ДЕТАЛИ И СБОРОЧНЫЕ ЕДИНИЦЫ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН

Глава 1 ДЕТАЛИ И СБОРОЧНЫЕ ЕДИНИЦЫ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН 1.1 ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ В соответствии с требованиями ГОСТ 15895-77 изделием в машиностроении называют предмет производства, являющийся конечным продуктом для данного предприятия цеха . Единая система конструкторской документации ЕСКД ГОСТ 2.101-68. Виды изделий устанавливает для всех отраслей промышленности следующие виды изделий

детали, сборочные единицы, комплексы и комплекты. Деталь - изделие или часть его, изготовленное из однородного материала без применения сборочных операций. Ее называют неспецифицированным изделием, если она не имеет составных элементарных частей вал, зубчатое колесо, болт, гайка и т. п и составным, или специфицированным если состоит из двух и более деталей. Сборочная единица - специфицированное изделие, составные части которого соединены между собой при помощи сборочных операций редуктор, кран, стрела крана, ковш, отвал

и т. п Комплекс - два или более специфицированных изделия, не соединенных сборочными операциями на предприятии-изготовителе, но предназначенные для выполнения взаимосвязанных эксплуатационных функций буровая установка, технологическая линия, состоящая из нескольких станков и т. п Комплект - набор изделий, не соединенных сборочными операциями на предприятии-изготовителе и имеющих общее эксплуатационное назначение вспомогательного характера комплекты запасных частей, оснастки, инструментов

и т. п Из этого следует, что любая строительная машина и отдельные ее части - сборочные единицы, что существенно затрудняет изложение материала. Кроме того, в инженерной практике и современной технической литературе сохранены не входящие в ГОСТ термины - звено, узел, агрегат, механизм, система, машина и т. п. Например, многозвенный механизм, узловая сборка, агрегатный метод ремонта, механизм передвижения, система управления и т.п. Поэтому для обеспечения ясности изложения и облегчения усвоения материала

в учебнике сохранена следующая терминология. Звено - одна или несколько жестко соединенных деталей, входящих в состав механизма например, шатун двигателя - одно подвижное звено, хотя он состоит из нескольких деталей тела шатуна, крышки, шатунных и коренных подшипников, шпилек и т. д Но все же шатун - одно звено, так как в процессе движения он перемещается как одно целое. Все неподвижные детали в машине или механизме образуют стойку, или неподвижное звено.

Так, корпус двигателя, подшипники коленчатого вала и т. п. образуют вместе одно неподвижное звено. Таким образом, в любом механизме имеется одно неподвижное звено и несколько подвижных звеньев. Узел - часть машины, механизма, установки и т. п состоящая из нескольких более простых деталей например, подшипник . Агрегат - унифицированный узел машины например, двигатель, насос, коробка передач, редуктор и т.д выполняющий определенные функции. Он обладает полной взаимозаменяемостью.

Механизм - система звеньев, предназначенная для преобразования движения одного или нескольких звеньев в требуемые движения других. Если в преобразовании движения участвуют жидкая или газообразная среда, то механизм называется гидравлическим или пневматическим. Обычно в механизме имеется одно входное звено деталь , получающее движение от двигателя, и одно выходное звено, соединенное с рабочим органом машины или указателем прибора.

Система - совокупность деталей, звеньев и элементов, обеспечивающих выполнение определенной функции машины. Например, система управления машиной обеспечивает согласованность движений рабочих органов в соответствии с заданной программой и т. п. Машина - устройство, выполняющее механические движения для преобразования энергии, материалов и информации с целью получения новых продуктов и замены или облегчения физического и умственного труда человека. Так, с помощью строительных машин и устройств происходит перемещение

грузов, материалов и других объектов в пространстве с требуемой скоростью. В энергетических машинах преобразуется энергия, а в информационных - вводимая информация для контроля, регулирования и управления движением. Машины могут состоять из одного или нескольких механизмов. Следовательно, любая машина представляет собой механизм или совокупность механизмов однако не каждый механизм - машина. Основное назначение механизма заключается в передаче и преобразовании движения.

Характерный признак машины заключается в выполнении ею полезной работы. При технологических процессах применяют, как правило, машины имеющие три составные части двигатель, передаточный механизм и рабочий орган, непосредственно воздействующий на предмет труда. Получают все большее распространение машины или их комплексы с автоматическим управлением, осуществляющие процессы автоматически, то есть на основе программы без непосредственного участия рабочего, а лишь под

его надзором и контролем. Ц и к л - совокупность процессов в системе периодически повторяющихся явлений, при которых объект, подвергающийся изменению, вновь приходит в исходное состояние. Применительно к экскаватору цикл включает в себя ряд операций опускание ковша к основанию забоя, копание грунта и наполнение им ковша, поворот на выгрузку, выгрузку и возвращение в исходное положение. Время цикла - суммарное время, затраченное на выполнение всех операций цикла.

1.2. ОСИ, ВАЛЫ, ПОДШИПНИКИ, МУФТЫ, ТОРМОЗНЫЕ УСТРОЙСТВА Оси. Они служат только для крепления на них вращающихся деталей. Оси не передают вращающий момент. Нагрузка, действующая на ось, вызывает в ней только напряжение изгиба. Оси бывают неподвижными у колес автомобильного прицепа, у блоков грузоподъемных полиспастов и подвижными например, вращающиеся у колес железнодорожного вагона .

Валы. В отличие от осей они всегда вращаются, передают крутящий момент вдоль своей оси и кроме изгибающей нагрузки могут испытывать действие осевой нагрузки. Некоторые валы трансмиссионные, гибкие, карданные нагружены только крутящим моментом. По форме геометрической оси валы бывают прямыми, коленчатыми, карданными и гибкими. Гибкие валы применяют для передачи движения между деталями, расположенными так, что жесткую связь осуществить

не представляется возможным привод вибраторов, некоторых видов механизированного инструмента и других механизмов . Гибкие валы состоят из сердечника и плотно навитых витков проволоки. При этом соседние слои имеют противоположное направление навивки. Для предохранения вала от воздействия внешней среды, удержания смазки и безопасной эксплуатации вал размещен в защитной броне. Карданные валы применяют для передачи крутящего момента на валы, оси которых

пересекаются под переменным углом. На осях и валах имеются участки, носящие определенные названия. На головке закрепляют вращающиеся детали. Шпоночные азы необходимы для передачи крутящего момента. Буртики предотвращают осевые перемещения. Острые кромки притупляют коричневыми поверхностями - фасками. Кроме того, валы могут иметь кони участки, резьбы, радиусные участки - галтели и канавки. Изготавливают оси и валы обычно из углеродистых и легированных сталей.

Проектный расчет осей и валов обычно проводят на статическую прочность. Для этого методами, известными из курса сопротивления материалов, необходимо рассмотреть ось или вал как балку, найти опорные реакции, построить эпюру изгибающих моментов, а для вала - и эпюру крутящих моментов. Найти опасные сечения и в этих сечениях определить диаметры оси и вала. Полученные значения округляют до ближайших больших стандартных размеров.

Подшипники. Это - опоры вращающихся осей и валов. Они воспринимают радиальные и осевые нагрузки, приложенные к валу или оси, и передают их на раму, корпус или станину машины. При этом они должны также удерживать вал от осевого смещения и иметь минимальные потери на трение. От качества подшипников в значительной мере зависит коэффициент полезного действия, работоспособность и долговечность машины. По виду трения различают подшипники скольжения, в которых

опорная поверхность оси или вала скользит по рабочей поверхности подшипника подшипники качения, в которых используется трение качения благодаря установке шариков или роликов между подвижным и неподвижным кольцами подшипника. Подшипники скольжения имеют следующие преимущества допускают высокую скорость вращения позволяют работать в воде, при вибрационных и ударных нагрузках экономичны при больших диаметрах валов возможность установки на валах, где подшипник должен быть разъемным для коленчатых валов допускают регулирование

различного зазора и, следовательно, точную установку геометрической оси вала. Недостатки высокие потери на трение и, следовательно, пониженный коэффициент полезного действия 0,95 0,98 необходимость в непрерывном смазывании неравномерный износ подшипника и цапфы применение для изготовления подшипников дорогостоящих материалов относительно высокая трудоемкость изготовления. Подшипники скольжения условно можно разделить на следующие типы неразъемные глухие выполняются заодно

со станиной или съемными разъемные и самоустанавливающиеся. Неразъемные подшипники применяют при небольшой частоте вращения и небольших давлениях. В простейших случаях их делают без вкладышей, в виде расточки в отливке станины. Более совершенны подшипники, выполняемые путем запрессовки в расточку станины втулки неразъемного вкладыша. Неразъемные подшипники могут быть также съемными, когда корпус подшипника присоединяется к станине

с помощью крепежных деталей. Основные преимущества неразъемных подшипников - простота конструкции и низкая стоимость. Недостаток заключается в том, что они не позволяют компенсировать износ рабочих поверхностей втулок и валов. Разъемные подшипники состоят из корпуса, двух вкладышей, крышки, шпилек и масленки. Они облегчают монтаж валов и позволяют регулировать зазор в подшипнике как при начальной сборке, так и при ремонте. Смазочные материалы поступают на трущиеся поверхности через отверстие в крышке.

