Портал о строительстве и ремонтных работах

Архивы за Сентябрь 2014

Появление зубчатой передачи относится к глубокой древности. Из­готавливались они тогда из дерева. Меньшее колесо имело шесть стерж­ней (окружность легко делится на шесть частей), откуда и пошло название шестерня, а большое колесо получило название зубчатого.

Эти названия сохранились в русской технической терминологии и до настоящего времени.

Колеса зубчатых передач в зависимости от расположения их гео­метрических осей могут быть цилиндрическими, коническими или вин­товыми.

Передача цилиндрическими колесами (рис. 2.11, а) применяется при параллельном расположении осей, коническими (рис. 2.11, б) — при пересекающихся осях и винтовыми (рис. 2.11, в) — при перекрещи­вающихся. Передачи цилиндрическими колесами могут быть внешнего (рис. 2.11, а) и внутреннего зацепления (рис. 2.11, г) В первом случае зубчатые колеса вращаются в противоположные стороны, а во втором — в одну и ту же.

Рис. 2.11. Виды зубчатых передач: а — цилиндрическая внешнего зацепления; б — коническая; в — винтовая; г — цилиндрическая внутреннего зацепления

а

6

6

г

Во всех случаях вращение ведущего зубчатого колеса преобразует­ся во вращение ведомого зубчатого колеса через нажатие зубьев перво­го на зубья второго.

Профиль зубьев обычно выполняется по эвольвенте, очертание ко­торой обеспечивает равномерное вращение колес, а следовательно, и по­стоянное передаточное число.

Эвольвентное зацепление показано на рис. 2.12. Окружности, про­веденные из центров зубчатых колес и катящиеся одна по другой без скольжения, называются начальными.

Рис. 2.12. Эволъвентное зацепление: а — цилиндрическими колеса­ми; б — реечное зубчатое; 1 — профиль зуба; 2 — линия зацепления;

3 — ножка; 4 — впадина; 5 — головка; 6 — межосевая линия;

7 — окружность впадин; 8 — начальная окружность; 9 — окруж­ность выступов; 10 — прямая выступов; 11- прямая впадина;

12 — начальная прямая.

Окружность, проведенная по вершинам зубьев, называется окруж­ностью выступов, а окружность, описанная по впадинам, называется ок­ружностью впадин.

Части зубьев между начальной окружностью и окружностью выс­тупов называются головками зубьев, а нижние части, между начальной окружностью и окружностью впадин — ножками зубьев.

Расстояние между одноименными точками двух соседних зубьев, изме­ренное по дуге начальной окружности, называется шагом зацепления.

Основным параметром зубчатого зацепления является величина, называемая модулем зацепления. Измеряется модуль в миллиметрах и представляет собой отношение шага зацепления к числу л:

т — — — (2.16)

л

Длина начальной окружности равна произведению шага на число зубьев:

nd = tz, (2.17)

отсюда диаметр начальной окружности

d= — z = mz (2.18)

л

Высота головки зуба h в стандартном зацеплении равна т. Поэто­му диаметр окружности выступов, то есть наружный диаметр колеса,

D = т(г+ 2).

Высота ножки зуба h2 для обеспечения зазора между головкой зуба и дном впадины делается больше модуля и зависит от точности изготов­ления зубчатого колеса или шестерни.

Обычно высота ножки зуба h2 = 1,25т.

Качение колес зубчатой передачи происходит без проскальзывания, отсюда

. d7 z2

(2.19)

то есть передаточное число зубчатой пары равно отношению числа зу­бьев ведомого колеса к числу зубьев шестерни.

Для преобразования вращательного движения в поступательное (например, реечный домкрат) часто используют зубчатое зацепление, у которого радиус колеса бесконечно велик. Такое зацепление показано на рис. 2.12, а и носит название реечного зубчатого. В нем зацеплении начальная окружность шестерни перекатывается без скольжения по на­чальной прямой рейке; эвольвента зубьев приобретает прямолинейную форму, а зубья получают форму трапеции с углом наклона боковых сто­рон, равным углу зацепления.

Все цилиндрические зубчатые передачи обладают постоянством передаточного числа, компактностью и большим диапазоном передавае­мых мощностей. Коэффициент полезного действия этих передач зависит от точности и чистоты поверхности зубьев, а также от способа смазки и находится для закрытых передач в пределах г)= 0,97-0,99.

Для передачи вращающего момента между валами, оси которых пе­ресекаются под углом, применяются конические передачи.

Наибольшее распространение имеют передачи с межосевым уг­лом 8 = 90° (рис. 2.12, б). Зубья конических колес могут быть пря­мыми, косыми или криволинейными. Их профили выполняются так­же по эвольвенте, но сечение зуба уменьшается по мере приближе­ния к вершине конуса. Поэтому шаг и модуль зуба по его длине меняются, имея наибольшее значение на максимальных диаметрах начальных конусов.

Передаточное число пары конических зубчатых колес определяет­ся так же, как и в цилиндрических колесах:

со, d, г,

г=77 = Т= (2.20)

о)2 a, z.

При работе конической зубчатой передачи всегда возникают значи­тельные осевые усилия, которые должны быть восприняты опорами. Естественно, это вызывает дополнительные потери на трение, из-за кото­рых КПД конических передач несколько ниже, чем цилиндрических: Г] равен 0,94….0,96.

