Материал: Проектирование механизмов радиоэлектронных средств. учебное пособие. Андреев А.И., Андреев И.В

Медь марок М1 и М3 используется для изготовления деталей в виде заклепок, экранов, шин, рам ячеек, но в конструкциях механизмов РЭС применяют чаще сплавы меди: латунь и бронзу. Латунь представляет сплав, в котором основными компонентами являются медь и цинк. Латунь обладает достаточно высокими механическими, технологическими свойствами и высокой коррозионной стойкостью.

Таблица 8.1

Материалы, рекомендуемые для пары зубчатых колес

Детали, изготавливаемые из литейных латуней Л59-1, ЛК80-3-3, ЛМцС58-2-2 (ГОСТ 15527-70), используются для изготовления зубчатых колес с ослабленными требованиями по прочности и для составления сборочных колес. Червячные колеса чаще изготавливают из бронз. Бронзой называют сплав меди с различными элементами, кроме цинка и некоторых сплавов с марганцем и никелем. Бронза, кроме меди как основного компонента может содержать олово, свинец, алюминий, беррилий, железо, кремний и т.д. Бронзу обозначают Бр., а ее компоненты буквами: А-алюминий, Б –беррилий, Ж- железо, К- кремний, Мц- марганец, О – олово и т.д.

В червячных передачах колеса делают из оловянных бронз типа Бр0Ф 10-1 (предел прочности _в =300МПа при литье в кокиль и _в =200МПа при литье в землю), Бр0НФ 10-1 (предел прочности _в =300МПа при центробежном литье), Бр0ЦСН-7-5-1 (ГОСТ 613-79), но чаще безоловянистых типа БрАЖ9-4 (ГОСТ 18175-78). Детали из бронзы БрАЖ9-4 (предел прочности _в =500МПа при литье в кокиль и _в =400МПа при литье в землю) представляют часто раздельные колеса, входящие в сборочную единицу червячного колеса. Бериллиевая отожженная бронза Бр.Б2 (предел прочности _в =500МПа ) обладает высокими механическими свойствами, антифрикционными и упругими свойствами идет на изготовление пружин для этих сборочных колес и контактов.

Червяки, винты делаются из сталей марок 40, 45, Y10А, 40X, 30XCA, а гайки с целью уменьшения потерь из бронз БрАЖ9-4, Бр0Ц06-6-3 (ГОСТ 613-79). В конструкциях РЭС используются сплавы титана с алюминием, оловом, марганцем, медью. Эти сплавы ВТ4, ВТ5, ВТ10 обладают высокой прочностью, коррозионной стойкостью и имеют преимущества перед сталью и сплавами алюминия. Сплав ВТ5 (предел прочности _в =800-950 МПа) прокатывается , штампуется и куется в горячем состоянии, удовлетворительно обрабатывается резанием. Этот сплав используют в качестве литейного материала, с заливкой в форму в среде инертных газов или вакууме, для изготовления корпусных высокопрочных деталей, несущих большие механические нагрузки при воздействии вибраций и ударов. При использовании сплава ВТ4 (предел прочности _в =800-900 МПа) для деталей простой формы допускается штамповка в холодном состоянии и по свойствам этот сплав близок к ВТ5. Сплав ВТ10 (предел прочности _в =1100-1170МПа) обладает высоким сопротивлением ползучести и высокой термической стойкостью.

К неметаллическим материалам, используемых в конструкциях механизмов относятся пластмассы и резина.

Пластмассы обладают хорошими диэлектрическими свойствами, а их механические характеристики зависят от марки материала. Пластмассы подразделяют на термопластичные и термореактивные.

Термореактивные пластмассы при повторном нагревании не переходят в пластичное состояние, так как в процессе изготовления входящие в нее состав смолы полимеризуются и превращаются в вещество с новыми свойствами.