Подшипники с самоустанавливающимися вкладышами применяют в соединениях с колебательными движениями. Подшипники скольжения, воспринимающие осевые нагрузки, называются упорными подпятниками . Вкладыши втулки подшипников изготавливают металлическими бронза, антифрикционные чугуны , биметаллическими сталь или чугун покрывают баббитом и из порошковых материалов порошки железа и бронзы . Кроме того, их делают также из пластмасс, древесно-слоистых пластиков и других материалов.

Выбор материала вкладыша зависит от условий работы характера нагрузки, скорости вращения, метода смазывания . Подшипники качения - основной вид опор в строительных машинах, так как по сравнению с подшипниками скольжения имеют следующие преимущества значительно меньше потери на трение, а следовательно, более высокий КПД до 0,995 и меньший нагрев в 10 20 раз меньше момент трения при пуске экономия дефицитных цветных материалов меньше габаритные размеры в осевом направлении простота обслуживания и замены меньше

расход масла невысокая стоимость вследствие массового производства стандартных подшипников простота ремонта машины вследствие взаимозаменяемости подшипников. Их недостатки ограниченная возможность применения при очень больших нагрузках и высоких скоростях непригодность для работы при значительных ударных и вибрационных нагрузках из-за высоких контактных напряжений и плохой способности демпфировать колебания значительные габаритные размеры в радиальном направлении высокая

стоимость при мелкосерийном производстве уникальных по размерам подшипников. Подшипники качения классифицируют по следующим признакам по форме тел качения - шариковые, роликовые по направлению воспринимаемой нагрузки - радиальные, воспринимающие преимущественно радиальные нагрузки, радиально-упорные, воспринимающие одновременное действие радиальных и осевых нагрузок, и упорные, воспринимающие только осевые нагрузки по числу рядов тел качения - однорядные и двухрядные по способности самоустановки

- несамоустанавливающиеся и самоустанавливающиеся, допускающие поворот оси внутреннего кольца по отношению к оси наружного кольца. Подшипник состоит из наружного и внутреннего колец с дорожками качения, тел качения и сепаратора, разделяющего и направляющего тела качения. Подшипники качения стандартизованы и имеют условное обозначение, состоящее из ряда цифр и букв. Последние две цифры, умноженные на 5, указывают диаметр внутреннего кольца подшипника.

Третья цифра справа указывает серию подшипника 1 - особо легкая, 2 - легкая, 3 - средняя, 4 - тяжелая и т.д. Четвертая цифра справа обозначает тип подшипника 0 - радиальный шариковый однорядный если левее 0 нет цифр, то 0 не указывают , 1 - радиальный шариковый двухрядный, 7 - роликовый радиально-упорный и т.д. Пятая, шестая и седьмая цифры характеризуют конструктивные особенности и серию подшипника.

Например, условное обозначение подшипника 7312 показывает, что диаметр его внутреннего кольца равен 60 мм 12x5 , подшипник роликовый, конический, средней серии. Выбор типа подшипника зависит от его назначения, направления и значения нагрузки, скорости вращения, режима работы, стоимости подшипника, особенностей монтажа. Так, при небольших нагрузках и высоких скоростях вращения целесообразно применять шариковые однорядные

подшипники легких серий. При более высоких нагрузках и меньших скоростях вращения используют подшипники средних и тяжелых серий. В каждом конкретном случае выбор типа подшипника Должен быть конструктивно и экономически обоснован. Усталостное выкрашивание - основной вид выхода из строя подшипников качения после длительной работы их в нормальных условиях. Подшипники качения, за исключением невращающихся и тихоходных,в соответствии

с ГОСТ 18855-73 рассчитывают на долговечность L млн оборотов или Lh ч по динамической грузоподъемности С. Используя полученное расчетное значение Срасч, по справочнику или каталогу выбирают подшипник с такой динамической грузоподъемностью С, чтобы было удовлетворено условие Срасч С. Рекомендуемые значения расчетной долговечности подшипников для различных машин и оборудования приводятся в справочной литературе, и для большинства строительных

машин Lh колеблется в пределах 4000 40000 ч. Муфты. Муфтами называются устройства, предназначенные для соединения валов и передачи вращающего момента без изменения его направления. Наряду с этим они обеспечивают выполнение ряда других функций компенсируют неточности монтажа в относительном расположении осей валов придают валам относительную подвижность во время работы улучшают динамические характеристики привода, то есть смягчают при работе толчки и удары

предохраняют части машины от перегрузок обеспечивают соединение и разъединение валов без их остановки регулируют передаваемый момент в зависимости от угловой скорости и т.д. Муфты подразделяются на четыре класса нерасцепляемые, не допускающие разъединения деталей в процессе работы машины управлявляемые, позволяющие соединять и разъединять валы как на ходу, так и во время остановки самодействующие, автоматически регулирующие параметры прочие типы муфт.

Нерасцепляемые приводные металлические глухие муфты по конструкции бывают жесткими и упругими. Глухие жесткие муфты применяют для соединения строго соосных валов. Валы, соединенные такой муфтой, работают как одно целое и поэтому, наряду с крутящим моментом, могут воспринимать изгибающий момент, поперечные и осевые нагрузки. Простейшую конструкцию имеют втулочные муфты, применяемые для соединения валов диаметрами до 60 70

мм. Они представляют собой втулку, посаженную с помощью шпонок, штифтов или шлицев на выходные концы валов. Достоинство таких муфт - простота конструкции и малые габаритные размеры. Недостатки необходимость при монтаже и демонтаже раздвигать концы валов на полную длину втулки либо сдвигать втулку вдоль вала не менее чем наполовину ее длины, а также точно совмещать валы. Из глухих муфт наибольшее распространение получили фланцевые муфты, состоящие из двух полумуфт, соединенных

болтами. Эти муфты могут передавать значительные вращающие моменты и применяются для соединения валов диаметром до 250 мм. Достоинство этих муфт - простота конструкции и легкость монтажа недостаток - необходимость точного совмещения осей валов и соблюдения перпендикулярности соприкасающихся торцовых поверхностей полумуфт к оси вала. Фланцевые муфты стандартизованы ГОСТ 20761 -80 , и их применяют в диапазоне вращающих моментов 8 40000

Н м. Упругие муфты позволяют за счет применения в конструкции упругих силовых элементов компенсировать радиальные и угловые смещения, демпфировать колебания, амортизировать толчки и удары. Наибольшее распространение в приводе строительных машин нашли упругие втулочно-пальцевые муфты МУВП по ГОСТ 21424-75 . По конструкции они аналогичны фланцевым муфтам, но вместо соединительных болтов используются стальные пальцы, на которые установлены эластичные резиновые, кожаные и т.п. втулки.

Эластичные элементы позволяют в зависимости от типоразмера компенсировать радиальное смещение осей валов на 0,2 0,4 мм, продольное смещение валов на 10 15 мм и угловые смещения до 1 . Такие муфты применяют для соединения валов диаметрами 9 160 мм при вращающих моментах 6,3 1600 Н м. Основная нагрузка на муфты - вращающий момент. В связи с этим их нагрузочную способность оценивают допустимым вращающим моментом

Т, который вместе с размерами, массой и другими данными указывают в паспортах муфт. После выбора втулочно-пальцевой муфты по ГОСТу ее работоспособность определяется стойкостью втулок, то есть рассчитывают среднее контактное давление р пальца на втулку и полученное значение сравнивают с допустимым р , которое для резиновых втулок обычно равно 2 МПа. Управляемые муфты делятся на зубчатые или кулачковые и фрикционные сцепные.

В первых вращающий момент передается путем зацепления, во вторых - силами трения. Фрикционные сцепные муфты в отличие от кулачковых и зубчатых можно включать на ходу под нагрузкой. В результате проскальзывания достигается плавность включения и предохранение машин от поломок. По конструкции фрикционные муфты бывают дисковыми много-дисковыми конусными и цилиндрическими. Наибольшее распространение получили дисковые муфты.