При необходимости получения большого передаточного числа в передаче крутящего момента между скрещивающимися валами применя­ются передачи, которые носят название червячных (рис. 2.13).

Рис. 2.13. Червячная передача: 1 — червяк; 2 — червячное колесо.

Червячная передача представляет собой зубчато-винтовую переда­чу и состоит из червяка — винта с трапецеидальной резьбой — и червяч­ного колеса — косозубого колеса с зубьями специальной формы.

При вращении червяка его витки, находящиеся в контакте с зубьями колеса, давят на них и заставляют поворачиваться колесо. Для обеспечения постоянного и равномерного движения необходимо, чтобы осевой шаг червя­ка был равен торцевому шагу червячного колеса. В этих передачах за каждый оборот червяка колесо поворачивается на один зуб при однозаходной резьбе, на два зуба — при двухзаходной резьбе и т. д. С помощью таких передач можно получить передаточное число больше 200 (обычно — 50-60).

Передаточное число червячной передачи

г = — = — ’ (2.21) z„ пк

где z — число заходов червяка; г — число зубьев колеса; п — число оборотов червяка; п — число оборотов колеса.

Возможность получения большого передаточного числа, компакт­ность, плавность и бесшумность являются неоспоримыми достоинствами червячной передачи.

Существенный ее недостаток — низкий коэффициент полезного действия г равный 0,7-0,75. Постоянно работающая червячная пара по­требляет значительную мощность, выделяет большое количество тепла и требует обязательного интенсивного охлаждения. Этим объясняется сравнительно редкое применение червячных передач особенно в меха­низмах, передающих большие мощности.

Червячные передачи обычно отличаются свойством самоторможе­ния. Это свойство используется в грузоподъемных устройствах. Если бы привод барабана, с помощью которого поднимается груз, имел, на­пример, зубчатую передачу, то пришлось бы устанавливать тормозное устройство, чтобы груз не опускался. При наличии самотормозящейся червячной передачи обратного движения быть не может.

Если необходимо получить большие передаточные числа, обычно прибегают к многоступенчатым зубчатым передачам в основном с цилиндрическими зубчатыми парами. Такие многоступенчатые переда­чи называются редукторами. Редукторы выпускаются промышленнос­тью как самостоятельные изделия. Они стандартизированы и могут быть установлены в любой машине в соответствии со своими пара­метрами. Редукторы выпускаются одно-, двух-, трех — и многоступенча­тыми с различными зубчатыми передачами (цилиндрическими, червяч­ными, коническо-цилиндрическими и т. д.). Основными параметрами ре­дукторов являются передаваемая мощность, передаточное число и ско — ростьювращения ведущего вала.

В редукторах передачи располагаются внутри корпусов специаль­ной конструкции. Нижняя часть корпуса редуктора обычно заполняется маслом, уровень которого контролируется. При вращении колес часть из них, окунаясь в масляную ванну редуктора, поднимает масло и разбрыз­гивает его, обеспечивая смазку трущихся поверхностей.

Корпусы редукторов снабжаются опорными лапами для крепления к фундаментам или рамам, или рым-болтами для монтажа и ребрами для увеличения теплоотдачи и жесткости.

Ременная передача состоит из ведущего и ведомого шкивов, распо­ложенных на некотором расстоянии друг от друга и соединенных между собой натянутым бесконечным ремнем на них (рис. 2.10, а). Благодаря трению, развиваемому между ремнем и шкивами, вращение ведущего шкива передается ведомому.

В зависимости от формы поперечного сечения ремней различают плоскоременные (рис. 2.10, б), клиноременные передачи (рис. 2.10, в) и передачи круглым ремнем (рис. 2.10, г).

6

г

б

Рис.2.10. Ременная передача.

Клиновые ремни в сечении имеют форму трапеции, которая своими боковыми поверхностями касается боковых поверхностей канавок шки­ва. Глубина канавки делается больше высоты сечения ремня, чтобы между нижним основанием сечения ремня и дном канавки был зазор. Этим обеспечивается заклинивание ремня в канавке, увеличивается сцепле­ние, а следовательно, и тяговая способность передачи. Клиноременная передача обладает плавностью и бесшумностью, малыми габаритами и возможностью передавать большие усилия вследствие параллельной установки необходимого количества ремней. Кроме того, как и всякая ременная передача, клиноременная предохраняет механизм от перегруз­ки за счет эластичности ремней и возможности их проскальзывания. В то же время свойство клиноременной передачи исключает постоянство передаточного числа и практически исключает возможность передавать очень большие мощности.

Различное натяжение ведущей и ведомой ветви ременной передачи приводит к обязательному упругому проскальзыванию ремня относительно шкива, из-за чего передаточное число этой передачи имеет следующий вид:

. _ Щ _ ni _ D2

1 а>2 п2 D,(l-£) (2.15)

где /}, и D2 — диаметры ведущего и ведомого шкивов; є — коэффициент

скольжения, зависящий от упругости и степени натяжения ремня.

При применении стандартных резинотканевых клиновых ремней коэф­фициент скольжения колеблется от 0,01 до 0,02.

Передачей называется устройство, предназначенное для передачи механической энергии на расстоянии. В зависимости от способа переда­чи энергии различают передачи механические и передачи с преобразо­ванием энергии (гидравлические, электрические и пневматические). В строительных и дорожных машинах наиболее распространенными явля­ются механические и гидравлические передачи. Передачи не только пе­редают движение, но изменяют скорость, а иногда характер и направле­ние движения.

