку или болт.

ШПОНОЧНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Служат для передачи крутящего момента от вала к ступице или наоборот.

Наибольшее распространение получили ненапряженные шпоночные соединения, в которых окружное усилие воспринимается боковыми поверхностями шпонок (рис. 27 а, б, в).

Рис. 27

Призматические шпонки (а, б) плотно устанавливаются в фрезерованный для них на валу паз (а - для пальцевой фрезы, б - для дисковой). Сегментные шпонки Вудруфа (б) отличаются простотой изготовления (шлифовка штампованных полудисков на магнитном столе). Для них применяются специальные дисковые фрезы.

В напряженных - клиновых шпоночных соединениях, осуществляется радиальный натяг за счет клинообразной формы шпонки, который воспринимает значительную часть окружного усилия. Однако эти шпоночные соединения создают смещение ступицы относительно оси вала, следствием чего является дисбаланс вращающихся деталей. Поэтому такие шпонки в настоящее время применяются сравнительно редко, а в точном машиностроении совершенно не используются.

Призматические и сегментные шпонки стандартизованы и подбираются по таблицам ГОСТ в зависимости от диаметра вала. Длина шпонок рассчитывается. Материал шпонок - Ст. 45, Ст. 50, для призматических шпонок - чистотянутая по профилю. Как правило, применяют лишь одну шпонку вследствие трудности пригонки нескольких (не более двух).

ШЛИЦЕВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Шлицевые соединения можно рассматривать как многошпоночные, в которых шпонки как бы изготовлены заодно с валом. В последние годы, в связи с общим повышением напряжений в деталях машин, шлицевые соединения получили самое широкое распространение взамен шпонок. Этому способствует оснащение промышленности специальным оборудованием - шлицефрезерными и протяжными станками. В сравнении со шпоночными шлицевые соединения имеют большую нагрузочную способность, лучше центрируют соединение и меньше ослабляют вал.

По профилю различают следующие шлицевые соединения (рис. 28):

прямобочные (а) - число шлиц Z = 6, 8, 10, 12;

звольвентные (б)- число шлиц Z = 12, 16 и более;

треугольные (в) - число шлиц Z = 24, 36 и более.

Рис. 28

Эвольвентные шлицы создают меньшую концентрацию напряжений у основания шлица, поэтому в настоящее время получают преимущественное распространение. Треугольные шлицы мелкие, поэтому мало ослабляют вал, однако они способны передавать лишь относительно небольшую нагрузку.

Шлицевые соединения применяются с центрированием ступицы по валу (рис. 29):

а) по наружному диаметру;

б) по внутреннему диаметру;

в) по боковым граням.

Рис. 28 а

Соединение (в), во избежание термических короблений, требует чистовой протяжки ступицы после термообработки, поэ­тому твердость ступицы не может быть выше HRC=30. Соединение (б) требует шлифовки вала по посадочному диаметру на специальных станках, зато ступица может быть твердой, так как посадочный диаметр шлифуется на обычных внутришлифовальных станках. Соединение (в) допускает твердые шлицы на валу и на ступице, однако для обеспечения сборки, считаясь с возможных короблением шлицов при закалке, зазоры в соединении должны быть увеличенными.

Расчет шлицевых соединений

Как и шпонки, шлицы рассчитывается на смятие и срез:

s_см = £ [s]_см

t = £ [t] Р =

где R_c - средний радиус шлицов;

М_k - крутящий момент на оси вала.

Глава III

ВВЕДЕНИЕ ВПЕРЕДАЧИ

Передачи служат для преобразования вращения с изменением по величине или знаку угловых скоростей вращающихся систем и соответственно крутящих моментов на осях валов. Они нахо­дят широкое применение, главным образом, в приводах от дви­гателя к рабочим органам машин.

Различают два основных вида передач:

1) передачи зацеплением:

а) зубчатые;

б) червячные;

в) цепные;

г) передача "винт-гайка";

2) передачи трением:

а) ременные;

б) фрикционные.

