Способы повышения выносливости валов

4.3 Методы повышения работоспособности

Конструктивные средства повышения выносливости показаны на рис. 4.4. Наиболее эффективное утолщение вала на длине ступицы. Весьма эффективное также поверхностное упроч­нение.

Рисунок 4.4 — Конструктивные средства повышения сопротивления валов усталости в местах посадок (а – утолщение подступичной части; б — закругление кромок ступицы; в — утончение ступицы; д — разгрузочные канавки; е — втулки или заливки в ступице из материала с низким модулем упругости)

Упрочнением подступичных частей по­верхностным наклепом (обкаткой ролика­ми или шариками) можно повысить предел выносливости валов с концентрацией на­пряжений на 80-100 %, причем этот эф­фект распространяется на валы диаметром 500-600 мм и более. Такое упрочнение получило в настоящее время широкое рас­пространение.

Прочность валов в местах шпоночных, шлицевых и других разъемных соединений со ступицей может быть повышена приме­нением: эвольвентных шлицевых соедине­ний; шлицевых соединений с внутренним диаметром, равным диаметру вала на соседних участках, или с плавным выхо­дом шлицев на поверхность, обеспечи­вающим минимум концентрации напря­жений изгиба; шпоночных канавок, изго­товляемых дисковой фрезой и имеющих плавный выход на поверхность; бесшпо­ночных соединений.

Переходные участки валов меж­ду двумя ступенями разных диаметров вы­полняют следующих типов (рис. 4.5).

С канавкой для выхода шлифовальных кругов, которые обычно выполняют на ва­лах диаметром 10. 50 мм шириной 3 мм и глубиной 0,25 мм, а на валах диаметром 50- 100 мм — шириной 5 мм и глубиной 0,5 мм, должны иметь максималь­но возможные радиусы закруглений. Ка­навки существенно повышают стойкость шлифовальных кругов при обработке. Однако они вызывают значительную концент­рацию напряжений и понижают прочность валов при переменных напряжениях.

Канавки выполняют в валах, диаметры которых определяются условиями жест­кости (в частности, валах коробок пере­дач), и на концевых участках валов, на которых изгибающие моменты невелики. Канавки также нужны на концах участков с резьбой для выхода резьбонарезного ин­струмента.

Рисунок 4.5 – Переходные поверхности валов: а — с канавкой для выхода шлифоваль­ного круга; б — постоянного радиуса;

в — под промежуточное кольцо; г — эллипти­ческая с поднутрением; д — оптимальной формы при изгибе (внутренняя кривая) и при кручении и растяжении (наружная кривая); е — с разгрузочной канавкой; ж — с отверстием в ступени большого диаметра

С переходной поверхно­стью — галтелью постоянного радиуса – радиус ρ выби­рают меньше радиуса закругления или ра­диального размера фаски насаживаемых деталей.

^ Желательно, чтобы радиус закругления в сильнонапряженных валах был больше или равен 0,1d . Однако это условие далеко не всегда можно выдержать, так как при этом увеличиваются осевые размеры. При высокой напряженности вала возможно осевое базирование деталей по самой переходной поверхности, но это исполнение весьма трудно в технологическом отноше­нии. Когда радиус галтели сильно ограни­чивается радиусом закругления кромок на­саживаемых деталей, ставят проставочные кольца.

С переходной поверхностью – галтелью специальной формы – опасной зоной обычно является переход галтели в ступень меньшего диаметра; поэтому в заданных габаритах целесообразно делать галтель переменного радиуса кривизны с увеличением радиуса в зоне перехода к ступени меньшего диаметра. Применяют галтели эллиптической формы и чаще галтели, очерчиваемые двумя радиусами кривизны. Переменность радиуса кривизны галтели повышает несущую способность вала на 10 %.

Подбором галтели оптимальной фирмы на длине 0,75-1 диаметра вала можно практически избавиться от концентрации напряжений. Однако использовать такие формы можно в редких случаях, например, в торсионных валах (т. е. валах, служащих пружиной, работающей на кручение), на свободных участках сильнонапряженных валов и т. д.

Повышение прочности валов в переходных сечениях достигается также удалением малонапряженного материала: выполнением разгрузочных канавок и высверливанием отверстий в ступенях большого диаметра. Эти мероприятия обеспечивают более равномерное распределение напряжений и снижают концентрацию напряжений.

Пластическим упрочнением галтели (обкаткой роликами, а при больших диаметрах валов – чеканкой) можно повысить несущую способность валов в 1,5-2 раза.

5 Зубчатая передача

5.1 Общая характеристика, условия работы и область применения

Зубчатые передачи выполняются в виде составных частей машин, либо в виде отдельных агрегатов. Они выполняют функции передачи энергии с преобразованием угловых скоростей и осуществляются с помощью зубчатых колес, которые непрерывно и знакопеременно зацепляются друг с другом своими зубьями (рис. 5.1).

