Наиболее опасным является уставлостный излом и усталостное выкрашивание, другие виды разрушение можно избежать конструктивно.

Выводы: закрытая передача на заданный срок службы должна быть рассчитана на сопротивление контактной усталости d_H и проверена на сопротивление по изгибу d_F. Для открытых передача на заданный срок службы рассчитывается изгиб и проверяются на сопротивление контактной выносливости.

6 Статическая прочность деталей машин.

Статическая прочность детали определяется ее способностью сопротивляться разрушению от максимальных кратковременных нагрузок Характеристикистатической прочности деталей - пределы прочности, текучести и пропорциональности - определяют во время статических стендовых испытаний, при этом схемы нагружения деталей близки к реальным.

Повышениестатической прочности деталей может быть достигнуто применением легированных сталей и объемной термической обработкой. Использование сравнительно дорогой легированной стали без термической обработки считается нерациональным. В связи с этим возникает необходимость в исследовании влияния термической обработки и последующего комбинированного упрочнения на коррозионно - - усталостную прочность легированных сталей и натурных замковых соединений.

Настатическую прочность деталей, выполненных из пластических материалов, концентрация напряжений не влияет, а поэтому в расчетах не учитывается. Если же деталь выполнена из хрупкого материала, то ее прочность снизится вследствие концентрации напряжений.

36 Передаточное число одноступенчатых и многоступенчатых зубчатых передач.

По массе и габаритам передачи невыгодно выполнять большие передаточные отношения в одной ступени (рис. 8.37, где изображены сравнительные габариты одноступенчатого и двухступенчатого редукторов
Практикой выработаны следующие рекомендации:
одноступенчатые цилиндрические /' до 8; одноступенчатые конические / до 4 (в коническо-цилин- дрических редукторах /' конической < /' цилиндрической), цилиндрические двухступенчатые / до 45 (максимум до 60); трехступенчатые / до 200 (максимум до 300); многоступенчатые.
Масса и габариты редуктора в значительной степени зависят от того, как распределено передаточное отношение по ступеням передачи. Лучшие показатели имеют редукторы, у которых диаметры колес (а не шестерен) всех ступеней близки между собой. При этом также выполняются и условия смазки погружением колес в общую масляную ванну. Для уменьшения потерь на перемешивание и разбрызгивание масла быстроходные колеса желательно погружать в масло на меньшую глубину, чем тихоходные (рис. 8.37). Обычно рекомендуют погружать быстроходные колеса не более чем на двойную высоту зуба, а тихоходные - не более одной трети радиуса.
Так как быстроходная ступень нагружена меньше, чем тихоходная, то для получения близких диаметров колес передаточное отношение первой (быстроходной) ступени рекомендуют брать больше, чем второй, при одновременном увеличении коэффициента ширины колес y от быстроходной к тихоходной ступени.

7 Сопротивление усталости деталей машин. Виды расчетов

Упрочняющая термическая и химико-термическая обработка деталей из металлов и сплавов широко применяется в ремонтной практике для восстановления изношенных деталей с применением ремонтных размеров и наплавки, для изготовления ремонтных деталей, а также в качестве самостоятельной восстановительной технологии. С помощью этой группы методов стемятся повысить износостойкость и сопротивление усталости материала деталей.

Окружающая среда может как положительно, так и отрицательно влиять на сопротивление усталости материалов. Наибольшее влияние оказывает углеводородная среда, которая имеет определенную длину углеродной цепи.

Одним из основных параметров циклического деформирования, оказывающим существенное влияние на сопротивление усталости материалов, является асимметрия цикла нагружения.

расчеты на прочность при переменных нагрузках как по коэффициентам запаса прочности, так и при помощи вероятностных методов расчета требуют знания характеристик сопротивления усталости материала. Для этого разработаны оборудование и методики проведения усталостных испытаний композитов при растяжении, изгибе, межслойном сдвиге и смятии в мало - и многоцикловой областях. Установлено, в частности, что современные углепластики обладают высоким сопротивлением усталости по сравнению с металлическими материалами, что позволяет эффективно применять их при значительных амплитудах переменных нагрузок.