Классификация передач

Зубчатые передачи

Зубчатые передачи получили наибольшее распространение в машиностроении благодаря следующим достоинствам:

а) практически неограниченной передаваемой мощности,

б) малым габаритам и весу,

в) стабильному передаточному отношению,

г) высокому КПД, который составляет в среднем 0,97 - 0,98 .

Недостатком зубчатых передач является шум в работе на высоких скоростях, который однако может быть снижен при применении зубьев соответствующей геометрической формы и улучшении качества обработки профилей зубьев.

При высоких угловых скоростях вращения рекомендуется применять косозубые шестерни, в которых зубья входят о зацепление плавно, что и обеспечивает относительно бесшумную ра­боту. Недостатком косозубых шестерен является наличие осевых усилий, которые дополнительно нагружают подшипники. Этот недостаток можно устранить, применив сдвоенные шестерни с равнонаправленными спиралями зубьев или шевронные шестерни. По­следние, ввиду высокой стоимости и трудности изготовления применяются сравнительно редко - обычно лишь для уникальных передач большой мощности. При малых угловых скоростях враще­ния применяются конические прямозубые шестерни, а при больших - шестерни с круговым зубом, которые в настоящее время заменили конические косозубые шестерни, применяемые ранее. Конические гипоидные шестерни тоже имеют круговой зуб, однако оси колес в них смещены, что создает особенно плавную и бес­шумную работу. Передаточное отнесение в зубчатых парах колеблется в широких пределах, однако обычно оно равно 3 - 5.

Рис. 29

Червячные передачи

Это передачи со скрещивающимися осями. Отличаются полно­стью бесшумной работой и большим передаточным отношением в одной паре, которое в среднем составляет 16 - 25. Серьезным недостатком червячных передач, ограничивающим их приме­нение при значительных мощностях, является низкий КПД, обусловленный большими потерями на трение в зацеплении. Как следствие низкого КПД - при работе передачи под нагрузкой, выделяется большое количество тепла, которое надо отводить во избежание перегрева. Средние значения КПД первичной передачи составляют 0,7 -0,8.

Цепные передачи

Применяются при передаче вращения между, параллельными удаленными друг от друга валами. В настоящее время получили распространение два типа приводных цепей:

а) цепи втулочно-роликовые (типа Галя),

б) цепи зубчатые из штампованных звеньев (типа Рейнольдса).

Зубчатые цепи, благодаря относительно меньшему шагу, работают более плавно и бесшумно.

Недостатком цепных передач является сравнительно быстрый износ шарниров, способствующий вытяжке цепи и нарушению ее зацепления со звездочкой, а также шумная работа на высо­ких скоростях вследствие особенностей кинематики цепной передачи.

Ременные передачи

Применяются также для передачи вращения между параллельными удаленными валами. Область распространения этих пе­редач в настоящее время значительно сократилась, однако они еще находят широкое применение в качестве первичного приво­да от двигателя, а также привода к механизмам, обладающим большим моментом вращающихся масс, При трогании с места и в случае внезапных перегрузок ремни пробуксовывают, спасая механизмы от поломок.

Преимущественное распространение перед плоскими получили плановые ремни, обладающие большей тяговой способностью.

Фрикционные передачи

Фрикционные передачи по форме фрикционных катков могут быть: цилиндрическими, коническими, лобовыми - с внешним и внутренним контактом. Главное достоинство фрикционных передач заключается в возможности создания на их базе фрикционных вариаторов (бесступенчатых коробок передач), а также в бесшумной их работе при высоких скоростях.

Глава IV

ЗУБЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ

Преимущественное распространение получили передачи с зубьями эвольвентного профиля, которые изготавливаются массовым методом обкатки на зубофрезерных или зубодолбежных станках. Достоинство эвольвентного зацепления состоит в том, что оно мало чувствительно к колебанию межцентрового расстояния.

