Исследование червячной передачи с беззазорным

Зацеплением

Объект исследования: беззазорная червячная передача.

Результаты, полученные лично автором: алгоритмы расчёта величины смещения червяка и потребной силы сжатия пружин при вертикальной оси червячного колеса.

В реверсивных механизмах, где требуется строгая синхронизация вращений приводного и ведущего валов, использование червячных передач нежелательно, так как в момент реверса червяка червячное колесо некоторый промежуток времени будет неподвижно из-за наличия зазоров в зацеплении. Для их устранения предложена беззазорная червячная передача.Она используется в фрезерных и заточных станках, в лифтовых мотор-редукторах.

Задачи исследовани я:

• рассмотреть способ образования червячной передачи с беззазорным зацеплением при вертикальной оси червячного колеса;

• определить зависимость величины смещения червяка от параметров передачи и получить выражение для расчета потребной силы сжатия пружин.

Имеющиеся методы создания беззазорного зацепления червячной пары (варианты с разъёмным червяком и с переменной толщиной витка) предполагают усложнение процесса изготовления и (или) конструкции передачи. Предложен метод, в котором не требуется вносить конструктивные изменения в геометрию червяка и червячного колеса.

В зацепление вводится стандартный червяк. Исходное положение червяка показано на рис. 1 пунктиром. Опоры вала могут “скользить” в вертикальной плоскости под действием веса вала червяка или от силы сжатия пружин. В таких опорах червяк сместится вниз настолько, насколько позволят зазоры в зацеплении. Определим величину смещения вала червяка U (рис. 1.)

Исходные параметры: r_{a 1} – радиус вершин витков червяка; r ₀₂– радиус дуги окружности, очерчивающей впадины зубьев колеса; b ₂ – ширина венца червячного колеса; (m и q – модуль и коэффициент диаметра червяка).

Из треугольников О₂ОА, О₁ВО и О₂О₁О:

; ;

; ; . ;

Для образования беззазорного зацепления достаточно предусмотреть возможность смещения червяка параллельно оси колеса на величину U, равную 2…4% от его делительного диаметра d ₁.

 

Рис. 1. Смещение червяка

 

 

Потребная сила сжатия пружин F_П рассчитывается из условия равновесия системы сил, изображенной на рис. 2.

;Þ ; Þ

Рис. 2. Схема к расчёту силы FП

где γ – делительный угол подъема витков червяка, град;γ′ – приведенный угол трения в зацеплении,град.

При уточненном варианте расчета КПД сила пружин F _П:

.

Здесь η – КПД зацепления червячной пары, учитывающий две составляющие относительного движения червяка

где f _пр – приведенный коэффициент трения качения зубьев по виткам, ε_S– коэффициент перекрытия червячной передачи в средней торцовой плоскости червячного колеса; (x – коэффициент смещения червяка)

Выводы.

1. Рассмотрен метод создания беззазорного зацепления в червячной передаче, основанный на смещении червяка в направлении вертикальной оси червячного колеса под действием собственного веса.

2. Определена потребная сила сжатия пружин, установленных в скользящих опорах вала червяка для случая, когда окружная сила червяка и вес вала червяка в сборе разнонаправлены.

Материал поступил в редколлегию 17.04.2017

УДК 005.007

Д.С. Кравцов

Научный руководитель: ассистент кафедры «Детали машин», С.А.Олисов

kravcd@mail.ru

 

Анализ износа и причин выхода из строя

подшипников качения

Объект исследования подшипники качения, отказавшие в различных условиях эксплуатации.

Результаты, полученные лично автором: выявлены основные причины отказов подшипников качения.

Неправильный монтаж. Около 16% всех преждевременных отказов подшипников связаны с неправильным монтажом (обычно чрезмерными усилиями) и являются следствием отсутствия надлежащих инструментов. Эффективный монтаж/демонтаж подшипников требует применения механических и гидравлических методов или нагрева.