В каждой передаче тело, которое передает мощность, называется ведущим, а тело, которому передается эта мощность, ведомым.

В зависимости от способа передачи движения от ведущего тела вращения ведомому различают передачи трением с непосредственным контактом тел вращения и зацеплением, а также передачи с гибкой свя­зью (рис. 2.9). Передачи трением с непосредственным контактом тел вращения носят название фрикционных (рис. 2.9, а), а с гибкой связью — ременных (рис. 2.9, б).

Передачи зацеплением при непосредственном контакте могут быть зубчатыми (рис. 2.9, в) или червячными (рис. 2.9, г), а с гибкой связью — цепными (рис. 2.9, д).

Основным параметром любой передачи является передаточное число, под которым понимают отношение угловой скорости ведущего тела пе­редачи к угловой скорости ее ведомого тела или соответствующее отно­шение чисел оборотов:

. п

=_ (27) со2 п2

При і > 1 ведомый вал передачи вращается медленнее ведущего, а при — і < 1 наоборот^Зыстрее ведущего. В строительных машинах в большинстве применяются в большенстве передачи, у которых і > 1, то есть замедляющие. Это необходимо для уменьшения скорости движения рабочего органа машины при больших угловых скоростях вала двигате­ля или для увеличения крутящего момента.

Рис. 2.9. Механические передачи: а — фрикционная; б — ременная; в — зубчатая; г — червячная; д — цепная.

Во многих случаях одной парой тел вращения нельзя обеспечить требу­емое передаточное число. Тогда применяют ряд последовательно соединен­ных передач — так называемую многоступенчатую передачу, в которой ведо­мый вал первой пары является ведущим для второй и т. д.

Общее передаточное число такой передачи равно произведению передаточных чисел отдельных ступеней: для трехступенчатой передачи его можно записать как:

. … «л. ".

h6m=hhh =———————————————————————— (2.8)

ft), С02 ft)3

Здесь г; — передаточное число ременной передачи; г2, i3 — переда­точные числа первой и второй пары зубчатых колес.

В замедляющих передачах крутящий момент на ведомом валу все­гда больше, чем на ведущем, так как снижение скорости обеспечивает увеличение силы.

Как известно из теоретической механики, для одного и того же вала крутящий момент М, передаваемая мощность N и угловая скорость свя­заны зависимостью:

N

— (2.9)

(О

Для первого вала эту зависимость можно записать как М{ — Nx/cov для второго — М2 = N2/а>2 и т. д.

Разделив второе выражение на первое, получим:

М2 г, N2 ®1

Мх~ Щ(02’нш 2“ 1 Nt’co2 (2.10 и 2.11)

Очевидно, отношение Nj N і представляет собой коэффициент по­лезного действия передачи г], а 0)х/со2 — передаточное число.

Следовательно,

М

Мг =Ml-T]i, a Мх= —- (2.21 и 2.13)

і Г]

Для многоступенчатой передачи это можно записать следующим образом:

Мп =М, 1о6щ %6щ’ (2.14)

где £общ и ^общ представляют собой соответственно передаточное число и коэффициент полезного действия всех ступеней передачи.

Следовательно, в замедляющих передачах на каждом последую­щем валу крутящий момент будет возрастать, а мощность, вследствие потерь на трение в подшипниках и в самой передаче, уменьшаться.

Основными неразъемными соединениями, применяемыми в строи­тельно — дорожных машинах, являются сварные соединения.

Наиболее распространенные способы получения — электрическая и газовая сварки.

Электрическая сварка бывает дуговой и контактной. В дуговой сварке металл плавится от нагрева его электрической дугой, а в контактной — за счет сопротивления при прохождении тока через стык свариваемых деталей.

Широкое производство специального оборудования, проволоки и флюсов для автоматической сварки и высококачественных электро­дов для ручной сварки позволило применять ее практически во всех случаях неразъемного соединения деталей, выполнявшихся ранее ме­тодом отливки.

Сварные соединения выполняются встык (рис. 2.7, а) , внахлестку (рис. 2.7, б) или с накладками (рис. 2.7, в), в тавр (рис. 2.7, г) и угловыми (рис.2.7, д). Угловые швы разделяются на лобовые, которые располага­ются перпендикулярно к направлению нагрузки (рис. 2.7, б), фланговые, располагающиеся параллельно направлению нагрузки (рис. 2.7, в), и ко­сые, направленные под углом к действующей нагрузке.

г) д)

Рис.2.7. Сварные соединения: а — встык; 6 — внахлестку; в — с накладками; г — в тавр; д — в угол.

Расчет шва сварных соединений на прочность ведется различно в зависимости от типа соединения и вида шва. Для расчета принимают, что действующие усилия распределяются равномерно по длине шва, а напря­жения — равномерно по сечению.

Стыковые швы рассчитывают на растяжение или сжатие. При этом определяется длина шва, которая зависит от действующей растягиваю­щей силы Р, толщина свариваемых деталей S и допускаемого напряже­ния на растяжение.

Исходя из допускаемых напряжений, рассчитывают необходимую длину шва.

, р

Длина стыкового шва ^ j^CTj, а для угловых 1 4 [т J ■ а ’ ^и

где а ~ катет шва; [т] — допускаемое напряжение на срез наплавлен­ного материала.

