Типы передач механических


4. Основные виды механических передач.

Механической передачей называют устройство для передачи механического движения от двигателя к исполнительным органам машины. Может осуществляться с изменением значения и направления скорости движения, с преобразованием вида движения. Необходимость применения таких устройств обусловлена нецелесообразностью, а иногда и невозможностью непосредственного соединения рабочего органа машины с валом двигателя. Механизмы вращательного движения позволяют осуществить непрерывное и равномерное движение с наименьшими потерями энергии на преодоление трения и наименьшими инерционными нагрузками.

Механические передачи вращательного движения делятся:

-     по способу передачи движения от ведущего звена к ведомому на передачи трением (фрикционные, ременные) и зацеплением (цепные, зубчатые, червячные);

-     по соотношению скоростей ведущего и ведомого звеньев на замедляющие (редукторы) и ускоряющие (мультипликаторы);

-     по взаимному расположению осей ведущего и ведомого валов на передачи с параллельными, пресекающимися и перекрещивающимися осями валов.

 Зубчатые передачи

Зубчатой передачей называется трехзвенный механизм, в котором два подвижных звена являются зубчатыми колесами, или колесо и рейка с зубьями, образующими с неподвижным звеном (корпусом) вращательную или поступательную пару.

Зубчатая передача состоит из двух колес, посредством которых они сцепляются между собой. Зубчатое колесо с меньшим числом зубьев называют шестерней, с большим числом зубьев – колесом.

Планетарные передачи

Планетарными называются передачи, содержащие зубчатые колеса с перемещающимися осями . Передача состоит из центрального колеса с наружными зубьями, центрального колеса с внутренними зубьями, водила и сателлитов . Сателлиты вращаются вокруг своих осей и вместе с осью вокруг центрального колеса, т.е. совершают движение, подобное движению планет.

Червячные передачи

Червячная передача применяется для передачи вращения от одного вала к другому, когда оси валов перекрещиваются. Угол перекрещивания в большинстве случаев равен 90º. Наиболее распространенная червячная передача состоит из так называемого архимедова червяка, т.е. винта, имеющего трапецеидальную резьбу с углом профиля в осевом сечении, равным двойному углу зацепления (2α = 40), и червячного колеса.

Волновые механические передачи

Волновая передача основана на принципе преобразования параметров движения за счет волнового деформирования гибкого звена механизма.

Волновые зубчатые передачи являются разновидностью планетарных передач, у которых одно из колес гибкое.

Фрикционные передачи

Передачи, работа которых основана на использовании сил трения, возникающих между рабочими поверхностями двух прижатых друг к другу тел вращения, называют фрикционными передачами.

Ременные передачи

Ременная передача состоит из двух шкивов, закрепленных на валах, и охватывающего их ремня. Ремень надет на шкивы с определенным натяжением, обеспечивающим трение между ремнем и шкивами, достаточное для передачи мощности от ведущего шкива к ведомому.

В зависимости от формы поперечного сечения ремня различают: плоскоременную, клиноременную и круглоременную

Цепные передачи

Цепная передача состоит из двух колес с зубьями (звездочек) и охватывающей их цепи. Наиболее распространены передачи с втулочно-роликовой цепью и зубчатой цепью Цепные передачи применяются для передачи средних мощностей (не более 150 кВт) между параллельными валами в случаях, когда межосевые расстояния велики для зубчатых передач.

Передача винт-гайка

Передача винт-гайка служит для преобразования вращательного движения в поступательное. Широкое применение таких передач определяется тем, что при простой и компактной конструкции удается осуществить медленные и точные перемещения.

В авиастроении передача винт-гайка используется в механизмах управления самолетом: для перемещения взлетно-посадочных закрылков, для управления триммерами, поворотными стабилизаторами и др.

К преимуществам передачи относятся простота и компактность конструкции, большой выигрыш в силе, точность перемещений.

Недостатком передачи является большая потеря на трение и связанный с этим малый КПД.

Кулачковые механизмы

Кулачковые механизмы (рис. 2.26) по широте применения уступают только зубчатым передачам. Их используют в станках и прессах, двигателях внутреннего сгорания, машинах текстильной, пищевой и полиграфической промышленности. В этих машинах они выполняют функции подвода и отвода инструмента, подачи и зажима материала в станках, выталкивания, поворота, перемещения изделий и др.