Другие виды зацепления применяются пока ограниченно. Так, циклоидальное зацепление, при котором возможна работа шестерен с очень малым числом зубьев (2-3), не может быть, к сожалению, изготовлено современным высокопроизводительным методом обкатки, поэтому шестерни этого зацепления трудоемки в изготовлении и дороги; новое пространственное зацепление Новикова пока еще не получило массового распространения, вследствие большой чувствительности к колебаниям межцентро­вого расстояния.

Основные определения из теории зацепления шестерен

1. Начальными называются воображаемые окружности, которые при зацеплении шестерен катятся без скольжения одна по другой.

2. Делительными называются воображаемые окружности, по которым происходит номинальное деление зубьев. Для них справедливо уравнение:

d_д = mZ

Примечание: Если шестерни не имеют коррекции, то начальные и делитель­ные окружности совпадает.

3. Окружностями выступов и впадин называются окружности, ограничивающие вершины и впадины зубьев.

4. Основными называются окружности, по которым развертываются эвольвенты, очерчивающие профили зубьев

d₀ = d_д cosa

5. Шагом t называется расстояние по дуге делитель­ной окружности между одно-именными профилями соседних зубьев.

6. Основным шагом t₀ называется шаг по основной окружности.

7. Модулем называется отношение диаметра делительной окружности к числу зубьев или шага к p.

8. Ритчем р называется число зубьев, приходящееся на один дюйм делительной окружности

p =

9. Линией зацепления ЛЗ называется геометрическое место точек контакта зубьев в зацеплении. В эвольвентном зацеплении ЛЗ - прямая, нормальная к профилю зубьев в полюсе зацепления и касательная к основным окружностям.

10. Углом зацепления a называется угол между линией зацепления и перпенди-куляром к линии центров.

11. Углом наклона спирали зубьев косозубых шестерен b называется угол между осью зуба и образующей делительного цилиндра или конуса.

12. Коэффициентом перекрытия e называется отношение дуги зацепления к основ-ному шагу.

13. Коэффициентом коррекции x называется отношение величины профильного смещения к модулю.

Рис. 31

а) передаточное отношение:

i =

б) делительные диаметры шестерен:

d_д = mZ - для прямозубых

d_д = m_sZ = - для косозубых

в) шаг и модуль:

m = ; m_s = ; t_s = ; m_s = .

г) межцентровое расстояние:

- для прямозубых

- для косозубых

д) размеры зуба:

h_г = f₀ m; при f₀ = 1, h_c = m, h_н = 1.25m

h_н = 1,25 f₀m

- по дуге; f₀ - коэффициент высоты зуба.

Здесь: t и m - нормальный шаг и модуль; t_s и m_s - торцевой шаг и модуль; b - угол спирали зуба.

Ряд наиболее распространенных стандартных модулей:

... 1; 1,5; 2; 2,5; 3; 3,5; 4; 4,5; 5; 6; 7; 8; 10; 12 ...

Стандартный угол зацепления a - 20°. Для бесшумной и плавной работы косозубых шестерен необходимо перекрытие зубьев: последующий зуб должен входить в зацеп-ление раньше, чем выйдет из зацепления предыдущий.

б) прямозубые конические шестерни

Все o6paзующие зубьев сходятся в одной точке пересечения осей. Номинальный делительный диаметр, шаг и модуль отсчитываются по большому основанию делительного конуса.

1.Передаточное отношение:

i =

2. Делительный и средний диаметры шестерен:

d_д = m Z; d_с = m_с Z.

3. Конусное расстояние:

4. Средний диаметр и модуль:

.

Здесь: m_c - средний модуль;

L - конусное расстояние - длина образующей делительного конуса;

b - ширина зубьев шестерен;

g - углы конусности.

