Механизмы и детали

Лекционный материал Тема 1. Основные понятия механизмов Механизм – система тел, предназначенных для преобразования движения одного или нескольких твердых тел в требуемое движение других твердых тел. Наиболее распространены механизмы с одной степенью свободы, в которых для определения движения всех звеньев нужно задать закон движения одного звена. Наиболее распространенные механизмы: зубчатые, фрикционные, винтовые, с гибкими звеньями и др. Машина – механическое устройство, выполняющее движения для преобразования энергии, материалов или информации. Интересно, что в справочниках всего полувековой давности в определении машины нет ни слова о преобразовании информации. Тем не менее назвать сегодняшний компьютер машиной можно весьма условно - это не вполне механическое устройство, выполняющее только механические движения. Ясно, что определение понятия «машина» будет еще уточняться. В данном курсе не будут рассматриваться информационные или вычислительные машины. Основное назначение машины – частичная или полная замена производственных функций человека с целью облегчения его труда и повышения производительности. Машины, детали которых рассматривает наш курс, – это энергетические (двигатели тепловые, электрические, генераторы, компрессоры и др.), технологические (станки, прессы и пр.), транспортные и подъемно-транспортировочные (краны, конвейеры, автомобили, самолеты, поезда и т.п.). Все эти машины состоят из деталей, чаще всего объединенных в сборочные единицы. Деталь – изделие, изготовленное без применения сборочных операций, например зубчатое колесо, шкив, звездочка, болт, гайка и т.д. Сборочная единица (иногда в технической литературе называемая узлом) – изделие, составляющие детали которого подверглись соединению между собой сборочными операциями. К ним относятся, например, подшипники качения, муфты, тормоза и пр. Из большого разнообразия деталей и сборочных единиц выделяют такие, которые встречаются в большинстве машин (болты, валы, зубчатые колеса, подшипники, пружины и т.п.). Эти детали и сборочные единицы общего применения и рассматриваются в курсе. Таким образом, целью курса является изучение основ расчета и конструирования деталей и сборочных единиц общего назначения с учетом требований, предъявляемых к машинам и их составляющим частям. Далее Тема 2. Требования, предъявляемые к деталям и сборочным единицам машин Машины в целом и их составляющие – детали и сборочные единицы должны обладать следующими качествами: 1. работоспособностью, 2. надежностью, 3. технологичностью, 4. экономичностью, 5. эстетичностью. Работоспособность – состояние деталей и сборочных единиц, при котором они способны нормально выполнять заданные функции с теми параметрами, которые установлены нормативно-технической документацией (стандартами, техническими условиями и т.д.). Надежность – свойство изделия сохранять заданные эксплуатационные показатели в течение заданного промежутка времени или требуемой наработки (например, пробег у автомобилей, площадь обработанной земли у сельхозмашин, часы работы станка и т.д.). Надежность закладывается на всех этапах создания и эксплуатации изделий. Технологичность – свойство, обеспечивающее минимальные затраты средств, времени и труда в производстве, эксплуатации и ремонте изделий. Технологичность обеспечивается большим числом факторов, таких как унификация или единообразие деталей, максимальное применение стандартных конструктивных элементов деталей, стандартных допусков и посадок, использование материалов, удобных для обработки (резанием, давлением, сваркой и т.д.), а также возможность объединения систем автоматизированного проектирования и производства. Заметим, что последнее уже осуществлено на предприятиях с высокой культурой производства, и там процесс проектирования и передачи информации автоматам-изготовителям осуществляется электронным образом без чертежей, т.е. без бумажного носителя. Экономичность – свойство, которое учитывает затраты на проектирование, изготовление, эксплуатацию и ремонт. Экономичность достигается оптимизацией параметров изделий, минимумом материало-, энерго- и трудоемкости производства, максимального КПД машины в эксплуатации при высокой надежности и т.п. Эстетичность – совершенство внешних форм изделий и машины в целом, попросту говоря, их красивый внешний вид (окраска, полировка, гальваническое покрытие и пр.). Известны случаи, когда легковой автомобиль, окрашенный в удачный цвет, выигрывал по конкурентоспособности у другого автомобиля, более совершенного по конструкции, но неудачного цвета. Назад Далее Тема 3. Критерии работоспособности и расчета деталей машин К критериям работоспособности деталей машин относятся: 1. прочность, 2. жесткость, 3. износостойкость, 4. коррозионная стойкость, 5. теплостойкость, 6. виброустойчивость. Значимость того или иного критерия для конкретной детали зависит от ее функционального назначения и условий работы. Если говорить, например, о винтах, то для крепежных винтов главным критерием является прочность, а для ходовых - износостойкость. При этом для тех же ходовых винтов, но длинных большую важность приобретает и жесткость. При конструировании деталей их работоспособность обеспечивается главным образом выбором соответствующего материала, рациональной конструкции и расчетом размеров по основным критериям работоспособности. Главным критерием работоспособности большинства деталей является прочность. Если не соблюден этот критерий, то о других говорить не приходится. При недостаточной прочности детали разрушается нередко не только она сама, но и вся машина, что приводит к материальным потерям, а часто и к несчастным случаям. Разрушение деталей может наступить из-за потери статической прочности или сопротивления усталости. Первый вид разрушения происходит тогда, когда значение возникающих при работе напряжений превышает предел статической прочности материала (при работе детали возникают не предусмотренные расчетом нагрузки или в детали оказались скрытые дефекты). Усталостное же разрушение детали происходит в результате длительного воздействия на нее переменных напряжений, превышающих предел выносливости материала. Сопротивление усталости значительно снижается из-за концентраторов напряжений, связанных обычно с конструктивным исполнением детали (канавки, проточки, переходы сечений и т.п.). В данном курсе общие методы расчетов на прочность, изученные студентами в курсе «Сопротивление материалов», рассматривают в приложении к конкретным деталям и придают им вид инженерных расчетов. Жесткость – способность детали сопротивляться изменению своей формы и размеров под нагрузкой. Для некоторых деталей изменения формы или размеров, еще не приводящие к потере прочности, могут вызвать поломку или недопустимые условия работы устройства. Например, сильный прогиб вала червяка в червячной передаче может вызвать разрушение зубьев передачи. При недостаточной жесткости станка или обрабатываемой детали может быть произведена бракованная продукция. Расчеты деталей на жесткость предусматривают ограничение упругих перемещений деталей в пределах, допустимых для конкретных условий работы. Жесткость деталей увеличивают использованием их рационального профиля (например, трубчатого вместо сплошного той же массы, двутаврового и т.