Передачи, их виды: фрикционные, ременные, цепные, зубчатые, червячные

Механическая передача – механизм, превращающий кинематические и энергетические параметры двигателя в необходимые параметры движения рабочих органов машин и предназначенный для согласования режима работы двигателя с режимом работы исполнительных органов. [1]

Типы механических передач:

  • зубчатые (цилиндрические, конические);
  • винтовые (винтовые, червячные, гипоидные);
  • с гибкими элементами (ременные, цепные);
  • фрикционные (за счёт трения, применяются при плохих условиях работы).

В зависимости от соотношения параметров входного и выходного валов передачи разделяют на:

  • редукторы (понижающие передачи) – от входного вала к выходному уменьшают частоту вращения и увеличивают крутящий момент;
  • мультипликаторы (повышающие передачи) – от входного вала к выходному увеличивают частоту вращения и уменьшают крутящий момент.

Зубчатая передача – это механизм или часть механизма механической передачи, в состав которого входят зубчатые колёса. При этом усилие от одного элемента к другому передаётся с помощью зубьев. [2]

Зубчатые передачи предназначены для:

  • передачи вращательного движения между валами, которые могут иметь параллельные, пересекающиеся или скрещивающиеся оси;
  • преобразования вращательного движения в поступательное, и наоборот (передача “рейка-шестерня”).

Зубчатое колесо передачи с меньшим числом зубьев называется шестернёй, второе колесо с большим числом зубьев называется колесом.

Зубчатые передачи классифицируют по расположению валов:

  • с параллельными осями (цилиндрические с внутренним и внешним зацеплениями);
  • с пересекающимися осями (конические);
  • с перекрестными осями (рейка-шестерня).

Цилиндрические зубчатые передачи (рисунок 1) бывают с внешним и внутренним зацеплением. В зависимости от угла наклона зубьев выполняют прямозубые и косозубые колёса. С увеличением угла повышается прочность косозубых передач (за счёт наклона увеличивается площадь контакта зубьев, уменьшаются габариты передачи). Однако в косозубых передачах появляется дополнительная осевая сила, направленная вдоль оси вала и создающая дополнительную нагрузку на опоры. Для уменьшения этой силы угол наклона ограничивают 8-20°. Этот недостаток исключён в шевронной передаче.

Рисунок 1 – Основные виды цилиндрических зубчатых передач

Конические зубчатые передачи (рисунок 2) применяют в тех случаях, когда оси валов пересекаются под некоторым углом, чаще всего 90°. Конические передачи более сложны в изготовлении и монтаже, чем цилиндрические. Нагрузочная способность конической прямозубой передачи составляет приблизительно 85% цилиндрической. Для повышения нагрузочной способности конических колёс применяют колёса с непрямыми (тангенциальными, круговыми) зубьями.

Рисунок 2 – Конические зубчатые передачи

Достоинства зубчатых передач:

  • компактность;
  • возможность передавать большие мощности;
  • большие скорости вращения;
  • постоянство передаточного отношения;
  • высокий КПД.

Недостатки зубчатых передач:

  • сложность передачи движения на значительные расстояния;
  • жёсткость передачи;
  • шум во время работы;
  • необходимость в смазке.

Червячные передачи (рисунок 3) применяют для передачи движения между перекрещивающимися осями, угол между которыми, как правило, составляет 90°. Движение в червячных передачах передается по принципу винтовой пары.

Рисунок 3 – Червячная передача

В отличие от большинства разновидностей зубчатых в червячной передаче окружные скорости на червяке и на колесе не совпадают. Они направлены под углом и отличаются по значению. При относительном движении начальные цилиндры скользят. Большое скольжение является причиной низкого КПД, повышенного износа и заедания. Для снижения износа применяют специальные антифрикционные пары материалов: червяк – сталь, венец червячного колеса – бронза (реже – латунь, чугун).

Достоинства червячных передач:

  • большие передаточные отношения;
  • плавность и бесшумность работы;
  • высокая кинематическая точность;
  • самоторможение.