37 Зубчатые передачи Новикова. Конструкция. Применение.

Зубья передач Новикова — косые с нормальным профилем, выполненным по дугам окружностей (рис. 1). Различают в основном два вида зубчатых передач Новикова: профиль зубьев шестерни - выпуклый, а профиль зубьев колеса - вогнутый (рис. 2, 3); профиль зубьев шестерни и колеса - выпукло-вогнутый (рис. 4). Иногда в ускорителях (мультипликаторах) применяют передачу Новикова, в которой профиль зубьев шестерни вогнутый, а профиль зубьев колеса выпуклый.

Зубчатые передачи Новикова могут быть как цилиндрическими, так и коническими. Рассмотрим наиболее распространенные из них - цилиндрические. В цилиндрической передаче Новикова линия зацепления расположена параллельно осям зубчатых колес и поэтому контакт зубьев здесь перемещается не по профилю зубьев, как в эвольвентой передаче, а вдоль зубьев. Так как скорость перемещения контакта и угол давления остаются постоянными, то профили зубьев шестерни и колеса в этом зацеплении могут быть выполнены по дугам окружностей с близкими радиусами кривизны. В передаче Новикова коэффициент торцового перекрытия, т. е. отношение угла торцового перекрытия зубчатого колеса цилиндрической передачи к его угловому шагу, ε _α =0 (см

В основном, компактные передачи, где критичны габариты: при одной и той же изгибной прочности зуба с эвольвентной передачей, его высота у колеса с зацеплением Новикова гораздо меньше. Применяются, в частности, в редукторах авиационных двигателей. Сложнее в изготовлении, так что используются редко.

8 Механизм и машины. Классификация машин Машиной называется устройство, создаваемое человеком, выполняющее механические движения для преобразования энергии, материалов и информации с целью полной замены или облегчения физического и умственного труда человека, увеличения его производительности. Под материалами понимаются обрабатываемые предметы, перемещаемые грузы и т. д.

Машина, в которой все преобразования энергии, материалов и информации выполняются без непосредственного участия человека, называется автоматом.

Машину характеризуют следующие признаки:
- преобразование энергии в механическую работу или преобразование механической работы в другой вид энергии;
- определенность движения всех ее частей при заданном движении одной части;
- искусственность происхождения в результате труда человека.

Все многообразие машин можно разделить по характеру рабочего процесса на классы: машины-двигатели — энергетические машины, предназначенные для преобразования энергии любого вида (электрической, тепловой и т. д.) в механическую энергию (твердого тела); машины-преобразователи — энергетические машины, предназначенные для преобразования механической энергии в энергию любого вида (электрические генераторы, воздушные и гидравлические насосы и т. д.); транспортные машины, преобразующие механическую энергию двигателя в энергию перемещения масс и предназначенные для перемещения людей и грузов; технологические машины, предназначенные для преобразования обрабатываемого предмета, состоящего в изменении его размеров, формы, свойств или состояния; информационные машины, предназначенные для получения и преобразования информации.

В машине можно выделить следующие основные части: приемник, непосредственно воспринимающий действие внешних сил, приводящих машину в движение (например, поршень в двигателе); исполнительные механизмы, производящие работу, для получения которой предназначена машина (например, шпиндель станка); передаточные механизмы, или приводы, служащие для передачи и преобразования движения от приемника к исполнительному механизму (например, кривошипный механизм, редуктор и др.). Кроме указанных основных частей машина имеет части для управления и регулирования движения, а также неподвижную часть (станину, фундамент), служащую для поддержания движущихся звеньев машины.

38 Планетарные зубчатые передачи. Конструкция. Применение. Планетарными называют зубчатые передачи, содержащие зубчатые колеса с перемещающимися геометрическими осями (рис. 1, 2, 3, 4). Эти зубчатые колеса, называемые планетарными или сателлитами, движутся подобно планетам Солнечной системы, от чего и получили свое наименование. Зубчатые колеса, с которыми сцепляются сателлиты, называются центральными. Оси сателлитов закрепляются в звене передачи, называемом водилом, которое, так же как и центральное колесо, вращается вокруг центральной, или основной, геометрической оси передачи.