Неправильное смазывание. Несмотря на то, что смазанные на весь срок службы подшипники после установки не требуют к себе внимания, около 36% преждевременных отказов подшипников вызываются именно неправильным выбором типа смазки или метода смазывания. В реальных условиях любой подшипник при каких-либо отклонениях свойств смазочного материала от требуемых параметров, выходит из строя задолго до выработки расчетного ресурса.

Загрязнения. Подшипники это прецизионные изделия, поэтому они не могут надежно функционировать в условиях загрязнения тел качения подшипника и смазочного материала инородными частицами.

Усталость. При перегрузках или неправильном обслуживании машин усталостный износ подшипников становится причиной 34% преждевременных отказов.

Износ вследствие недостаточного смазывания. Устойчивый несущий смазочный слой не может возникнуть, если количество смазки недостаточно, а сама смазка утратила свои свойства. В таких условиях могут возникать металлические контакты между телами качения и дорожками качения. В начальной стадии износ как бы реализует процесс притирания. Микроскопически малые вершины шероховатости, образующиеся в процессе механической обработки, деформируются.

Вмятины под действием инородных частиц. Инородные частицы, например, металлические стружки, попадающие в подшипник, порождают вмятины, когда тело качения закатывает стружку в дорожку качения. Не только твёрдые частицы порождают вмятины, но и, например, частицы бумаги или текстильные волокна. Вмятины в большинстве случаев маленькие и распределены по всей дорожке качения.

Вмятины, возникающие из-за неправильного монтажа или чрезмерной нагрузки. Расстояние между двумя вмятинами соответствует расстоянию между соседними телами качения. Вмятины на дорожках качения шарикоподшипников возникают очень легко, если усилия монтажа или демонтажа передаются через тела качения.

Задиры на дорожках качения на расстоянии тел качения. Одна из самых распространённых причин повреждений при монтаже цилиндрических роликоподшипников заключается в том, что в процессе монтажа подшипника кольцо с сепаратором и телами качения перекашивается относительно другого кольца и, кроме того, одно кольцо относительно другого не проворачивают

Повышенное радиальное биение. Радиальное биение проявляется в понижении точности обработки поверхности детали. Причин повышенного радиально биения может быть несколько: изогнутость рабочего вала (может возникнуть вследствие критической (ударной) нагрузки, например, недостаточная затяжка подшипников, зазоры – исправляется регулировкой подшипников подтяжкой затяжной гайки подшипников; износ подшипников – неисправность устраняется заменой подшипников.

Необходимость замены смазки в подшипниках. Если шпиндель работал в условиях повышенной загрязнённости, в подшипники могли попасть пыль и грязь. Также пыль может образовываться вследствие работы шпинделя на нештатных режимах и при интенсивном из- носе его посадочных шеек. Неисправность проявляется в повышенной температуре подшипников, а также в других признаках, например, появлением шума в подшипнике.

Неправильное расположение подшипников. При самостоятельной замене радиально-упорных подшипников они были неправильно установлены (не той стороной, с перекосами и т.д.). Неисправность проявляется следующими признаками: повышенное биение на валу, чрезмерный нагрев подшипников, повышенный шум в подшипнике и т.д. Устранение неисправности – правильная установка подшипников. Может потребоваться не только правильная установка, но и замена подшипников на новые.

Коррозия. Если в подшипник проникает вода или агрессивные среды в таком объеме, что смазочные материалы не могут защищать стальные поверхности, то возникает коррозия. Процесс глубокой («щелевой») коррозии быстро приводит к образованию явных следов коррозии – коррозионных язвин. Иным видом коррозии является контактная коррозия, иначе называемая фреттинг- коррозией.

Последствия прохождения электрического тока. Если электрический ток проходит через подшипник от одного кольца через тела качения к другому кольцу, то возникают повреждения подшипника. В местах перехода процесс подобен электродуговой сварке. Материал подшипника при этом нагревается до температуры отпуска и даже плавления. Повреждёный подшипник необходимо заменить.

Материал поступил в редколлегию 28.04.2017

УДК 621.01

И.В. Левин

Научный руководитель: доцент кафедры «Детали машин», к.т.н.,

А.К. Толстошеев

ivan-levin-14@mail.ru