Строительные машины и основы автоматизации

ТРАНСМИССИИ

Трансмиссия представляет собой систему механизмов для пере­дачи энергии от двигателя к исполнительным органам машины с из­менением скоростей, крутящих моментов, направления и вида дви­жения. В зависимости от способа передачи энергии их делят на механические, электрические, гидравлические и пневматические. В рассматриваемых ниже механических передачах наиболее распро­страненными являются передачи вращательного движения, одни из которых используют трение (фрикционные и ременные), а другие — зацепление (зубчатые, червячные, цепные и винтовые). В каждой пе­редаче вал, передающий мощность, называется ведущим (входным), а воспринимающий ее — ведомым (выходным).

Основными параметрами передач являются мощность на веду­щем Pi и на ведомом Pi валах (в Вт), а также быстроходность, ха­рактеризующаяся угловой скоростью и’] или частотой вращения ве­дущего п и ведомого н'2 и /72 валов (в рад/с и с1), где к’ = ял/30. Так как при передаче мощности от ведущего вала к ведомому происхо­дят ее потери на трение в движущихся частях, то Р>Р2. Величина этих потерь характеризуется КПД передачи

Г| = PllP < 1.

Общий КПД системы передач определяется как произведение КПД отдельных передач:

Г|общ-Г|1Т12Г|3---Л«-

Передачи могут выполняться с постоянным и переменным (регу­лируемым) передаточным числом и, определяемым как соотношение частот вращения одного вала к другому. Различают понижающие (редукторные) передачи, у которых м>1 и п>т и повышающие (мультипликаторные), у которых м<1 и п<П2. В строительных ма­шинах преимущественное распространение получили понижающие передачи, у которых

и-п1т.

Передаточное число системы передач определяется как произве­дение передаточных чисел передач ее составляющих, т. е.

Wo6iu— U Ы2 W3-" Wn.

Между различными параметрами передач существуют следую­щие соотношения: мощность Р (Вт) можно выразить через окруж­ное усилие jF(H) элемента передачи и его окружную скорость v (м/с):

P-Fv при v-nnD;

крутящий момент My. р (Нм) можно выразить через мощность Р (Вт) и частоту вращения «(с-1):

Мкр-Р/п.

Крутящие моменты на ведущем Мкрі и ведомом Мкр2 валах пере­дачи связаны зависимостью

Л/кр2 МкрЫ.

Фрикционные передачи работают за счет сил трения, возникаю­щих в месте контакта цилиндрических, конических и клиновых кат­ков (рис. 1.1), при их взаимном прижатии друг к другу с усилием Q. Величина силы трения между катками F=Qf, где/— коэффициент трения. Рабочие поверхности фрикционных катков изготовляют из
различных материалов, применяемых в сочетании сталь по стали, пластмассе, коже, прессованному асбесту или прорезиненной ткани, чугун по коже и т. п. Передаточное число фрикционной передачи без учета проскальзывания катков u~Di! D, где D и Di — диаметры катков. В силовых передачах и< 10. Фрикционную передачу с пере­менным передаточным числом называют вариатором. По конструк­ции вариаторы разделяют на лобовые, конусные, шаровые, торо - вые, многодисковые и клиноременные.

Фрикционные передачи просты по конструкции, обеспечивают плавность и бесшумность работы, безударное включение на ходу, бесступенчатое регулирование передаточного числа и реверсив­ность движения. Основные их недостатки — проскальзывание кат­ков и ограниченный диапазон передаваемых мощностей (до 20 кВт).

Ременные передачи состоят из ведущего и ведомого шкивов (рис. 1.2, а), расположенных на определенном расстоянии друг от друга и охватываемых между собой одним или несколькими беско­нечными ремнями. Усилие от ведущего шкива к ведомому передает­ся за счет сил трения, возникающих между шкивами и ремнем вслед­ствие натяжения последнего. В соответствии с формой поперечного
сечения ремня различают плоскоременные (рис. 1.2, б), клиноремен­ные (рис. 1.2, в), поликлиновые (рис. 1.2, г) и круглоременные (рис. 1.2, д) передачи. К ременным передачам условно относят пере­дачи с зубчатыми ремнями (рис. 1.2, е), работающие по принципу зацепления. Плоский ремень таких передач имеет на внутренней по­верхности зубья трапецеидальной формы, входящие в зацепление со впадинами на шкиве.

По применяемому материалу стандартные плоские ремни быва­ют прорезиненные тканевые, полиамидные, кожаные, хлопчатобу­мажные и шерстяные, круглые — хлопчатобумажные и капроновые, а клиновые — кордтканевые и кордшнуровые. Шкивы передач из­готовляют литыми из чугуна, стали и легких сплавов.

Наибольшее распространение в строительных машинах получи­ли клиноременные передачи, обеспечивающие передачу больших мощностей при сравнительно малых межосевых расстояниях и боль­ших передаточных числах. В таких передачах используют один или несколько (но не более восьми) ремней. Оптимальное расстояние между осями шкивов а составляет для плоскоременных передач amin ^ 2{D + Di), для клиноременных передач атт = 0,55(D + Di) + Н, где D и Di — диаметры шкивов; Н— высота сечения ремня.