При сварке тонколистового материала, особенно при ремонт­ных работах, наряду с электросваркой применяется газовая, при ко­
торой металл плавится вследствие прогрева его пламенем газовой горелки.

Для получения неразъемных соединений применяются и заклепоч­ные соединения (рис. 2.8), в которых две или несколько деталей соеди­няются заклепками. Заклепка — круглый стержень с головкой на одном конце. Головка на другом конце образуется при осаживании заклепки.

В процессе осаживания не только формируется головка, но осажи­ваемый металл стержня плотно заполняет отверстие, в котором нахо­дится заклепка. Осаживание может осуществляться холодным способом, если диаметр заклепки не превышает 10 мм, и горячим — при диаметре более 10 мм.

Рис. 2.8. Заклепочные соединения: а — образование заклепочного соединения; б — однорядный шов внахлестку; в — г — однорядный шов встык с двумя накладками; д — двухрядный шов встык с двумя накладками; 1 — заклепка с закладной головкой; 2 — замы­кающая головка; 3 — чекан

Для скрепления деталей, изготовленных из сплавов меди и белой листо­вой стали, применяются неразъемные соединения, получаемые пайкой.

Для скрепления пластмассовых деталей между собой или со стальными применяются неразъемные клееные соединения.

В последнее время в связи с созданием специальных сортов различных клеев применение клееных соединений значительно воз­растает.

Резьбовые соединения относятся к самым распространенным. Ос­новой всякого резьбового соединения является винтовая пара, то есть винт и гайка, соединяющиеся между собой с помощью винтовой поверх­ности резьбы.

Для крепежных деталей резьбовых соединений применяются, как правило, правые однозаходные метрические резьбы треугольного про­филя (рис. 2.1, а).

В резьбовых соединениях труб используют также однозаходные треугольные резьбы, но с другим углом профиля и без зазоров при вер­шине, что увеличивает плотность соединения (рис.2.1, б). В отдельных случаях для соединения маслопроводов и установки масленок применя­ются так называемые конические резьбы, гарантирующие плотность и быстроту соединения.

Витки резьбы при работе винтовой пары (при затяжке гайки или при передаче усилия) нагружены осевой силой, которая стремится смять боковую поверхность витков и изогнуть их или срезать у основания, как это показано на рис. 2.2.

6

а

Рис. 2.1. Профиль треугольной резьбы: а — метрическая резьба; б — трубная резьба; 1 — гайка; 2 — болт; 3 — муфта; 4 — труба.

Опасным сечением самого винта является минимальное, то есть сечение по внутреннему диаметру резьбы dl (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Болтовое соединение под нагрузкой: 1 — болт; 2 — гайка.

Нормальные напряжения s в таких болтах можно определить по формуле (2.1):

_ Р _ 4F I 4Р

[сг], откуда^, (2.1 и 2.2)

где Р — сила, действующая вдоль болта, Н;

F — площадь сечения болта по внутреннему диаметру резьбы, мм2; dt — внутренний диаметр резьбы, мм.

Достаточно прочной будет, очевидно, такая винтовая пара, у кото­рой напряжения от смятия, среза и изгиба резьбы и напряжения от рас­тяжения стержня винта не превышают допустимых. В крепежных резь­бовых деталях (изготавливаемых по ГОСТам) все размеры согласованы для получения равнопрочности. Поэтому, чтобы выбрать крепежную де­таль, достаточно определить из условий прочности на растяжение внут­ренний диаметр стержня и подобрать соответствующую ему стандарт­ную деталь.

По своей конструкции резьбовые крепежные детали делятся на болты, винты, шпильки и гайки.

Болт представляет собой цилиндрический стержень, снабженный на одном конце головкой (обычно шестигранной формы ),а на другом конце резьбой, на которую навинчивается гайка(обычно также шести­гранная). Соединение деталей при помощи болта (болтовое) показано на рис. 2.3, а.

Винтом называют тот же болт, но крепящий детали без гайки за счет ввинчивания его в одну из деталей. Винтовое соединение показано на рис. 2.3, б.

Шпилькой называют цилиндрический стержень, имеющий резьбу на обоих концах. Одним концом шпилька (как и винт) ввинчивается в одну из соединяемых деталей, а на второй ее конец навинчивается гайка. Шпилечное соединение показано на рис. 2.3, в.

Гайкой называется деталь, имеющая отверстие с резьбой и предназ­наченная для закрепления соединяемых деталей. Гайки можно навинчи­вать как на болты и шпильки, так и непосредственно на соединяемые детали, если они имеют для этого соответствующую резьбу.

Резьбовые соединения помимо достаточной прочности должны быть предохранены от самоотвинчивания, которое возможно при знакопере­менных нагрузках и вибрации.

Меньше подвержены самоотвинчиванию мелкие резьбы, имеющие меньший угол подъема винтовой линии, а следовательно, и больший за­
пас самоторможения, но и они нуждаются в предохранении от самоот — винчивания.

Рис. 2.3. Резьбовые крепежные детали: а — болтовое соединение; б — винтовое соединение; в — соединение шпилькой.

а

Предохранительными средствами против самоотвинчивания явля­ются пружинные шайбы, шплинты, стопорящие шайбы, контргайки. Основ­ные устройства против самоотвинчивания показаны на рис. 2.4. Пружин­ная шайба препятствует отворачиванию гайки за счет врезания своих острых кромок в гайку и поверхность соединения детали.