Фрикционные муфты работают без смазочного материала сухие муфты и со смазочным материалом масляные муфты . Последние применяют в ответственных конструкциях машин при передаче больших моментов. Смазка уменьшает изнашивание рабочих поверхностей, но усложняет конструкцию муфты. Тормоза. Они служат для регулирования скорости вращения валов и осей, а также для поглощения инерции движущихся масс. По конструкции тормозящей детали они бывают колодочными, ленточными и дисковыми по

способу управления - с ручным или автоматическим управлением по характеру работы - нормально замкнутые и нормально разомкнутые. Нормально замкнутые постоянно включены и выключаются на период работы механизма, нормально разомкнутые - постоянно выключены и включаются лишь при необходимости. В строительных машинах и оборудовании применяют ленточные тормоза с ручным управлением, двухколодочные с гидравлическим или электрическим управлением. Ленточный тормоз с ручным управлением состоит из стальной

ленты с фрикционными накладками, охватывающей тормозной шкив, и системы рычагов, регулирующих натяжение ленты. При действии на рычаг силой F тормозная лента зажимает вращающийся шкив, осуществляя его торможение. В колодочных тормозах шкивы тормозятся двумя тормозными колодками, прижимающимися к нему с двух противоположных сторон с помощью пружины. Размыкают их с помощью гидротолкателя или электромагнита. Последние два типа тормозов - постоянно замкнутые.

Остановочные устройства остановы . Они служат для удержания поднятого груза в заданном положении. Наиболее широкое применение получили остановы, состоящие из храпового колеса, собачки и пружины. Храповое колесо жестко закреплено на валу и может вращаться в сторону Спуск только при выведенной из зацепления собачке. При подъеме груза конфигурация зубьев храпового колеса позволяет его свободное вращение.

1.3. СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН Все строительные машины состоят из деталей, связанных между собой подвижными и неподвижными связями. Неподвижные связи называют соединениями. Они позволяют разобрать машину на узлы и детали, упростить ее изготовление, сборку, разборку, ремонт, транспортировку и т.д. Различают два типа соединений разъемные и неразъемные. Первые резьбовые, шпоночные, шлицевые, штифтовые, клиновые и клеммовые позволяют разбирать сборочную

единицу без повреждения деталей. Вторые заклепочные, сварные и клеевые эту операцию не допускают, так как при попытке разборки они частично или полностью разрушаются и становятся непригодными для повторного использования. Резьбовые соединения - наиболее распространенный вид разъемного соединения. Они состоят из двух основных деталей болта и гайки, соединяющихся между собой с помощью винтовой поверхности резьбы. По форме профиля канавки различают резьбы треугольную, трапецеидальную, упорную, прямоугольную

и круглую. Наибольшее применение в строительных машинах нашли резьбовые соединения с треугольной крепежной резьбой, так как они обладают большим самоторможением. В свою очередь, треугольная резьба бывает метрической угол при вершине равен 60 и все размеры измеряются в мм и дюймовой угол при вершине равен 55 или 60 и все размеры измеряются в дюймах . Кроме того, резьбы бывают с крупным и мелким шагом.

Первые применяют главным образом для крепления деталей, не подвергающихся переменной и знакопеременной нагрузке, толчкам, сотрясениям, вибрации. Вторые используют там, где возможно самоотвинчивание под влиянием знакопеременных нагрузок, а также для тонкостенных деталей. Дюймовую резьбу трубная нарезают на тонкостенных трубах. В машиностроении ее применяют только при ремонте или замене детали.

Трапецеидальная резьба необходима в передаче винт - гайка. Упорную резьбу используют для передачи больших, односторонних усилий в мощных домкратах, прессах и т.д. Прямоугольную резьбу, имеющую сравнительно высокий коэффициент полезного действия, но небольшую прочность, применяют для передачи усилий в домкратах, небольших прессах, стяжках и т.д. В соединениях, работающих в условиях загрязнения стяжки, крюки подъемных кранов , делают круглую резьбу.

В отдельных случаях для соединения маслопроводов и установки масленок применяют так называемые конические резьбы, гарантирующие плотность и быстроту соединения. К основным геометрическим параметрам, характеризующим резьбу, относятся наружный d, внутренний d1 и средний d2 диаметры резьбы угол подъема резьбы b угол профиля а рабочая высота профиля h шаг резьбы р. Геометрические параметры большинства резьб и допуски на их размеры стандартизованы.

Основные достоинства резьбовых соединений высокая нагрузочная способность и надежность удобство сборки и разборки наличие большой номенклатуры резьбовых деталей, приспособленных к различным условиям эксплуатации относительно невысокая стоимость, так как при их изготовлении применяют высокопроизводительные технологические процессы. Главный недостаток резьбовых соединений - наличие значительного числа концентраторов напряжений на поверхностях резьбовых деталей, что снижает их выносливость при действии переменных нагрузок.

По своей конструкции резьбовые крепежные детали делятся на болты, винты, шпильки, гайки и стопорящие устройства. Болтом называется стержень, имеющий на одном конце головку, а на другом - винтовую резьбу, на которую навертывается гайка. По форме головки различают болты с шестигранными, полукруглыми и потайными головками. Винтом называют тот же болт, но крепящий детали без гайки, за счет ввинчивания его в одну из деталей. Винты общего назначения различают крепежные, служащие для скрепления соединяемых деталей,

и установочные, предназначенные для предотвращения взаимного сдвига деталей. Установочные винты в отличие от крепежных имеют резьбу по всей длине стержня. 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. Гайкой называется деталь, имеющая отверстие с резьбой и предназначенная для закрепления соединяемых

деталей. Больше распространены шестигранные гайки, но применяют также круглые и барашковые для завинчивания вручную. Стопорящие устройства предупреждают самоотвинчивание резьбовых деталей при действии переменной нагрузки, вибрациях, сотрясениях. Наиболее распространенными стопорящими устройствами являются пружинные шайбы, шплинты, стопорящие шайбы, контргайка. Методика расчета болтовых соединений зависит от их конструкции, технологии сборки, характера и направления действующих нагрузок.

Стандартные болты, винты, шпильки обладают равнопрочностью стержня на растяжение и резьбы на срез и смятие. В связи с этим при расчете определяют только внутренний диаметр резьбы d1. Так, если болт работает только на растяжение, то внутренний диаметр резьбы болта вычисляют из условия прочности на разрыв по ГОСТу подбирают болт с таким или большим d1. Если же на соединение, в котором болт поставлен с зазором, действует сила, перпендикулярная оси болта,

то он работает на растяжение и кручение. В этом случае сила Flf с которой необходимо затянуть болт, должна быть такой, чтобы на поверхности контакта соединяемых деталей сила трения была равна или больше, поперечной нагрузки F, Шпоночные соединения применяют для передачи вращающего момента между валом и посаженными на него деталями зубчатые колеса, шкивы, муфты, звездочки и т. д

Детали соединяют с помощью шпонок. Шпонки устанавливают в специальный паз, сделанный на валу и в ступице детали. По форме шпонки бывают призматические, клиновые и сегментные. Первые не позволяют детали вращаться относительно вала, но не могут удерживать ее от продольного перемещения. Вторые закрепляют детали так, что они не могут ни перемещаться вдоль вала, ни вращаться относительно вала. Однако этот вид соединения смещает ступицу относительно вала, вызывая перекос и радиальное биение

детали. Призматические и сегментные шпонки создают ненапряженное соединение и обеспечивают точную установку деталей на валу. Передача крутящего момента обеспечивается через боковые поверхности шпонки. В связи с этим шпоночные соединения рассчитывают на смятие по боковым поверхностям пазов и на срез по поперечному сечению шпонки. Сечение шпонки b x h подбирают по таблицам стандартов в зависимости от диаметра вала. Для передачи больших крутящих моментов иногда устанавливают несколько шпонок.

Самое опасное - смятие шпонки или ступицы, поэтому из уравнения прочности на смятие определяют рабочую длину шпонки, а затем проверяют на срез. К преимуществам шпоночных соединений относятся простота и надежность конструкции, сравнительно низкая стоимость, удобство сборки-разборки. Недостаток - ослабление вала и ступицы шпоночными пазами, уменьшающими поперечное сечение и вызывающими значительную концентрацию напряжений. Шлицевые соединения - это многошпоночные соединения, в которых

шпонки изготовлены заодно с валом. По профилю шлицев они бывают прямоугольные, эвольвентные и треугольные. Соединение выполняют подвижным или неподвижным в осевом направлении. Число шлиц и их размеры принимают в зависимости от диаметра вала по ГОСТу. Расчет шлицевых соединений сводится к проверке на смятие боковых поверхностей шлицев По сравнению со шпоночными шлицевые соединения имеют следующие преимущества большую нагрузочную способность

вследствие большей рабочей поверхности контакта более точное центрирование сопрягаемых деталей меньшее ослабление вала и меньшее Напряжение смятия лучшие технологичность и точность. Штифтовые соединения применяют при точной установке соединяемых деталей фиксирование положения крышки редуктора относительно корпуса , в качестве предохранительных деталей срезающиеся штифты и для соединения деталей, передающих незначительные нагрузки. Необходимый диаметр штифта определяют из расчета на срез.