Передаточное число ременных передач не является строго посто­янным (за счет проскальзывания ремня) и определяется по формуле

и и D2/D1.

Для плоскоременных передач м<5, клиноременных м<10. Окруж­ное (тяговое) усилие передачи

F-Fi~F,

где F и Fi — соответственно натяжения в сбегающей и набегающей ветвях ремня,

F2=FieM,

где е=2,718 — основание натурального логарифма;/ — коэффициент трения между ремнем и шкивом; ai — угол обхвата ремнем ведущего шкива; a > 150° — для плоскоременных передач и a > 120° — для кли­ноременных.

Необходимое натяжение ремня (ремней) в процессе работы обес­печивается регулируемыми и автоматически действующими натяж­ными устройствами.

Клиновые ремни выпускают семи различных типов (0, А, Б, В, Г, Д, Е), каждый из которых может передавать определенную мощ­ность. Расчет клиноременной передачи сводится к выбору ремня и определению необходимого их количества в зависимости от переда­ваемой мощности Р (кВт).

где Рр — расчетная мощность, передаваемая одним ремнем, кВт; Рр - Рокакр, Р0 — мощность, передаваемая одним ремнем (по ГОСТу), кВт; ка — коэффициент, учитывающий влияние угла обхва­та ремнем малого шкива, ка = 0,52...1 для ал = 120...180°; кр — коэф­фициент, учитывающий режим работы передачи, кр=0,7..Л.

Достоинства ременных передач — простота конструкции и экс­плуатации, небольшая стоимость, плавность и бесшумность рабо­ты, предохранение механизмов от перегрузки за счет проскальзы­вания ремня. Основной недостаток — непостоянство передаточно­го числа.

Зубчатые передачи в общем случае состоят из двух зубчатых ко­лес, находящихся в зацеплении. Ведущее, обычно меньшее колесо, называется шестерней, а ведомое большое — колесом. По взаимно­му расположению колес зубчатые передачи подразделяют на пере­дачи с внешним (рис. 1.3, а, в—з) и внутренним (рис. 1.3, б) зацепле­нием.

По расположению геометрических осей валов, на которых уста­новлены зубчатые колеса, различают передачи: с параллельными осями — цилиндрические зубчатые колеса внешнего или внутренне­го зацепления (рис. 1.3, а—г), с пересекающимися осями — кониче-

скис зубчатые колеса (рис. 1.3, д. с), с перекрещивающимися ося­ми — цилиндрические винтовые (рис. 1.3, з). конические гипоидные (рис. 1.3, ж) и червячные (см. рис. 1.6).

По расположению зубьев на колесах передачи бывают прямозу­бые (рис. 1.3, а, б. д), косозубыс (рис. 1.3, в, е), с круговыми зубьями (рис. 1.3, ж) и шевронные (рис. 1.3, г).

В строительных машинах наиболее широко применяют цилиндри­ческие зубчатые передачи. По сравнению с ременными зубчатые передачи способны передавать большие мощности, обеспечивают точность, постоянство и большие величины передаточного числа, имеют малые габариты, обладают более высокими КПД. долговеч­ностью, надежностью и простотой в эксплуатации.

Рассмотрим геометрию зубчато­го зацепления прямозубых цилинд­рических колес (рис. 1.4). Боковые эвольвентные профили зубьев колес касаются в точке Р, называемой по­люсом зацепления. Эта точка делит линию центров 0г в отношении, равном передаточному числу и. Ок­ружности диаметрами d и di, касаю­щиеся в точке Р. называют делитель­ными и выбирают в качестве базы для определения основных размеров зубчатых колес. Делительная окруж­ность делит зуб по высоте на две части — головку и ножку. Окруж­ность диаметром dK. отсекающую на “і L ножке зуба точку, от которой начи­

нается построение эвольвентного Р и с. 1.4. Схема зацепления профиля, называют основной. Каса - нрямозубых цилиндрических колес

* 1 тельная к основным окружностям

шестерни и колеса представляет со­бой геометрическое место точек касания профилей двух соприка­сающихся зубьев и называется линией зацепления. Угол а между ли­нией зацепления и перпендикуляром к линии центров колес

называют углом зацепления.

Геометрические и кинематические параметры зубчатых передач стандартизированы. К основным параметрам прямозубых цилинд­рических передач относят: -| и — число зубьев шестерни и колеса; и = г:/п — передаточное число; Р, — окружной шаг зубьев (расстоя­ние между одноименными профилями соседних зубьев по дуге дели­тельной окружности), мм; т-Р,1к — модуль зацепления (основная характеристика размеров зубьев), мм; ha-m — высота головки зу -

ба, мм; S — толщина зуба по делительной окружности, мм; d-mz — диаметр делительной окружности, мм; da-d+ 2ha - m(z + 2) — диа­метр окружности выступов, мм; df = d - 2hf - m(z - 2,5) — диаметр окружности впадин, мм; а» — m(z + zi)ll — межосевое расстояние колес, мм; Ь-(6+)т — ширина рабочей части колес, мм.