Рис. 2.4. Средства против самоотвинчивания: а — пружинная шайба; б — шплинт; в — фасонная шайба; г — гайка и контргайка

ДОРОЖНО СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ

Шпоночные и шлицевые соединения применяются для пере­дачи крутящего момента между валом и посаженными на него дета­лями (зубчатые колеса, шкивы, звездочки, муфты, барабаны, маховики и т. д.). Соединяемые детали в шпоночных соединениях связываются шпонками.

Шпонка устанавливается в специальный паз, сделанный на валу и в ступице соединяемой с валом детали. По своей форме (рис. 2.5) шпонка может быть клиновой, призматической, сегментной или цилиндрической.

6

а

Рис. 2.5. Шпоночные соединения: а — клиновая шпонка; б — при­зматическая; в — сегментная; г — цилиндрическая

Клиновые шпонки забиваются в паз ударами молотка, что создает напряженное соединение, в котором крутящий момент передается от вала на ступицу деталей за счет сил трения. Такое соединение не толь­ко обеспечивает передачу крутящего момента, но и удерживает деталь на валу в осевом направлении. Однако этот вид соединения, смещая ступицу относительно вала и вызывая перекос и радиальное смещение посаженной на вал детали, нельзя применять, если необходимо точно установить детали.

Призматические, сегментные и цилиндрические шпонки создают не­напряженные соединения, обеспечивают точную установку деталей на валу, но не исключают их осевого смещения. Передача крутящего момента в этих соединениях обеспечивается через боковые грани шпонки. Поэтому эти шпоночные соединения рассчитываются на смятие по боковым поверх­ностям пазов и на срез по поперечному сечению шпонки (или на изгиб).

Для расчета шпонок на смятие принимается, что напряжения асм распределены по всей длине и высоте шпонки равномерно, что равно­действующая сил, действующих на шпонку, приложена на плече, равном d/2 , и что шпонка выступает над поверхностью вала на 0,5 h. Следова­тельно, зная передаваемый крутящий момент М, можно определить на­пряжения смятия осм и среза т :

4 М г — і 2 М г т

°см =——— L°J, xcv =———- М (2 3 и 2.4)

а, ш L Jc„, ср ьм L icp У

где М — передаваемый крутящий момент, Нм; h — высота шпонки, мм; b — ширина шпонки, мм;

I — длина шпонки, мм; d — диаметр вала, мм.

Поперечные сечения шпонок определяются диаметром вала в соот­ветствии с ГОСТом. Поэтому для передачи больших крутящих момен­тов необходимо принимать большую длину шпонки, а иногда и устанав­ливать несколько шпонок на одном валу.

Разновидностью напряженного многошпоночного соединения явля­ется шлицевое. Оно позволяет передавать большие крутящие моменты при небольшой длине ступиц деталей, сидящих на валу.

Для этого типа соединений вал фрезеруют так, что промежутки между пазами образуют ряд расположенных по окружности выступов — шлицов. Отверстие ступицы детали, предназначенное для соединения с валом, делают с соответствующими пазами (рис. 2.6).

По своей форме шлицы изготавливают прямобочными при парал­лельности боковых граней, эвольвентными и треугольными с центриро­ванием ступицы по наружному диаметру вала, по диаметру впадин или по боковым поверхностям шлицов.

Шлицевые соединения имеют ряд преимуществ по сравнению со шпоночными: лучшее центрирование соединяемых деталей, большая на­грузочная способность, меньшее ослабление вала и меньшее напряжение смятия (вследствие влияния боковой поверхности шлицов).

Нрямобочные и эвольвентные шлицевые соединения стандартизи­рованы, выбираются в зависимости от диаметра вала и рассчитываются на прочность так же, как и призматические шпонки на смятие боковых поверхностей.

Рис. 2.6. Шлицевое соединение

Отдельные части машин и их детали могут соединяться между со­бой как подвижно, так и неподвижно.

В подвижных соединениях относительное положение деталей мо­жет меняться, а в неподвижных оно постоянно.

В свою очередь, неподвижные соединения могут быть разъемными и неразъемными.

К разъемным соединениям относятся резьбовые, выполняемые с по­мощью резьбовых деталей (болты, гайки, винты, шпильки), соединения при помощи шпонок, шлицов, штифтов и клиньев, а также соединения, выпол­ненные посредством посадок с гарантированным натягом.

Неразъемные соединения для разборки требуют разрушения соеди­нительных деталей. К ним относятся сварные и заклепочные соедине­ния, а также, выполненные пайкой и склеиванием.

В зависимости от назначения и условий производства детали ма­шин изготавливаются из чугунных и стальных отливок, из стальных по­ковок и проката, из отливок, проката и штампованных заготовок, выпол­ненных из сплавов цветных металлов, а также из пластмасс.

Наиболее распространенными материалами для изготовления дета­лей строительных и дорожных машин являются чугун и сталь, которые называют черными металлами. Чугун, имеющий невысокую стоимость, обладает хорошими литейными качествами и достаточной прочностью. Сложные по конфигурации корпусные и другие детали отливаются из так называемого серого чугуна, представляющего собой железоуглеро­дистый сплав. При остывании этого сплава значительная часть углерода
выделяется из него в виде графита, который равномерно распределяется по сечению отливки и придает чугуну серый цвет. Детали, изготовлен­ные из серого чугуна, имеют ограниченную прочность при возникнове­нии в них касательных напряжений (изгиб, кручение) или при воздей­ствии на них ударных нагрузок.