Недостатки червячных передач:

  • низкий КПД;
  • высокий износ, заедание;
  • использование дорогих материалов;
  • высокие требования к точности сборки.

Для передачи движения между сравнительно далеко расположенными друг от друга валами применяют механизмы, в которых усилие от ведущего звена к ведомому передаётся с помощью гибких звеньев. В качестве гибких звеньев применяются: ремни, шнуры, канаты разных профилей, провода, стальную ленту, цепи различных конструкций.

Передачи с гибкими звеньями могут обеспечивать постоянное и переменное передаточное отношения со ступенчатым или плавным изменением его величины.

Для сохранности постоянства натяжения гибких звеньев в механизмах применяются натяжные устройства: ролики, пружины, противовесы и т.п.

Различают следующие разновидности передач с гибкими звеньями:

  • по способу соединения гибкого звена с остальными:
    • фрикционные;
    • с непосредственным соединением;
    • с зацеплением;
  • по взаимному расположению валов и направлению их вращения:
    • открытые;
    • перекрёстные;
    • полуперекрёстные;

Ременная передача (рисунок 4) состоит из двух шкивов, закреплённых на валах, и ремня, охватывающего эти шкивы. Нагрузки передается за счёт сил трения, возникающих между шкивами и ремнём вследствие натяжения последнего.

В зависимости от формы поперечного перереза ремня различают передачи:

  • плоскоременную;
  • клиноременную (получили наиболее широкое применение);
  • круглоременную.

    Рисунок 4 – Ременная передача

Наибольшие преимущества наблюдаются в передачах с зубчатыми (поликлиновыми) ремнями.

Достоинства ременных передач:

  • возможность передачи движения на значительные расстояния;
  • плавность и бесшумность работы;
  • защита механизмов от колебаний нагрузки вследствие упругости ремня;
  • защита механизмов от перегрузки за счёт возможного проскальзывания ремня;
  • простота конструкции и эксплуатации (не требует смазки).

Недостатки ременных передач:

  • повышенные габариты (при равных условиях диаметры шкивов в 5 раз больше диаметров зубчатых колёс);
  • непостоянство передаточного отношения вследствие проскальзывания ремня;
  • повышенная нагрузка на валы и их опоры, связанная с большим предварительным натяжением ремня (в 2-3 раза больше, чем у зубчатых передач);
  • низкая долговечность ремней (1000-5000 часов).

Цепная передача (рисунок 5) основана на принципе зацепления цепи и звёздочек. Цепная передача состоит из:

  • ведущей звёздочки;
  • ведомой звёздочки;
  • цепи, которая охватывает звёздочки и зацепляется за них зубьями;
  • натяжных устройств;
  • смазывающих устройств;
  • ограждения.

    Рисунок 5 – Цепные передачи: а) с роликовой цепью; б) с зубчатой пластинчатой цепью

Область применения цепных передач:

  • при значительных межосевых расстояниях;
  • при передаче от одного ведущего вала нескольким ведомым;
  • когда зубчатые передачи неприменимы, а ременные недостаточно надёжны.

По типу применяемых цепей бывают:

  • роликовые;
  • втулочные (лёгкие, но большой износ);
  • роликовтулочные (тяжёлые, но низкий износ);
  • зубчатые пластинчатые (обеспечивают плавность работы).

Достоинства цепных передач (по сравнению с ременной передачей):

  • большая нагрузочная способность;
  • отсутствие скольжения и буксования, что обеспечивает постоянство передаточного отношения и возможность работы при кратковременных перегрузках;
  • принцип зацепления не требует предварительного натяжения цепи;
  • могут работать при меньших межосевых расстояниях и при больших передаточных отношениях.

Недостатки цепных передач связаны с тем, что звенья располагаются на звёздочке не по окружности, а по многоугольнику, что влечёт:

  • износ шарниров цепи;
  • шум и дополнительные динамические нагрузки;
  • необходимость обеспечения смазки.

Фрикционная передача – кинематическая пара, использующая силу трения для передачи механической энергии (рисунок 6). [3]

Трение между элементами может быть сухое, граничное, жидкостное. Жидкостное трение наиболее предпочтительно, так как значительно увеличивает долговечность фрикционной передачи.