Передачи, включающие в себя зубчатые цилиндрические колеса с перемещающимися осями, назы­вают планетарными (рис. 1.5). Та­кая передача состоит из централь­ной (солнечной) шестерни а с наружными зубьями, зубчатого венца b с внутренними зубьями и водила Н, на котором укреплены оси сателлитов (зубчатых колес) g.

Вращаясь вокруг своих осей и вместе с осью вокруг солнечной шестерни, сателлиты совершают планетарное движение.

В большинстве случаев зубчатый венец b выполняется непод­вижным, а водило Н— подвижным; при этом движение может пере­даваться отакЯи наоборот. Передаточное число планетарной пе­редачи: шестерня а — ведущая, иьаН - па1пн - 1 + гъlz„; водило Н — ведущее, иьНа = пн/па - 1 + zjzb. Если в такой передаче все зубчатые колеса и водила будут подвижными, то такую передачу называют дифференциальной или дифференциалом.

Планетарные передачи все шире применяют в конструкциях со­временных строительных машин благодаря компактности, малой массе и возможности использования их как редукторов с большими постоянным и переменным (коробки передач) передаточными чис­лами. Они применяются в ходовых и поворотных устройствах стре­ловых самоходных и башенных кранов, одноковшовых экскавато­ров, приводах ленточных конвейеров и ручных машин.

У косозубых цилиндрических колес (см. рис. 1.3, в) зубья накло­нены к оси вращения под углом Р = 8... 15°. За счет наклона зубьев увеличивается их длина, что позволяет косозубым передачам пере­давать большие мощности при одинаковых габаритах с прямозубы­ми. В отличие от прямых косые зубья входят в зацепление и нагру­жаются не сразу, а постепенно, причем в зацеплении одновременно находятся как минимум две пары зубьев. Это способствует повыше­нию плавности работы передачи, снижению динамических нагру­зок, уменьшению шума. Косозубые колеса применяют в основном в быстроходных передачах. Основным недостатком косозубых пере­дач является возникновение осевой нагрузки, требующей установки
специальных подшипников для ее воспринятия. В передачах с шев­ронными зубьями (см. рис. 1.3, г) осевые силы взаимно уничтожают­ся. Такие передачи характеризуются высокой нагрузочной способ­ностью.

Конические зубчатые передачи (см. рис. 1.3, д, е, ж) применяют при необходимости расположения валов под углом (чаще всего 90°). Они сложнее цилиндрических и требуют высокой точности изготов­ления и монтажа. Валы таких передач нагружены значительными осевыми, усилиями. Конические передачи выполняют с прямыми, косыми и круговыми зубьями. Последние два типа зубьев обеспечи­вают повышенную плавность работы и нагрузочную способность передач.

Червячные передачи (рис. 1.6, а) передают вращение между близ­корасположенными перекрещивающимися (чаще всего под углом 90°) валами. Движение в червячных передачах осуществляется по принципу винтовой пары. Винтом является червяк 1, в зацеплении с которым находится червячное колесо 2, подобное сектору, вырезан­ному из длинной гайки и изогнутому по окружности. Резьба червя­ка может быть однозаходной и многозаходной, правой и левой. Наиболее распространена правая резьба с числом заходов 21 = 1, 2, 4. Число зубьев червячного колеса J2 ^ 28. Передаточное число червяч­ной пары u-zilz. По форме поверхности, на которой образуется резьба, различают цилиндрические (рис. 1.6, б) и глобоидные (рис. 1.6, в) червяки. Форма профиля резьбы червяка может быть прямолинейной (трапецеидальной) и криволинейной (эвольвент- ной).

Червячную пару изготовляют из материалов, обладающих анти­фрикционными свойствами и износостойкостью: червяк — из угле­родистых или легированных сталей, венец или червячное колесо — из бронзы или чугуна. Червячные передачи характеризуются высо­кой компактностью, плавностью и бесшумностью работы и позво­ляют получать большие передаточные числа (40... 100 и более). Так

как вращение не может передаваться от колеса к червяку, а в этом заклю­чается свойство самотор­можения червячной пере­дачи, то их широко при­меняют в стрелоподъем­ных, поворотных и ходо-

вых механизмах строи­тельных машин. К недос­таткам относятся пони­женный КПД, возмож­ность заедания при рабо­
те и необходимость применения дорогих антифрикционных мате­риалов.

Редуктором называется механизм, предназначенный для умень­шения частоты вращения выходного вала по сравнению с входным, увеличения крутящего момента и состоящий из одной или несколь­ких механических передач, помещенных в общем закрытом корпусе. Общее передаточное число редуктора м0бЩ = иб/ит, где т и ит — соот­ветственно частоты вращения быстроходного Б (входного) и тихо­ходного Т (выходного) валов, с-'.