Рис. 1

Одно из центральных колес планетарной передачи установлено неподвижно. Ведущим (или ведомым) валом передачи служит вал подвижного центрального колеса, а ведомым (или ведущим) — вал водила. Если в планетарной передаче сделать подвижным все зубчатые колеса и водило, то такая передача называется дифференциальной или дифференциалом. В дифференциале два основных звена ведущие (или ведомые), а третье — ведомое (или ведущее).

На рис. 1 представлена схема наиболее распространенной простейшей планетарной передачи, в которой центральное колесо 1 — ведущее, водило H — ведомое, три сателлита 2 вращаются вместе с водилом вокруг центральной оси передачи, центральное колесо 3 закреплено неподвижно. Наиболее широкое применение принцип нашёл в планетарных редукторах, автомобильных дифференциалах, бортовых планетарных передачах ведущих мостов тяжёлых автомобилей, кроме того, используется в суммирующих звеньях кинематических схем металлорежущих станков, также в редукторах привода воздушных винтов турбовинтовых двигателей (ТВД) в авиации.

9 Выбор материалов для изготовления деталей машин В механическом и тепловом оборудовании в качестве материалов широкое применение получили металлы и их сплавы, неметаллические материалы (пластмасса, резина, стекло и т.д.), а также другие материалы, применение которых в контакте с пищевыми продуктами разрешено Государственной санитарной инспекцией.

Выбор материала зависит от назначения деталей и способа их изготовления. При выборе материала учитываются требования прочности и жесткости деталей, а также технологичности. Прочность — это способность детали под действием внешних приложенных сил не допускать поломок и остаточных деформаций. Жесткость — это способность детали под действием внешних приложенных сил допускать упругие деформации только в установленных пределах. Технологичной считается деталь, изготовление которой возможно наименее трудоемкими и наиболее производительными процессами (штамповкой, отливкой). Материалы, используемые для изготовления рабочих органов, камер, жарочных поверхностей, должны быть нейтральны к продуктам и моющим средствам: не подвергаться коррозии, не оказывать вредного действия на продукты и хорошо очищаться от них.

39 Волновые зубчатые передачи. Конструкция. Применение

Волновые передачи основаны на принципе передачи вращательного движения за счет бегущей волновой деформации одного из зубчатых колес.

Такая передача была запатентована американским инженером Массером в 1959 г.Волновые передачи имеют меньшие массу и габариты, большую кинематическую точность, меньший мёртвый ход, высокую вибропрочность за счёт демпфирования (рассеяния энергии) колебаний, создают меньший шум.

При необходимости такие передачи позволяют передавать движение в герметичное пространство без применения уплотняющих сальников, что особенно ценно для авиационной, космической и подводной техники, а также для машин химической промышленности.

Кинематически эти передачи представляют собой разновидность плане­тарной передачи с одним гибким зубчатым колесом. На рис. 18.1 изображе­ны основные элементы волновой передачи: неподвижное колесо 7 с внут­ренними зубьями, вращающееся упругое колесо 2 с наружными зубьями и водило h. Неподвижное колесо закрепляется в корпусе и выполняется в виде обычного зубчатого колеса с внутренним зацеплением. Гибкое зубча­тое колесо имеет форму стакана с легко деформирующейся тонкой стенкой: в утолщенной части (левой) нарезаются зубья, правая часть имеет форму вала. Водило состоит из овального кулачка и специального подшипника.

Гибкое колесо деформируется так, что по оси овала I—I зубья зацепля­ются на полную рабочую всоту; по оси II—II зубья не зацепляются.

Передача движения осуществляется за счет деформирования зубчатого венца гибкого колеса. При вращении водила волна деформации бежит по окружности гибкого зубчатого венца; при этом венец обкатывается по не­подвижному жесткому колесу в обратном направлении, вращая стакан и вал. Поэтому передача и называется волновой, а водило — волновым генератором.