Фрикционные передачи делятся:

  • по расположению валов:
    • с параллельными валами;
    • с пересекающимися валами;
  • по характеру контакта:
    • с внешним контактом;
    • с внутренним контактом;
  • по возможности варьирования передаточного отношения:
    • нерегулируемые;
    • регулируемые (фрикционный вариатор);
  • при наличии промежуточных тел в передаче по форме контактирующих тел:
    • цилиндрические;
    • конические;
    • сферические;
    • плоские.

Перечень ссылок

Вопросы для контроля

  1. Что называют механической передачей, их основные разновидности?
  2. Что представляют собой зубчатые передачи: описание, назначение, классификация, достоинства и недостатки?
  3. Каков принцип работы червячных зубчатых передач, их основные достоинства и недостатки?
  4. Что представляют собой передачи с гибкими звеньями: описание, назначение, классификация?
  5. Какие основные достоинства и недостатки ременных передач в сравнении с цепными?
  6. Что представляют собой фрикционные передачи: описание, назначение, классификация?

Виды механизмов передачи движения

Передачей называют техническое приспособление для передачи того или иного вида движения от одной части механизма к другой. Передача происходит от источника энергии к месту ее потребления или преобразования. Первые передаточные механизмы были разработаны в античном мире и использовались в системах орошения Древнего Египта, Междуречья и Китая. Средневековые механики значительно усовершенствовали устройства, передающие движение, и разработали множество новых видов, используя и в прялках и гончарном деле. Подлинный же расцвет начался в Новое время, с внедрением технологий производства и точной обработки стальных сплавов.

Виды передачи движения

Виды передачи движения

В различных станках, бытовых приборах, транспортных средствах и других механизмах используют разнообразные виды передач.

Обычно различают следующие виды передачи:

  • вращательного движения;
  • прямолинейного или возвратно-поступательного;
  • движения по определенной траектории.

Самым широко применяемым  типом механических передач являются вращательные.

Особенности зубчатого механизма

Такие механизмы предназначены для того, чтобы передавать вращение от одного зубчатого колеса к другому, используя зацепление зубцов. У них относительно малые потери на трение по сравнению с фрикционами, поскольку плотный прижим колесной пары друг к другу не нужен.

Зубчатый механизм

Пара шестерен преобразует скорость вращения вала обратно пропорционально соотношению числа зубцов. Это соотношение называют передаточным числом. Так, колесо с пятью зубьями будет вращаться в 4 раза быстрее, чем состоящее с ним в зацеплении 20-зубое колесо. Крутящий момент в такой паре уменьшится также в 4 раза. Это свойство используют для создания редукторов, понижающих скорость вращения с возрастанием крутящего момента (или наоборот).

Если необходимо получить большое передаточное число, то одной пары шестерен может быть недостаточно: редуктор получится очень больших размеров. Тогда применяют несколько последовательных пар шестерен, каждую с относительно небольшим передаточным числом. Характерным примером такого вида является автомобильная коробка передач или механические часы.

Зубчатый механизм способен также изменять направление вращения приводного вала. Если оси лежат в одной плоскости — применяют конические шестерни, если в разных- то передачу червячного или планетарного вида.

Планетарный зубчатый механизм

Для реализации движение с определенным периодом на одной из шестерен оставляют один (или несколько) зубец. Тогда вторичный вал будет перемещаться на заданный угол только каждый полный оборот ведущего вала.

Если развернуть одну из шестерен на плоскость – получится зубчатая рейка. Такая пара может преобразовывать вращательное движение в прямолинейное.

Для того чтобы шестерни входили в зацепление и эффективно передавали движение, необходимо, чтобы зубья точно совпадали между собой по профилю. Регламентированы основные параметры, используемые при расчете:

  • Диаметр начальной окружности.
  • Шаг зацепления — расстояние между соседними зубцами, определенное вдоль линии начальной окружности.
  • Модуль. – Отношение шага к константе π. Шестерни с равным модулем всегда входят в зацепление, независимо от количества зубцов. Стандартом предписывается допустимый ряд значение модулей. Через модуль выражаются все основные параметры шестерни.
  • Высота зуба.