По числу передач, входящих в редуктор, различают одно-, двух - и многоступенчатые редукторы. Одноступенчатые цилиндрические редукторы (рис. 1.7, а) позволяют получать передаточные числа м<10, двухступенчатые (рис. 1.7, б—г) — м<60, трехступенчатые (рис. 1.7, д) — и > 60, одноступенчатые конические редукторы (рис. 1.7, е) — м<6,3, одноступенчатые червячные (рис. 1.7, ж) — и > 30. Для получения больших передаточных чисел и передачи дви­жения между пересекающимися быстроходным и тихоходным вала­ми применяют комбинированные редукторы, включающие различ­ные виды передач — коническо-цилиндрические (рис. 1.7, з), червячно-зубчатые (рис. 1.7, и), планетарные и др.

В механических трансмиссиях строительных машин широко ис­пользуют зубчатые редукторы с переменным передаточным числом (коробки перемены передач), позволяющие ступенчато изменять скорость и крутящий момент выходного вала и направление его

ворачивается ролик 5. через который происходит зацепление цепи с зубом звездочки. Втулочная цепь не имеет роликов. Роликовые и втулочные цепи применяют при скоростях до 20 м/с. Зубчатая цепь (рис. 1.9, в) состоит из набора шарнирно соединенных между собой пластин двух видов с двумя зубообразными выступами 9, торцевые поверхности которых зацепляются с зубьями звездочки, и направ­ляющих 10 без зубьев. Зубчатые цепи отличаются плавностью рабо­ты и применяются при скоростях более 20 м/с. Многорядные цепи (рис. 1.9, г) позволяют передавать большие нагрузки. Каждая цепь характеризуется шагом р (мм), шириной В (мм) и разрушающей на­грузкой (Я). Оптимальное межцентровое расстояние цепной переда­чи (мм) составляет а - (30...50)/;. Передаточное число цепных пере­дач и = zdz < 8. в тихоходных передачах допускается и <15. Скорость цепи (м/с):

v=»z/?/1000.

где ~ — число зубьев звездочки; п — частота вращения звездочки, с 1.

Со скоростью цепи связаны действующие на нес динамические нагрузки. Скорость цепных передач, применяемых в строительных машинах (грузовые, тяговые и приводные цепи), не превышает 10...15 м/с. По сравнению с ременными, цепные передачи способны передавать значительно большие нагрузки, обеспечивают постоян­ное передаточное число, надежно работают при малых межосевых расстояниях, уменьшают нагрузки на валы и опоры. Недостатки — высокая стоимость, шум при работе, небольшая долговечность.

Для преобразования вращательного движения в возвратно-по - ступательное и наоборот применяют реечный, винтовой, кривошип- но-ползунный, эксцентриковый и кулачковый механизмы.

Реечный механизм (рис. 1.10, а) состоит из цилиндрического зуб­чатого колеса и зубчатой рейки, находящихся в зацеплении друг с другом. Если ведущим элементом является колесо, то вращательное движение преобразуется в поступательное, если рейка — поступа­тельное во вращательное. Этот механизм применяется в реечном домкрате, станках и др.

Винтовой механизм (рис. 1.10. и) состоит из сопряженных винта и гайки, каждый из которых может получать поступательное движе­ние по трем различным схемам:

• вращение неподвижной гайки позволяет поступательно пере­мещаться свободному винту в осевом направлении;

• при вращении закрепленного винта внутри лишенной возмож­ности вращения гайки последняя получит поступательное движение;

• вращение винта относительно неподвижной гайки дает посту­пательное перемещение винту.

Применяется в винтовых домкратах, станках и др.

Кривошипно-ползунный механизм (рис. 1.10, г) состоит из криво­шипа 1, шатуна 2, ползуна 3, неподвижной опоры 4 и может преоб­разовывать вращательное движение кривошипа в возвратно-посту - пательное ползуна (поршневой компрессор), а возвратно-поступа - тельное движение ползуна во вращательное движение кривошипа (двигатели внутреннего сгорания).

Эксцентриковый механизм (рис. 1.10, в) является разновидностью кривошипно-ползунного, но может преобразовывать только враща­тельное движение в возвратно-поступательное. Особенностью этого механизма является эксцентрик (диск), у которого ось вращения не совпадает с его геометрической осью, расстояние между этими ося­ми называют эксцентриситетом. Во время работы эксцентрику 1 сообщается вращение вокруг неподвижной оси 0. При этом его геометрическая ось О описывает дугу окружности, радиус которой равен величине эксцентриситета е. Обойма 2 перемещается относи­тельно эксцентрика и через шатун 3 сообщает ползуну 4 возврат­

но-поступательное движение. Такой механизм применяется в кам­недробилках, прессах и др.

Кулачковый механизм (рис. 1.10, д) в общем случае состоит из опоры 1, штанги 2 с роликом 3 на ее конце для перекатывания по вращающемуся (ведущему) кулачку 4. При вращении кулачка штан­га совершает возвратно-поступательное движение и называется тол­кателем I. В случае вращательного движения штангу называют ко­ромыслом II. Эти механизмы используют в двигателях, топливных насосах и др.

