Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
Скачать 0.78 Mb.
|
| Рисунок 1.6 – Червячная передача со смещением При этом коэффициент смещения инструмента  .Рекомендуется  (допускается  в пределах  ). Предпочтительно использовать положительные смещения, при которых несколько повышается нагрузочная способность передачи. Для передач с вогнутым профилем витка червяка (ZT) назначают бόльшие коэффициенты смещения ( ), предпочтительно  . Значительное положительное смещение для этих передач является дополнительным фактором повышения нагрузочной способности.Нарезание колес для передач со смещением выполняют тем же инструментом, что и передач без смещения. В передачах со смещением изменяется диаметр заготовки червячного колеса при неизменном диаметре заготовки червяка. Для червяка передачи со смещением изменяются начальный диаметр  и длина нарезанной части при неизменных  и  .Угол подъема витка червяка на начальном цилиндре  . У червячного колеса, нарезанного со смещением инструмента, все размеры, кроме делительного диаметра, отличаются от размеров колеса, нарезанного без смещения. Диаметры вершин и впадин в среднем сечении  ,  для всех передач, кроме передач с эвольвентным червяком, для которых  . Кинематические параметры: n1, n2 – частоты вращения ведущего и ведомого валов; u = n1 / n2 = z2 / z1 – передаточное число, функциональный параметр. Рациональные значения этого числа лежат в пределах u =8...80. Нижний предел ограничен условием подреза зубьев колеса, а верхний – их изгибной прочностью; vs = 1 d1 /(2cos ) – скорость скольжения зубьев в зацеплении. Скольжение и КПД передачи. Для червячных передач характерны большие скорости скольжения vск и неблагоприятное направление ее относительно линии контакта.  ,где  – окружная скорость, м/с, на начальном диаметре червяка; - окружная скорость, м/с, на делительном диаметре колеса. Скорость скольжения направлена по касательной к линии витка червяка (рисунок 1.7):  Рисунок 1.7 – Направления скоростей в червячной передаче  .Условием отсутствия заедания и интенсивного износа является существование жидкостного трения между витками червяка и зубьями колеса. Это условие выполняется при существовании в зоне контакта клиновидного зазора в направлении вектора скорости скольжения. При скольжении поверхностей вдоль линии контакта масляный клин образоваться не может. В отличие от зубчатых передач в червячных передачах часть поверхности зуба колеса имеет зону, в которой скольжение происходит вдоль контактных линий. Неблагоприятное направление вектора скорости скольжения является причиной низкого КПД червячного зацепления  . КПД червячного зацепления определяют аналогично КПД резьбовой пары, которая по кинематическим свойствам аналогична червячной передаче. , где  – приведенный угол трения, уменьшающийся с увеличением скорости скольжения, так как при этом улучшаются условия образования масляного слоя.С увеличением числа заходов червяка  возрастает КПД передачи, но уменьшается передаточное число.Конструкционные материалы. Изготовление и червяка и колеса из твердых материалов не обеспечивает достаточной износостойкости и сопротивления заеданию. Поэтому одну из деталей передачи (как правило, венца ЧП) выполняют из антифрикционного материала. Материалы червяка делят на группы: 1) нетермообрабатываемые, 2) улучшаемые, 3) поверхностно-закаливаемые, 4) цементуемые под закалку, 5) подвергаемые азотированию и хромированию. Наиболее применяемый материал – сталь 18ХГТ, твердость поверхности после цементации и закалки 56…63 HRC. Используют также стали 40Х, 40ХН, 35ХГСА с поверхностной закалкой до твердости 45…55HRC. Во всех этих случаях необходимы шлифование и полирование червяка. Применение азотируемых сталей 38Х2МЮА, 38Х2Ю позволяет исключить шлифование червяка. Червяки улучшенные и без термообработки применяют лишь во вспомогательных, малонагруженных передачах. Червячное колесо обычно выполняют составным: венец – из антифрикционных, относительно дорогих и малопрочных материалов, центр – из стали, при небольших нагрузках – из чугуна. Материалы венцов червячных колес разделяют на группы (в порядке снижения сопротивляемости заеданию и усиленному износу): 1) оловянистые бронзы (БрО10Ф1, БрО10Н1Ф1, БрО5Ц5С6 и др.), 2) безоловянистые бронзы и латуни (БрА9Ж3Л, БрА10Ж4Н4Л, ЛАЖМц66-6-3-2 и др.), 3) чугуны (СЧ15, СЧ20 и др.). Чем выше содержание олова в бронзе, тем она дороже, но тем выше сопротивление заеданию. Вопросам геометрии, расчётного исследования статической нагруженности червячных передач и применения различных материалов для червячных колёс посвящены работы Э.Л. Айрапетова, Л.С. Боровича, В.И.Гольдфарба, К. И. Заблонского, И.С. Кривенко, В.Н. Кудрявцева, Д.Н. Решетова, В.В. Шульца, П.К. Попова и др. В настоящее время традиционно применяемыми материалами для червячных колес являются различные марки бронз (чаще всего Бр 010Ф1 и Бр 06Ф1,5). Отечественный и зарубежный опыт применения заменителей металлических материалов, в основном, текстолита, ДСП, полиамидов, обобщён в работах И.