Передачи. Обоснование необходимости применения передач в современной технике. Основные параметры передач.

Основные понятия: машина, узел, деталь.

Машина-механизм, предназначенный для преобразования энергии или для преодоления сил полезного сопротивления.

Деталь – изделие, изготовленное без применения сборочных операций. Детали могут быть простыми: гайка, шпонка и т.д. или сложными: коленчатый вал, корпусные детали и т.д..

Узел – изделие, состоящее из ряда деталей соединенных сборочными операциями и имеющее общее функциональное назначение (подшипник качения, муфта, редуктор и т.п.). Сложные узлы могут включать несколько простых узлов (подузлов); например, коробка передач включает подшипники, валы с насаженными на них зубчатыми колесами и т.п.

Основные критерии работоспособности и расчета деталей машин.

Работоспособность деталей машин оценивают определенными критериями. По одному или нескольким критериям ведут расчет, цель которого определение размеров детали. Основные критерии: прочность, жесткость, износостойкость, виброустойчивость и др.

Прочность характеризует сопротивление детали пластической деформации (для деталей из пластичных материалов) или разрушению (для деталей из хрупких материалов). Прочность – главный критерий работоспособности.

Жесткость – способность детали сопротивляться изменению формы под воздействием внешней нагрузки.

Расчет на жесткость предусматривает ограничение упругих перемещений деталей в пределах, допустимых для конкретных условий работы. К таким условиям можно отнести качество работы сопряжений деталей (например, качество зацепления зубчатых колес и условия работы ухудшаются при больших прогибах валов) и технологические условия (например, точность и производительность обработки ухудшается при низкой жесткости деталей металлорежущего станка).

В точных машинах при относительно небольших нагрузках существенное значение имеет контактная жесткость, которая во многом зависит от шероховатости и волнистости сопряженных поверхностей деталей.

Износостойкость– способность детали сопротивляться истиранию на поверхности силового контакта с соседней деталью.

Для снижения износа необходимо правильно подбирать материалы трущихся деталей; обеспечить хорошие условия смазки; при малом скольжении в контакте следует использовать материалы с высокой твердостью поверхности; понижение температуры трущихся деталей благодаря хорошему охлаждению; защиту от попадания в зону трения абразивных частиц; замену внешнего трения внутренним; использовать эффект избирательного переноса.

Коррозионная стойкость – способность детали сохранять свои свойства в условиях химического воздействия агрессивной среды или электрохимического взаимодействия среды и материала.

Теплостойкость– способность детали сохранять свои расчетные параметры в условиях повышенных температур. Для улучшения теплостойкости следует выбирать материалы с малым коэффициентом линейного расширения, а так же жаропрочные материалы.

Виброустойчивость – способность детали работать в заданном режимдвижения без недопустимых колебаний. Для повышения виброустойчивости необходимо снижать неуравновешенность вращающихся деталей, а также исключать ситуации, при которых частота собственных колебаний совпадет с частотой изменения внешней нагрузки, так как при этом возникает явление резонанса, которое может привести к разрушению детали.

Надежность – это вероятность KH безотказной работы в течение заданного времени.

Поскольку отказ и безотказная работа взаимно противоположные события, то

KH + Q =1 , где, KH – коэффициент надежности, Q – вероятность отказа.

Вероятность KH безотказной работы машины KH, м равна по теореме умножения вероятностей произведению вероятностей безотказной работы отдельных деталей

KH,м = KH,1KH,2 ... KH,n = (1- Q1 )(1- Q2 ) ... (1 - Qn ).

Экономичность – это не критерий работоспособности, а хозяйственная выгодность изделия. В то же время при конструировании необходимо учитывать экономические факторы, однако дешовое изделие не должно стать

самоцелью.

Методы определения коэффициента запаса прочности.

Существует два метода определения расчетного коэффициента запаса прочности 1. табличный метод; 2. дифференциальный метод.

Табличный метод наиболее удобен для использования в инженерной практике. Дифференциальный метод применяют, когда указанные выше условия отсутствуют. В этом случае определение общего расчетного коэффициента запаса прочности происходит путем раздельного рассмотрения каждого фактора, влияющего на s, а коэффициент запаса прочности ni определяют вначале для каждого фактора, а затем s вычисляют по формуле s = s1 ・ s2 ・ s3 ・ s4 ・ … ・ sn,  в которой, например, s1 – учитывает точность определения расчетных нагрузок и напряжений, то есть зависит от точности расчетных формул; s2 – зависит от однородности механических свойств материала детали; s3 – учитывает требования безопасности и т. п.

Действительный коэффициент запаса прочности

s д=σ пред/σ>=s .

где sд – действительные напряжения в детали, которые или определяют экспериментально, или в ряде простых случаев нагружения  вычисляют аналитически. Действительный коэффициент запаса прочности sд должен быть больше расчетного s.

Передачи. Обоснование необходимости применения передач в современной технике. Основные параметры передач.

Механические передачи – это механизмы, которые преобразует параметры движения двигателя при передаче исполнительным органам машины.

Обоснование необходимости использования передач

1 Необходимая скорость исполнительного механизма не совпадает со скоростью двигателя. 2 Регулирование скорости движения двигателем не всегда экономично и возможно. 3 Условия компоновки и техники безопасности, как правило, не позволяют разместить двигатель рядом с исполнительным механизмом. 4 Необходимость изменения закона движения.

Механические передачи делиться на: передачи с использованием трения(фрикционные и ременные передачи) и передачи зацеплением(передачи зубчатые, червячные, цепные, зубчатым ремнем и передачи винт – гайка.)

Основные параметры передач

Для любой передачи характерно наличие двух валов: входного (ведущего) и выходного (ведомого). Между этими валами в многоступенчатых передачах располагаются промежуточные валы. Основные характеристики передач: мощности P1 и P2, а также частоты вращения n1 и n2 соответственно на входном и выходном валах. Эти характеристики минимально необходимы и достаточны для проведения проектного расчета передачи. Однако в процессе проектирования при заданных характеристиках можно получить множество вариантов решений с различными размерами и массой данного вида передачи, варьируя материалы, их термообработку, конструктивные и другие факторы.

Производные характеристики передач определяют по основным характеристикам. КПД передачи

η= P2 / P1

Если передача состоит из нескольких последовательно соединенных ступеней, то ее КПД равно произведению КПД ступеней

η= η1 . η2 . η3 . ... . ηi

Передаточное передаточным отношением i

i= n1 / n2 = ω1 / ω2 , где ω1, ω2 – угловые скорости, соответственно, ведущего и ведомого валов.

При i > 1 передача понижающая (редуктор), при i < 1 – передача повышающая (мультипликатор). Наибольшее распространение в технике имеют понижающие передачи (редукторы).

Предаточчное число u– это характеристика механизма, которое всегда больше 1. Для редуктора численные значения u и i совпадают

u= n1 / n2 = ω1 /ω2 = d2 d1 = z2 z1

Линейные (окружные) скорости (м/с) в передачах при диаметре колес d (мм) и частоте вращения n

v=dω/2*103= πdn/60*103

Крутящий момент на входном валу Т1=Р1/ω1 на ведомом Т2=Т1*i* η