Клиновые соединения осуществляют с помощью клина, забиваемого или затягиваемого винтовым устройством в отверстия скрепляемых деталей. По назначению клиновые соединения различают силовые, в которых клинья служат для прочного соединения деталей машин, и установочные, в которых клинья предназначены для регулирования и установки деталей машин в нужном положении. Клеммовые соединения осуществляют с помощью клемм в виде разъемного или неразъемного с прорезью цилиндра, стягиваемого болтами относительно стержня круглого

сечения. Их применяют на валах и осях кривошипов, рычагов противовесов, шатунов и т.д. Клеммовые соединения просты по конструкции, допускают перестановку деталей и регулировку их взаимного расположения, но способны передавать лишь небольшие нагрузки. Неразъемные соединения в данном учебнике не рассматриваются, так как их разновидности, область применения и расчет подробно излагаются в дисциплине Металлические конструкции , изучаемой студентами на последующих

курсах. 1.4. МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ Большинство современных строительных машин создается по схеме двигатель-передача-рабочий орган исполнительный механизм . Передача между двигателем и рабочим органом машины необходима, когда различны их скорости движения, невозможно или сложно непосредственно изменять скорости рабочего органа с помощью двигателя, в процессе работы машины требуются вращающие моменты, превышающие вращающий момент на валу двигателя, одним двигателем необходимо приводить в движение несколько механизмов

с различными скоростями, различны характеры движения органов машины и двигателя например, двигатель имеет вращательное движение, а рабочий орган должен двигаться прямолинейно с изменяющейся скоростью или остановками , невозможно непосредственно соединить валы двигателя и рабочих органов по соображениям безопасности, удобства обслуживания, сборки и монтажа. Таким образом, передачи - это устройства, служащие для передачи механической энергии на расстояние,

как правило, с преобразованием скоростей и моментов, а иногда и с преобразованием видов и законов движения. В автомобилях, тракторах и других самоходных машинах такие устройства или их совокупность называют трансмиссией. В практике машиностроения применяют следующие разновидности передач механические, гидравлические, пневматические, электрические и комбинированные. Наиболее широко используют в строительных машинах механические передачи. По принципу действия их можно разделить на три группы передачи трением фрикционные,

ременные передачи зацеплением зубчатые, червячные, цепные и канатные передачи. Звенья, передающие энергию, называются ведущими, а воспринимающие ее - ведомыми. Основные параметры передач коэффициент полезного действия КПД , передаточное отношение число , мощность на валах и крутящий момент. Отношение угловой скорости или частота вращения ведущего звена называется передаточным отношением.

Если передача многоступенчатая, то ее общее передаточное отношение равно произведению передаточных отношений отдельных ступеней. В технике часто пользуются понятием передаточное число . Под ним понимают отношение числа зубьев большего колеса к числу зубьев, меньшего колеса. Его обозначают той же буквой, но без индексов. Передаточное число в отличие от передаточного отношения всегда положительное и не может быть меньше единицы.

Оно характеризует передачу только количественно. Передаточное число и передаточное отношение могут совпадать только у передачи внутреннего зацепления, так как ведущее и ведомое колеса вращаются в одну сторону. У передач внешнего зацепления они не совпадают, так как имеют разные знаки передаточное отношение - отрицательное, а передаточное число - положительное. Вращающий момент ведущего вала - момент движущих сил, его направление совпадает с направлением вращения

вала. Момент ведомого вала - момент сил сопротивления, поэтому его направление противоположно направлению вращения вала. Фрикционные передачи - это передачи трением. В них вращающий момент от одного вала к другому передается с помощью двух прижатых друг к другу катков. Применяют в основном для передачи мощности до 20 кВт. По конструкции они бывают с гладкими цилиндрическими катками и параллельными осями с клинчатыми катками

и параллельными осями с коническими катками и пересекающимися осями. Фрикционные передачи с переменным передаточным числом называются вариаторами. Они служат для плавного, бесступенчатого изменения передаточного числа. В таких передачах, изменяя положение ведущего катка, можно плавно регулировать угловую скорость ведомого катка. Преимущества фрикционных передач простота изготовления катков по сравнению с зубчатыми колесами,

возможность плавного регулирования угловых скоростей в заданных пределах, бесшумность работы, простота предохранения от поломки. Основные недостатки необходимость устройства для прижатия катков, большие нагрузки на валы и подшипники, непостоянство передаточного отношения, сравнительно низкий 0,80 0,92 КПД. Фрикционные передачи применяют в зубчатых фрикционных лебедках, бульдозерах, скреперах, экскаваторах с канатно-блочной системой управления. Ременные передачи относятся к передачам с гибкой связью и применяются

в случае необходимости передачи движения на значительные расстояния до 12 15 м . Их используют при мощности до нескольких сот киловатт. В них вращающий момент от ведущего вала к ведомому передается при помощи гибкой ленты ремня , охватывающей шкивы, сидящие на этих валах. В зависимости от формы поперечного сечения ремня различают плоско клино- и круглоременные передачи. Наибольшее распространение в строительных машинах получили клиноременные

передачи, имеющие три разновидности ремней с обычным трапецеидальным сечением, с гофрированной внутренней поверхностью, зубчатые. Плоские и клиновые ремни нормированы ГОСТами. По применяемому материалу клиновые ремни бывают кордтканевыми и кордшнуровыми, а плоские - прорезиненными, тканевыми, полиамидными, кожаными, хлопчатобумажными. В клиноременных передачах обычно используют от одного до восьми ремней.

Достоинства ременных передач простота конструкций сравнительно малая стоимость способность передавать вращение на большие расстояния и работать с высокими скоростями плавность работы и малый шум незначительная чувствительность к толчкам, ударам, вибрации, перегрузкам. Основные недостатки невысокая долговечность ремня непостоянство передаточного отношения большие радиальные габариты при передаче больших мощностей повышенные нагрузки на валы и опоры вследствие предварительного

натяжения ремней чувствительность ремней к попаданию на них минеральных масел нельзя применять во взрывоопасных помещениях вследствие электризации ремней. В связи с этим в строительных машинах и оборудовании ременные передачи используют преимущественно как понижающие частоту вращения при мощности до 50 кВт и окружной скорости до 50 м с. Обычно ременную передачу применяют в качестве быстроходной ступени привода, устанавливая ведущий шкив на вал двигателя. При оптимальной нагрузке

КПД равняется 0,97 0,98 для плоскоременной и 0,92 0,97 для клиноременной передач. Цепные передачи служат для передачи движения между параллельными валами, расположенными на значительном до 8 м расстоянии друг от друга. Их используют для мощности до 100 кВт. В них вращающий момент от ведущего вала к ведомому передается при помощи бесконечной приводной цепи, огибающей ведущую и ведомую звездочки, сидящие на этих валах.

Кроме этих основных элементов большинство конструкций цепных передач имеют натяжные и смазочные устройства. По конструкции цепи бывают трех видов роликовые, втулочные и зубчатые. Роликовые цепи типа ПРЛ состоят из последовательно чередующихся внутренних и внешних звеньев, шарнирно соединенных между собой. Каждый из шарниров состоит из валика, впрессованного во внешние пластины, и втулки, закрепленной в отверстиях внутренних пластин.

Для уменьшения износа шарниров, а также зубьев звездочки на втулки надеты ролики. При передаче больших мощностей применяют двухрядные и четырехрядные роликовые цепи, что позволяет значительно уменьшить габаритные размеры передачи в плоскости, перпендикулярной к осям. Однако такие цепи более дорогостоящие. Втулочные цепи отличаются от рассмотренных отсутствием ролика. Поэтому износостойкость передачи с такой цепью меньше, чем роликовой.

Зубчатые цепи состоят из набора зубчатых пластин, шарнирно соединенных между собой с помощью валиков. Для предохранения цепи от схода со звездочек предусмотрены внутренние направляющие пластины. Число пластин зависит от передаваемой мощности. Зубчатые цепи обеспечивают высокую кинематическую точность и более плавную работу, так как контакт наружных зубчатых выступов каждой пластинки происходит с боковыми поверхностями сразу двух трапециевидных зубьев звездочки.