д.), а также особым способом заделок деталей в корпуса, снижением длин валов и т.д. Износостойкость – свойство детали оказывать сопротивление изнашиванию. Изнашивание – процесс разрушения поверхности детали при трении, проявляющийся в постепенном изменении размеров или формы. Износостойкость зависит от целого комплекса факторов: механических свойств материала, химико-термической обработки и шероховатости поверхностей, величины давлений или контактных напряжений, скорости скольжения, смазочных материалов и режима смазки и пр. Изнашивание снижает КПД механизмов, прочность деталей, увеличивает зазоры в подвижных соединениях, изменяет характер сопряжений деталей, вызывает шум при работе. Продукты изнашивания, попадая в смазку, разносятся ею, оказывая негативное влияние на работу других деталей. Сегодня 85...90% машин выходит из строя в результате изнашивания и только 10...15% по другим причинам. Следовательно, изучение трения и изнашивания в машинах чрезвычайно важно. Этим занимается достаточно новая наука - триботехника, основы которой приведены в следующем разделе. Коррозионная стойкость – способность изделий противостоять коррозии или разрушению поверхностных слоев металла в результате окисления. Из-за коррозии ежегодно теряется около 10% всего выплавляемого металла. При коррозии существенно сокращаются износостойкость и сопротивление усталости. Для защиты от коррозии применяют специальные покрытия и методы, изделия изготовляют из металлов, устойчивых к коррозии, «чемпионом» среди которых является титан, а также из нержавеющих сталей, алюминиевых сплавов, пластмасс. Особое внимание следует уделять деталям, работающим в агрессивной среде (например, морской воде). Теплостойкость – способность конструкции работать в пределах заданных температур в течение назначенного срока службы. При нагреве может: 1. снизиться прочность материалов; 2. уменьшается вязкость смазок, и они снижают свое защитное действие на детали; 3. уменьшаются зазоры в сопряженных деталях, что может привести к заклиниванию; 4. понижается точность работы машины. Поэтому при возможности перегрева машины или механизма выполняют тепловые расчеты и при необходимости принимают соответствующие конструктивные меры (например, жидкостное охлаждение с радиаторами для двигателей внутреннего сгорания). Виброустойчивость – способность конструкции противостоять действию вибрации и колебаний. Вибрации снижают долговечность машин, качество их работы. Особенно опасно, когда конструкция входит в резонанс, т.е. когда рабочие частоты, воздействующие на детали, приближаются или совпадают с ее собственными частотами. Мероприятия по виброустойчивости тесно связаны с расчетом деталей (например, валов) на колебания. Подбор рациональных массовых и жесткостных параметров деталей, установка соответствующих демпферов – гасителей колебаний помогают повысить виброустойчивость машин. Назад Далее Тема 4. Основы триботехники деталей машин Триботехника (от греч. – растираю) – наука, которая занимается изучением взаимодействия сопряженных или контактирующих поверхностей деталей машин при их относительном перемещении. Детали могут соприкасаться друг с другом как непосредственно, так и через слой смазочного материала. Роль смазочного материала, находящегося в зоне контакта перемещающихся друг относительно друга деталей, может быть различной, в зависимости от того, полностью ли разделяет слой смазки детали или нет. Кроме того, даже в случае полного разделения деталей пленкой масла цели конструктора могут быть различными: снижать ли силу трения между этими деталями или повышать ее. Поэтому возможные случаи рассматриваются в такой последовательности: детали перемещаются друг относительно друга без смазки (рисунок 4.1, а – «сухое» трение), в зоне контакта деталей есть смазка, но она не разделяет микронеровностей деталей (рисунок 4.1, б – граничное трение); слой смазки полностью и с запасом – зазором δ разделяет микронеровности деталей (рисунок 4.1, в – жидкостная смазка). Рисунок 4.1 – Виды трения по наличию смазочного материала: а) «сухое» трение; б) граничное трение; в) жидкостная смазка При перемещении деталей друг по другу без смазки в основном имеют место следующие виды трения: 1. трение при микросмещениях (так называемое «ёрзание»), например, за счет упругих деформаций или выборки зазоров; 2. трение скольжения динамическое, или в движении; 3. трение качения. В первом случае возникает так называемая фреттинг-коррозия (коррозия при трении) на небольших площадках. Продукты изнашивания из зоны контакта не удаляются и играют роль абразивных частиц. Такая картина характерна, например, для резьбовых, шпоночных, шлицевых соединений. При трении скольжения микронеровности одной детали трутся по таковым же второй детали, в результате чего идет активное разрушение поверхности. Особенно плохо, когда детали изготовлены из одинакового материала, причем недостаточно твердого, а давление одной детали на другую большое. В этом случае характерны задиры, возникающие в результате холодной «микросварки» одних выступов с другими. Здесь целесообразны такие пары трения, как закаленная сталь с полированной поверхностью и антифрикционный материал, например бронза. Такое трение имеет место в сухих фрикционных муфтах, резьбах без смазки, таких же направляющих и т.д. Трение качения существенно сокращает износ при отсутствии смазки, но он все-таки есть. Причины – микронеровности самого различного профиля «вдавливаются» друг в друга при нажиме и разрушаются при вращении. Кроме того, трение качения только теоретически может протекать без скольжения. На самом деле оно присутствует (хотя бы из-за упругой деформации тел) и усугубляет изнашивание. При граничном трении в зависимости от толщины масляной пленки, обусловленной в основном скоростью взаимного перемещения деталей друг по другу – качения или скольжения, уже часть микронеровностей не задевает друг за друга, но наиболее выступающие, конечно, соприкасаются. Сила трения, определяемая (как для «сухого», так и для граничного трения) коэффициентом трения f, равна: f = N/F, где N – сила, сдавливающая детали; F – сила, сдвигающая эти детали, или сила трения, с увеличением толщины масляной пленки сила трения уменьшается. И, наконец, когда масляная пленка, став достаточно толстой, перекроет собой с запасом – зазором, суммарную высоту микронеровностей двух деталей наступает безызносный режим работы. В этом случае толщина пленки: где λ – коэффициент запаса = 1,52 и более; Ra1 и Ra2 – средние арифметические отклонения профилей поверхностей обеих деталей. В случае скольжения одной поверхности по другой коэффициент трения, который здесь имеет совершенно другой характер, нежели при «сухом» и граничном трении, и определяется вязким трением в самой смазке, может уменьшиться в несколько раз и достигнуть значения λ = 0,005 и менее. На такой основе работают, например, опоры (подшипники) скольжения с гидродинамическим режимом трения (пример – подшипники на коленчатом валу четырехтактных двигателей внутреннего сгорания). Несколько другой, хотя и похожий процесс происходит в случае качения одной детали по другой со смазкой, например, одного цилиндра по другому. Смазка, попадая в клиновидный зазор между