Я. Альшица, И.П. Землякова, В.Г.Зубчанинова, В.А. Белого, В.А. Гавриленко, Н.Я. Кестельмана, Б.М. Левина, М.А.Москалёва, О.И. Остапенко, А.И. Свириденка, В.Е. Старжинского, С.В. Щербакова, З.Н. Хадзиламбру, В.С. Шевченко, В.А. Ермакова, И. Хуго, Х. Хакманна, А.Вебера и др. В работах Н.И. Антроповой, В.П. Матвиенко, Ю.И. Перина и др. рассмотрены вопросы получения и работоспособности деталей из капролона. Авторы в своих работах обобщают, в основном, результаты проведенных многочисленных экспериментов с пластмассовыми зубчатыми колёсами и излагают методики расчёта и проектирования элементов передач. Однако в этих работах отсутствуют обобщённые рекомендации, особенно, по расчёту червячных передач, которые могли бы оказаться полезными в инженерной практике. Критерии работоспособности червячных передач. Причины выхода из строя червячных передач (в порядке убывания частоты проявления отказов):
Пластические массы и полимерные композиции представляют собой особый класс материалов па основе высокополимеров, отличающихся от традиционных конструкционных материалов малой плотностью, эластичностью, упругостью, высокой прочностью на единицу массы, высокой коррозионной стойкостью в различных средах, хорошей перерабатываемостью, легкостью обработки. Вместе с тем, пластмассы характеризуются сравнительно низким модулем упругости, ползучестью и релаксацией, низкой теплопроводностью, высоким коэффициентом термического расширения, сильно выраженной температурно-временной зависимостью прочностных и деформационных свойств и др. В качестве конструкционных материалов используются пластмассы как общего назначения (универсальные), которые выпускаются крупнотоннажно (сотни тысяч тонн) и характеризуются сравнительно низкой стоимостью (до 300 руб. за 1кг), так и специальные (конструкционные) с выпуском до нескольких десятков тысяч тонн и стоимостью от сотен до нескольких тысяч рублей за 1кг. Для оценки эффективности применения полимерных материалов в нагруженных конструкциях целесообразно рассмотреть два вида пластмасс и синтетических смол — термопласты и реактопласты, которые отличаются не только своим поведением при повторном нагреве материала в изделии, но и, что важно для нагруженных конструкций, различными показателями прочности и деформативности. Термопластичные полимеры и термопласты характеризуются способностью многократно переходить в вязкотекучее состояние; при отверждении (реакции образования трехмерного полимера) реактопластов способность переходить в вязкотекучее состояние необратимо утрачивается. Конструкционные термопласты обладают хорошими технологическими свойствами, лёгкостью, стойкостью к действию агрессивных сред, отличными антифрикционными свойствами, однако характеризуются более низкими по сравнению с реактопластами показателями механических свойств, резко выраженной зависимостью деформативности и прочности от вида напряженно-деформированного состояния, температуры, продолжительности действия и скорости приложения нагрузки. Особенностью кристаллической структуры термопластичных полимеров является ее высокая дефектность вплоть до возникновения полностью не-закристаллизованных (аморфных) участков. Среди конструкционных термопластов встречаются представители как аморфных, или труднокристаллизующихся, полимеров (полисульфон, поликарбонат, полифениленоксид, полиарилат, фенилон — степень кристалличности 10…25%), представляющие собой жесткие упругие материалы—полимерные стекла с верхним температурным пределом эксплуатации, соответствующим температуре стеклования Тс, так и кристаллических полимеров со средней (алифатические полиамиды — 50…75%) и высокой (полиацетали, полиэтилен —75…96%) степенью кристалличности, верхний температурный предел эксплуатации которых может колебаться от Тс аморфной фазы до температуры плавления Тпл кристаллической. Сетчатая (трёхмерная) структура реактопластов с высокой плотностью сетки придаст им повышенные по сравнению с термопластами показатели твёрдости, модуля упругости, теплостойкости, усталостной прочности; они характеризуются меньшим коэффициентом термического расширения, допускают высокую степень наполнения—до 80…85% (по массе). В качестве связующего для реактопластов, применяемых при изготовлении зубчатых колёс, используются фенолоформальдегидные, эпоксидные и эноксидно-новолачные смолы. Высокопрочные термостойкие пластики производят посредством наполнения стеклянными волокнами или тканями отверждающихся олигоэфиров, фенолоформальдегидных или эпоксидных смол; стекло - и асбопластики производят также на основе кремнийорганического связующего; выпускаются также пластики на основе полиимидов в сочетании с кремнеземными, асбестовыми или углеродными волокнами. Высокомодульные пластики на основе эпоксидных смол производятся в сочетании с углеродными, борными или монокристаллическими волокнами. Материалы, устойчивые к ударным нагрузкам, изготавливают путем совмещения эпоксидных, полиэфирных и меламиноформальдегидных смол с синтетическими волокнами, тканями или бумагой на основе синтетических волокон. Механическое поведение конструкционных пластмасс как высокополимеров при действии на них внешних сил характеризуется следующими особенностями [37]:
