Cilindrinių tiesiakrumplių pavarų skaičiavimas

Cilindrinių tiesiakrumplių krumpliaračių pagrindinių parametrų nustatymas yra svarbus inžinerinis uždavinys, siekiant užtikrinti patikimą ir efektyvų mechanizmų veikimą. Darbo tikslas yra nustatyti cilindrinės tiesiakrumplės pavaros pagrindinius parametrus, naudojant matavimo bei skaičiavimo būdus.

Mechaninės pavaros ir jų reikšmė

Mechaninės pavaros yra tarpiniai mechanizmai, perduodantys energiją nuo jos šaltinio (pvz., variklio) vartotojui (pvz., darbo mašinai, automobiliui), keičiantys kampinį greitį, sukimosi momentą arba judesio pobūdį. Energijos šaltiniai (varikliai) dažnai dirba dideliais kampiniais greičiais, o darbo mašinos veleno kampinis greitis turi būti mažas. Pavaromis patogu keisti mašinos mechanizmų darbo velenų kampinius greičius, nekeičiant variklio veleno kampinio greičio. Be to, variklio velenas perduoda sukamąjį judesį, o mašinos mechanizmuose jį kartais reikia pakeisti slenkamuoju, svyruojančiu, sraigtiniu arba kitokiu. Kartais nuo vieno energijos šaltinio veleno judesys perduodamas keliems mašinos darbo velenams, besisukantiems skirtingais kampiniais greičiais.

Pavaros kinematinis skaičiavimas

Energijos šaltinio (variklio) varantysis velenas atlieka sukamąjį judesį, perduodant jį įvairioms mechaninėms pavaroms. Sukamasis judesys - tai kietojo kūno sukimasis apie geometrinę ašį. Mechaninę pavarą sudaro varančioji ir varomoji grandis. Pagrindiniai parametrai yra: kampinis greitis (ω, 1/s), skersmuo (d), sukimosi dažnis (n, sūk/min), linijinis greitis (v, m/s), galia (P, N) ir sukimosi momentas (T). Kūno apskritiminė jėga (Ft), linijinis greitis (v) ir galia (P) tarpusavyje yra susiję formule P = Ft * v. Galia taip pat gali būti išreikšta sukimo momento T ir kampinio greičio ω sandauga P = T * ω.

Skaičiuojant ir projektuojant mechanines pavaras būtina įvertinti varančiųjų ir pasipriešinimo jėgų momentus, pavaros perdavimo skaičių, galios nuostolius. Pasipriešinimo jėgų momentas T2 pridedamas varomojo veleno taške O2. Pavaros perdavimo skaičius (u) apibrėžia velenų greičių santykį. Kai u > 1, ω1 > ω2, tai yra lėtinančioji pavara arba reduktorius. Kai u < 1, ω1 < ω2, tai pavara yra greitinančioji arba multiplikatorius. Kai u = 1 arba ω1 = ω2, gali keisti judesio kryptį. Dažniausiai mašinose naudojamos lėtinančios pavaros, nes darbo mašinos padargo kampinis greitis yra mažesnis nei variklio veleno kampinis greitis.

Varantysis velenas perduoda galią varomajam velenui. Jėgos šaltinio varančiojo veleno gale varomajam mašinos velenui galia perduodama tarpiniais mechanizmais (diržine, grandinine, krumpline pavara), kurių kiekvienas keičia kampinį greitį, sukimosi dažnį, sukimo momentą, perdavimo skaičių, naudingumo koeficientą. Jei tarpinių pavarų perdavimo skaičius pažymėsime u1, u2, u3, … un, o naudingumo koeficientą η1, η2, … ηn, tai bendras pavaros perdavimo skaičius ir naudingumo koeficientas yra lygus atskirų pavarų perdavimo skaičiaus sandaugai ir naudingumo koeficientų sandaugai.

Krumplinės pavaros

Pagal velenų padėtį krumplinės pavaros skirstomos į pavaras su lygiagrečiais velenais, su susikertančiais velenais ir su prasilenkiančiais velenais. Šių pavarų privalumai apima galimybę perduoti galią nuo kelių vatų iki 50 MW, didelį krumpliaračių apskritiminių greičių diapazoną (nuo akimi nepastebimo slinkimo iki 300 m/s), skersmenis nuo 1 mm iki kelių metrų. Perdavimo skaičius yra pastovus. Krumplinės pavaros pasižymi kompaktiška ir patikima konstrukcija, gaminamos iš įvairių medžiagų (nuo plieno iki polimerų).

Bendrojoje mašinų gamyboje dažniausiai naudojamos cilindrinės išorinio krumplių susikabinimo pavaros. Rečiau naudojamos kūginės pavaros. Sliekinės pavaros naudojamos tada, kai reikia gauti didelį perdavimo skaičių. Labai apkraunamose mašinose ir mechanizmuose naudojamos cilindrinės tiesiakrumplės ir įstrižakrumplės pavaros (krovinių kėlimo mašinose, laivuose, energetikos įrenginiuose ir t.t.). Kai jėgos pavarose energiją reikia perduoti susikertančiais velenais, naudojamos kūginės pavaros, pavyzdžiui, automobilio diferencialas. Sliekinės pavaros dėl paprastos konstrukcijos ir didelio perdavimo skaičiaus plačiai naudojamos liftuose, troleibusuose, metropoliteno traukiniuose.