цилиндрами, вращающимися с большой скоростью, быстро и кратковременно, можно сказать в «режиме удара», сжимается до больших давлений, нередко превышающих 1 ГПа (1 ГПа = 109 Па). При этом смазка густеет, приобретает свойства твердого упруго-пластичного тела и не только прекрасно разделяет поверхности деталей друг от друга, но и начинает передавать сдвигающие нагрузки. В таком случае цилиндр, например, 1 «ведет» другой – 2 через слой смазки 3, и эта система превращается в механическую передачу – фрикционную. В настоящее время учеными созданы специальные фрикционные смазки, так называемые трактанты, которые в большей мере, чем обычные смазки, передают сдвигающие усилия. Коэффициент трения у таких смазок достигает 0,1 и более, что в 20 раз выше, чем у гидродинамических подшипников. Эти трактанты применяются для современных фрикционных передач и вариаторов, весьма перспективных для машин будущего. Если же слой смазки нагружается медленно или находится под нагрузкой относительно длительное время (измеряемое, впрочем, десятыми или сотыми долями секунды), то эффект этого загустевания смазки пропадает и она ведет себя как обычная жидкость, т.е. вытекает из зазора между деталями и пленки между ними не создает. Вот те сведения из триботехники, которые позволят хотя бы в первом приближении понять роль смазки в механических передачах и подшипниках, как скольжения, так и качения. Назад Далее Тема 5. Циклы напряжений и усталость материала Детали машин достаточно редко работают в таких условиях, когда возникающие в них напряжения остаются практически неизменными. В большинстве случаев эти напряжения меняются во времени. При этом изменение напряжений может быть вызвано как переменной нагрузкой на деталь, так и сменой зоны приложения нагрузки, а иногда изменением обоих факторов. Например, поезд едет по неровному пути, и детали его ходовой части (пружины подвески, оси колес) при колебаниях вагона то нагружаются, то разгружаются. Это – пример переменной нагрузки на деталь. Но даже если этот поезд едет по идеально ровному пути, то вращающиеся оси колес все равно нагружены переменными напряжениями. Происходит это потому, что сила тяжести вагона изгибает оси колес в вертикальной плоскости, но так как сами оси вращаются, то одни и те же зоны их поперечного сечения оказываются то сжатыми, то растянутыми. Тем более переменными оказываются напряжения в оси, если вагон при движении еще и колеблется. Переменные во времени напряжения вызывают усталость материала или процесс постепенного накопления повреждений под действием переменных напряжений. Это приводит к изменению свойств материала, образованию и развитию трещин и в результате – к разрушению. При этом напряжения, при которых происходит усталостное разрушение, существенно меньшие, чем предел прочности материала σв. Назад Далее Тема 6. Предел выносливости материалов Выносливость материала – его сопротивление усталостному разрушению. Для определения выносливости материалов проводят испытания стандартных отполированных образцов на специальных машинах, где чаще всего эти образцы испытывают на изгиб при симметричном цикле нагружения. Сначала образцы нагружают до значительных напряжений σ1 так чтобы они разрушились при сравнительно небольшом числе циклов N1. Следующую партию образцов испытывают при меньших напряжениях σ2, при этом разрушение происходит при большем числе циклов N2. Затем напряжения принимают еще меньшими, и, следовательно, образцы выдерживают все большее и большее число циклов нагружения. По полученным данным строят кривую усталости, называемую обычно кривой Вёлера в честь немецкого инженера А. Вёлера (1819 – 1914), первого исследователя усталостной прочности металлов, впервые получившего эту кривую. Рисунок 6.1 – Кривая усталости (кривая Вёлера) Математически кривая усталости выражается степенной функцией σԛN = const. Так, для точки С на графике по заданному значению NC можно определить предельные напряжения σC, а при заданном уровне напряжений σC – предельное число циклов NC. Ордината этой горизонтальной кривой σ дает значение предела выносливости. При любом асимметричном цикле (например, отнулевом) предел выносливости для того же материала будет выше, чем при симметричном цикле. Следовательно, симметричный цикл нагружения является наиболее опасным. Пределы выносливости при симметричном цикле обозначают σ-1, при отнулевом цикле – σ0 соответственно для нормальных и касательных напряжений. Экспериментально установлено, что на значение предела выносливости для заданного материала влияют размеры, форма и состояние поверхности деталей. Чем больше абсолютные размеры поперечного сечения детали, тем меньше предел выносливости. Большую заготовку трудно изготовить однородной по структуре, в ней в большей степени, чем в малой, проявляются внутренние дефекты металла. Это снижение предела выносливости учитывается коэффициентом влияния размеров поперечного сечения К. Кроме того, чем больше легирующих компонентов входят в состав стали, тем сильнее влияние этого снижения. Так, например, у оси диаметром 20 мм из углеродистой стали, работающей на изгиб, К ≈ 0,92, а при диаметре 100 мм уменьшается до 0,71. Если эта ось изготовлена из легированной стали, то К соответственно уменьшается до 0,83 и 0,62. Такие же значения К имеет для валов из любых сталей, работающих на кручение. Большое влияние на снижение предела выносливости имеет так называемая концентрация напряжений. В местах резкого изменения формы поперечного сечения детали или нарушения сплошности материала, например при резком переходе сечений, у канавок, выточек, отверстий, в резьбе и т.д., напряжения σа или σт оказываются большими, чем для детали без упомянутых концентраторов напряжений. Конечно, тем или иным способом, например с применением мощного аппарата теории упругости или численными методами, можно найти реальные значения напряжений в зонах концентраторов. Назад Далее Тема 7. Механические передачи. Назначение и роль передач в машинах История развития техники обусловила вращение как основную форму передачи и использования механической энергии в машинах и механизмах. Наиболее распространенные энергетические машины – двигатели внутреннего сгорания, паровые турбины (двигатели внешнего сгорания), электромоторы, преобразовывая химическую энергию топлива или электрическую энергию в механическую, выдают ее потребителю в виде вращения вала. Несмотря на то, что в истории техники было немало примеров использования энергии машин без вращательного движения (паровые машины Ньюкомена, Ползунова, Уатта с приводом для насосов), вращение получило наибольшее распространение. Причины этого кроются в основном в простоте, компактности, высоком КПД, непрерывности и равномерности движения передаточных механизмов, или иначе – механических передач. В современной технике существует несколько типов передач: 1. электрические, 2. гидродинамические, 3. гидростатические, 4. пневматические, 5. ряд других, второстепенных по назначению. Но в большинстве случаев и они не обходятся без присутствия механических передач. В курсе рассматриваются только механические передачи, нередко их называют просто «передачи». Назначение передач в основном состоит в понижении или повышении частоты вращения двигателя или иного источника вращательного движения с соответствующим повышением или понижением вращающего момента. Для чего это делается? Ведь существуют двигатели как быстроходные, так и тихоходные, и, в принципе, они могли бы непосредственно приводить в движение рабочий орган. Существуют и используются тепловые двигатели и электрические, валы которых способны вращаться с частотами вращения от десятков до десятков тысяч оборотов в минуту (от единиц до тысяч радиан в секунду). Эти частоты вращения могли бы удовлетворить практически любой рабочий орган – от тяговой звездочки конвейера до шлифовального круга. Но тихоходные двигатели из-за огромного вращающего момента очень велики и тяжелы, а быстроходные – обычно уникальны или неэкономичны. А наиболее употребительные и дешевые электродвигатели – асинхронные – обеспечивают вращение с частотами 1000 ... 