Характер механического поведения полимерного тела определяется, в частности, его физическим состоянием. Конструкционные пластмассы на основе термопластичных полимеров с линейной и разветвлённой структурой могут быть, как уже упоминалось, аморфными, кристаллическими или полукристаллическими и находиться в стеклообразном, высокоэластическом или вязкотекучем состоянии. Реактопласты в изделиях аморфны и находятся в застеклованном, либо высокоэластическом состоянии. Наиболее широкое применение в качестве материалов для зубчатых колёс получили полимерные материалы, находящиеся в условиях эксплуатации в стеклообразном или кристаллическом состоянии. Различие механических свойств полимеров и металлов в основном определяется характерными особенностями структуры этих материалов. Механические свойства полимеров зависят от их химического строения (линейные, разветвлённые, сшитые полимеры), молекулярной массы и молекулярно-массового распределения (что особенно важно для полимеров с невысокой молекулярной массой, когда существенно влияние концов цепей на свойства материала), фазового состояния (кристаллическая или аморфная структуры) и физической структуры полимера (стеклообразное, высокоэластическое, вязкотекучее состояния). Характерным для полимеров является также резкое различие сил взаимодействия вдоль молекулярных цепей (валентные связи) и между цепями (водородные связи, вандерваальсовы силы) [118,32,105,106,108]. Металлы обладают линейной упругостью и характеризуются двумя основными константами — модулем Юнга Е и коэффициентом Пуассона  , а также связанными с ними модулями сдвига G и объемного сжатия К:G = Е/2 (1+ ); К = Е/3 (1 —2).Для пластмасс характерно вязкоупругое поведение, представляющее в первом (линейном) приближении комбинацию идеально упругого и идеально вязкого состояний; помимо упругих констант, они характеризуются также вязкость при сдвиге  .Аморфные полимеры в стеклообразном состоянии ниже температуры хрупкости Тхр разрушаются хрупко при небольших (до нескольких процентов) деформациях. Выше Тхр при напряжениях больших, чем предел текучести, развивается высокоэластическая деформация, достигающая десятков и сотен процентов, характер разрушения — квазиэластический. С ростом температуры предел прочности, предел текучести, модуль упругости и твёрдость падают примерно на порядок; при температуре стеклования Тс предел текучести снижается до нуля. Кристаллические (аморфно-кристаллические) полимеры при небольших напряжениях и деформациях ведут себя, как аморфные. Ниже определённой температуры аморфно-кристаллические полимеры разрушаются хрупко, при повышении температуры и переходе через Тс аморфных участков иногда наблюдается снижение модуля на один-два порядка. При высоких напряжениях деформация носит характер вынужденной высокоэластической деформации. Повышение температуры ведёт к снижению предела прочности, предела текучести, твёрдости; увеличивается ударная вязкость. Кристаллические полимеры сохраняют свойства твёрдого тела ниже температуры плавления Тпл; при Тпл переходят в вязкотекучее состояние. Зависимость механических свойств аморфных полимеров от их физического состояния заключается в различной реакции полимера на силовое воздействие. В стеклообразном состоянии полимер деформируется упруго; в высокоэластическом реакция на механическое воздействие зависит от длительности воздействия: при кратковременном воздействии полимер деформируется упруго (в определённом диапазоне температур), при длительном проявляется высокоэластичность; при повышении температуры высокоэластический характер деформирования может проявляться при кратковременном воздействии, а при длительном воздействии тело может вести себя как вязкая жидкость. Вид кривой нагрузка  —деформация  определяется видом и условиями нагружения, физическим состоянием и особенностями структуры полимера. При неизменяющемся режиме нагружения существенное влияние на вид кривой () оказывают температура и скорость (частота) деформирования, причем снижение скорости (частоты) деформирования аналогично повышению температуры (рисунок 1.8).