Reduktoriai

Reduktorius - tai krumplinės arba sliekinės pavaros, sudarančios atskirą agregatą. Reduktorius yra uždaroji krumplinė pavara. Perduodant sukamąjį judesį reduktoriai mažina varomojo veleno kampinį greitį ir didina sukimo momentą. Reduktoriai projektuojami kaip tarpiniai mechanizmai konkrečiai mašinai arba pagal varomojo veleno sukimo momentą ir kampinį greitį, nenurodant konkrečios jo paskirties. Reduktoriai montuojami transporto mašinose, kėlimo mašinose, staklėse ir kituose įrenginiuose tarp variklio (jėgos šaltinio) ir darbo mašinos (vartotojo). Projektuojant reduktorių, sudaroma jo kinematinė schema.

Vieno laipsnio reduktorius vieną kartą keičia kampinį greitį, sūkius ir sukimosi momentą. N laipsnių reduktorius n kartų keičia tuos pačius parametrus. Visuose reduktoriuose yra greitaeigiai ir lėtaeigiai velenai. Reduktorių tipai skirstomi pagal:

• Konstrukciją: cilindriniai-krumpliniai, kūginiai-cilindriniai.
• Laipsnių skaičių: vienalaipsniai, dvilaipsniai.
• Velenų tarpusavio padėtį: bendraašiai, su lygiagrečiais velenais.
• Padėtį erdvėje: su horizontaliomis velenais, su vertikaliu varomuoju velenu, su vertikaliu varančiuoju velenu, su vertikaliais velenais.

Reduktoriaus tipo modifikacijos parinkimas priklauso nuo pavaros konstrukcijos (kūginė, cilindrinė), nuo pavarų komponavimo laipsnių skaičiaus, velenų išdėstymo erdvėje. Reduktoriaus tipas parenkamas įvertinant perdavimo skaičių (u), maksimalų perduodamą sukimo momentą (Tmax), eksploatacijos režimą, pavaros konstrukcinius ir eksploatacinius ypatumus. Pirmiausia reduktoriai parenkami atsižvelgiant į perdavimo skaičių.

Cilindrinės tiesiakrumplės pavaros projektavimas ir skaičiavimas

Projektuojant cilindrinę tiesiakrumplę pavarą, atliekami išsamūs skaičiavimai, apimantys šiuos etapus:

1. Variklio parinkimas ir kinematiniai skaičiavimai. Nustatoma reikalinga variklio galia, reduktoriaus perdavimų skaičius ir variklio apsisukimų skaičius.
2. Reduktoriaus kinematiniai skaičiavimai. Nustatomi atskirų reduktoriaus pavarų perdavimo skaičiai ir reduktoriaus naudingumo koeficientas.
3. Krumpliaračių medžiagų parinkimas. Pasirenkamos tinkamos medžiagos ir nustatomi leistinieji kontaktiniai įtempimai.
4. Pagrindinių geometrinių pavaros parametrų nustatymas. Apskaičiuojami krumpliaračių krumplių skaičiai, išorinis apskritiminis modulis ir tarpašinis atstumas. Nustatomas varomojo krumpliaračio išorinis dalijamasis skersmuo.
5. Apkrovos koeficiento nustatymas.
6. Kontaktinių įtempimų patikrinimas. Įvertinamas kontaktinio patvarumo skaičiavimas.
7. Kabinimosi jėgų nustatymas.
8. Leistinųjų krumplių lenkimo įtempimų nustatymas ir patikrinimas. Atliekamas lenkimo patvarumo skaičiavimas.
9. Perdavimo skaičiaus ir tarpašinio atstumo patikslinimas.
10. Apskritiminio greičio ir kabinimo tikslumo laipsnio parinkimas.
11. Velenų projektinis ir patikslintas skaičiavimas. Įvertinamas tik sukimo momentas, parenkami velenų skersmenys ir nustatomi velenų konstrukciniai matmenys.
12. Atraminių reakcijų skaičiavimas ir velenų lenkimo bei sukimo diagramų sudarymas.
13. Jėgų krumplio susikabinimo vietose nustatymas.
14. Guolių parinkimas ir ilgaamžiškumo skaičiavimas.
15. Pleištinių sujungimų skaičiavimas ir pleištų parinkimas. Atliekamas pleištinių sujungimų stiprumo patikrinimas.
16. Patikrinamasis velenų nuovargio skaičiavimas. Nustatomi stiprumo atsargos koeficientai, veleno skerspjūvio polinis atsparumo momentas (Ws) ir medžiagos jautrumo koeficientai.
17. Pavaros tepimas.

tags: #cilindrines #tiesiakrumples #pavaros #skaiciavimas