3000 (в ряде стран 1200 ... 3600) мин-1, меньшие частоты уже малоэффективны. Почти так же обстоит дело и с наиболее распространенными автотракторными двигателями внутреннего сгорания, частота вращения которых обычно находится в пределах от 1500 до 6000 мин-1. Большинство же рабочих органов машин требует более низких частот вращения, что вызывает необходимость понижающих передач (редукторов). Реже встречается необходимость повышать частоту вращения двигателей. Наиболее впечатляющий пример – это привод для ветроэлектростанций, которых в мире насчитывается уже десятки тысяч. Ветроколесо такой электростанции мощностью, например, 5 МВт (5*106 Вт) делает около 15 оборотов в минуту, а генератор, соединенный с ветроколесом механической передачей, – 1500. Следовательно, между ветроколесом и генератором находится мультипликатор – передача, повышающая частоту вращения ветроколеса в 100 раз. Такой мультипликатор – внушительное сооружение массой в десяток тонн. Кроме простого преобразования частоты вращения и вращающего момента двигателя в какое-то конкретное число раз передачи могут: 1. регулировать ступенчато или бесступенчато частоту вращения рабочего органа машин; 2. реверсировать движение, т.е. обеспечивать прямой и обратный ход; 3. преобразовывать один вид движения в другой (например, вращательное в прямолинейное, качательное, прерывистое и т.д.); 4. распределять движение между несколькими исполнительными органами машины (например, приводить в движение несколько станков или ведущих колес автомобиля от одного двигателя). Назад Далее Тема 8. Классификация передач и их краткий анализ В этом разделе приводится классификация и анализ передач, преобразующих вращательное движение во вращательное же, но с другими параметрами. Их подавляющее большинство в современной технике. Классификация механизмов, преобразующих вращательное движение в другие виды движений, рассматривается в курсе «Теория машин и механизмов». Передачи классифицируются по двум главным признакам: 1. в зависимости от способа передачи вращения на передачи зацеплением (зубчатые, червячные, цепные, зубчатыми ремнями, винтовые) и передачи трением (фрикционные, с гладкими ремнями); 2. в зависимости от способа соединения ведущего и ведомого звеньев на передачи с непосредственным контактом (зубчатые, червячные, винтовые, фрикционные) и с гибкой дополнительной связью (ременные, цепные). В связи с многовариантностью выбора передач конструктором и большой важностью именно этого первоначального обоснованного выбора типа передачи ниже приводится краткое описание передач, а также анализ их преимуществ, недостатков, перспектив, предпочтительные области применения каждой передачи. Ведь обоснованный выбор типа передачи для того или иного конкретного назначения – это творческий процесс, которым в первую очередь должен овладеть молодой специалист-конструктор. Дальнейшие расчеты передач, как бы важны они ни были, все-таки вторичны, и успех технического решения главным образом зависит от удачного выбора варианта передачи. Итак, рассмотрим в упомянутом аспекте следующие наиболее распространенные механические передачи: зубчатые, червячные и другие передачи со скрещивающимися осями, винтовые, цепные, ременные, фрикционные, а также проведем их сравнение по основным показателям. Назад Далее Тема 9. Зубчатые передачи с параллельными и пересекающимися осями Зубчатые передачи появились еще в глубокой древности. В античные времена зубчатые колеса были настолько хорошо известны, что их даже стали использовать в качестве орнаментов и украшений. Деревянную зубчатую передачу сменила бронзовая, а затем и железная. Первую теорию зубчатой передачи дал еще Аристотель за три с половиной века до нашей эры. Все эти виды зубчатых колес успешно применяются и сейчас (рисунок 9.1), добавились только круговые, или арочные, зубья, более технологичные в изготовлении, чем шевронные. а б в г д е ж з и Рисунок 9.1 – Основные виды зубчатых передач: а, б – цилиндрическая, соответственно, прямозубая и косозубая, в – шевронная, г – гипоидная; д – винтовая; е, ж, з – коническая, соответственно, прямозубая, с тангенциальными зубьями и с криволинейными зубьями; и – зубчато-реечная прямозубая Появилось и новое удачное зубчатое зацепление, в отличие от множества других, не проявивших себя с положительной стороны, – зацепление М.Л. Новикова (1954). Зубья, по М.Л. Новикову (рисунок 9.2, а, б), профилируются по дугам окружностей, причем выпуклость на одном зубе сопрягается с вогнутостью на другом. При этом зубья выполняются винтовыми, а следовательно, рабочие поверхности зубьев можно охарактеризовать как круговинтовые. Нагрузочная способность такой передачи в 1,5...1,7 раза выше, чем у аналогичной по размерам и материалу эвольвентной косозубой передачи. Недостатки – чувствительность к изменению межосевого расстояния, сложность инструмента для нарезания зубьев. По сравнению с другими зубчатыми передачами планетарные и волновые передачи появились сравнительно недавно. Планетарную передачу (рисунок 9.2, в) предложил в 1781 г. изобретатель паровой машины Дж. Уатт, причем не совсем по ее прямому назначению, а для того, чтобы заменить кривошипно-шатунный механизм, запатентованный применительно для паровой машины другим изобретателем. Однако столетие спустя планетарная передача стала активно использоваться по своему прямому назначению в трансмиссиях машин. Самой «молодой» из зубчатых передач является волновая передача (рисунок 9.2, г). Впервые такая передача была запатентована в США инженером Массером в 1959 г. и за довольно краткий срок широко распространилась во многих областях техники. а б в г Рисунок 9.2 – Передачи: а, б – с зацеплением Новикова, соответственно, цилиндрическая и коническая; в – планетарная; г – волновая Тема 10. Передача со скрещиващимися осями К таким передачам относятся червячные передачи с цилиндрическим и глобоидным червяком (см. рисунок 10.1), гипоидные передачи, а также передачи винтовыми колесами (винтоколесные передачи). а б Рисунок 10.1 – Червячные передачи: а – с цилиндрическим; б – с глобоидным червяком Изобретение червячной передачи приписывается еще Архимеду. На рисунке 10.2 представлен грузоподъемный механизм, описанный античным историком техники Героном Александрийским, включающий червячную передачу. Рисунок 10.2 – Грузоподъемный механизм, описанный Героном: 1 – червяк; 2 – рукоять; 3 – червячное колесо; 4 – зубчатые колеса; 5 – трос Винтовые колеса (см. рисунок 10.3, а), которые также являются передачей, родственной червячной, были изобретены гораздо позже знаменитым Леонардо да Винчи. Что касается гипоидной передачи (рисунок 10.3, б), то хотя она и была создана сравнительно недавно – в 1925 г., но благодаря удачному сочетанию целого комплекса полезных свойств нашла широчайшее применение, в частности в автомобилестроении. В настоящее время наблюдается несколько противоречивое отношение к червячным передачам. Некоторые специалисты считают червячные передачи, как и раньше, одними из основных в машиностроении. Другие полагают, что с развитием планетарных и волновых передач область применения червячных передач сильно ограничивается. а б Рисунок 10.3 – Зубчатые передачи: а – винтовая; б – гипоидная Ниже рассматриваются основные положительные стороны и недостатки червячных передач, и на этом основании делается вывод об их перспективности.  