Оси, валы, подшипники, муфты. Оси и валы представляют собой стержни различных сечений, на которых устанавливаются вращаю­щиеся детали. Их изготовляют из стального проката, поковок и штамповок, а в некоторых случаях из высокопрочного чугуна с дальнейшей обработкой на металлорежущих станках.

1. Оси предназначены для поддержания деталей и узлов, вра­щающихся вместе с ними или относительно их (ось блока, барабана, ходового колеса) (рис. 1.11, я).

2. Валы служат для передачи крутящего момента и вращаются вместе с закрепленными на них деталями (зубчатые колеса, шкивы, звездочки, маховики, барабаны и т. п.). Различают валы прямые (рис. 1.11, б), коленчатые (рис. 1.11, в) и гибкие (рис. 1.11, г). Наи­более распространены прямые валы, которые часто изготовляют заодно с червяком или зубчатой шестерней, если их диаметры примерно равны. Коленчатые валы служат в основном для преоб-

При действии на ось нагрузок в различных плоскостях определя­ют результирующий изгибающий момент

где МгиМв — изгибающие моменты в горизонтальной и вертикаль­ной плоскостях.

Валы рассчитывают на совместное действие изгиба и кручения:

<Ц/їЬМпр/[сти],

где d — диаметр вала, мм; Мпр — приведенный момент, Н м.

где Мкр — крутящий момент в опасном сечении вала. Для валов, работающих только на кручение,

<Ц/5М* р^кД

где [ткр] — допускаемое напряжение на кручение ([ткР]=0,5[<ти]).

Детали, составляющие машину, связаны между собой подвиж­ными и неподвижными связями. Наличие подвижных связей, к ко­торым относятся различного рода шарниры, подшипники и зацепления, определяется кинематической схемой машины. Непод­вижные связи позволяют разбирать машину на узлы и детали, уп­ростить изготовление машины, ее сборку, разборку, ремонт, транспортировку и т. д. Неподвижные связи называют соединения­ми и делят на неразъемные и разъемные. Неразъемные соединения (заклепочные, сварные, клеевые и т. п.) при разборке частично или полностью разрушаются и становятся непригодными для повтор­ного использования. Разъемные соединения (резьбовые, клеммо - вые, клиновые, штифтовые, шпоночные, шлицевые и профильные) разбираются без разрушения скрепляющих элементов. Благодаря этому соединяющие и соединяемые детали могут применяться не­однократно.

Рассмотрим основные виды разъемных соединений деталей ма­шин.

Шпоночные и зубчатые (шлицевые) соединения служат для скреп­ления вращающихся деталей (шкивов, зубчатых колес, барабанов, муфт и т. п.) на осях и валах и для передачи крутящего момента. Ос­новным элементом шпоночного соединения является призматиче­ская, сегментная или клиновая шпонка. Клиновые шпонки удержива-

где МКр — крутящий момент; d — диаметр вала; b, h, /р — соответст­венно ширина, высота и рабочая длина шпонки.

Если расчет показывает, что шпонка перенапряжена, то устанав­ливают две (под углом 180°) или три (под углом 120°) шпонки.

В зубчатых (шлицевых) соединениях (рис. 1.15) наружные зубья, выполненные заодно с валом, входят в пазы между внутренними зубьями отверстия ступицы. Форма зубьев может быть прямобочной (рис. 1.15, а), эвольвентной (рис. 1.15, б) и треугольной (рис. 1.15, в). Зубчатые соединения бывают неподвижными и подвижными, позво­ляющими установленной детали перемещаться вдоль оси вала. По сравнению со шпоночными эти соединения способны передавать больший крутящий момент и обеспечивают более точное центриро­вание ступицы детали на валу. Число шлиц и их размеры принима­ют в зависимости от диаметра вала по ГОСТу.

Шлицевые соединения проверяют расчетом шлиц на смятие (по типу шпоночных соединений).

Профильные соедине­ния обеспечивают соеди­нение деталей посредст­вом взаимного контакта по некруглой поверхно­сти, которая может распо­лагаться как параллельно

оси вала (квадрат, тре - Рис. 1.15. Зубчатые соединения

угольник и т. п.), так и на­клонно к ней (конусная поверхность)

Эти соединения надежны, но сложны в изготовлении.

3. Подшипники являются опорами валов и вращающихся осей. По виду трения их делят на подшипники качения и сколь­жения.

Подшипники качения состоят из внутренних и наружных опор­ных колец с дорожками качения, по которым перекатываются ша­рики или ролики различной формы. Для обеспечения нормальной работы подшипников шарики или ролики равномерно перемещают­ся по дорожкам качения в сепараторах. В некоторых подшипниках сепаратор отсутствует. Подшипники качения характеризуются не­значительными моментами сил трения, нагревом, расходом смазоч­ных материалов, габаритами, а также удобством и простотой обслу­живания.

