Методические указания конспект лекций по дисциплине «Прикладная механика и основы конструирования» (стр. 14 )

Обкатка производится долбяком, червячной фрезой или инструментальной рейкой.

Достоинства обкатки:

1 позволяет одним и тем же инструментом изготовлять колеса с зубьями различной формы. Изменяя относительное расположение инструмента и заготовки на станке можно получать зубья различной формы и толщины.

2 обеспечивает большую точность и производительность.

Коррегирование зубчатых колес

Форма эвольвентного профиля зубьев при заданном угле инструмента и модуле зависит от числа зубьев z: с уменьшением числа зубьев увеличивается кривизна эвольвентного профиля и соответственно уменьшается толщина зубьев у основания.

Если число зубьев меньше некоторого предельного значения, то при нарезании зубьев происходит подрезание ножек зуба.

Минимальное число зубьев z колеса, у которого исключено подрезание зубьев для стандартного зацепления  равен 17.

Для устранения явлений подрезания зубьев и улучшения параметров передачи применяют коррегирование.

При коррегировании инструмент устанавливают с некоторым дополнительным смещением по отношению к оси заготовки.

Установка инструмента, при которой делительной окружности касается его средняя прямая, считается номинальной (нулевой); колеса, нарезанные при такой установке инструмента, - нулевыми,

Смещение инструмента по отношению к нулевой установке от центра заготовки считается положительным, колеса - положительными.

Смещение инструмента к центру заготовки - отрицательным, колеса - отрицательными.

Отношение абсолютного смещения инструмента Δ к модулю называют коэффициентом смещения: .

Значениям Δ и x приписывают соответствующие знаки. При нулевой установке инструмента x=0, Δ=xm=0; при положительном смещении x>0 и Δ=xm>0; при отрицательном смещении x<0 и Δ=xm<0.

При увеличении х увеличивается толщина зуба у основания. Следовательно, положительное смещение увеличивает изгибную прочность зубьев, так как зуб на изгиб работает как консольная балка, жестко защемленная у основания. Отрицательное смещение изгибную прочность уменьшает.

С увеличением радиусов кривизны контактирующих профилей увеличивается пятно контакта, а следовательно, снижаются контактные напряжения.

Следовательно, положительное смещение увеличивает контактную прочность зубьев, а отрицательное - уменьшает.

При увеличении положительного смещения толщина зубьев по окружности выступов уменьшается.

Положительное смещение имеет тенденцию к заострению зубьев.

Максимально возможное положительное смещение ограничивается условием отсутствия заострения зубьев:  Sa[Sa].

Рекомендуется величины коэффициентов смещения выбирать с помощью блокирующего контура, который представляет собой совокупность линий, ограничивающих зону допустимых значений коэффициентов смещения для зубчатой передачи с данными числами зубьев.

Линия х2=-х1 определяет равносмещенное зацепление (хΣ=0).

Линия а-а определяет равнопрочность по изгибу сопряженных зубьев при одинаковых материалах и термообработке колес, если ведущей является шестерня.

Линия ϑ1=ϑ2 определяет одинаковые удельные скольжения в граничных точках рабочих сопряженных профилей.

Линия ε=1,2 определяет указанное значение коэффициента перекрытия передачи.

Левее линии (х1)min расположена область допустимого подрезания зубьев шестерни.

Ниже линии (х2)min расположена область допустимого подрезания зубьев колеса.

Правее линии (Sa)1=0,25m расположена область допустимого заострения зубьев шестерни.

Способы отделки:

Для достижения высокой точности и малой шероховатости поверхности зубьев после нарезания производится их отделка:

1 шлифование (производится методом копирования или обкатки шлифовальным кругом);

2 шевингование (выполняется шевер-шестерней или шевер рейкой);

3 притирка (выполняется с помощью чугунного колеса - притира).

Зубчатые колеса, у которых диаметр впадин незначительно превышает диаметр вала в месте посадки зубчатого колеса, изготавливают за одно целое с валом – валом-шестерней. В остальных случаях зубчатое колесо выполняется отдельно.

Колеса с диаметром меньше 400 мм имеют форму диска с выточками.

Колеса с диаметром более 400 мм  изготавливают со спицами.