Из серого чугуна, обладающего свойством хорошо заполнять фор­мы, изготавливают литые детали сложной конфигурации и не сильно нагруженные (корпусы, кожухи, шкивы, рычаги, кронштейны и др.).

Для изготовления сложных по форме деталей, в которых возникают значительные касательные напряжения, применяются отливки из высо­копрочного и ковкого чугуна, обладающие большой прочностью.

Сталь (литейная или прокатная) применяется для изготовления более нагружаемых деталей. Но сравнительно плохая текучесть в жидком состоянии, значительная усадка при остывании и высокая стоимость ста­ли ограничивают ее применение. Поэтому из стали отливаются в основ­ном крупные, сильно нагружаемые и сложные по форме детали строи­тельно-дорожных машин. Это ходовые рамы, станины, ковши больших экскаваторов, корпуса камнедробилок, а из специальных износосостой — ких высокомарганцевистых сталей — зубья ковшей экскаваторов, рабо­чие органы камнедробильных машин и т. д.

Сильно нагружаемые детали более простых форм изготавливаются в основном из проката, материалом которого служат углеродистые ста­ли обыкновенного качества, углеродистые качественные конструкцион­ные, легированные конструкционные, а для наиболее нагруженных дета­лей — высоколегированные стали. Для повышения прочности и твердо­сти изготовленных из стали деталей их обычно подвергают термической обработке (закалке, отпуску или нормализации).

Из цветных металлов наибольшее применение при изготовлении деталей строительных и дорожных машин находят медь, алюминий, олово, свинец, цинк. Применяются они в виде сплавов (алюминиевые сплавы, латунь, бронза, баббит и др.).

В строительном машиностроении кроме металлов применяются и дру­гие материалы, например пластмасса, резина, стекло, асбест и др. Наиболее ши­роко применяются пластмассы на основе синтетических смол. Пластмассы разделяются на следующие группы: слоистые (текстолит, гетинакс, асботексто­лит); термопластические материалы (плексиглас, винипласт, фторопласт).

Пластмассы применяются для изготовления вкладышей подшипни­ков, зубчатых колес, сепараторов подшипников качения, ремней, крепеж­ных деталей, рукояток и др.

Применение пластмасс в строительном и дорожном машиностро­ении пока невелико и ограничивается в основном фрикционными и ан­тифрикционными деталями, такими, например, как накладки в тормозах и фрикционных муфтах и некоторые подшипники и детали уплотнитель­ных устройств.

Унификация и стандартизация машин и деталей дают возможность получить максимальную взаимозаменяемость деталей и минимальную номенклатуру машин. Поэтому основные параметры любой машины регламентируются типизированными рядами или ГОСТами, а размеры, материал и качество изготовления деталей всегда обусловлены соответ­ствующими стандартами.

Агрегатирование. Под агрегатированием понимается метод со­здания машин и оборудования путем компоновки их из унифицирован­ных узлов и деталей, позволяющих значительно поднять серийность и качество их производства.

Отличительным признаком метода агрегатирования является со­здание не единичных машин, а семейств машин, имеющих общность по своему функциональному назначению в различных отраслях на­родного хозяйства. К таким машинам относятся, например, самоход­ные мобильные шиноколесные строительные машины и автотранс­порт, которые могут иметь одинаковые основные базовые узлы и агре­гаты, за исключением рабочего оборудования. Такой подход требует уже в процессе создания проектировать многофункциональные се­мейства машин на основе сравнительно небольшой номенклатуры базовых сборочных единиц. Создание, таким образом, более широкой номенклатуры модификаций основных базовых машин для одного вида технологического процесса с высоким уровнем унификации (до 80­90%) позволит получить и более высокие показатели в комплексной механизации строительства.

При изготовлении любой детали абсолютно точно обеспечить ее размеры невозможно, да и не нужно. Возможные же при изготовлении деталей отклонения от заданных номинальных размеров устанавлива­ются ГОСТом, допуском на изготовление и предусмотренной посадкой.

Допуском называется разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами. Поле допуска определяется как зона между верхним и нижним предельными отклонениями.

В зависимости от требований, предъявляемых к сочленяемым дета­лям, задаются различные величины допусков, определяемые квалитетами точности.

Каждому квалитету соответствует допуск, который определяется не­обходимой степенью точности детали и экономической целесообразнос­тью получения этой точности. Чем меньше допуск, тем тщательнее сле­дует обрабатывать деталь, а следовательно, стоимость ее будет выше.

ГОСТами в настоящее время предусмотрено в зависимости от раз­меров детали 19 квалитетов точности (для каждого диапазона разме­ров), пронумерованных в порядке убывания точности.

В зависимости от условий работы детали должны соединяться с различной степенью подвижности друг относительно друга. Характер соединения деталей определяется посадкой.

Посадкой называется характер сопряжения двух деталей (опреде­ляемый разностью их размеров), создающий большую или меньшую свободу их относительного перемещения или степень сопротивления взаимному смещению. Посадки разделяются на прессовые, переходные и подвижные.

Увеличение зазора между подвижными деталями увеличивает ди­намические воздействия, вызывает увеличение износа.

Уменьшение зазора увеличивает трение, нагрев и может привести к заклиниванию подвижного соединения.

