Т1 = (1 + а)·Т2 = 2·f·n/(2 + а)
Намотка, когда на один слой нити, намотанный под оптимальным углом к образующей, накладывается N слоев под оптимальным углом:
Т1 = 2·f·n· (N +1) /(2 + а)
Намотка двумя системами ткани, которые укладываются так, что направление основы ткани составляет с образующими оболочки углы φ1 и φ2:
Т1 = f1·n1·( N+1)·(k + 1) /(2 + а)
8.Расчет и проектирование передач движения с использованием пластмасс
Пластмассы используются в таких распространенных передачах движения, как зубчатые, волновые, червячные и ременные передачи.
Пластмассовые зубчатые колеса обычно применяются в случаях, когда необходимо обеспечить:
1) малый вес передачи;
2) бесшумность при больших скоростях;
3) высокие демпфирующие свойства;
4) способность работать в агрессивных и абразивных средах.
Преимущества пластмассовых зубчатых колес с точки зрения технологии применения:
1) частичная компенсация неточностей изготовления и монтажа;
2) малый износ сопряженных деталей.
Недостатками пластмассовых зубчатых колес, которые необходимо учитывать при проектировании, являются:
1) значительно более низкая по сравнению с металлическими колесами несущая способность;
2) низкая теплопроводность;
3) возможное разбухание при работе во влажной среде.
Обычно при проектировании зубчатых передач с пластмассовыми колесами одно из них выполняют из металла, а другое – из пластмассы. Это обеспечивает:
1) улучшение теплоотвода;
2) более полное использование свойств полимера;
3) снижение потерь на трение;
4) уменьшение износа зубьев.
Для изготовления пластмассовых колес используют текстолит, древесно-слоистые пластики, полиамиды, полиформальдегид, поликарбонат и т.п.
Основой проектирования полимерных и металло-полимерных зубчатых передач являются методы, применяемые для металлических зубчатых передач, однако их корректируют с учетом специфики полимерных материалов: анизотропии, неоднородность структуры и свойств из-за различия в технологии изготовления различных партий полимерных изделий, изменения свойств пластмасс во времени.
В расчетах используют корректирующие коэффициенты:
1) коэффициент нагрузки kн, который учитывает неравномерность распределения нагрузки по длине зубьев и дополнительные динамические нагрузки;
2) коэффициент износа kизн, который учитывает ослабление сечения зуба в результате износа; принимается в пределах 1,5 – 1,8;
3) коэффициент угла наклона зуба kβ, который при угле наклона 10 – 200 равен для слоисто-волокнистых пластиков 0,75 – 0,85; для термопластов – 0,7 – 0,8.
Допустимое напряжение изгиба [σ]и определяется по разрушающему напряжению и запасу прочности, но в формулу вводят коэффициенты, учитывающие технологию изготовления kтехн, частоту нагружения kчаст, концентрацию напряжений kσ.
kтехн = 0,9 для зубчатых колес, изготовленных механической обработкой и 1,0 для литых колес.
kчаст = 0,85 – 1,0 в зависимости от количества вхождений пластмассового зуба в зацепление.
kσ зависит от природы пластмассы. Для полиамидов, полипропилена, полиформальдегида он равен 0,8 – 0,9, для поликарбоната, текстолита, ДСП – 0,9 – 0,95.
Пластмассовые зубчатые колеса волновых передач имеют ряд преимуществ:
1) меньшая мощность сил трения в зоне контакта;
2) меньшее тепловыделение и меньший нагрев поверхности зубьев;
3) расширение области применения полимеров в конструкциях передач (приборы, кинематические передачи и т.п.);
4) снижение веса и моментов инерции вращающихся частей;
5) понижение уровня шума, колебаний и вибраций;
6) устранение опасности коррозии и электрических наводок, например, в узлах радиоаппаратуры;
7) высокая износостойкость кинематических пар;
8) возможность работы в условиях ограниченной смазки или при ее отсутствии;
9) большая технологичность;
10) меньшая стоимость.
При проектировании следует учитывать, что одно колесо можно изготавливать из пластика, а другое – из металла (обычно жесткое). При малых нагрузках (50 – 100 Н), низких скоростях скольжения (0,001 – 0,1 м/с) и небольшой продолжительности включения (3 – 5 %) оба колеса можно изготавливать из пластмассы.
Все напряжения в колесе являются переменными, и определяющим фактором является выносливость полимера, из которого изготовлено гибкое колесо.
Расчет волновой передачи заключается в: 1) определении размеров гибкого колеса и его зубчатого венца; 2) вычислении суммарного напряжения изгиба и напряжения кручения с учетом эффекта их концентрации; 3) сравнении полученных величин с допускаемыми. При выборе допускаемых напряжений обязательно следует учитывать температуру, достигаемую в процессе эксплуатации.