Достоинства червячных передач: 1. возможность получения большого передаточного отношения в одной ступени (до 80 и более), 2. плавность, 3. точность, 4. бесшумность работы. Особняком стоит свойство самоторможения червячных колес. Оно может быть и полезным, и вредным.  В червячных передачах, преимущественно с однозаходным червяком, из-за очень низкого, ниже 50% КПД вращать передачу можно только за червяк. При попытке вращения за колесо передача стопорится. В некоторых случаях, например в примитивных червячных подъемных механизмах, это свойство полезно, оно упрощает механизм. Но в ряде других случаев оно может привести к аварии, если не предусмотреть особых мер. Это следует всегда учитывать. Например, при выключении двигателя, вращающего червяк, – планового или случайного, вся передача стопорится. Если же она была нагружена большими массами, то они, резко остановившись, могут сломать передачу. В таких случаях всегда нужно иметь предохранительное звено (муфту). Учитывая упомянутые недостатки червячных передач, их не рекомендуется применять при мощностях свыше 50 кВт, и то в приводах периодического, а не непрерывного действия, во избежание перегрева. Где же целесообразны червячные передачи? Прежде всего это маломощные устройства станков – делительные, регулировки, настройки, а также маломощный сервопривод автомобилей и других транспортных машин – стеклоподъемники, стеклоочистители и т.п. Механизмы прицела военных машин также чаще всего червячные. Кроме того, существует целый ряд механизмов со скрещивающимися осями, где применение других передач, например планетарных или волновых, затруднено. Часто используются червячные передачи в мотор-редукторах с большим передаточным числом, где, в принципе, могли бы использоваться и волновые редукторы. Во всяком случае, нужно энергичнее преодолевать инертность в создании передач и, где можно, смелее заменять червячные передачи сколь-нибудь значимой мощности на более компактные, дешевые и экономичные волновые и планетарные. Но, конечно, и до абсурда доходить не стоит – механизм для натяжения струн в гитаре, например, безусловно эффективнее всего червячный. Винтовые колеса обладают невысокой несущей способностью, уступая многозаходным червячным передачам. При этом и КПД винтоколесных передач незначителен. Их применение обосновано только в тех редких случаях, когда требуется передача со скрещивающимися осями, небольшой мощности и с передаточным отношением, близким к единице. Червячная передача становится здесь неприменимой, а винтовые колеса, при всех их недостатках, подходят. Пример – привод маслонасоса от распределительного вала некоторых автомобилей. Гипоидные передачи являются как бы «гибридом» червячной (точнее, спироидной) и конической передач. Чем больше гипоидное смещение а, тем ближе гипоидная передача к червячной (спироидной). Гипоидная передача обладает рядом ценных свойств, благодаря чему она так широко распространена в автомобилестроении. Прежде всего это большое передаточное отношение i, реализуемое в одной паре. Обычно i < 10, но оно доходит и до 60. Объясняется это тем, что шестерня гипоидной передачи, в отличие от конической, может иметь малое число зубьев, доходящее до четырех. Кроме того, гипоидные передачи обладают повышенной несущей способностью, и главное – они очень устойчивы к питтингу. Последнее объясняется отсутствием зоны чистого качения в гипоидном зацеплении, зубья этой передачи работают всегда со скольжением – и продольным, и поперечным, из-за чего коэффициент трения в зубьях невелик. Зубья гипоидных передач, кроме того, хорошо притираются. Благодаря гипоидному смещению передача может быть «проходной», т.е. валы ее могут выходить в обе стороны. Это свойство позволяет, например, приводить от одного вала до 200 веретен в текстильных машинах. В автомобилях гипоидное смещение позволяет как понизить уровень пола и центра тяжести автомобиля (гипоидное смещение вниз), так увеличить клиренс (дорожный просвет) в автомобилях повышенной проходимости (гипоидное смещение вверх). Назад Далее Тема 11. Винтовые передачи Винтовая передача, еще называемая иногда передача винт – гайка, еще более древняя, чем червячная. Винтовой пресс (рисунок 11.1, а) для выдавливания сока из винограда существовал с незапамятных времен. Гайка здесь была монолитной и связанной со станиной пресса. Но мысль сделать винт неподвижным, а гайку или часть ее привести в движение вращением винта принадлежала Архимеду. Современные винтовые передачи могут содержать как неподвижную гайку и подвижный винт, например в винтовом домкрате (рисунок 11.1, б), так и неподвижный винт и подвижную гайку, например ходовые винты станков (рисунок 11.1, в). а б в Рисунок 11.1 – Примеры винтовых передач: а – ручной пресс; б – домкрат; в – ходовой винт станка Винтовые передачи могут быть: 1. скольжения; 2. качения (когда гайка содержит канавки с помещенными туда шариками); 3. планетарными роликовыми (перспективные передачи, обладающие большой прочностью и жесткостью); 4. волновые (для очень малых поступательных перемещений); 5. гидростатические (с малыми трением, износом и повышенной точностью). Характерные области применения винтовых передач: 1. поднятие грузов (в домкратах); 2. осуществление процесса механической обработки (в станках); 3. управление машинами (например, усилитель руля); 4. точные делительные перемещения (в измерительном деле); 5. перемещения в следящих системах и сервоприводах. Ввиду специфичности назначения винтовой передачи конкурировать с ней могут разве только реечные передачи, а также разнообразные кривошипно-ползунные, кулисные и другие механизмы, преобразующие вращательное движение в прямолинейное. Однако малые перемещения и большие силы – вот реальное назначение винтовых передач. Назад Далее Тема 12. Цепные передачи Цепные передачи известны с XVI в. Обычные кованые цепи перекидывались через шкивы с соответствующими зубцами на них и таким образом могли передавать вращение. Однако звенья цепи не всегда попадали на зубцы, и передача была ненадежной. В середине XVIII в. англичанин Галль сконструировал цепь, до сих пор носящую его имя и широко используемую в машиностроении. Но обнаружилось, что цепь Галля при больших скоростях сильно ударяет о зубья звездочек, шумит и, вытягиваясь, может соскочить с зубьев. Эти недостатки в большой мере устранил американский