К термореактивным пластмассам относятся фторопласт-4 (ГОСТ 10007-72), текстолит (ГОСТ 5-78), гетинакс (ГОСТ 2718-74), стеклотекстолит (ГОСТ 10292-74) и композиционные, в состав которых входят наполнитель в виде стекловолокна, хлопчатобумажных волокон.

Термопластичные пластмассы при нагревании размягчаются, и получаемый в результате этого материал можно использовать дпя вторичной переработки. К термопластичым относят полиэтилен ПЭВД (ГОСТ 16337-70), винипласт (ГОСТ 9639-71), полистирол ПС (ГОСТ 20282-74), полиметилакрилат (ТУ 6-05- 1344-71), фторопласт-3 (ГОСТ 13744-76), полиамиды ПА610 (ГОСТ 10589-73).

Полиамиды используютя для изготовления втулок, зубчатых колес, каркасов, корпусов и других деталей , изготовленных методом литья.

Полиэтилен и полистирол применяются для изготовления корпусных деталей, а из полиметилакрилата делают различные шкалы для РЭС.

Для изготовления зубчатых колес применяются также сополимеры формальдегида СФД (ТУ 6-05-1543-79).

Основные механические характеристики материалов приведены в табл.8.2

Таблица 8.2

Механические характеристики пластмасс

Контрольные вопросы

1. В чем различие термореактивных и термо-

пластичных пластмасс и какими пределами прочности они характеризуются

2. Какими преимуществами обладают титановые

сплавы?

3. Какие материалы рекомендуется использовать

для зубчатой пары: шестерня и колесо?

4. Что используется для повышения стойкости

зуьев при применении стальных материалов?

5. Какие пределы прочности имеют дуралюмины и

силумины?

9. Основы конструирования механизмов

И ОТДЕЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ ПЕРЕДАЧ

9.1. Конструирование зубчатых колес

Зубчатые колеса могут изготовляться заодно с валом (вал-шестерня) или насадными. Конструкцию вал-шестерня применяют в механизмах РЭС, когда наружный диаметр зубчатого колеса d_a2d. Зубья цилиндрических зубчатых колес нарезаются на выступающей части (рис. 9.1, а) или могут быть углублены в тело вала (рис. 9.1, б) в зависимости от соотношения размеров d_a и d. При углублении звеньев из общей длинны нарезной части L рабочей является длина l, а на концах имеются нерабочие участки для входа и выхода фрезы.

Цельная конструкция вал-шестерня более рациональна по сравнению с составной, повышается жесткость такой конструкции, повышается точность зацепления колес, снижается стоимость изготовления. Недостатком такой конструкции является необходимость замены всего вала при износе или поломке зубьев.

Конструкция насадных цилиндрических зубчатых колес зависит от их размеров, материала и технологии изготовления, способа соединения с валом. На рис. 9.2 показаны основные типовые конструкции.

Мелкомодульные колеса относительно небольшого диаметра выполняют с односторонней ступицей (рис. 9.2, а), конструкция с двухсторонней ступицей менее технологична. Крепление таких колес на валу осуществляется с помощью штифта, а посадка выполняется с зазором H7/h7.

Мелкомодульные тонкие колеса (b_w6 мм) большого диаметра, а также колеса из цветных сплавов и неметаллических материалов делают простыми (рис. 9.2, б, в, г), посадку на вал часто осуществляют с натягом H7/p6. В месте посадки колеса на вал имеется специальный надрез, с помощью которого материал развальцовывают, обеспечивая дополнительное крепление колес.

Рис. 9.1. Конструкции вала-шестерни

Рис. 9.2. Конструкции простых зубчатых колес (а, б, в, г) и составных (д):1, 2 – зубчатые колеса, 3 –заклепка, 4 – штифт, 5- пружина

В дисках широких колес для уменьшения массы и момента инерции, повышения их технологичности делают двусторонние проточки (рис. 9.2, в). проточки делают при ширине венца b>3 мм и принимают С=0,20,4b, толщину обода S (2,53,5) мм.