Рисунок 5.1 – Схемы зубчатых передач: а – прямозубая;

б – косозубая; в – шевронная; г – коническая; д – с круговым зубом; е – с внутренним зацеплением. Передача Новикова

По конструктивным признакам зубчатые передачи делят на два вида:

— открытые передачи, не имеющие кожуха для масляной ванны – защиты колес от грязи и пыли, они имеют возможность взаимных перекосов сопряженных зубчатых колес из-за неточности установки опор валов;

— закрытые передачи, замкнутые в общий корпус, который одновременно служит масляной ванной и защитой передачи от попадания грязи и пыли; достаточно точно выдерживается правильность взаимного расположения зубчатых колес.

По эксплуатационному назначению можно выделить четыре основные группы зубчатых передач: отсчётные, скоростные, силовые и общего назначения.

К отсчётным относятся зубчатые передачи измерительных приборов, делительных механизмов металлорежущих станков и делительных машин, счётно-решающих механизмов и т.п. В большинстве случаев колёса этих передач имеют малый модуль и работают при малых нагрузках и скоростях. Основным эксплуатационным показателем делительных и других отсчётных передач является высокая кинематическая точность, т.е. точная согласованность углов поворота ведущего и ведомого колёс передачи. Для реверсивных отсчётных передач весьма существенное значение имеют боковой зазор в передаче и колебание этого зазора.

Скоростными являются зубчатые передачи турбинных редукторов, двигателей турбовинтовых самолётов и др. Окружные скорости зубчатых колёс таких передач достигают 60 м/с при сравнительно большой передаваемой мощности. Их основной эксплуатационный показатель — плавность работы, т.е. отсутствие циклических погрешностей, многократно повторяющихся за оборот колеса. С увеличением частоты вращения требования к плавности работы повышаются. Передача должна работать бесшумно и без вибраций, что может быть достигнуто при минимальных погрешностях формы и взаимного расположения зубьев. Для тяжело нагруженных скоростных зубчатых передач имеет значение также полнота контакта зубьев. Колёса таких передач обычно имеют средние модули. Для них часто ограничивают также шумовые характеристики работающей передачи, вибрацию, статическую и динамическую неуравновешенность вращающихся масс и т.п.

К силовым относят зубчатые передачи, передающие значительные крутящие моменты при малой частоте вращения (зубчатые передачи шестерённых клетей прокатных станов, подъемно-транспортных механизмов и др.). Колёса для таких передач изготовляют с большим модулем. Основное требование к ним — обеспечение более полного использования активных боковых поверхностей зубьев, т.е. получение наибольшего пятна контакта зубьев.

К передачам общего назначения не предъявляют повышенных требований по точности.

При выборе материалов зубчатых колес необходимо обеспечивать:

— высокую прочность зубьев на изгиб;

— высокую стойкость поверхностных слоев материала зубьев против усталостного выкрашивания, износа, заедания и т.д.

В качестве материалов зубчатых колес применяют стали, чугуны, пластмассы.

Основными материалами для зубчатых колес являются термически или химико-термически обрабатываемые стали. Термическую и химико-термическую обработки выполняют для обеспечения высокой поверхностной твердости зубьев, от которой зависят их контактная прочность, износостойкость и противозадирные свойства, при сохранении вязкой сердцевины. При этом, как правило, Н₁ > Н₂ на 20-50 НВ (и более для косозубых и шевронных колес), где Н₁ и Н₂ — твердость зубьев шестерни и колеса. Это позволяет при равных материалах уменьшить опасность заедания и выровнять ресурс (в часах) зубьев шестерни.

В зависимости от твердости, обусловленной упрочняющей обработкой, стальные зубчатые колеса можно условно разделить на две основные группы:

I группа — колеса твердостью Н ≤ 350 НВ;

II группа — колеса твердостью – Н > 350 НВ.

Важно знать, что зубчатые колеса этих групп различны по маркам стали, технологии изготовления и упрочнения и, как следствие этого, по способности к приработке, и самое главное – по нагрузочной способности.

Зубчатые колеса I группы применяют в условиях мелкосерийного и единичного производства при отсутствии жестких требований к габаритам передачи. Нагрузки на передачу малые или средние. Если при этом передачи косозубые (шевронные), то шестерни должны иметь высокую твердость. Их относим к зубчатым колесам II группы.

Материалы – качественные углеродистые стали 40, 45, 50, 50Г по ГОСТ 1050 и легированные – 40Х, 45Х, 40ХН по ГОСТ 4543 и др.

Для изготовления колес больших размеров применяют стальное литье, среднеуглеродистые стали 35Л-50Л, литейные марганцовистые и низколегированные стали 40ХЛ, 50Г2 и др. после термической обработки — нормализации.

Чугуны: серые СЧ20 и выше, модифицированные и высокопрочные. Чугунные колеса используют в тихоходных, крупногабаритных и открытых передачах. Такие колеса должны быть уже стальных.

С целью уменьшения износа и повышения КПД в несиловых передачах (в приборах) часто применяют колеса из латуни ЛС 59-1.

Источник

Вам также может понравиться

Ясень семена способ распространения

Ясень обыкновенный Fraxinus excelsior – так в ботанической

Ярлыки способы создания ярлыков ос windows

Создаем ярлыки на рабочем столе Windows Создаем ярлыки

Японское удобрение фуджима способ применения

Удобрения Фуджима Знаете потрясающее удобрение, палочка

Японский чай способ заварки

Технология заваривания японского чая Известно, что