инженер Рейнольде, предложив так называемую зубчатую, или бесшумную, цепь. Звенья цепи Рейнольдса плотно охватывают зубья звездочек, эта цепь не шумит, даже при больших скоростях, и прочнее всех других приводных цепей из-за большого количества пластин по ширине цепи. Дополнительное преимущество зубчатой цепи придает шарнир качения, скрепляющий звенья цепи (рисунок 12.1). Он состоит из двух вкладышей 1 и 2 с цилиндрическими рабочими поверхностями, причем вкладыш 1 закреплен в пазе пластины В, а 2 – в пластине А. При этом поворот пластин А и В друг относительно друга вызывает обкатывание вкладышей 1 и 2 одного по другому. По своим параметрам (прочности, быстроходности, КПД) зубчатая цепь приближается к зубчатым передачам и даже иногда используется в силовой трансмиссии автомобиля, нагруженной, как известно, весьма сильно. Рисунок 12.1 – Шарнир качения зубчатой цепи: 1, 2 – вкладыши; А, В – пластины К особенностям цепных передач относятся следующие: 1. По мере изнашивания шарниров цепи вытягиваются и могут соскакивать со звездочек. Это связано с большим числом звеньев цепи. Так, например, если каждое звено, износившись, вытянется за счет образовавшихся зазоров на 0,1 мм, то цепь из 100 звеньев вытянется на 0,1×100 = 10 мм, а это уже серьезная величина вытяжки. При этом цепь начинает сильно провисать на ведомой ветви, что ведет к нарушению правильной работы. Натяжение цепи регулируется перемещением вала одной из звездочек, нажимными роликами или оттяжными звездочками. Можно вынимать из цепи звенья, ступенчато уменьшая ее длину. 2. При большом числе зубьев на звездочке (свыше 90 – 120, а для зубчатой цепи более 140) цепь начинает соскакивать с нее. Объясняется это, помимо прочего, тем, что при огибании такой звездочки цепью звенья ее образуют между собой угол, незначительно отличающийся от 180°, и даже большие силы натяжения цепи не могут создать достаточных радиальных сил для прижима звеньев к звездочке. Особенно сильно соскакивают изношенные – «вытянутые» – цепи. 3. Из-за неравномерности хода цепной передачи минимальное число зубьев малой звездочки не должно быть меньше 13 – 15 при низких частотах вращения и 19 – 23 – при высоких; для зубчатых цепей эти значения больше на 20...30%. Вследствие этого, а также исходя из вышеприведенного в п. 2 передаточное число цепных передач не должно превышать пяти, в крайних случаях семи. 4. Лучше иметь нечетные числа зубьев звездочек и четные числа звеньев, тогда изнашивание передачи будет более равномерным. 5. В приводах с быстроходным двигателем и редуктором цепную передачу располагают обычно после редуктора. 6. Ведомую ветвь цепи располагают обычно внизу. Назад Далее Тема 13. Основные сведения о редукторах Редуктор – механическая передача, выполненная в виде самостоятельного агрегата. Судя по переводу с латинского, редуктор должен понижать частоту вращения, подаваемую на его входной (ведущий) вал, одновременно повышая вращающий момент на выходном (ведомом) валу. Однако, если ведомый вал редуктора сделать ведущим, а ведущий – ведомым, получается агрегат, называемый мультипликатором, который повышает подаваемую на ведущий вал частоту вращения, понижая при этом вращающий момент. Внешне редуктор и мультипликатор не отличаются друг от друга, но редукторы применяются гораздо чаще, так как двигатели, приводящие входной вал в движение, имеют обычно частоту вращения, существенно превышающую необходимую для приводимого рабочего органа той или иной машины. Поэтому во всех случаях будем использовать термин «редуктор», имея в виду и мультипликатор. Редукторы состоят из закрытых механических передач, установленных в герметичном корпусе со своей системой смазки, ее контроля, возможно охлаждения, вентиляции и т.д. Разновидностей редукторов очень много, чаще всего – это зубчатые и червячные редукторы, которые имеют преимущественное применение. Планетарные и волновые редукторы находят все большее распространение в технике. Соединение редукторов с двигателем и рабочей машиной осуществляется с помощью различных муфт, ременных и цепных передач. Следует заметить, что широко применяются редукторы, выполненные в одном агрегате с электромотором, – мотор-редукторы. Мотор-редукторы имеют меньшие габаритно-массовые показатели и большую экономичность по сравнению с тихоходными высокомоментными электродвигателями с равным вращающим моментом на выходе и системами, состоящими из отдельного электродвигателя, соединенного с редуктором муфтой или механической открытой передачей. Редукторы классифицируют по: 1. типам, 2. типоразмерам, 3. исполнениям. Тип редуктора определяется по виду применяемых передач, порядку их размещения от входного вала к выходному, по числу ступеней, расположению оси выходного вала. В зависимости от числа ступеней редукторы делятся на: 1. одноступенчатые, 2. двухступенчатые, 3. трехступенчатые. Если число одинаковых передач (например, цилиндрических или червячных) две и более, то в обозначении редуктора после буквы ставят соответствующую цифру. Широкие редукторы обозначают буквой Ш, узкие – У, соосные – С; в мотор-редукторах к обозначению впереди добавляют букву М (например, МП – мотор-редуктор планетарный). В зависимости от расположения оси выходного вала в пространстве бывают редукторы: 1. горизонтальные, 2. вертикальные, 3. универсальные. Наиболее распространены горизонтальные редукторы, поэтому они особого обозначения не имеют. Типоразмер редуктора определяют тип и главный параметр тихоходной ступени: 1. для цилиндрической, червячной (глобоидной) передач главным параметром является межосевое расстояние; 2. для конической – внешний делительный диаметр колеса de2, 3. для планетарной – радиус водила r; 4. для волновой – внутренний диаметр гибкого колеса d в недеформированном состоянии. Все размеры даются в миллиметрах. Исполнение редуктора определяется по передаточному отношению, варианту сборки, форме концевых участков валов (коническая, цилиндрическая). Для силовых характеристик основное значение имеет вращающий момент Т2 на выходном (тихоходном) валу. Показателем технического уровня редуктора является удельная масса γ – отношение массы редуктора, кг, к номинальному вращающему моменту Т2, Н×м. Чем меньше γ, тем выше технический уровень редуктора. Например, значения γ, кг/(Н×м), 1. для одноступенчатых редукторов при Т2 = 315 Н×м равны: ◦ для червячного – 0,14; ◦ конического – 0,12; ◦ цилиндрического – 0,095; ◦ планетарного – 0,085; ◦ волнового – 0,063; 2. для двухступенчатых редукторов при Т2 = 1000 Н×м: ◦ коническо-цилиндрического – 0,1; ◦ цилиндрического по развернутой схеме – 0,085; ◦ соосного – 0,07. В конструкциях редукторов с высокотвердыми поверхностями зубьев можно получить γ = 0,03...0,05 кг/(Н×м). Среди типов редукторов следует отдавать предпочтение цилиндрическим редукторам из-за их простоты, распространенности, достаточно низкой стоимости и высокого КПД. Весьма перспективными являются планетарные и волновые редукторы, находящие все большее применение в современной технике. Корпуса (картеры) редукторов должны быть прочными и жесткими. Внешние очертания должны быть простыми; для удобства сборки корпуса выполняют разъемными по плоскости расположения валов. Корпуса редукторов, выпускаемых большими сериями, изготовляют литьем