10Экономичность и надежность машин. Пути повышения надежности. Надежностью называют свойство изделия выполнять без внеплановых ремонтов определенные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах.

Экономичность характеризуется совокупностью затрат на проектирование, изготовление и эксплуатацию изделия. Экономическая целесообразность обычно определяется существенным повышением производительности либо экономией энергоресурсов, либо увеличением универсальности (возможностью использования проектируемого механизма в машинах нового поколения). Экономичность достигается за счет снижения материалоемкости, энергоемкости, высокой техноло­гичности изготовления, увеличения КПД при высокой надежности и другими способами.

Надежность, как критерий работоспособности, оценивают вероятностью P (t) сохранения работоспособности в течение заданного срока службы (коэффициент надежности): P(t)=1-n(t)/n, где n(t) – число деталей, отказавших к моменту времени t или концу наработки; n – число деталей, подвергнутым испытаниям.

Вероятность безотказной работы сложного изделия равна произведению вероятностей безотказной работы его составляющих.

Надежность изделия может быть достигнута выполнением ряда требований на всех этапах проектирования, изготовления и эксплуатации. К их числу относятся следующие:

· схема изделия должна быть выбрана таким образом, чтобы число ее элементов, по возможности, было минимальным;

· надежность каждого элемента должна быть достаточно высокой;

· расчеты должны наиболее точно отражать действительные условия работы, а качество изготовления соответствовать намеченному;

· защита от внешних воздействий: вибрации, высоких температур, окислительных сред, пыли и т.п. и эффективная система смазки;

· расширение допускаемых пределов для параметров, определяющих работоспособность изделий (например, введение упругих муфт, установка предохранительных устройств);

· конструкция изделий должна обеспечивать легкую доступность к узлам и деталям для осмотра и замены (ремонтопригодность);

· применение в некоторых случаях параллельного соединения элементов и резервирования.

40 Зубчатые передачи с перекрещивающимися осями (винтовые и гипоидные). В этих передачах, так же как и в конических, оси валов располагаются под углом, но не пересекаются, а перекрещиваются, т. е. проходят на некотором расстоянии а друг о друга Перекрестное расположение осей

придает этим передачам некоторые особенности, которые используют на практике. Например, подшипники обоих валов можно располагать по обе стороны колеса; оба вала могут продолжаться в обе стороны от колеса, что позволяет передавать движение от одного ведущего вала нескольким ведомым.
Винтовая передача (рис. 8.56) осуществляется цилиндрическими косозубыми колесами. При перекрестном расположении осей валов начальные цилиндры колес соприкасаются в точке, поэтому зубья имеют точечный контакт. Векторы окружных скоростей колес направлены под углом перекрещивания, поэтому в зацеплении наблюдается большое скольжение. Точечный контакт и скольжение приводят к быстрому износу и заеданию даже при сравнительно небольших нагрузках. Поэтому винтовые передачи применяют главным образом в кинематических цепях приборов. В силовых передачах их заменяют червячными передачами с многозаходными червяками. Во многих случаях такая замена целесообразна и в передачах приборов. Прочностной расчет винтовых передач [4] выполняют по условным формулам, основанным на экспериментальных данных.
Гипоидная передача (рис. 8.57) осуществляется коническими колесами с косыми или криволинейными зубьями. Вершины конусов колес не совпадают. Угол перекрещивания осей чаще всего выполняется равным 90°. В отличие от винтовых передач гипоидные могут быть выполнены с линейным контактом зубьев. Скорости скольжения в гипоидных передачах меньше, чем в винтовых. Поэтому они обладают повышенной нагрузочной способностью. На практике опасность заедания, связанная со скольжением, устраняется применением специальной противозадирной смазки (гипоидное масло) и термообработкой зубьев до высокой твердости, а также ограничением смещения осей

11Связи и соединения деталей машин. Классификация соединений. Чтобы в детали получился узел машины между собой тем или иным способом.Эти соединения можно подразделить как:

1) подвижные - шарниры, подшипники, различные направляющие.