Для изготовления колес применяют следующие материалы:

1 сталь обыкновенная: Ст5, Ст6; сталь качественная 35, 40, 50; легированная сталь 12ХН3А, 40ХН

2 серый чугун СЧ10 СЧ15;

3 неметаллические материалы: текстолит, капрон.

Силы в зацеплении зубчатых колес

Силы взаимодействия между зубьями принято определять в полюсе зацепления Р.

Распределенную по контактным линиям нагрузку заменяют равнодействующей Fn, которая направлена по линии давления. (зацепления) NN.

Силами трения в зацеплении пренебрегают.

Силу Fn раскладывают на составляющие:

- окружная сила Ft : 

На ведомом колесе направление силы Ft совпадает с направлением вращения, на ведущем - противоположно ему.

- радиальная сила Fr : 

Направлена из полюса по радиусу к оси вращения.

Сила нормального давления на зуб

Виды разрушений зубьев

Поломка зубьев. Поломка наблюдается у основания зуба, вследствие периодического действия переменной нагрузки, а так же в результате значительной кратковременной перегрузки.

Если зуб работает с одной стороны, то первоначально трещина образуется в зоне растяжения. Трещина распространяется вдоль основания ножки зуба.

Долговечность зубьев можно повысить, увеличив прочность основания зуба и уменьшив концентрацию напряжений в опасном сечении.

Выкрашивание. Возникает на ножках зубьев вблизи полюсной линии. Подвержены передачи работающие при обилии смазочного материала.

Смазочной материал, который заходит в микротрещины, находясь под действием внешнего давления, расклинивает трещину. Чем тверже поверхность, тем большую нагрузку они могут выдерживать.

Изнашивание зубьев заключается в истирании рабочих поверхностей, вследствие попадания металлических частиц, пыли, грязи. Наблюдается  в открытых передачах.

Заедание. Под действием высоких давлений сопряженные поверхности сцепляются одна с другой и при последующем относительном движении частицы делают на рабочих поверхностях борозды, задиры.

Критерии работоспособности

1 Контактная усталостная прочность зубьев.

2 Изгибная усталостная прочность зубьев.

3 Статическая контактная прочность (в условиях возможных перегрузок)

4 Статическая изгибная прочность (в условиях возможных перегрузок)

Основным критерием работоспособности закрытых передач является контактная выносливость активных поверхностей зубьев.

Основные размеры передач определяют из расчета по контактным напряжениям

Валы и оси

Общие положения: валы и оси предназначены для поддержания в пространстве деталей передач вращательного и качательного движения.

Отличие вала от оси. Вал воспринимает все усилия, действующие на закрепленные на нем детали, и передает вращающий момент к этим деталям. Оси воспринимают только силы, а вращающий момент не передают.

В валах возникают нормальные напряжения изгиба, нормальные напряжения растяжения-сжатия и касательные напряжения кручения (сложное напряженное состояние). В осях возникают только нормальные напряжения изгиба и растяжения.

Оси служат для поддержания вращающихся вместе с ним или на них различных деталей (блоков, барабанов ит. п.).

Оси бывают вращающимися (ось вагона) и неподвижными (ось блока грузоподъемной машины).

По конструктивной форме оси выполняются гладкими или имеют незначительные переходы диаметров (для выделения посадочных мест). Широко практикуют полые оси.

Материалы для изготовления осей: Ст4, Ст5, Сталь 35, Сталь 45.

По назначению валы делят на валы передач (на них устанавливают детали передач) и коренные (на них устанавливают дополнительно еще и рабочие органы машины).

Валы по конструкции принято делить на трансмиссионные, машинные (промежуточные) и специальные.

Трансмиссионные валы применяют для передачи вращающего момента между далеко отстоящими друг от друга, но кинематически связанными деталями. Отличительная особенность трансмиссионных валов – большая длина.

Машинными валами принято называть промежуточные валы в машинах и механизмах с рядом последовательных передач (редуктора, коробки скоростей и т. д.). Отличительная особенность это небольшая длина и сложная конфигурация.

К специальным валам относятся валы особой формы и назначения, применяемые в некоторых специализированных машинах: коленчатые валы, гибкие валы, кривошипные.

По геометрической форме валы делят на: прямые, кривошипные, коленчатые, гибкие, телескопические.

Ступени – это участки вала разного диаметра. Они делаются из конструктивных соображений и для упрощения сборки.