Основной параметр цепной передачи - шаг р его значение стандартизовано и при расчете принимается по соответствующему ГОСТу. Достоинства цепных передач в сравнении с ременными имеют значительно меньшие габариты и нагрузки на валы более высокий КПД 0,96 0,98 постоянство передаточного отношения возможность передачи движения одной цепью нескольким звездочкам. Основные недостатки сравнительно высокая стоимость цепей вытягивание цепей увеличение шага цепей вследствие

износа шарниров и, как следствие, применение натяжных устройств повышенный шум при работе необходимость высококачественного монтажа передачи и сложность ухода за ней смазывание, регулирование неравномерность хода. Зубчатые передачи применяют для передачи движения с соответствующим изменением угловой скорости и вращающего момента по значению и направлению. В современном машиностроении они являются наиболее распространенным типом механических передач. Их используют для передачи движения и вращающего момента в широком диапазоне

мощностей до 300 МВт , окружных скоростей и передаточных отношений от десятков до нескольких тысяч . В зубчатых передачах движение передается с помощью зацепления пары зубчатых колес. Меньшее из зубчатых колес ведущее называется шестерней, а большее ведомое - зубчатым колесом. Термин зубчатое колесо относится как к шестерне, так и к колесу. Основные достоинства постоянство передаточного отношения компактность долговечность, надежность в работе

высокая нагрузочная способность высокий КПД до 0,97. 0,99 для одной пары колес простота обслуживания сравнительно малые нагрузки на валы и оси. Основные недостатки невозможность бесступенчатого изменения передаточного отношения высокие требования к точности изготовления и монтажа возможность появления шума, особенно при больших скоростях плохие амортизирующие свойства громоздкость при больших расстояниях между осями колес не предохраняют машину от возможных опасных перегрузок.

Зубчатые передачи и колеса классифицируются по следующим признакам. 1. По взаимному расположению геометрических осей валов - оси валов параллельные цилиндрические оси валов пересекаются конические оси валов перекрещиваются гиперболоидные, винтовые, гипоидные, червячные . Винтовой зубчатой передачей называется такая гиперболоидная зубчатая передача, у зубчатых колес которой начальные поверхности - круглые цилиндры. Если в качестве начальных поверхностей зубчатых колес приняты

конусы с несовпадающими вершинами, то передача - гипоидная. Червячная передача - частный случай гиперболоидной зубчатой передачи, в которой угол скрещивания осей валов в большинстве случаев равен 90 . Наибольшее распространение в строительных машинах нашли цилиндрические, конические и червячные передачи. 2. По расположению зубьев относительно образующей колес - прямозубые, косозубые, шевронные и с криволинейным зубом. Прямозубые передачи применяют преимущественно при невысоких

и средних окружных скоростях, при большой твердости зубьев, когда динамические нагрузки от неточностей изготовления колес невелики по сравнению с полезными. Прямозубые колеса используют в планетарных и открытых передачах, а также при необходимости осевого перемещения колес для переключения скоростей в коробках передач. При увеличении числа зубьев колеса до бесконечности последнее превращается в рейку, а эвольвентный

профиль зуба - в прямолинейный, удобный для изготовления и измерения. Передача, состоящая из шестерни и зубчатой рейки, служит для преобразования вращательного движения шестерни в поступательное движение рейки и наоборот. Косозубые передачи обеспечивают более плавную работу, позволяя уменьшить диаметр шестерни по сравнению с прямозубым зацеплением. При косозубых колесах в зацеплении одновременно находится большее число зубьев,

чем при прямозубых, что позволяет передавать большие мощности при одинаковых габаритах передачи. Косозубые передачи применяют для ответственных передач при средних и высоких скоростях. Объем их использования в современных машинах непрерывно возрастает и составляет более 30 всех цилиндрических колес. Недостаток косозубого зацепления - возникновение в передаче во время работы осевого усилия, что усложняет конструкцию опор, поскольку под действием этой силы колесо может сместиться вдоль своей оси.

Этот недостаток отсутствует в шевронной передаче, которая подобна сдвоенной косозубой передаче с противоположным направлением зубьев. Осевые силы здесь уравновешиваются на самом зубчатом колесе. Шевронные колеса применяют в мощных редукторах. В винтовых передачах точечный контакт и скольжение приводят к быстрому износу и заеданию зубьев даже при небольших нагрузках. Поэтому винтовые передачи применяют в малонагруженных передачах, например в приборах.

3. По относительному расположению поверхностей вершин и впадин зубьев колес - с внешним и внутренним зацеплениями. 4. По конструктивному исполнению - открытые и закрытые редукторы и коробки передач передачи. В первых зубья колес работают в сухую или периодически смазываются. Вторые размещают в специальном корпусе с постоянным смазыванием мест зацепления зубьев. 5. По форме бокового профиля зубьев - эвольвентные профили зубьев очерчены эвольвентами окружностей

, циклоидальные профили зубьев очерчены по эли- и гипоциклоидам и круговые профили зубьев очерчены дугами окружностей . Основное кинематическое условие, которому должны удовлетворять профили зубьев постоянство мгновенного передаточного отношения передачи. Этому условию удовлетворяют многие классы кривых. Для обеспечения высокого КПД, прочности и долговечности колес профили должны иметь малые скорости скольжения и достаточные радиусы кривизны в точках контакта. Профили зубьев должны допускать легкое изготовление,

в частности нарезание простым инструментом независимо от числа зубьев колес. Этим требованиям удовлетворяет предложенный Эйлером в 1760 г. эвольвентный профиль зуба, который наиболее широко распространен в машиностроении. Он обладает рядом существенных технологических и эксплуатационных преимуществ каждое эвольвентное зубчатое колесо входит в зацепление с колесами, имеющими любое число зубьев при одинаковом модуле эвольвентное зацепление малочувствительно к небольшим отклонениям межосевого

расстояния эвольвентные зубчатые колеса нарезают простым инструментом, они удобны для контроля эвольвентное зацепление допускает коррегирование улучшение профиля зубьев, то есть использование таких участков эвольвенты, которые обеспечивают наилучшую работу передачи. Круговой профиль зуба предложен М. Л. Новиковым в 1954 г. По сравнению с эвольвентным он позволяет повысить нагрузку на передачу. Это зацепление возможно лишь при косых зубьях, 6.

По числу ступеней - одноступенчатые простые зубчатые передачи и многоступенчатые сложные зубчатые передачи . Сложной зубчатой передачей называется такая передача, в состав которой входит более чем два зубчатых колеса. Различают два основных типа сложных зубчатых передач геометрические оси всех колес неподвижны геометрические оси некоторых колес подвижны планетарные передачи . Первые, в свою очередь, бывают рядными и ступенчатыми.

Рядные применяют для передачи движения на значительные расстояния, а также в тех случаях, когда необходимо изменить направление вращения ведомого вала при неизменном направлении вращения ведущего. Ступенчатые передачи используют для получения больших передаточных отношений, а также в тех случаях, когда необходимо скачкообразно изменить скорость вращения ведомого вала при постоянном вращении ведущего. Планетарные передачи имеют следующие преимущества малые габариты и массу вследствие того, что мощность

передается по нескольким потокам, численно равным числу сателлитов, и поэтому нагрузка на зубья в каждом зацеплении уменьшается в несколько раз, удобны при компоновке машины вследствие соосности ведущих и ведомых валов работают с меньшим шумом, что связано с меньшими размерами колес и при симметричном расположении сателлитов взаимным уравновешиванием сил незначительные нагрузки на опоры, что позволяет упростить конструкцию опор и снизить потери в них возможность получения больших передаточных отношений при небольшом числе

зубчатых колес и малых габаритных размерах. Основные недостатки повышенные требования к точности изготовления и монтажа передачи снижение КПД с ростом передаточного отношения. Планетарные передачи используют как редуктор в силовых передачах строительных машин, автомобилей и тракторов. Они особенно эффективны в совокупности с электродвигателем или гидромотором. Для уменьшения числа зуборезных инструментов на размеры отдельных геометрических элементов зубчатых

колес установлены определенные нормы и стандарты. Зубчатые колеса, изготовленные в соответствии с этими нормами, называются нормальными зубчатыми колесами. Рассмотрим определение основных геометрических параметров на примере зацепления пары нормальных прямозубых цилиндрических колес. Параметрам шестерни приписывают индекс 1, а параметрам колеса - 2. Линия зацепления - траектория общей точки контакта сопряженных зубьев при ее движении.