2) неподвижные -резьбовые, заклепочные, паянные, клеевые, шпоночные. шлицевые и т.д

Соед. по признаку возможности разборки делят на:

1) неразъемные, ко­торые нельзя разобрать без разрушения или повреждения (заклепочные, сварные)

2) разъемные, позволяющие повторные сборку и разборку (резьбовые, клиновые, шлицевые и др.)

Основным критерием работоспособности является прочность что прежде всего учитывается при расчете и конструировании, поэтому необходимо что бы соединение было равнопрочным с соединяемыми деталями или более прочным.

Сварные соед. — не­разъемные соед., основанные на ис­полнении сил молекулярного сцепления и получаемые путем местного нагрева де­талей до расплавленного сост. (свар­ка плавлением электродуговая, электро­шлаковая и др.)

Заклепка -представляет со­бой стержень круглого сечения с головка­ми на концах, одну из которых, закладную, выполняют на заготовке заранее, а вторую, замыкаю­щую, формируют при клепке.

Клеевые соед. - соед. неметаллическим веществом посредством поверхностного схватывания (адгезии) и внутренней межмолекулярной связи в клеящем слое.

Паяные соед. - неразъемные соед., обеспечиваемые силами молекулярного взаимодействия между соединяемыми деталями и припоем.

41 Червячные передачи

Червячная передача – это передача с перекрещивающимися осями.

Состоит из винта червяка и червячного колеса

Преимущества: 1.Плавность и бесшумность работы 2.Возможность получения больших передаточных отношений (особенно вне силовых передач u=1000) 3.Возможность самоторможения передачи за счет сил трения в червячной паре Недостатки: 1.Низкий КПД 2.Значительное выделение тепла в зоне передач

3.Интенсивное изнашивание и склонность к заеданию 4.Необходимость применения для венцов червячных колес дорогих антифрикционных материалов 5. Повышенные требования к точности сборки

Применение:

При небольших и средних мощностях (50-150кВт)

При окружных скоростях до 25 м/с

Классификация червячных передач.

1. По форме внешней поверхности червяка

а) цилиндрический б) глобоидальный

Глобоидальные червяки сложнее в изготовлении, имеют высокий КПД, более надежны и долговечны.

2. По расположению червяка различают с верхним, нижним и боковым расположением.

С нижним расположением применяется при м/с (это обусловлено тем, что при большей скорости масло будет вытекать, пенится и не поступать в трущиеся пары)

3. По числу витков червяка

Резьба червяка может быть одно и многозаходной, правой и левой.

z₁=1, 2, 4(с кол-вом витков)

4.По профилю резьбы

В зависимости от способа нарезания червяка: архимедов червяк; б) конвалютный червяк; в)эвольвентный червяк; г)спираидальный червяк; д)тороидальный червяк. Изготовление червяков

Червяки могут быть нарезаны на

токарно-винторезном станке или модульной фрезой.

Червячные колеса чаще всего нарезают червячными фрезами с более высоким профилем и острыми кромками.

12Сварные соединения. Общие сведения и применение

Сварным соединением называют неразъемное, соеди­нение деталей с помощью сварных швов. Если в заклепоч­ном соединении соединяющим элементом является заклепка, то в сварных — расплавленный металл, создающий при остывании неразъемное соединение. По сравнению с кле­паными сварные конструкции обеспечивают существенную экономию металла и значительно снижают трудоемкость изготовления.

Сварные конструкциизначительно (на 10 - 15%) легче клепаных. Экономия металла достигается за счет использования полной пло­щади сечения, а также за счет возможности более ра­ционального конструиро­вания (например, примене­ния соединений встык в тех случаях, когда при закле­почном соединении прихо­дится применять накладки). Небольшая экономия полу­чается также за счет массы выступающих головок заклепок.