По конструкции колец подшипники делят на закрытые (рис. 1.16, б) и открытые. Роликоподшипники изготовляют с цилин-

35

дрическими короткими (рис. 1.16, д, ж, з), длинными, витыми, боч­кообразными (рис. 1.16, ж), коническими (рис. 1.16, е) и игольчаты­ми (длинными малого диаметра) роликами. По числу дорожек качения подшипники разделяют на однорядные, двухрядные (рис. 1.16, г, ж) и многорядные (рис. 1.16. з). В последних шарики или ролики располагаются в шахматном порядке со смещением их в рядах относительно друг друга.

По направлению воспринимаемой нагрузки подшипники делят на радиальные, радиально-упорные (рис. 1.16, 6, е) и упорные (рис. 1.16, в). Наиболее распространены радиальные несамоуста - навливающиеся однорядные (рис. 1.16, а, д) и самоустанавливаю - щиеся многорядные (рис. 1.16, г, ж, з) шариковые и роликовые подшипники, которые воспринимают радиальные и небольшие осевые нагрузки. Радиально-упорные и упорно-радиальные неса- моустанавливающиеся (рис. 1.16, б, ё) шариковые и роликовые од­норядные подшипники воспринимают радиальную и односторон­нюю осевую нагрузки. Упорные несамоустанавливающиеся под­шипники (рис. 1.16, в) воспринимают только осевую нагрузку. Рас­чет этих подшипников ведется на долговечность по динамической грузоподъемности.

Подшипники скольжения (рис. 1.17) в общем случае состоят из корпуса 2 и установленных в нем вкладышей 1, на которые опира­ются цапфы осей или валов. Форма рабочих поверхностей подшип­ников соответствует форме цапф вала. Корпус подшипников выпол­няют из чугуна, реже из стали. Вкладыши изготовляют из антифрикционных материалов (баббитов, свинцовистых бронз, чу - гунов, металлокерамики, пластмасс и др.), которые заливают или наплавляют на стальную, чугунную или бронзовую основу.

По направлению действия нагрузок подшипники делят на ради­альные, радиально-упорные и упорные. При вращении оси или вала в подшипнике цапфа скользит по его внутренней поверхности. Что­бы уменьшить трение, износ, нагрев и повысить КПД, трущиеся по­верхности смазывают. По конструкции подшипники скольжения разделяют на неразъемные и разъемные. В первом случае вкладыши изготовляют в виде втулок (рис. 1.17, а), которые запрессовывают или крепят с помощью винтов к неразъемным корпусам. В разъем­ных подшипниках (рис. 1.17, 6} устанавливают обычно два вкла­дыша.

Расчет подшипников скольжения ведется по среднему давлению, создаваемому между цапфой и вкладышем.

Подшипники скольжения применяют в быстроходных валах, валах большого диаметра и сложной конфигурации, при установ­ке которых они должны разъединяться; при ударных и вибраци­онных нагрузках, в воде, агрессивных средах и при большом загрязнении.

4. Муфты представляют собой устройства, соединяющие валы, оси, стержни, трубы, канаты и т. д. Рассмотрим муфты для соедине­ния валов. Они различаются между собой по конструкции, назначе­нию, принципу действия и управления.

По назначению муфты служат для:

• соединения двух валов, расположенных на одной геометриче­ской оси или под углом друг к другу;

• соединения вала с зубчатым колесом, шкивом ременной пере­дачи и другими деталями;

• компенсации несоосности валов, что вызвано неточностью из­готовления или монтажа;

• включения и выключения одного из валов при постоянном вращении другого;

• предохранения узла или машины от перегрузки;

• уменьшения динамических нагрузок;

• обеспечения возможности одному из валов перемещаться вдоль оси и т. д.

По принципу действия муфты делят на механические (основные муфты в строительных машинах), электрические и гид­равлические.

По виду управления механические муфты подразделяют на неуправляемые (постоянно действующие), управляемые (сцеп­ные), автоматические и специальные. Наиболее распространенные неуправляемые муфты делят на жесткие, компенсирующие самоус - танавливающиеся и упругие.

Жесткие муфты предназначены для жесткого соединения соос­ных валов и выполняются неразъемными (втулочные) и разъемными (фланцевые с плоскостью разъема, расположенной параллельно или перпендикулярно оси вала). Втулочная муфта состоит из втулки, за­крепляемой на концах валов с помощью штифтов (рис. 1.18, а), шпонок (рис. 1.18, б) и шлиц. Они просты в изготовлении, но требу­ют точного совмещения осей валов и осевого перемещения одного или обоих валов при сборке или разборке. Фланцевые муфты (рис. 1.18, в) состоят из двух полумуфт, соединенных болтами. В муфтах, где болты ставятся с зазором (вариант I), крутящий мо­мент передается под воздействием момента трения, создаваемого за­тяжкой болтов, работающих на растяжение. Муфты, в которых бол­ты ставятся без зазора и работают на срез (вариант II), способны передавать большие моменты и применяются для соединения валов диаметром до 200 мм.