Угол между линией зацепления и прямой, перпендикулярной межосевой линии, называется углом зацепления. Расстояние между центрами колес называется межосевым расстоянием. Геометрию зубчатого колеса характеризуют концентрическими окружностями с центром на оси зубчатого колеса, лежащими в торцовом сечении. Окружности бывают начальные, основные, делительные, вершин зубьев и впадин зубчатых колес. Начальными называются окружности, проходящие через полюс зацепления и которыми колеса

в процессе зацепления перекатываются без скольжения. Делительная окружность принадлежит отдельно взятому колесу и является базовой для определения размеров зубьев. При изменении межосевого расстояния ее диаметр остается неизменным. Делительные окружности совпадают с начальными, если межосевое расстояние пары зубчатых колес равно сумме радиусов делительных окружностей. Окружности, ограничивающие зубья снаружи, называются окружностями

вершин зубьев, а окружности, ограничивающие впадины окружностями впадин. Радиальное расстояние между окружностями вершин и впадин измеряет высоту зуба. Последняя состоит из двух частей высоты головки и высоты ножки. Размер зуба по линии, параллельной оси, называют шириной венца зубчатого колеса. Расстояние между одноименными профилями правыми или левыми соседних зубьев, измеренное по дуге делительной

окружности, называется шагом шаг измеряется по делительной окружности, так как она - базовая при определении размеров зубьев. Конические колеса применяют в передачах, у которых оси валов пересекаются под углом от 10 до 170 . Наибольшее распространение получили ортогональные передачи с углом 90 . Конические передачи сложнее цилиндрических в изготовлении и при монтаже. Пересечение осей валов затрудняет размещение опор.

Одно из конических колес, как правило, располагается консольно. При такой конструкции увеличивается неравномерность распределения нагрузки по длине зуба. Кроме того, в коническом зацеплении действуют осевые силы, из-за чего усложняются опоры. Все это приводит к тому, что нагрузочная способность конической передачи составляет лишь около 85 по сравнению с цилиндрической. Несмотря на указанные недостатки, конические передачи широко применяют в

тех строительных машинах, в которых валы необходимо расположить под углом. Конические передачи бывают с прямыми, косыми и круговыми зубьями. Чаще используют конические колеса с круговыми зубьями, так как они имеют более высокую несущую способность, работают плавно и бесшумно, сохраняют достаточную площадь поверхности контакта при значительных деформациях деталей передачи. Червячная передача представляет собой передачу, у которой ведущее колесо червяк выполнено

с малым числом зубьев, а ведомое червячное колесо имеет значительно большее число зубьев. Угол скрещивания осей обычно составляет 90 . Червячные передачи применяют при небольших и средних мощностях, обычно не превышающих 50 кВт, и скоростях до 15 м с. При многоступенчатой зубчатой передаче червячную пару рекомендуется использовать в качестве быстроходной ступени, так как при увеличении окружной скорости червяка создаются более благоприятные условия для

смазывания в червячном зацеплении и, следовательно, уменьшаются потери на трение. Во избежание перегрева их рекомендуется применять в приводах периодического а не непрерывного действия. Червячные передачи классифицируются по следующим признакам по форме внешней поверхности червяка - с цилиндрическим или глобоидным червяком по числу заходов резьбы червяка - одно- и многозаходные в зависимости от расположения червяка - с нижним, боковым и верхним червяком.

Глобоидная передача имеет повышенный КПД, более надежна и долговечна, но из-за сложности изготовления имеет пока ограниченное применение в строительных машинах. Преимущества червячных передач возможность получения в одной ступени больших передаточных чисел и - 8 80, а в отдельных случаях в несиловых передачах до 1000 плавность и бесшумность работы обладают самоторможением невозможно передавать движение от колеса к червяку имеют повышенную кинематическую точность.

Недостатки сравнительно низкий КПД значительное выделение теплоты в зоне зацепления червяка с колесом потребность в дефицитных антифрикционных материалах для венцов червячных колес интенсивное изнашивание и склонность к заеданию необходимость точной сборки. Геометрические параметры червяка и колеса определяют по формулам, аналогичным формулам для цилиндрических зубчатых колес. В червячной передаче расчетным является осевой модуль червяка, равный торцовому модулю

червячного колеса. Редуктором называется передача, установленная в закрытом корпусе и служащая для снижения угловой скорости и увеличения вращающего момента на выходном валу. Если такая же передача предназначена для повышения угловой скорости, то она называется ускорителем, или мультипликатором. В строительных машинах в основном применяют редукторы, обладающие по сравнению с открытой передачей более высоким КПД за счет непрерывного смазывания, а также большей долговечностью,

так как передача защищена от попадания в нее грязи. Редукторы классифицируются по следующим признакам по типу передачи - цилиндрические, конические, червячные и комбинированные по числу ступеней - одноступенчатые, двухступенчатые, трехступенчатые по расположению валов в пространстве - с параллельными, соосными, пересекающимися и перекрещивающимися осями входного и выходного вала. Конические редукторы менее распространены, и обычно их используют для передач малых

и средних мощностей между пересекающимися под углом чаще всего 90 осями ведущего и ведомого вала. Червячные редукторы отличаются плавностью и бесшумностью работы, но имеют низкий КПД 0,5 0,8 и высокую стоимость. Если редуктор конструктивно объединен с электродвигателем, то такой агрегат называется мотор-редуктором. Он широко распространен в строительных машинах, так как обладает небольшими габаритными размерами и массой на единицу передаваемого момента, возможностью получения большей,

чем в других передачах, точности расположения вала электродвигателя относительно входного вала редуктора, меньшим общим числом деталей, удобством при монтаже и т.д. Коробка передач - это тот же зубчатый редуктор, но предназначенный для ступенчатого изменения передаточного отношения и направления движения машины, а также для длительного отсоединения двигателя от трансмиссии. Она позволяет обеспечивать экономичную работу двигателя в определенном диапазоне изменения внешних

сопротивлений и скоростей движения машины. Канатная передача - одна из разновидностей механических передач, широко применяемая в строительных машинах и оборудовании. В этой передаче груз движется с помощью каната, наматываемого на барабан. Канаты используют для подъема и перемещения грузов в грузоподъемных машинах для управления рабочими органами экскаваторов и других строительных машин с канатно-блочной системой управления в качестве несущих

органов при перемещении по ним грузовых тележек для строповки грузов и т.д. Стальные канаты изготовляют из тонких проволок диаметром 0,5 2,0 мм путем свивки их в пряди, которые затем свиваются вокруг сердечника в канат. Проволоки могут быть одного или разных диаметров. В качестве сердечника обычно используют органическое волокно пенька и т.д пропитанное специальной смазкой. Число проволок в пряди и число прядей в канате может быть различным.

Чаще всего в строительных машинах применяют шестипрядные канаты по 19 или 37 проволок в каждой пряди. По характеру свивки канаты бывают одинарной свивки, когда они свиваются непосредственно из проволок, и двойной свивки, когда проволоки предварительно свиваются в пряди, а пряди - в канат. По направлению свивки канаты бывают односторонней параллельной свивки и крестовой свивки. В первом случае направления свивок проволок в прядях и прядей в канате совпадают.

Во втором случае направления свивок проволок в прядях и прядей в канате противоположные. Такие канаты более устойчивы против кручения. По характеру касания проволок канаты бывают с точечным ТК и линейным ЛК касанием, когда пряди канатов свиты из проволок соответственно одного и разного диаметра. Канаты типа ЛК более гибки, прочны, износостойки. Кроме того, в индексе указывается число прядей, число проволок в каждой из них, наличие органического

сердечника. В строительных машинах преимущественно применяют канаты двойной крестовой свивки с органическим сердечником. Для направления канатов применяются чугунные или стальные желобчатые блоки. Долговечность канатов в значительной степени зависит от отношения диаметра, огибаемого канатом барабана или блока, к диаметру каната. Так же рассчитывают и параметры блоков, желобы которых футерованы капроном или другой пластмассой. Такие блоки значительно повышают ресурс канатов.

Различают неподвижные направляющие и подвижные блоки. У первых оси закреплены неподвижно и они служат для изменения направления канатов. У вторых оси подвижные. Коэффициент полезного действия блока зависит от типа подшипника, угла обхвата каната, его гибкости и диаметра. Полиспасты представляют собой системы подвижных и неподвижных блоков, последовательно огибаемых канатом. Они - составная часть канатно-блочной передачи и систем управления.

Их применяют как самостоятельные механизмы. Полиспасты дают выигрыш в силе или в скорости. Первые применяют чаще, вторые - главным образом в гидравлических и пневматических подъемниках для увеличения скорости движения груза по сравнению со скоростью движения поршня. Барабаны служат для преобразования вращательного движения привода механизма в поступательное движение груза. По конструкции рабочей поверхности они бывают двух типов с гладкой и желобчатой поверхностями.