Зависимость механического поведения полимеров от характера и условий нагружения, обусловленная вязкоупругим характером деформирования полимерных тел, не позволяет установить однозначное соотношение между и в условиях опыта. Понятие модуля упругости как меры жёсткости материала, характеризующей сопротивление развитию упругих (обратимых) деформаций, является для полимеров условным: в зависимости от условий испытания различают несколько модулей. Равновесный модуль вычисляется как отношение / после полного завершения процессов механической релаксации. Для стеклообразного состояния, когда релаксация практически исключена, пользуются термином «мгновенный модуль упругости». Деформационные свойства материалов, находящихся в высокоэластическом состоянии, характеризует равновесный модуль высокоэластичности. Рисунок 1.8 – Характер зависимости () для аморфных и аморфно-кристаллических полимеров с низкой степенью кристалличности: 1 – хрупкое разрушение при Т<Тхр; 2,3 – изменение характера кривой () при уменьшении скорости деформирования или повышении температуры (Тхр<Т<Тс); 4 – то же при Т>ТС; 5 – кристаллический полимер (ТС<Т<Тпл). Точки а, б, в соответствуют разрушающему напряжению вр, пределу текучести т и пределу пропорциональности пр.В практике пользуются также понятиями «начальный модуль» (соответствующий наклону касательной, проведенной к кривой () в точке =0) и «секущий модуль» (определяемый как отношение / в любой точке на кривой ()). Распространение понятия о модуле на любые неравновесные режимы деформирования, когда /(t), позволяет дать характеристику механических свойств полимеров в общем виде. Здесь различают динамический модуль  (абсолютное значение комплексного модуля:  , где  и  - упругий модуль и модуль потерь соответственно), определяемый, например, путем создания гармонических колебаний в установившемся режиме, и релаксационный модуль Gr, вычисляемый как отношение / при =const и =(t). Динамический и релаксационный модули существенно зависят от фазового и физического состояний полимера, скорости (частоты) и температуры деформирования (рисунок 1.9). Начальный модуль упругости, рассчитываемый по кривой (), полученной в стандартных условиях при малой скорости нагружения, называется кратковременным модулем упругости. Вместо кратковременного модуля часто используют значения динамического модуля (таблица 1.1). Значения кратковременного (мгновенного) Ео и длительного (конструкционного) Е* модулей упругости в зависимости от температуры приведены в таблице 1.2.Математическое описание поведения вязкоупругих тел под действием силовых полей дают, как известно, феноменологические теории, в частности теория вязкоупругости. Не останавливаясь на нелинейной вязкоупругости, теория которой находится в настоящее время в стадии развития, обратимся к линейной вязкоупругости с ее достаточно полно разработанным математическим аппаратом. Хотя линейное приближение пригодно для описания механического поведения полимеров в довольно узкой области малых напряжений и во многих случаях дает возможность правильно описать лишь качественную картину процесса деформирования, теория линейной вязкоупругости получила широкое распространение благодаря хорошо разработанным методам решения линейных дифференциальных и интегральных уравнений. Она основывается, с одной стороны, на принципе суперпозиции, сформулированном Больцманом [120] и Вольтеррой [138], с другой стороны – на теории реологических моделей, впервые предложенных Максвеллом [129] и Фойгтом [137] и получивших дальнейшее развитие в работах [134,4,48,50]. Учитывая, что основные положения теории линейной вязкоупругости подробно изложены в специальной литературе [87,45,17,51,54,76,26,91], приведем лишь общие исходные соотношения, из которых можно будет впоследствии получить необходимые частные решения.  Таблица 1.1 – Зависимость динамического модуля упругости от температуры для термопластов конструкционного назначения
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Похожие:
 | Российской Федерации Федеральное агентство по рыболовству Федеральное... Г. Г., Авдеева Е. В., Шеховцев Л. Н., Шибаев С. В., Орлов Е. К., Уманский С. А. Калининград: Федеральное государственное бюджетное... | | Оказанных услуг г. Саранск «31» марта 2013г Федеральное государственное... Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт космических исследований российской академии наук |
 | Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное... М., Розенштейн М. М., Серпунин Г. Г., Авдеева Е. В., Шеховцев Л. Н., Уманский С. А. Калининград: Федеральное государственное бюджетное... | | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
| Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования | | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
| Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования | | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
| Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования | | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
| Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования | | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
| Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования | | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
| Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования | | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