из чугуна или алюминиевых сплавов. В индивидуальном или мелкосерийном производстве используют сварные корпуса. В качестве опор валов редукторов применяют подшипники качения соответствующих типов. Большое значение имеет смазывание передач в редукторе. В большинстве случаев смазывание зацеплений осуществляется погружением в масляную ванну, а подшипников – масляным туманом, образующимся при разбрызгивании масла при окружных скоростях колес свыше 3 м/с. При больших окружных скоростях, свыше 12 м/с, применяют другие способы смазывания. В большой степени это касается планетарных передач, где детали водила и сателлиты создают большие потери при смазке погружением. Вязкость масла назначается тем выше, чем больше значения контактных напряжений и меньше окружные скорости. Смазка должна периодически заменяться. Назад Далее Тема 14. Критерии работоспособности и виды разрушения зубьев При работе зубчатых передач на зуб действуют силы как нормальные, так и касательные к его рабочей поверхности. Основное значение для расчетов на прочность имеют нормальные силы, создающие вращающий момент, так как они наиболее значительны. Касательные силы, физически представляющие собой силы трения, по величине гораздо меньше нормальных сил. И хотя силы трения непосредственно не используют при прочностных расчетах, они оказывают большое влияние на питтинг, о чем уже говорилось выше. В частности, направление сил трения на зубьях таково, что ножка зуба, являющаяся отстающим звеном, подвергается питтингу в большей степени, чем головка, являющаяся звеном опережающим (забегающим). Решающее влияние на работоспособность зубчатой передачи оказывают два основных вида напряжений: 1. нормальные контактные – σH ; 2. изгибные – σF . Рисунок 14.1 – Напряжения, возникающие в зубьях (а) и характер их нагружения (б) При передаче вращающего момента на контактной линии возникают упругие деформации профилей зубьев, вызывающие контактные напряжения σH . У основания зуба от силы Fn возникают напряжения изгиба σF . Эти напряжения изменяются во времени по прерывистому отнулевому циклу. За время одного оборота колеса t1 зуб находится под нагрузкой в течение времени t2. Для передач средней быстроходности время t1 < 0,1 с, t2 < 0,002 c сопоставимо со временем процесса удара. Переменные напряжения являются причиной усталостного разрушения зубьев: поломка, поверхностное выкрашивание, износ, заедание. Индекс Н, как уже говорилось, происходящий от фамилии основателя учения о контактной прочности Г. Герца (Hertz), приписывается всем параметрам, связанным с расчетами на контактные напряжения. Индекс F приписывают всем параметрам, связанным с расчетами на изгибную прочность (от английского Foot – нога), так как расчеты на изгиб выполняют для ножки – наиболее нагруженной части зуба. На каждый зуб σH и σF действуют кратковременно по прерывистому отнулевому циклу. Переменные напряжения являются причиной усталостного разрушения зубьев от: 1. напряжений изгиба – поломок, 2. контактных напряжений – питтинга (усталостного контактного выкрашивания). Заедания и износ также являются следствием контактных напряжений и трения на поверхности зубьев. Рисунок 14.2 – Виды повреждений зубчатых передач: а – трещины у растянутых волокон основания зуба, б – поломки зуба, в – отслаивание и выкрашивание частиц материала, г – абразивный износ, д – заедание зубьев Основные виды разрушений зубьев – это поломка и повреждение поверхности. Поломка зубьев связана с действием напряжений изгиба, причем чаще всего выламываются углы зубьев из-за концентрации нагрузки. Различают два фактора поломки зубьев: 1. перегрузки ударного или статического действия; 2. усталость материала от длительного воздействия переменных напряжений. Возможные перегрузки учитываются особыми коэффициентами при расчете. А чтобы их не возникало, в приводе предусматривают защиту - чаще всего предохранительные муфты. Воздействие переменных напряжений учитывают расчетами на усталость, дающими соответствующие размеры зубьев. Снижают риск усталостных разрушений зубьев меры по устранению концентраторов напряжений – трещин и микротрещин, рисок и т.д., тщательная обработка рабочих поверхностей и переходных участков зубьев. Общие меры повышения изгибной прочности зубьев, предотвращения их поломок – это увеличение модуля, применение положительного смещения инструмента при нарезании зубьев, термообработка, уменьшение концентрации нагрузки (о чем подробно будет сказано ниже). Повреждения поверхности зубьев связаны с действием контактных напряжений и трения; их несколько видов. Питтинг является основным видом повреждения рабочей поверхности зубьев. Питтинг чаще всего возникает в условиях, когда закрытая зубчатая передача работает с хорошей смазкой, обеспечивающей разделительный слой масла между контактирующими поверхностями, при отсутствии пыли, грязи и других абразивных частиц в смазке. Как уже отмечалось, именно в условиях длительного воздействия переменных контактных напряжений σH и связанных с ними касательных напряжений на поверхности, а также присутствия сил трения в зоне контакта возникают усталостные трещины. Благодаря наличию смазки эти трещины, выходящие наружу в направлении сил трения, на отстающем звене - ножке зуба начинают развиваться в обратном направлении, пока также не выйдут на поверхность. При этом отслаивается небольшая чешуйка металла, увлекаемая в резервуар со смазкой. Назад Далее Тема 15. Вопросы эксплуатации зубчатых передач Работоспособность зубчатых передач в большой мере зависит от их правильного смазывания. Основные назначения смазывания: 1. устранение или уменьшение непосредственного контакта металлических поверхностей, 2. снижение контактных напряжений, 3. уменьшение потерь на трение, 4. предохранение зубьев от коррозии и истирания, 5. удаление продуктов изнашивания, 6. уменьшение силы ударов в зацеплении (демпфирование), 7. теплоотвод из зацепления. При невысоких окружных скоростях зубчатых колес до 12 м/с чаще всего применяют смазывание погружением зубчатых венцов в масляную ванну картера. Масло увлекается зубьями, разбрызгивается, в картере образуется масляный туман, который смазывает не только зубья, но и подшипники качения. При окружных скоростях выше 12 ... 