Область применения. В настоящее время сварные соединения получили весьма широкое распространение, почти полностью вытеснив заклепочные соединения. Сварка применяется для соединения элементов сосудов, испыты­вающих давление (резервуары, газгольдеры, котлы); для изготовления корпусов судов, подводных лодок; для изготовления турбин, доменных печей, мостов, химической аппаратуры; с помощью сварки изготовляют станины, рамы и основания машин, корпуса редукторов, зубчатые колеса, шкивы, звездочки, маховики, барабаны и т. п.

42 Материалы и конструкции червяков и червячных колес.

Червяки для силовых передач изготовляют из углеродистых или легированных сталей с соответствующей термообработкой, обеспечивающей высокую твердость рабочих поверхностей. Червяки из сталей 15Х, 20Х, 12ХН2, 18ХГТ, 20ХФ и т. д. подвергают цементации и закалке до твердости HRC58...63, а из сталей Ст6, 40, 45, 40Х, 40ХН закаляют до HRC45...55. Червяки из улучшенных и нормализованных сталей применяют в тихоходных и малонагруженных передачах, а также при отсутствии оборудования для их шлифовки, В передачах с колесами большого диаметра червяк изготовляют из бронзы, а колесо — из чугуна (для экономии бронзы). В большинстве случаев червяк выполняют как целое с валом, реже насадным, т. е. изготовленным отдельно от вала и затем закрепленным на нем. Выбор материала червячного колеса в основном зависит от скорости скольжения витков резьбы червяка по зубьям колеса (рис. 3, д)

где v₁ — окружная скорость червяка; γ — делительный угол подъема резьбы червяка. В связи со склонностью червячной передачи к заеданию и неблагоприятными условиями ее смазки венцы червячных колес изготовляют из бронзы. Реже их выполняют из чугуна и пластмасс. Для экономии бронзы из нее изготовляют лишь зубчатый венец (обод с зубьями), а центр колеса, т, е. ту часть его, которая находится внутри венца, выполняют из чугуна или углеродистой стали (см. рис. 1; 2). При скоростях скольжения v _ск=5...30 м/с и длительной работе без перерыва венцы червячных колес изготовляют из бронз БрОФ10-1, БрОНФ с высокими антифрикционными и противозадирными свойствами. При v _ск≤ 6 м/с зубчатые венцы выполняют из менее дорогих безоловянных бронз БрАЖ9-4Л, БрАЖН10-4-4Л и т. п.; при этом червяк должен иметь твердость HRC≥ 45.

13Основные виды сварных швов и соединений.

Сварным соединением называется неразъемное соединение нескольких деталей, полученное сваркой. В зависимости от взаимного расположения свариваемых элементов в пространстве различают следующие основные виды сварных соединений: стыковые, угловые, тавровые, нахлесточные и торцовые(рис. 8).

При газовой сварке основное применение нашли стыковые соединения (рис. 8, а). В стыковом соедннении составляющие его элементы расположены в одной плоскости или на одной поверхности.Металл толщиной до 2 мм соединяют встык без разделки кромок и без зазора или с отбортовкой кромок без применения присадочного материала. При толщине металла от 2 до 5 мм стыковые соединения выполняют без разделки кромок с зазором между свариваемыми кромками, больше 5 мм — с разделкой кромок. При толщине металла от 5 до 15 мм применяют V-образную разделку кромок, свыше 15 мм — Х-образную разделку кромок. Нахлесточным называется такое сварное соединение (рис. 8, 6), в котором свариваемые элементы расположены параллельно и частично перекрывают друг друга. При газовой сварке металла толщиной свыше 3 мм нахлесточное соединение применять нежелательно, так как в результате больших собственных напряжений возникают значительные деформации, которые при жестком закреплении свариваемых деталей могут привести к образованию трещин.Тавровые соединения (рис. 8, в) применяют при сварке деталей толщиной до 3 мм. Тавровым называется сварное соединение, в котором торец одной детали соединяется с боковой поверхностью другой. Тавровое соединение используют при приварке ребер жесткости, косынок, трубопроводных муфт и др