Первые позволяют наматывать несколько слоев, но срок службы каната меньше, так как соприкосновение происходит по линии. Вторые более дорогостоящие, но срок службы каната больше. Такие барабаны могут иметь правую и левую нарезку, что позволяет наматывать две ветви одновременно. При многослойной навивке необходимо учитывать, что буртик барабана должен выступать над последним слоем уложенного каната не менее чем на два его диаметра.

1.5. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ Гидравлические передачи трансмиссии широко применяют в большинстве современных строительных машин для передачи мощности от основного двигателя к рабочим органам и исполнительным механизмам, а также в системах управления машин. В этих передачах используется энергия рабочей жидкости минерального масла , нагнетаемой гидравлическими насосами под давлением 6,3 35 МПа и более при ее расходе 10 200 л мин. Применение гидравлических трансмиссий позволяет простым способом

преобразовать вращательное движение в поступательное, упростив кинематику рабочего оборудования за счет исключения канатно-блочных систем значительно расширить номенклатуру рабочего оборудования расположить силовые механизмы независимо от силовой установки соединить с помощью гибких рукавов высокого давления элементы гидропривода, расположенные на взаимно перемещающихся частях машины обеспечить высокое быстродействие и реализовать большие усилия на рабочих органах плавно регулировать скорости исполнительных механизмов

в широких пределах, совмещая их по времени, что улучшает технологические возможности строительной машины унифицировать и нормализовать конструкцию элементов гидропривода для разных машин различных типоразмеров, ограничив их номенклатуру обеспечить автоматизацию управления машинами и механизмами, что улучшает условия труда машиниста, повышает качество выполняемых работ и производительность исключить из силовых передач подверженные интенсивному износу фрикционные муфты и тормоза, которые существенно снижают надежность

машины уменьшить число мест смазывания, что сокращает затраты времени на техническое обслуживание. Эффективная реализация преимуществ гидравлических трансмиссий на практике затруднена из-за следующих недостатков зависимости работоспособности надежности от вязкости рабочей жидкости и соответственно от температуры окружающей среды высокой чувствительности к эксплуатационным свойствам рабочей жидкости и необходимости постоянного удаления загрязнений внутренних перетечек и наружных утечек рабочей жидкости

вследствие негерметичности системы, требующих компенсации повышенных требований к материалам, качеству изготовления и сборки гидрооборудования и машин в целом. Носителем энергии в гидравлической трансмиссии и одновременно смазкой служит рабочая жидкость, которая должна обладать рядом качеств, позволяющих обеспечивать устойчивую работу всей гидросистемы. Гидравлические трансмиссии бывают гидростатическими объемными и гидродинамическими.

Они включают в себя следующие основные элементы один или несколько насосов, гидравлические двигатели, баки с рабочей жидкостью, гидравлические распределители, фильтры, соединительные трубопроводы и регулирующие устройства. Главная составная часть гидростатических объемных трансмиссий - насосы и гидромоторы. Их относят к объемным гидромашинам, рабочий процесс которых основан на попеременном заполнении рабочей камеры жидкостью и вытеснении ее из этой камеры. Насосы преобразуют механическую энергию привода в энергию

потока рабочей жидкости и характеризуются развиваемым давлением и подачей. Гидромоторы преобразуют энергию потока рабочей жидкости в механическую и характеризуются развиваемым крутящим моментом и частотой вращения вала. Наиболее широкое применение в гидравлических трансмиссиях строительных машин нашли шестеренные, лопастные, радиально-поршневые и аксиально-поршневые насосы и гидромоторы. Достоинства шестеренных гидромашин - простота их конструкции, малые габариты и масса, небольшая

стоимость, хорошая всасывающая способность, возможность работы на вязких жидкостях, надежность в эксплуатации, меньшая требовательность к чистоте рабочей жидкости. Чаще всего их используют в качестве насосов реже в качестве гидромоторов при низком и среднем давлении и гидросистеме . Шестеренные насосы обычно изготовляют с внешним зацеплением и постоянным рабочим объемом. Наиболее распространены односекционные насосы типа

НШ. Их применяют при давлении до 16 МПа и мощности до 30 40 кВт. В индексации этих насосов числа выражают рабочий объем см3 за один оборот . Ведущая и ведомая шестерни заключены в корпус, имеющий отверстия для подсоединения всасывающей и напорной магистралей. Жидкость от всасывающей полости зубьями шестерен подается к нагнетающей полости, в которой зубья, входя в зацепление, вытесняют ее в напорную магистраль.

Недостатки этих насосов низкий КПД 0,65 0,85 , обусловленный протеканием жидкости из напорной полости во всасывающую, особенно при повышении давления небольшой срок службы при работе с высоким давлением повышенная чувствительность к изменению вязкости рабочей жидкости. Лопастной насос состоит из корпуса и ротора, расположенного на ведущем валу. Относительно оси корпуса вал с ротором установлены эксцентрично.

В пазах ротора имеются лопасти, которые пружинами прижимаются постоянно к корпусу. При вращении ротора лопасти под действием этих пружин и центробежных сил скользят по пазам, выдвигаются, захватывают рабочую жидкость, поступающую в корпус из бака, и нагнетают ее в магистраль под давлением 16 18 МПа. При этом, чем больше эксцентриситет ротора, тем больше подаваемый объем жидкости. КПД лопастных насосов составляет 0,80 0,85. Радиально-поршневой насос состоит из корпуса, ротора и

поршней. Как и в лопастном насосе, ось ротора смещена относительно оси статора. Благодаря этому при вращении ротора поршни совершают возвратно-поступательное движение в цилиндрах. Необходимое плотное прижатие поршня к статору обеспечивается пружиной или напором жидкости, подводимой под поршень. Подачу насоса регулируют изменением эксцентриситета. Реверсирование насоса осуществляется изменением положения эксцентриситета путем перемещения статора,

в результате чего функции полостей всасывания и нагнетания меняются на обратные. Радиально-поршневые гидромоторы аналогичны по устройству насосам и отличаются назначением и принципом действия. Такие высоко-моментные гидромоторы способны осуществлять привод рабочего органа или механизма машины непосредственно без промежуточных механических передач. Поэтому их применяют для привода рабочих органов траншейных экскаваторов, в механизмах поворота и передвижения

гидравлических экскаваторов и т.п. Аксиально-поршневые насосы и гидромоторы бывают с наклонным блоком или диском и состоят из вращающегося цилиндрового блока, поршней со штоками, приводного вала и неподвижного распределительного диска. При вращении блока или диска, наклоненных под углом а 15 30 , поршни их обычно 8 вращаются вместе с блоком и одновременно совершают возвратно-поступательное движение в его цилиндрах, попеременно засасывая рабочую жидкость из гидробака и выталкивая ее в напорную магистраль.

Угол наклона вращающегося блока определяет ход поршней и подачу насоса. В диске сделаны дуговые окна, через которые жидкость засасывается и нагнетается поршнями. Между окнами имеется перемычка, отделяющая полость всасывания от полости нагнетания. При вращении блока отверстия цилиндров соединяются либо с полостью всасывания, либо с полостью нагнетания. При изменении направления вращения блока, функции полостей меняются.

Для уменьшения утечек жидкости торцевую поверхность блока тщательно притирают к диску. Различают нерегулируемые постоянной подачи насосы, у которых угол постоянный, и регулируемые переменной подачи насосы, у которых угол можно плавно изменять в процессе работы. Первые более просты по конструкции, однако при их установке для регулирования скоростей механизмов привода требуется включение в гидросистему специальных дроссельных устройств, снижающих

КПД. Вторые, снабженные устройствами для поворота оси блока в зависимости от давления в системе, используют для автоматического регулирования условия и скорости рабочего органа или исполнительного механизма машины при колебаниях внешней нагрузки, то есть они обеспечивают на рабочих режимах использование постоянно полной мощности двигателя. В гидроприводах одноковшовых экскаваторов и стреловых самоходных кранов применяют сдвоенные аксиально-поршневые насосы, установленные в одном корпусе.

Такие насосы нагнетают рабочую жидкость в две напорные магистрали. Аксиально-поршневые гидромашины с наклонным блоком цилиндров широко применяют в гидроприводах машин, работающих в средних и тяжелых режимах внешних нагрузок с большой частотой включения. Они более надежны и менее чувствительны к загрязнению рабочей жидкости, чем аксиально-поршневые машины с наклонным диском. Аксиально-поршневые насосы и гидромоторы обладают высокой удельной энергоемкостью

до 10 12 кВт кг , компактны, обеспечивают большое рабочее давление до 40 МПа , имеют высокий КПД 0,9 0,95 , который уменьшается только при кинематической вязкости жидкости менее 10 мм2 с, что обусловлено его высокой всасывающей способностью. К недостаткам этих гидромашин относят сложность конструкции, большую металлоемкость 0,41 20,4 кг кВт , необходимость тонкой фильтрации рабочей жидкости и квалифицированного обслуживания.