Параметры зубчатого движения

Важными параметрами также являются высота головки и основания зуба, диаметр окружности выступов, угол контура и другие.

Передачи зубчатого вида обладают рядом очевидных достоинств. Это:

  • преобразование параметров движения (число оборотов и крутящий момент) в широких пределах;
  • высокая отказоустойчивость и ресурс работы;
  • компактность;
  • малые потери и большой коэффициент полезного действия;
  • небольшие нагрузки на оси;
  • стабильность передаточного числа;
  • несложное обслуживание и ремонт.

Классификация зубчатых передач

Недостатки

Зубчатым механизмам свойственны и определенные минусы:

  • При изготовлении и сборке требуется высокая точность и специальная обработка поверхностей.
  • Неизбежный шум и вибрация, особенно при высоких оборотах или больших усилиях
  • Жесткость конструкции приводит к поломкам при стопорении ведомого вала.

При выборе вида передачи конструктор сопоставляет преимущества и недостатки для каждого конкретного случая.

Механические передачи

Механические передачи служит для того, чтобы передать вращение от ведущего вала к ведомому, от места генерации механической энергии (обычно — двигатель того или иного типа) к месту ее потребления или преобразования.

Как правило, двигатели вращают свой вал с ограниченным пределом изменения числа оборотов и крутящего момента. Потребителям же требуются более широкие диапазоны.

По методу передачи механической энергии среди передач различают следующие виды:

  • зубчатые;
  • винтовые;
  • гибкие.
  • фрикционные.

Виды механических передач

Зубчатые передающие механизмы, в свою очередь, подразделяются на такие виды, как:

  • цилиндрические;
  • конические;
  • профиль Новикова.

По соотношению скорости вращения ведущего и ведомого валов различают редукторы (снижающие обороты) и мультипликаторы (увеличивающие обороты). Современная механическая коробка передач для автомобиля объединяет в себе оба вида, являясь одновременно и редуктором, и мультипликатором.

Функции механических передач

Главная функция механических передач — это предать кинетическую энергию от ее источника к потребителям, рабочим органам. Помимо главной, передаточные механизмы выполняют и дополнительные функции:

  • Изменение числа оборотов и крутящего момента. При постоянном количестве движения изменения этих величин обратно пропорциональны. Для ступенчатого изменения применяют сменные зубчатые пары, для плавного подходят ременные или торсионные вариаторы.
  • Изменение направления вращения. Включает как обычный реверс, так и изменение направления оси вращения с помощью конических, планетарных или карданных механизмов.
  • Преобразование видов движения. Вращательного в прямолинейное, непрерывного в циклическое.
  • Раздача крутящего момента между несколькими потребителями.

Механические передачи выполняют и другие вспомогательные функции.

Классификация механических передач

Машиностроителями принято несколько классификаций в зависимости от классифицирующего фактора.

По принципу действия различают следующие виды механических передач:

  • зацеплением;
  • трением качения;
  • гибкими звеньями.

По направлению изменения числа оборотов выделяют редукторы (снижение) и мультипликаторы (повышение). Каждый из них соответственно изменяет и крутящий момент (в обратную сторону).

По числу потребителей передаваемой энергии вращения вид может быть:

  • однопотоковый;
  • многопотоковый.

Классификация механических передач

По числу этапов преобразования – одноступенчатые и многоступенчатые.

По признаку преобразования видов движения выделяют такие типы механических передач, как

  • Вращательно-поступательные. Червячные, реечные и винтовые.
  • Вращательно-качательные. Рычажные пары.
  • Поступательно-вращательные. Кривошипно-шатунные широко применяются в двигателях внутреннего сгорания и паровых машинах.

Для обеспечения движения по сложным заданным траекториям используют системы рычагов, кулачков и клапанов.

Основные показатели для выбора механических передач

Выбор типа передачи — сложная конструкторская задача. Нужно подобрать вид и спроектировать механизм, наиболее полно удовлетворяющий техническим требованиям, сформулированным для данного узла.