Рис. 32

Дефекты шестерен

Закрытыми называются передачи, заключенные в пыленепроницаемый закрытый корпус, с организованной смазкой.

Открытыми называются передачи, не защищенные от пыли, с нерегулярной смазкой.

1) Износ поверхностей зубьев - очень значительный в открытых передачах и небольшой в закрытых. Меры борьбы с износом - повышение поверхностной твердости зубьев.

2) Питинг - поверхностное выкрашивание зубьев в зоне полосной линии. Возникает он вследствие усталости поверхностного слоя зубьев в результате высоких контактных напряжений. Питинг начинается с образования усталостных микротрещин, которые под влиянием циклических нагрузок постепенно развиваются, чему способствует высокое давление масла в зоне контакта зубьев. В открытых передачах питинг обычно не возникает, так как микротрещины изнашиваются раньше, чем успеют развиться.

Меры борьбы с питингом заключаются в повышении жесткости корпусов, валов и опор и точности их изготовления с целью увеличения площадок контакта зубьев.

3) Усталостная изгибная поломка зубьев.

Меры борьбы - увеличение модуля или улучшение качества материала и термообработки.

4) Задиры поверхностей зубьев могут иметь место в тихоходных сильно нагруженных передачах.

Меры борьбы - применение противозадирных смазок, содержащих животные жиры и графит.

Таблица 2

Оценочный параметр	Прямозубые	Косозубые
Нагрузка на зуб
Длина контактных линий
Эпюра распределения нагрузки на зуб	Равномерная	Неравномерная
(рис. 37 а)	- в середине зуба (рис.37 б)

Неравномерность эпюры является положительным фактором, спасая зубья от кромочных давлений при небольшом перекосе ее в зацеплении; она является следствием неравной жесткости головки и ножки зуба.

Коррекция зубьев шестерен

Рис.38

В целях уменьшения габаритов и веса машин желательно у малых шестерен число зубьев делать минимальным, однако этому препятствует подрез ножки зуба, который для эвольвентного двадцатиградусного зацепления имеет место при Z < 17 зубьев. Вводя коррекцию (теоретическое исправление профиля), можно уменьшить Z_min до 14 зубьев и даже менее.

1. Угловая коррекция (фау-коррекция) заключается в смещении профиля зубьев малой шестерни в плюс (от центра) на величину:

V = xm

где x - коэффициент коррекции.

При этом увеличивается на величину V межцентровое расстояние, а также угол зацепления, так как при раздвижке центров раздвигаются соответственно и основные окружности, к которым касательна линия зацепления.

2. Высотная коррекция (фау-нуль-коррекция), при которой профиль зубьев малой шестерни смещается в плюс (+V), а профиль зубьев колеса на столько же - в минус (-V). При этом межцентровое расстояние и угол зацепление не меняются, изменяются лишь относительная высота головки и ножки зубьев.

Изготовление корригированных шестерен не представляет никаких трудностей.

КПД зубчатых передач

Для закрытых передач в среднем:

цилиндрических h =0,98,

конических h = 0,97.

Для открытых передач:

цилиндрических h = 0,97,

конических h = 0,96 .

Эти цифры включают также потери в опорах качения, которые невелики и составляют от 0,25 до 0,5 % на опору при надежной смазке.

Глава V

ЧЕРВЯЧНЫЕ ПЕРЕДАЧИ

Относятся в передачам со скрещивающимся осями (рис.39). С положительной стороны червячные передачи характеризуются малыми габаритами, большим передаточный отношением в одной паре и бесшумной работой, однако, вследствие больших потерь мощности на трение в зацеплении, КПД их сравнительно низок и составляет 0,60 + 0,85 (в среднем 0,7 - 0,8). Потери мощности на трение вызывают значительное выделение тепла, которое необходимо отводить от стенок корпуса. Это обстоятельство ограничивает мощность практически применяемых передач пределом 10-20 кВт, зато для малых мощностей эти передачи нашли самое широкое применение.