Кроме проточек в диске допускают отверстия. Диаметр отверстий d₀=(d_a-D)/S; но не менее 5…6 мм, диаметр окружности центров отверстий D_a(d_a+D)/2.

В реверсивных механизмах настройки РЭС существует боковой зазор между сопряженными зубьями колес, что вызывает появление мертвого хода.

Для устранения мертвого хода, вызванного боковым зазором, применяют люфтовыбирающие зубчатые колеса.

Колеса делают составными (рис. 9.2, д).При нарезании зубьев оба колеса соединяют, затем одну часть колеса с со ступицей закрепляют жестко на валу, а другая образует со ступицей подвижное соединение.

Оба колеса соединяют пружиной и подвижную часть поворачивают на 36 зубьев. Под действием пружины поверхность зубьев одного колеса прижимают к боковым поверхностям зубьев другого колеса, этим устраняют люфт мертвого хода.

Вращающий момент М с ведущего колеса на ведомое передаётся за счёт момента Мкр создаваемого пружиной

Мпр = М (9.1)

где  =1,5...3 коэффициент запаса. Для пружины растяжения или сжатия, расположенной на расстоянии r₁ от оси колеса необходимое условие определяют зависимостью

F_пр = (β∙M) / (r₁∙n ) (9.2)

где n-число пружин. Удлинение пружины, необходимое для создания силы определяют формулой:

λ = k_zπ m r₁ /r₂ (9.3)

где k_z =3...6 – число зубьев, на которое смещается подвижная часть люфтовибирающего колеса, m- модуль зацепления, r- радиус начальной окружности. Размеры пружины вибирают по значениям F_пр и .

Недостатком колёс содержащих пружины, является увеличение потерь на трение в зацеплении, так как одновременно контактируют обе стороны зуба.

На рабочем чертеже зубчатого колеса, кроме размеров его конструктивных элементов, должны быть указанны параметры его зацепления в зуборезной таблице в правом верхнем углу деталировочного чертежа (рис 9.3), шероховатость боковых поверхностей зубьев.

Рис. 9.3. Рабочий чертёж зубчатого колеса

9.2. Проектирование червяков и червячных колёс

Для конструирования червячной передачи определяют модуль m , число витков червяка Z1 и число зубьев червячного колеса Z2. Модуль для силовых червячных передач определяют из расчёта зацеплений на контакт и изгибную прочность, для кинематических механизмов величина модуля определяется из конструктивных соображений. Коэффициент диаметра червяка выбирают из стандартного ряда q=6,3; 8; 10; 12,5; 16; 20; 25. При этом малые значения q= 6,3; 8; 10 выбирают для быстроходных передач, а большие q= 12,5; 16; 20; 25 в мелкомодульных передачах для повышения жёсткости червяка. Диаметр гладкой части вала-червяка выбирают таким, чтобы можно было обеспечить свободный выход инструмента при нарезании витков. Нарезная часть изготавливается с фасками, под углом в 20⁰. Жёсткость червяка является главным требованием при его проектировании. В связи с этим расстояние между опорами вала червяка задают минимальным.

Червячные колёса в малогабаритных передачах делают монолитными (рис. 9.4, а). Наибольший диаметр червячного колеса задаётся формулой (4.32), а угол охвата червяком колеса задают в зависимости от механизма: для силового 2 =70 120⁰ , а для отсчетных устройств 2 =22 30⁰. Ширина зубчатого венца червячного колеса зависит от d_н . Выбирают b₂0,67d_н при Z₁ =1.2 и b₂0,67d_н при Z₁ =4. В конструкции колеса делают отверстия от 4  8 для снижения их веса. Размер проточек в червячных колёсах выбирается аналогично конструкции зубчатых колёс.

Способ соединения червячного колеса с валом зависит от величины передаваемого вращающего момента.

При малых значениях момента, соединение осуществляют с помощью штифта, а для сильнонагруженных механизмов соединение с валом выполняется посредством шпонки или шлицов. Червячные колёса большого диаметра делают составными (рис. 9.4 б, в).