При выборе конструктор сопоставляет следующие основные факторы:

  • опыт предшествующих аналогичных конструкций;
  • мощность и момент на валу ;
  • число оборотов на входе и на выходе;
  • требуемый К.П.Д.;
  • массогабаритные характеристики;
  • доступность регулировок;
  • плановый эксплуатационный ресурс;
  • себестоимость производства;
  • стоимость обслуживания.

При высоких передаваемых мощностях обычно выбирают многопоточный зубчатый вид. При необходимости регулировки числа оборотов в широком диапазоне разумно будет выбрать клиноременной вариатор. Конечное решение остается за конструктором.

Цилиндрические передачи

Механизмы такого вида выполняют с внутренним или с внешним зацеплением. Если зубья расположены под углом к продольной оси, шестерню называют косозубой. По мере увеличения угла наклона зубцов прочность пары повышается. Зацепление косозубого вида также отличается лучшей износостойкостью, плавностью хода и низким уровнем шума и вибраций.

Цилиндрическая передача

Недостатком этого типа является возникновение паразитной силы, действующей вдоль оси колеса. Это создает лишнюю нагрузку на опорные подшипники.

Коническая передача

Если необходимо изменить направление вращения, а оси валов лежат в одной плоскости, применяют конический тип передачи. Наиболее распространенный угол изменения – 90°.

Такой тип механизма более сложен в изготовлении и монтаже и, также как и косозубый, требует укрепления опорных конструкций.

Коническая передача

Конический механизм может передать до 80% мощности по сравнению с цилиндрическим.

Реечная и ременная зубчатая передача

Реечная передача преобразует вращательное движение в поступательное. Одно из зубчатых колес пары как бы развернуто в линию и представляет собой зубчатую рейку. Такой способ используется в рулевом управлений автомобиля, в других исполнительных механизмах.

Ременная передача была изобретена в доисторические времена и с тех пор заметно видоизменилась и усовершенствовалась.

Она состоит из двух закрепленных на входном и выходном валу колес-шкивов, охваченных кольцевым приводным ремнем. Вращение передается за счет сил трения, возникающих на шкивах.

Ременная зубчатая передачаРеечная зубчатая передача

Плоские и круглые ремни используются при небольших нагрузках. Широкое распространение получил ремень в форме клина, шкив при этом выполняется со щечками, и зацепление осуществляется одной нижней и двумя боковыми поверхностями ремня.

Ремни также снабжаются зубчатыми фрагментами. Поликлиновые передачи широко применяются в современных автомобильных и мотоциклетных вариаторах. Они позволяют передавать значительный крутящий момент и плавно регулировать скорость вращения ведомого вала.

Достоинства и недостатки ременных передач

Преимущества:

  • передача вращения на большие дистанции (до 20 метров);
  • низкий уровень шума и вибраций;
  • демпфирование динамических нагрузок упругим материалом ремня;
  • простое устройство и эксплуатация, смазка ремня не требуется).

Недостатки:

  • большие размеры (при равной мощности шестерня в 5-6 раз меньше шкива);
  • переменное передаточное число из-за проскальзывания;
  • малая долговечность по сравнению с зубчатыми колесами.

Чтобы обеспечить тяговую способность, ремень приходится подвергать большому предварительному натяжению. Это ускоряет износ подшипников и валов шкивов.

Применение

Из всех типов передач наиболее широко применяются зубчатые. Практически любой механизм, бытовой прибор, станок, механические часы, транспортное средство включает в себя зубчатые пары.

В последнее время, с прогрессом электротехники, разработкой новых материалов и отходом двигателей внутреннего сгорания на второй план, использование зубчатых механизмов приобрело тенденцию к сокращению.

Все чаще вместо редуктора используют электронную схему регулировки момента и числа оборотов электродвигателя. В электромобиле из нескольких тысяч движущихся частей, 30% из которых составляли разного вида шестерни, осталось несколько сотен.

Зубчатые шестерни в механизме часовДвигатель с зубчатым механизмом

Тяговые электродвигатели размещены непосредственно в колесе, необходимость в сложной трансмиссии отпадает.

Похожие тенденции намечаются и в бытовой технике.