15 м/с применяют циркуляционное смазывание, где масло от насоса подается в зоны зацепления и к подшипникам. При этом масло прогоняется через фильтр, а иногда и через холодильник – масляный радиатор. Сорт масла выбирается в зависимости от окружной скорости и контактного напряжения в зацеплении. Чем выше скорость, тем меньше должна быть вязкость масла, а чем выше контактные напряжения, тем выше вязкость. Чаще всего применяют жидкие индустриальные масла, в том числе и с присадками, придающими смазке особые свойства: 1. антиокислительные, 2. антикоррозионные, 3. противозадирные, 4. противоизносные и др. КПД закрытых зубчатых передач зависит от потерь мощности в зацеплении Рг, в подшипниках Рп и гидравлических потерь на размешивание, сдавливание и разбрызгивание масла РГ . Следует заметить, что такое определение КПД никоим образом не относится к планетарным передачам. Особо следует рассмотреть определение КПД червячных передач, работа которых основана на скольжении, поэтому и потери в таких передачах очень велики. КПД червячной передачи в общем случае рассчитывается по формулам, как и для других зубчатых передач. Однако КПД самого червячного зацепления определяется по формуле, сходной с аналогичным выражением для винтовых передач. Количество теплоты, Вт, отводимое стенками корпуса передачи в секунду: Qотв = Kт(tм – tв)A(1 + λ), где Кт – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2°С), для чугунных корпусов при естественном охлаждении Кт = 12...17 Вт/(м2°С), при обдуве вентилятором Кт = 18...40 Вт/(м2°С); tм – внутренняя температура передачи или температура масла, °С; tв – температура охлаждающей среды (воздуха, воды), °С; А – площадь поверхности охлаждения, м2; λ – коэффициент, учитывающий теплоотвод от корпуса редуктора в плиту или раму, λ = 0,3. При больших мощностях червячных передач применяют систему с охлаждением масла водой, проходящей через змеевик, или систему с прокачкой масла через холодильник (радиатор). Значение коэффициента Кт повышается при этом до 100...200 Вт/(м2°С). Для получения установившейся температуры передачи необходимо, чтобы Qв < Qотв. Тема 16. Изготовление зубчатых колес Зубья эвольвентных колес изготовляют так, чтобы каждое колесо могло входить в зацепление с колесами того же модуля, имеющими любое число зубьев. Если колеса косозубые, то при равенстве угла наклона зубьев у колеса и шестерни направление наклона зубьев должно быть противоположное (например, у шестерни – левое, а у колеса – правое). Зубья выполняют нарезанием и накатыванием. Нарезание зубьев выполняется методом копирования или обкатки. Метод копирования заключается в том, что впадины зубчатого венца прорезаются инструментом, профиль режущей части которого точно или приблизительно соответствует очертаниям впадины. Этот метод не обеспечивает высокой точности нарезания, производительность его небольшая, применяется в основном при ремонтных работах. Метод заключается в нарезании впадин между зубьями модульными фрезами – дисковыми или пальцевыми (концевыми) (рисунок 16.1). После нарезания каждой впадины заготовку поворачивают на угол, соответствующий шагу зацепления. При этом профиль впадины является копией профиля режущих кромок фрезы. Рисунок 16.1 – Фрезерование зубьев цилиндрического колеса модульными фрезами: а – дисковой, б – концевой Метод обкатки является основным методом нарезания зубчатых колес. В этом методе заготовкой и режущим инструментом – червячной фрезой, долбяком или реечным долбяком воспроизводится зацепление зубчатой пары. При этом инструмент совершает свое рабочее движение – долбяки движутся возвратно-поступательно, а фреза – вращается. Зубья точных передач после нарезания подвергают отделочным операциям: шевингованию, шлифованию, притирке или обкатке. Шевингование выполняют шевером, имеющим вид зубчатого колеса с канавками на поверхности зубьев. Шевер вводят в зацепление с незакаленным обрабатываемым колесом и вращают, снимая волосовидную стружку с поверхности зубьев. Шлифованием обрабатывают закаленные зубья. Как и нарезание, шлифование выполняют методом копирования и обкатки. Притирку используют для отделки закаленных зубьев и производят чугунным притиром – точно изготовленным колесом с применением притирочных абразивных паст. Обкатку применяют для незакаленных колес. В течение нескольких минут зубчатое колесо обкатывают под нагрузкой с эталонным высокотвердым колесом. а б в Рисунок 16.2 – Основные виды станочных зацеплений и соответствующие движения инструмента и заготовки: а – нарезание зубьев инструментальной рейкой (зуборезной гребёнкой) на зубодолбёжном станке; б – нарезание зубьев зуборезным долбяком на зубодолбёжном станке; в – нарезание зубьев червячной модульной фрезой на зубофрезерном станке (червячная модульная фреза в осевом сечении имеет профиль инструментальной рейки) При изготовлении червячных передач имеется ряд особенностей. Червяки, подобно ходовым винтам, могут быть изготовлены путем нарезания резцом на токарно-винторезных станках. Этот способ дает достаточную точность, но малопроизводителен. Более производительно нарезание червяка на резьбофрезерном станке модульной фрезой. О шлифовании рабочих поверхностей витков червяка уже говорилось ранее; более предпочтительны здесь эвольвентные червяки, которые шлифуют плоским торцом шлифовального круга на червячно-шлифовальных станках. Целесообразно, кроме шлифовки, еще и полировать рабочую поверхность витков червяка, что уменьшает износ червячного колеса и повышает КПД передачи. Назад Далее Глоссарий В Виброустойчивость – способность конструкции противостоять действию вибрации и колебаний. Выносливость материала – его сопротивление усталостному разрушению. Д Деталь – изделие, изготовленное без применения сборочных операций, например зубчатое колесо, шкив, звездочка, болт, гайка и т.д. Ж Жесткость – способность детали сопротивляться изменению своей формы и размеров под нагрузкой. И Изнашивание – процесс разрушения поверхности детали при трении, проявляющийся в постепенном изменении размеров или формы. Износостойкость – свойство детали оказывать сопротивление изнашиванию. К Коррозионная стойкость – способность изделий противостоять коррозии или разрушению поверхностных слоев металла в результате окисления. М Машина – механическое устройство, выполняющее движения для преобразования энергии, материалов или информации. Механизм – система тел, предназначенных для преобразования движения одного или нескольких твердых тел в требуемое движение других твердых тел. Н Надежность – свойство изделия сохранять заданные эксплуатационные показатели в течение заданного промежутка времени или требуемой наработки (например, пробег у автомобилей, площадь обработанной земли у сельхозмашин, часы работы станка и т.д.). Надежность закладывается на всех этапах создания и эксплуатации изделий. Р Работоспособность – состояние деталей и сборочных единиц, при котором они способны нормально выполнять заданные функции с теми параметрами, которые установлены нормативно-технической документацией (стандартами, техническими условиями и т.д.). Редуктор – механическая передача, выполненная в виде самостоятельного агрегата. С Сборочная единица (иногда в технической литературе называемая узлом) – изделие, составляющие детали которого подверглись соединению между собой сборочными операциями. К ним относятся, например, подшипники качения, муфты, тормоза и пр. Т Теплостойкость – способность конструкции работать в пределах заданных температур в течение назначенного срока службы. Технологичность – свойство, обеспечивающее минимальные затраты средств, времени и труда в производстве, эксплуатации и ремонте изделий. Триботехника (от греч. – растираю) – наука, которая занимается изучением взаимодействия сопряженных или контактирующих поверхностей деталей машин при их относительном перемещении. Э Экономичность – свойство, которое учитывает затраты на проектирование, изготовление, эксплуатацию и ремонт. Экономичность достигается оптимизацией параметров изделий, минимумом материало-, энерго- и трудоемкости производства, максимального КПД машины в эксплуатации при высокой надежности и т.п. Эстетичность – совершенство внешних форм изделий и машины в целом, попросту говоря, их красивый внешний вид (окраска, полировка, гальваническое покрытие и пр.). Назад