Гидроцилиндры - гидродвигатели возвратно-поступательного действия и предназначены для привода рабочего оборудования многих строительных машин. Они имеют диаметр 32 220 мм и ход поршня 60 2000 мм. Подвижным звеном гидроцилиндра может быть как шток, так и корпус гильза . Полость гидроцилиндра, в которой расположен шток, называют штоковой, а за поршнем - поршневой. Рабочая жидкость в полости гидроцилиндра поступает и вытесняется из них через отверстия.

Во избежание перетекания рабочей жидкости из штоковой полости в поршневую и обратно на поршне установлены резиновые уплотнительные кольца. Уплотнение служит для предотвращения вытекания рабочей жидкости по штоку из гильзы гидроцилиндра. Гидроцилиндры бывают одно- и двухстороннего действия, а также телескопические. В первых рабочий ход поршня совершается под давлением жидкости, а возврат, если требуемое усилие невелико под действием внешней нагрузки или пружины. Во вторых прямой и обратный ход поршня производится под

давлением рабочей жидкости. Таким образом, усилие на штоке и его перемещение могут быть направлены в обе стороны в зависимости от того, в какую полость гидроцилиндра нагнетается жидкость. Обычно противоположная полость при этом соединяется со сливной линией. При необходимости перемещения подвижного звена на расстояние больше чем длина корпуса цилиндра до 2, 5 3,0 м применяют телескопические гидроцилиндры. Гидроцилиндры двухстороннего действия бывают с одно- и двухсторонним

штоком. Основные параметры гидроцилиндров внутренний диаметр цилиндра, диаметр штока, ход поршня, усилие на штоке, скорость перемещения поршня. Усилие на штоке и скорость перемещения поршня зависят от конструкции гидроцилиндра и направления подачи жидкости. Так, если жидкость от насоса подают в поршневую полость, то скорость м мин перемещения штока. С помощью гидроцилиндров можно обеспечить не только поступательное, но и вращательное движение. Для этого их соединяют с зубчато-реечным, цепным, кривошипно-ползунным

или канатно-блочным механизмом. Гидроцилиндры просты по конструкции и надежны в эксплуатации. Однако необходимо помнить, что для обеспечения надежной их работы следует применять соответствующие по чистоте и качеству масла, а также в течение первых 8 ч работы давление в новых гидроцилиндрах не должно превышать 50 номинального значения. Направление вращения гидромотора или перемещение штока гидроцилиндра определяется направлением потока подводимой рабочей жидкости.

С этой целью в объемном гидроприводе широко применяют распределительные устройства, назначение которых - направлять поток жидкости от насоса к рабочим полостям силовых агрегатов и отводить ее из нерабочих полостей в бак. Часто в распределительные устройства встраиваются предохранительные и регулирующие клапаны. Вспомогательные устройства в гидроприводе баки для жидкости, фильтры и т. д. служат для хранения, очистки и подвода жидкости к исполнительным механизмам. Гидродинамические передачи включают в себя гидромуфты

и гидротрансформаторы, которые устанавливают между основным двигателем и трансмиссией машины. Их отличительная особенность - отсутствие жесткой связи между ведущим и ведомым валами, а движение передается за счет кинетической энергии рабочей жидкости, воздействующей на лхшасти рабочих колес. Гидромуфта состоит из двух рабочих колес - ведущего насосного и ведомого турбинного , установленных соответственно на ведущем и ведомом валах. Колеса заключены в кожух, заполненный маловязким маслом.

При вращении ведущего вала лопасти насосного колеса сбрасывают рабочую жидкость на лопасти турбинного колеса и приводят его и ведомый вал во вращение в том же направлении. С лопаток турбинного колеса жидкость возвращается к насосному колесу, образуя замкнутый поток. Гидромуфты характеризуются примерным равенством вращающих моментов на ведущем и ведомом валах и надежно предохраняют двигатель машины от перегрузок. При использовании гидромуфт двигатель запускают без отключения

трансмиссии, так как начальный вращающий момент очень мал. Недостатки гидромуфт значительное снижение КПД при увеличении скольжения, невозможность изменения передаваемого вращающего момента двигателя в зависимости от нагрузки. В связи с этим гидромуфты целесообразно применять для машин и механизмов, у которых колебания нагрузки значительны, но перегрузки бывают редко. Гидротрансформатор состоит из трех рабочих элементов - ведущего

насосного колеса, закрепленного на ведущем валу ведомого турбинного колеса, жестко посаженного на ведомый вал, и неподвижного колеса реактора . Реактор воспринимает разность вращающих моментов насосного и турбинного колес и обеспечивает получение реактивного момента, воздействующего на турбинное колесо. Таким образом, на ведомый вал действуют два момента - вращающий момент ведущего вала, передаваемый через поток жидкости, и реактивный момент. При уменьшении частоты вращения турбинного колеса вследствие

увеличения внешней нагрузки автоматически повышается реактивный и, следовательно, суммарный вращающий моменты на ведомом валу. В трансмиссиях мощных строительных машин гидротрансформаторы выполняют роль бесступенчатых коробок передач, плавно и автоматически изменяющих передаваемый вращающий момент. Их применение позволяет предохранять двигатели и трансмиссии машин от перегрузок, улучшать эксплуатационные качества машин, автоматизировать их работу и повышать производительность.

Недостатки гидротрансформаторов сравнительно низкий КПД 0,9 0,92 необходимо устройство для охлаждения масла, усложняющего конструкцию машин сложно или невозможно изменять направление движения, поэтому требуются дополнительные механические устройства. 1.6. ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ В пневматических передачах носитель энергии - сжатый воздух, подаваемый компрессором под давлением 0,5 0,8 МПа. В состав пневматической передачи кроме компрессора входят также

воздухосборник ресивер , пневматические двигатели вращательного и возвратно-поступательного действия, масловлагоотделители, воздушные фильтры, регуляторы давления, предохранительные клапаны, а также соединительные воздухопроводы. Такую совокупность устройств, как и в гидравлической передаче, называют пневматическим приводом. Его преимущества мягкая работа оборудования, сравнительно простая схема устройства и безотказность работы. Однако в связи с падением давления в системе и утечкой сжатого воздуха такие приводы имеют небольшой

КПД. По этой причине их применяют сравнительно редко, лишь в некоторых типах вспомогательных устройств в системах управления для плавного включения механизмов в работу и их торможения в механизированном строительном инструменте пневматические молоты, ручные вибраторы и пневмомашины для питания различной аппаратуры при отделочных работах для транспортирования строительных материалов и т.п. Главная составная часть пневматического привода - компрессор, который проводится в действие от электродвигателя

или двигателя внутреннего сгорания. В строительстве чаще всего применяют поршневые и ротационные компрессоры. Поршневые компрессоры бывают одно- и двухступенчатого сжатия. В первом при движении поршня в цилиндре вниз вследствие разрежения происходит засасывание воздуха через автоматически действующий клапан. Возвратно-поступательное движение поршня осуществляется с помощью коленчатого вала и шатуна. При движении поршня вверх воздух нагнетается под давлением через нагнетательный

клапан в воздухосборник, откуда через раздаточные краны по воздухопроводам подводится к исполнительному механизму. Засасываемый воздух очищается фильтром. Применяемые в строительстве одноступенчатые компрессоры создают давление 0,6 0,7 МПа при производительности до 0,15 м3 с. Во втором воздух сначала сжимается до давления 0,2 0,25 МПа в цилиндре первой ступени, а затем, пройдя через холодильник, поступает в цилиндр второй ступени,

где сжимается до давления 0,8 МПа и подается в воздухосборник. Двухступенчатый компрессор по сравнению с одноступенчатым подает воздух под давлением в 1,5 1,6 раза больше. Воздухосборник служит для создания запаса сжатого воздуха и равномерной без пульсации подачи его к исполнительным механизмам, а также для охлаждения и очистки воздуха от воды и масла. Он оборудован предохранительным клапаном, который срабатывает при избыточном давлении и выпускает часть

сжатого воздуха в атмосферу, а также манометром, показывающим давление. Производительность таких компрессоров составляет 2 20 мэ мин и определяется по количеству засасываемого из атмосферы воздуха. Ротационный компрессор состоит из корпуса, внутри которого эксцентрично вращается ротор с лопатками. Последние прижимаются к корпусу центробежными силами. К преимуществам ротационных компрессоров по сравнению с поршневыми относятся простота конструкции,

более равномерная подача воздуха. Недостаток - более низкий КПД.