Свои позиции зубчатые редукторы и трансмиссии сохраняют там, где требуется передача очень больших мощностей и крутящих моментов. Это промышленные установки, горная техника, некоторые виды транспортных систем.

Обслуживание

Своевременное обслуживание любой техники в соответствии с рекомендациями ее производителя обеспечит ее нормальное функционирование, паспортную производительность и выработку планового ресурса.

Обслуживание разбивается на несколько видов

  • текущее обслуживание;
  • диагностика;
  • планово-предупредительный ремонт;
  • внеплановый ремонт;
  • аварийный ремонт.

При условии проведения текущего обслуживания и планово-предупредительных ремонтов в соответствии с графиками удается значительно снизить риски выхода оборудования из строя.

Диагностика проводится с заданной периодичностью и призвана выявить негативные изменения в работе оборудования на ранней стадии и минимизировать потери времени и средств на внеплановые ремонты.

Обслуживание зубчатых передач заключается в их своевременной смазке.

Для ременных необходимо периодическое восстановление силы натяжения ремня.

Диагностика проводится как методом визуального осмотра, таки измерением температуры, уровня шума и вибрации, ультразвуковым и рентгеновским просвечиванием механизма без его разборки.

Обслуживание зубчатого механизма

Стандарты

Основные параметры различных видов передач нормируются соответствующими ГОСТами:

  • Зубчатые цилиндрические: 16531-83.
  • Червячные 2144-76.
  • Эвольвентные 19274-73.

Скачать ГОСТ 16531-83

Скачать ГОСТ 2144-76

Дополнительные параметры, методы расчета и особенности эксплуатации описаны в других государственных стандартах.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

2. Механические передачи

Механической передачей называют устройство для передачи механического движения от двигателя к исполнительным органам машины. Может осуществляться с изменением значения и направления скорости движения, с преобразованием вида движения. Необходимость применения таких устройств обусловлена нецелесообразностью, а иногда и невозможностью непосредственного соединения рабочего органа машины с валом двигателя. Механизмы вращательного движения позволяют осуществить непрерывное и равномерное движение с наименьшими потерями энергии на преодоление трения и наименьшими инерционными нагрузками.

Механические передачи вращательного движения делятся:

-     по способу передачи движения от ведущего звена к ведомому на передачи трением (фрикционные, ременные) и зацеплением (цепные, зубчатые, червячные);

-     по соотношению скоростей ведущего и ведомого звеньев на замедляющие (редукторы) и ускоряющие (мультипликаторы);

-     по взаимному расположению осей ведущего и ведомого валов на передачи с параллельными, пресекающимися и перекрещивающимися осями валов.

Замедляющие передачи получили большее распространение по сравнению с ускоряющими. Это объясняется тем, что скорости вращения валов двигателей различного вида, как правило, значительно выше скоростей валов рабочих машин. Более быстроходные двигатели имеют меньшие размеры по сравнению с тихоходными двигателями той же мощности, так как с увеличением частоты вращения уменьшаются силы и моменты, действующие на детали двигателя. Например, передавать вращение от быстроходной газовой турбины на вал несущего винта вертолета через специальную замедляющую зубчатую передачу (редуктор) значительно выгоднее, чем применять имеющий большие габаритные размеры и массу тихоходный двигатель, вал которого соединялся бы непосредственно с винтом. Из всех типов передач наиболее распространенными являются зубчатые.

В каждой передаче различают два основных вала: входной и выходной, или ведущий и ведомый. Между этими валами в многоступенчатых передачах располагаются промежуточные валы.

Основные характеристики передач:

мощность Р1 на входе и Р2 на выходе, Вт; мощность может быть выражена через окружную силу Ft (Н) и окружную скорость V (м/с) колеса, шкива, барабана и т.п.:

Р = Ft×V;

быстроходность, выражающаяся частотой вращения n1 на входе и n2 на выходе, мин–1, или угловыми скоростями ω1 и ω2 , с-1;

передаточное отношение – отношение угловой скорости ведущего звена к угловой скорости ведомого звена:

,

при u > 1, n1 > n2 – передача понижающая, или редуктор,

при u < 1, n1 < n2 – передача повышающая, или мультипликатор;

коэффициент полезного действия (КПД)

, или ,

где Рr – мощность, потерянная в передаче.