Трение и коррозия. Между смежными деталями всегда возника­ет сила трения, зависящая от качества поверхности деталей (степени шероховатости) и свойства материала, а также от силы, с которой детали прижимаются одна к другой, то есть нормального давления между поверхно­стями.

В подвижных соединениях стремятся уменьшить силу трения, по­скольку она мешает движению, увеличивая расход энергии. Достигается это уменьшением шероховатости, применением антифрикционных мате­риалов, разобщением поверхностей слоем смазки.

При отсутствии смазки трущихся поверхностей (как это бывает в тормозах и большинстве фрикционных муфт) возникает так называемое сухое трение, при котором основными становятся механические силы; при полном же разделении трущихся поверхностей слоем смазки тре­ние называется жидкостным. Воздействие влаги и кислорода атмосферы приводит к окислению и разрушению поверхности металлических дета­лей, к так называемой коррозии, поэтому металлы покрывают антикорро­зийными покрытиями.

Антикоррозийное покрытие — тонкостенное покрытие на изделиях для защиты их от коррозии. Различают антикоррозийные покрытия ме­таллические (цинкование, никелирование, хромирование, меднение и др.);

лакокрасочные, покрытия резиной (гуммирование), пластмассовые и би­тумные смазки.

Машина — устройство, выполняющее механические движения для преобразования энергии, материалов и информации с целью замены или облегчения физического или умственного труда.

Машины, рассматриваемые в настоящем учебнике, состоят из боль­шого количества отдельных частей. Простейшие части машин, изготов­ленные без применения сборочных операций, называются деталями. Многие из деталей различных по назначению машин имеют одинако­вую конструкцию, выполняют одинаковые функции, находятся в одина­ковых или тождественных условиях работы.

Группа деталей, работающих в комплексе и объединенных общим назначением, называется механизмом или узлом (например, редуктор, коробка передач). Поэтому изучение различных машин целесообразно начинать с рассмотрения устройства, работы и назначения отдельных деталей, различных соединений и передач.

Различают детали общего и специального назначения. Детали об­щего назначения — винты, гайки, валы, муфты, подшипники и т. д. — приме­няются почти во всех машинах. Детали специального назначения встре­чаются только в некоторых. Например, в строительных машинах это крюк подъемного крана, зуб ковша экскаватора и т. д. Обеспечение эф­фективности работы машины при длительном сроке службы в значи­тельной степени определяется прочностью, надежностью, долговечнос­тью, износостойкостью и жесткостью деталей и узлов.

С требованиями эргономики тесно связаны и требования техничес­кой эстетики или художественного конструирования изделия. Задачей художественного конструирования является выбор геометрических про­порций изделия, его цветового оформления и формы с учетом функцио­нального назначения, материала и технологии изготовления.

Благодаря физиологическим особенностям человека выполнение требований технической эстетики в немалой степени способствует бо­лее бережному отношению его к красиво изготовленному изделию, бо­лее качественному выполнению тех или иных операций, меньшей утом­ляемости и большей безопасности во время работы. Все эти факторы приводят к повышению производительности труда.

Одним из элементов художественного конструирования является рациональное проектирование рабочего места оператора и органов уп­равления машиной. При этом необходимо учитывать размеры оператора (его антропометрические показатели), физиологические особенности, воз­раст. Например, пальцы рук обеспечивают наибольшую точность движе­ний; наибольшее усилие при управлении водитель создает ногой при упоре в стенку сиденья; наибольшей силы человек достигает приблизи­тельно к 25 годам, усилия рук и ног к 65 годам уменьшаются на 50%, а усилия кистей рук — на 16,5%. На основе этих данных определяют раз­мер рабочей зоны оператора (в пределах которой он производит рабо­чие движения), расположение рычагов, педалей и кнопок системы управ­ления, их размеры, форму, окраску.

Большое значение для безопасной работы оператора и для пониже­ния его утомляемости имеет выбор цвета окраски отдельных элементов и частей машины. Известно, например, что красный способствует повы­шению внутриглазного давления, тогда как зеленый цвет снижает его, очень спокойным является и синий цвет. В инструкциях по технике безопасности в США в красный цвет рекомендуется окрашивать проти­вопожарный инвентарь, в зеленый (либо серый, белый или черный) — безопасные материалы, в синий — защитные материалы (например, ве­щества для защиты от ядовитых газов), в фиолетовый — ценные матери­алы и т. д.

Для окраски дорожно-строительных машин следует использовать яркие тона и стремиться к тому, чтобы по цвету движущиеся рабочие органы резко контрастировали с остальными частями машины, что обес­печивает их хорошую видимость и безопасность людей.

Большое значение для улучшения качества продукции и удешевле­ния производства изделий приобретают стандартизация и унификация.

Основная цель стандартизации состоит в установлении уровня норм и требований при выполнении опытно-конструкторских работ, изготов­лении изделий и их эксплуатации. Охватывая все сферы производства изделия и его эксплуатации, стандарты регламентируют:

— терминологию, обозначения и правила выполнения рабочих черте­жей; методы расчета;

— габаритные и присоединительные размеры деталей;

— состав и свойства применяемых материалов;

— содержание технологических процессов, параметры оборудова­ния и контрольно-измерительного инструмента;

~ методы испытания и оценки основных показателей изделия;

~ правила и нормы его эксплуатации.