Компенсирующие самоустанавливающиеся муфты применяют для соединения валов, имеющих некоторые неточности взаимного расположения геометрических осей, вызванные погрешностями изготовления, монтажа, а также упругими деформациями валов. К ним относят зубчатые муфты (рис. 1.18, г), состоящие из двух по­лумуфт с наружными зубьями и наружной обоймы с внутренними зубьями. Полумуфты устанавливают на концах валов, а их зубья сцепляют с зубьями обоймы. Зубчатые муфты за счет смещения со-

пряженных зубьев компенсируют осевые, радиальные и угловые смещения валов. Эти же функции выполняют и цепные муфты (рис. 1.18, ж), состоящие из двух полумуфт в виде одинаковых цеп­ных звездочек, которые одновременно охватывает однорядная, двухрядная роликовая или зубчатая цепь. Широкое применение имеют кулачково-дисковые, крестовые муфты, состоящие из двух по­лумуфт с прямоугольными пазами и среднего (плавающего) диска с крестообразно расположенными выступами (рис. 1.18, д), а также муфты со скользящим вкладышем (рис. 1.18, е). К недостаткам крестовых муфт относятся ограниченная скорость вращения и быст­рый износ пазов полумуфт. Для соединения валов, наклоненных друг к другу под углом 45°, служат шарнирные муфты. Они разделя­ются на одинарные, состоящие из двух полумуфт-вилок, соединен­ных с помощью двух взаимно перпендикулярных шарниров (рис. 1.18, з), и сдвоенные, позволяющие передавать вращение между па­раллельными и наклонными валами (рис. 1.18, и). При необходимо­сти осевого смещения валов во время работы их соединяют шарнир­ной сдвоенной муфтой с телескопическим промежуточным валом.

Упругие муфты предназначены для уменьшения динамических нагрузок, передаваемых через соединяемые ими валы, а также для

компенсации неточности расположения соединяемых валов. Разли­чают муфты с неметаллическими (резина) и металлическими (сталь­ные витые и пластинчатые пружины, пакеты пластин и пружин) уп­ругими элементами. К первым относятся втулочно-пальцевая муфта (подобна по конструкции жесткой фланцевой муфте с установкой на болтах одной из полумуфт резиновых втулок) (рис. 1.19, а), муфта с резиновой звездочкой (рис. 1.19, б), муфта с упругой торообразной оболочкой (рис. 1.19, в) и т. п. Муфты с металлическими упругими элементами применяют для передачи больших крутящих моментов, они имеют незначительные габариты, долговечны, но сложны и до­роги в изготовлении.

Управляемые или сцепные муфты служат для соединения и разъе­динения валов в процессе работы машины с помощью механическо­го, электрического, пневматического или гидравлического механиз­ма управления. Различают муфты, в которых для передачи движения используется зацепление (кулачковые и зубчатые) и тре­ние (фрикционные). Кулачковые и зубчатые муфты применяют для сцепления валов с практически равными угловыми скоростями. Ку­лачковая муфта (рис. 1.20, а) состоит из двух полумуфт — непод­вижной, жестко закрепляемой на одном валу, и подвижной, имею­щей возможность перемещаться по направляющим шпонкам или шлицам вдоль оси другого вала при включении или выключении. На торцовых поверхностях полумуфт расположены кулачки тре­угольного, трапецеидального или прямоугольного профиля, входя­щие в зацепление в рабочем положении. При несимметричном про-

филе кулачков муфта является нереверсивной. Зубчатая сцепная муфта подобна по конструкции зубчатой компенсирующей муфте, но у нее наружная обойма выполняется подвижной.

Фрикционные муфты служат для осуществления плавного со­единения и разъединения нагруженных валов, которые могут вра­щаться с различными угловыми скоростями. В зависимости от формы рабочих поверхностей эти муфты разделяют на дисковые (одно - и многодисковые) (рис. 1.20, б), конусные (с одинарным или двойным конусом, рис. 1.20, в) и цилиндрические (колодочные, ленточные, пневмокамерные и др.) (рис. 1.20, г). Соединение валов обеспечивается силой трения между рабочими поверхностями не­подвижных 1 и подвижных 2 полумуфт. При перегрузках между полумуфтами возможна пробуксовка, что позволяет использовать их как предохранительное устройство. Сцепляющиеся поверхности муфт изготовляют из закаленной стали, чугуна, текстолита и ме­таллокерамики. Муфты могут работать со смазкой, которая уменьшает износ рабочих поверхностей и улучшает их разъедине­ние под нагрузкой. При работе без смазки рабочую поверхность одной из полумуфт покрывают заменяемыми после изнашивания фрикционными накладками из металлокерамики или на асбесто­вой основе, имеющими высокий коэффициент трения (/=0,3...0,4). К фрикционным также относят электромагнитные дисковые и по­рошковые муфты с пневматическим и гидравлическим управле­нием.

Для включения различных механизмов строительных машин применяют специальные ленточные и пневмокамерные фрикцион­ные муфты.