Температура в зоне контакта зубьев при установившемся режиме длительной работы не должна превышать 65 0С для полиамидов, 75 0С для полиформальдегида, 85 – 100 0С для эпоксидно-новолачных реактопластов. В противном случае должны предприниматься необходимые меры: увеличение поверхности теплоотдачи, введение вентиляционного обдува, применение жидкой смазки и т.д. – или, если это возможно, должен быть облегчен эксплуатационный режим работы волновой передачи.
Червячные пластмассовые колеса обычно применяются при температуре менее 90 0С, скоростях скольжения не выше 3 м/с, нагрузках не выше 3 МПа для колес из текстолита и ДСП и 1,5 – 1,8 МПа для колес из полиамида.
Наиболее перспективным является конструктивное оформление пластмассовых червячных передач в виде глобоидных, так как при этом получается большой выигрыш в нагрузочной способности за счет увеличения площади контакта зубьев червяка и колеса.
При проектировании пластмассовых червячных передач рассчитываются напряжения изгиба одного зуба колеса при приложении к нему всей нагрузки и глобоидного червяка в горловом сечении, которые затем сравниваются с допускаемыми напряжениями на изгиб для данного вида пластмассы.
Широко применяются в промышленности. Наиболее распространены полиамидные пластмассовые ремни, которые имеют целый ряд преимуществ по сравнению с кожаными, хлопчатобумажными, прорезиненными и др. ремнями. К таким преимуществам относятся: 1) увеличение передаваемой мощности; 2) возможность использования в агрессивных средах и при больших окружных скоростях (до 75 м/с); 3) мягкая безударная работа; 4) отказ от натяжных роликов; 5) отличная работоспособность при ударной нагрузке.
Конструктивные размеры пластмассовых ременных передач включают:
1) площадь сечения пластмассового ремня;
2) толщину ремня;
3) диаметр меньшего шкива;
4) ширину ремня;
5) передаточное число.
Наибольшее напряжение ремень испытвавет в точке контакта ведущей ветви ремня с малым шкивом передачи:
σmax = σ0 + k/2 + σцбс + σизг,
где σ0 – напряжение в ремне при холостом ходе;
k – полезное напряжение;
σцбс – напряжение в ремне от центробежных сил;
σизг – напряжение в ремне от изгиба.
Рассчитанное максимальное напряжение сравнивается с допускаемым.
Кроме плоскоременных пластмассовых передач, находят применение клиноременные и зубчатоременные передачи. Их расчеты производятся с использованием экспериментально найденных графических зависимостей.
9.Расчет и проектирование пластмассовых элементов трубопроводной арматуры
В последние годы широко используются пластмассовые трубопроводы. Для соединения различных частей труб, для нормального функционирования их необходима арматура, которая также изготавливается из пластиков. Наибольшее распространение как материал для изготовления деталей трубопроводной арматуры пластмассы получили в химическом машиностроении. Такие детали изготавливают как из термопластов, так и из реактопластов. Выбор материала обусловливается требованиями, предъявляемыми к таким деталям, и условиями их сборки и эксплуатации. Трубы из реактопластов (текстолита, стеклотекстолита, фаолита, гетинакса и др.), изготовленные на основе фенолоформальдегидных, полиэфирных и эпоксидных смол, не изгибаются по месту, не свариваются, а только склеиваются. Трубы из полиэтилена, полипропилена, винипласта и других термопластов имеют меньшую прочность, чем трубы из реактопластов, но легко обрабатываются, изгибаются по месту, свариваются и склеиваются.
Основное преимущество пластмассовых труб – их высокая коррозионная стойкость, что предопределяет срок их службы, высокие диэлектрические свойства и делает их незаменимыми при прокладке в зоне блуждающих токов. Кроме того, пластмассовые трубы значительно легче по весу, удобны при транспортировке и монтаже.
Критерием работоспособности пластмассовых трубопроводов является выдерживаемое ими давление жидкости. Величина его существенно зависит от физико-механических свойств пластика, условий и режима эксплуатации, а также конструктивного оформления деталей арматуры из пластмасс.
При проектировании пластмассовой арматуры, как правило, задаются условия и режим эксплуатации, диаметр, а иногда и вся конструкция изделия. Поэтому при проектировании арматуры расчеты чаще всего сводятся к определению оптимальной толщины стенок изделия.
Пластмассовая арматура (задвижки, краны и т.п.) состоит из геометрически разных, состыкованных между собой частей – цилиндрических, плоских и фланцевых элементов.
9.1 Расчет цилиндрических элементов
Для цилиндрических элементов как наиболее ответственных предусматривается определение напряжений в двух зонах: в упругой и упругопластической. При расчете упругой зоны используется рабочее (нормальное) давление, а при расчете упругопластической зоны – максимальное (кратковременное) давление с длительностью действия не более 200 с. Максимальное давление может возникнуть в арматуре в связи с гидравлическим ударом или аварийным состоянием всей гидравлической системы.