Для увеличения КПД передачи:

1) червяк должен иметь твердую, очень чисто обработанную поверхность зубьев (желательна полировка). Материалом для червяков служат высокоуглеродистые - калимые или мало­углеродистые цементированные стали, например, Ст.У-7, У-8, Ст.50 или Ст.20Х, Ст.18ХГТ, Ст.20ХНЗА;

2) венец червячного колеса должен быть изготовлен из антифрикционного материала - бронзы;

3) смазка должна быть обильной в закрытом пыленепроницаемом корпусе.

В СССР стандартизован архимедов червяк (рис.40), который так называется потому, что в торцевом сечении зуб очерчен архимедовой спиралью, а в осевом - прямой, наклонной под углом зацепления a = 20°.

В конволютном червяке режущий инструмент (или наждачный круг) установлен вдоль оси спирали зуба; это удобно при массовом производстве червяков, так как позволяет производить одновременную шлифовку двух сторон профиля зубьев. Эвольвентные червяки применяются сравнительно редко, в них зуб по боковым поверхностям очерчен эвольвентами.

Рис. 39

КПД червячной передачи

Рассматривая червяк как винт с модульной нарезкой, пренебрегая за малостью потерями в опорах качения, на основании ранее выведенной формулы можно написать:

- угол трения.

Рис.42

1 - очень хорошие условия - h = 0,8 - 0,85.

2 - средние условия - h = 0,7 - 0,8.

3 - плохие условия (чугунное колесо) - h = 0,6 - 0,7.

Из графика функции (рис.42) видно, что теоретически наивыгоднейшим будет угол l, близкий к 45°, но при таких углах очень велики осевые нагрузки на подшипники колеса, поэтому, учитывая пологость кривых в зоне больших углов, практически принимают рабочую область углов l в пределах, соответствующих Z_ч = 1 + 4.

Глава VI

ВАЛЫ И ОСИ

Валы передают крутящий момент и обычно воспринимают напряжения изгиба от действующих нормальных к оси сил; Б отличие от валов оси крутящего момента не передают, а воспринимают лишь изгиб.

По конструктивной схеме различает валы:

а) с прямой осью;

б) с ломаной осью (коленчатые);

в) с криволинейной осью (гибкие).

Форма валов и осей разнообразна и зависит от выполняе­мое ими функций. Иногда, валы изготавливаются совместно с другими деталями, например, шестернями, кривошипами, эксцентриками.

Гибкие валы изготавливаются многослойной навивкой стальной пружинной проволоки на тонкий центральный стержень. Они сохраняют достаточную гибкость лишь при небольших диа­метрах, так как при увеличения диаметра момент инерции се­чения, а, следовательно, и жесткость резко возрастают, Поэтому при всех положительных качествах и удобстве при­вода, такие валы не могут передавать сколько-нибудь значи­тельной мощности и имеют сравнительно узкое применение.

В качестве материалов для валов применяются среднеуглеродистые стали типа Ст. 40, Ст. 45, Ст. 50, Cт. 40X, Ст.40ХН и др., обычно с термообработкой до средней твердости. Шейки валов, работающие на трение в подшипниках скольжения, должны иметь более твердую поверхность (НRС=50-6О), что может быть достигнуто применением закалки TBЧ или це­ментации и закалки.

Характерной особенностью валов является то, что они работают при циклическом изгибе наиболее опасного симметрич­ного цикла, который возникает вследствие того, что вал, вращаясь, поворачивается к действующим изгибающим нагрузкам то одной, то другой стороной. При разработке конструкции вала должно быть обращено самое пристальное внимание на вы­бор правильной его формы, чтобы избежать концентрации на­пряжений в местах переходов, причиной которых могут быть усталостные разрушения. С этой целью следует избегать:

а) резких переходов сечений;

б) канавок и малых радиусов скруглений;

в) некруглых отверстий;

г) грубой об