Ленточные муфты ис­пользуют для включения барабанов лебедок. Основ­ным элементом таких муфт является стальная лента с, прикрепленными к ней

iMjur фрИКЦИОННЫМИ накладка-

1' Масло

ми. расположенными внут­ри или снаружи фрнкцион - 7 ного шкива. В ленточной

муфте наружного типа (рис. 1.21 У шкив 7. жестко соединенный с барабаном 8 лебедки, охватывается сна­ружи лентой 3 с фрикцион­ными накладками. Барабан свободно вращается на валу 9, получаю­щим вращение от двигателя. Один конец ленты шарнирно соединен с крестовиной 2. жестко закрепленной на валу, а другой — с дву­плечим рычагом 4, поворот которого относительно крестовины осу­ществляется гидравлическим или пневматическим цилиндром 6 од­ностороннего действия. При подаче сжатого воздуха или масла по трубопроводу 1 в цилиндр, поворачиваемый его штоком рычаг за­тягивает ленту относительно шкива, и под действием сил трения вместе с крестовиной начинает вращаться барабан лебедки. Муфта выключается при снятом давлении в цилиндре возвратной пружи­ной 5, возвращающей рычаг в исходное положение.

Пневмокамерные фрикционные муфты применяют для управле­ния лебедками подъема ковша (груза), стрелы и механизмов реверса одноковшовых строительных экскаваторов и стреловых самоход­ных кранов, для включения привода рабочего органа траншейных экскаваторов и т. п. Основным элементом пневмокамернон муфты

(рис. 1.22) является пневмокамс - ра 7, выполненная из резины и уп­рочняющих тканевых прокладок. Пневмокамера помещена внутри желоба обоймы 6, ступица 9 кото­рой жестко закреплена на валу К). На этом же валу свободно враща­ется барабан 1 лебедки, с которым выполнен заодно шкив 2 муфты. Пневмокамера связана с компрес­сором через воздуховод 8 и вра­щающееся соединение, располо­женное на валу. При подаче сжатого воздуха под давлением
0,5...0,7 МПа пневмокамера расширяется и прижимает колодки 5 с фрикционными накладками 3 к внутренней поверхности шкива, пе­редавая крутящий момент барабану лебедки. При выключении муф­ты колодки возвращаются в исходное положение под воздействием пластинчатых пружин 4.

К достоинствам таких муфт относятся плавность включения и отсутствие необходимости их регулировки. Недостатком является недолговечность камер.

Автоматические самоуправляемые муфты делят на центробеж­ные, обгонные и предохранительные.

Центробежные муфты используют для автоматического соеди­нения или разъединения валов при достижении ведущим валом за­данной частоты вращения. Они представляют собой фрикционные муфты, сцепляющиеся и расцепляющиеся под действием центробеж­ных сил.

Обгонные муфты служат для передачи крутящего момента толь­ко в одном направлении и соединяют вал в том случае, когда ско­рость ведущего вала превысит скорость ведомого. Ведомый вал мо­жет свободно обгонять ведущий. Различают храповые и фрикционные обгонные муфты. Храповые муфты применяют редко в связи с резкими ударами при включении. Поэтому чаще использу­ют бесшумные фрикционные шариковые или роликовые муфты. Та­кие муфты (рис. 1.23, а) состоят из звездочки специальной конструк­ции 1 и обоймы (или шестерни) 2, представляющих собой две полумуфты, и шариков или роликов 3, которые расположены в па­зах звездочки. Шарики (ролики) удерживаются в постоянном кон­такте с обоймой пружиной 5 с толкателем 4. Если ведущей является звездочка, соединение валов происходит только при вращении ее по часовой стрелке, а если ведущей является обойма (или шестерня), — против часовой стрелки. При обгоне звездочкой обоймы она сдви­гается относительно обоймы по часовой стрелке, при этом шарики устремляются в сужаю­щуюся часть паза и за­клиниваются между по - лумуфтами. В случае противоположного вра­щения одной из ведущих полумуфт шарики пере­мещаются в широкую часть пазов и происхо­дит разъединение валов.

Предохранительные муфты применяют для защиты машины от пере­грузок. Различают муф - Рис. 1.23 Автоматические муфты

ты с разрушаемыми и неразрушаемыми элементами. Наиболее рас­пространенной является муфта с одним или двумя срезными штифтами, передающими крутящий момент от одной полумуфты к другой. При перегрузке штифты срезаются, разъединяя полумуфты. Муфты с неразрушаемыми элементами подразделяют на кулачко­вые (рис. 1.23, о), шариковые и фрикционные (рис. 1.23, в). Одна по - лумуфта таких муфт соединена с валом жестко, а другая является подвижной и прижимается к первой пружинами. При перегрузках происходит разъединение полумуфт за счет сжатия пружин. Эти муфты не имеют механизма управления и применяются при неболь­ших скоростях и моментах, но частых И" кратковременных перегруз­ках. Функции предохранительных муфт выполняют также управляе­мые фрикционные муфты, отрегулированные на передачу предельного момента.