В зависимости от области применения различают стандарты предприятия (СТП), отраслевые (ОСТ), государственные (ГОСТ) и стандарты Беларуси (СТБ) и междугосударственные стандарты (ISO).

Унификация необходима для обеспечения рационального сокраще­ния многообразия типов конструкций, материалов, технологических про­цессов изготовления, размеров и других параметров изделий одинаково­го функционального назначения. На стадии проектирования унификация позволяет использовать уже готовые чертежи отдельных деталей или сбо­рочных единиц, что значительно сокращает сроки проектирования и изго­товления изделия и позволяет получить большой экономический эффект.

Уровни стандартизации и унификации изделий определяются по отно­шению числа стандартизованных или унифицированных деталей к общему числу деталей в данном изделии. Эти уровни должны быть достаточно высокими, однако, определяя их пределы, следует учитывать специфику изде­лия, требования к надежности отдельных его деталей и сборочных единиц, серийность производства и исходить при этом из общего народнохозяй­ственного эффекта, который дает унификация или стандартизация.

С понятием унификации тесно связано и другое понятие — агрега­тирования, т. е. метода компоновки машин из унифицированных деталей, сборочных единиц и агрегатов разных типоразмеров. Разработанные на основе какой-то базовой машины остальные машины данного ряда (мо­дификации базовой машины) отличаются от нее лишь значениями глав­ного параметра (грузоподъемностью, объемом ковша, мощностью двига­теля, тяговым усилием) и незначительными конструктивными изменени­ями отдельных частей.

Характерным примером являются типоразмерные ряды дорожно-стро­ительных машин фирмы "Интернейшнл" (США) на базе колесных и гусе­ничных тракторов, одноосных и двухосных колесных тягачей (рис. 1.1).

Одним из важных направлений унификации дорожно-строитель­ных машин является применение сменного рабочего оборудования. Так, для отечественных погрузчиков освоено более 20 видов сменного обо­рудования, для бульдозеров и корчевателей — более 10. Сменное рабо­чее оборудование имеют также автогрейдеры, краны, экскаваторы.

В конструкциях ряда зарубежных машин применяется сменное хо­довое оборудование, а также сменные двигатели. Примером последнего могут служить некоторые типы выпускаемых в США экскаваторов, име­ющих в качестве сменных двигателей карбюраторный, электрический и дизельный. При замене одного типа двигателя на другой трансмиссия остается прежней.

Модель 560 Н-100С Н-90Е Н-80В Н65С

Мощность, кВт 283 215 178 137 116

Масса, т 31,3 23 17 14,2 12,4

б)

Модель 580 Н-400С 560 Н-1000 Н-90Е Н-80В

Мощность, кВт 802 432 283 215 180 137

Объем ковша, м3 15,1 8,41 5-9 3,44-4,2 3,1-5,35 2,674,5

H-50C H-30B H-30F 3850 2500 2400B 3300B H-25B 3200B

60 и 69 46 и 31 46-51 59 44 и 52 38 27 38 22

1,15-2,68 0,76-1,2 0,76-1,7 0,96-1,15 0,57 0,57 0,26-0,48 0,45-1,150,25-0,48

г)

Модель 2500 1750 125Е 100Е 50Е

Мощность, кВт 142 91 28 48 33

Объем ковша, м3 1,8-2,48 1,52-1,72 0,96-1 0,76-0,86 0,57

Модель 444 433

Мощность двигателя, кВт

ДОРОЖНО СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ

переднего 231 231

Заднего 138 138

Объем ковша, м3 ____ 16,8 15

Модель ГД-25С ГД-20Е ТД-15С ТД-8Е

Мощность, кВт 231 157 104 56

Масса, т 31,6 21,1 14,3 7,7

ж)

Модель 442 431 412

Мощность, кВт 231 231 112

Объем ковша, м3 16,8 16 8,4

Модель 3820А	3600А	3500А	3400А	2400В
Мощность, кВт 63	59	52	37	34,3
Глубина
выемки
грунта, м3 4,97	4,95	4,83	4,34	3,89

Модель	3984	3964
Мощность, кВт	77	75
Объем ковша, м3	0,57	0,48
Глубина
выемки
грунта, м3	6,65	6,26

Рис. 1.1. Типоразмерные ряды некоторых дорожно-строительных машин, а — лесопогрузчики на базе колесных тракторов с шар — нирно-сочленной рамой; б — фронтальные ковшевые погрузчики на базе колесных тракторов с шарнирно-сочленной рамой; в — фрон­тальные ковшевые погрузчикис жесткой ходовой тракторов; г — фронтальные ковшевые погрузчики на базе гусеничных тракторов; д — булюдозеры на базе гусеничных тракторов; е — самоходные двухдвигательные скреперы; ж — самоходные скеперы; з — колес­ные тракторы с фронтальным погрузочным оборудованием ит обратной лопатой; и — гидравлические эсковаторы.

Большое значение имеет унификация таких элементов дорожно­строительных машин, как гидроцилиндры в гидравлических приводах, фрикционные муфты, опорно-поворотные устройства, стрелы и т. п.

Унификация распространяется не только на конструкции, но и на кинематические схемы машин или отдельных механизмов. Например, кинематические схемы многих стреловых кранов в Англии и ФРГ не отличаются от кинематических схем экскаваторов, имеющих тот же при­вод. Унифицированная схема объемного гидропривода применяется для пневмоколесных кранов различной грузоподъемности.