Одноступенчатые передачи имеют следующие КПД: фрикционные – 0,85…0,9; ременные – 0,90…0,95; зубчатые – 0,95…0,99; червячные – 0,7…0,9; цепные – 0,92…0,95;

моменты на валах. Моменты Т1 (Н·м) на ведущем и Т2 на ведомом валах определяют по мощности (кВт) и частоте вращения (об./мин) или угловой скорости (с-1):

,  или ,

где ω1 = .

Связь между вращающими моментами на ведущем Т1 и ведомом Т2 валах выражается через передаточное отношение u и КПД η:

Т2 = Т1 η u.

2.1. Зубчатые передачи

Зубчатой передачей называется трехзвенный механизм, в котором два подвижных звена являются зубчатыми колесами, или колесо и рейка с зубьями, образующими с неподвижным звеном (корпусом) вращательную или поступательную пару.

Зубчатая передача состоит из двух колес, посредством которых они сцепляются между собой. Зубчатое колесо с меньшим числом зубьев называют шестерней, с большим числом зубьев – колесом.

Термин «зубчатое колесо» является общим. Параметрам шестерни приписывают индекс 1, а параметрам колеса – 2.

Основными преимуществами зубчатых передач являются:

-     постоянство передаточного числа (отсутствие проскальзывания);

-     компактность по сравнению с фрикционными и ременными передачами;

-     высокий КПД (до 0,97…0,98 в одной ступени);

-     большая долговечность и надежность в работе (например, для редукторов общего применения установлен ресурс ~ 30 000 ч);

-     возможность применения в широком диапазоне скоростей (до 150 м/с), мощностей (до десятков тысяч кВт).

Недостатки:

-     шум при высоких скоростях;

-     невозможность бесступенчатого изменения передаточного числа;

-     необходимость высокой точности изготовления и монтажа;

-     незащищенность от перегрузок;

-     наличие вибраций, которые возникают в результате неточного изготовления и неточной сборки передач.

Классификация зубчатых передач. По расположению осей валов различают передачи с параллельными (рис. 2.1, а – в, з), с пересекающимися (рис. 2.1, г, д) и перекрещивающимися (рис. 2.1, е, ж) геометрическими осями.

По форме могут быть цилиндрические (рис. 2.1, а – в, з), конические (рис. 2.1, г, д, ж), эллиптические, фигурные зубчатые колеса и колеса с неполным числом зубьев (секторные).

По форме профилей зубьев различают эвольвентные и круговые передачи, а по форме и расположению зубьев – прямые (рис. 2.1, а, г, е, з), косые (рис. 2.1, б), шевронные (рис. 2.1, в) и круговые (рис. 2.1, д, ж).

В зависимости от относительного расположения зубчатых колес передачи могут быть с внешним (рис. 2.1, а) или внутренним (рис. 2.1, з) их зацеплением. Для преобразования вращательного движения в возвратно поступательное и наоборот служит реечная передача (рис. 2.1, е).

Зубчатые передачи эвольвентного профиля широко распространены во всех отраслях машиностроения и приборостроения. Они применяются в исключительно широком диапазоне условий работы. Мощности, передаваемые зубчатыми передачами, изменяются от ничтожно малых (приборы, часовые механизмы) до многих тысяч кВт (редукторы авиационных двигателей). Наибольшее распространение имеют передачи с цилиндрическими колесами, как наиболее простые в изготовлении и эксплуатации, надежные и малогабаритные. Конические, винтовые и червячные передачи применяют лишь в тех случаях, когда это необходимо по условиям компоновки машины.

Рис. 2.1. Зубчатые передачи

2.2. Планетарные передачи

Планетарными называются передачи, содержащие зубчатые колеса с перемещающимися осями (рис. 2.6). Передача состоит из центрального колеса 1 с наружными зубьями, центрального колеса 3 с внутренними зубьями, водила Н и сателлитов 2. Сателлиты вращаются вокруг своих осей и вместе с осью вокруг центрального колеса, т.е. совершают движение, подобное движению планет.

При неподвижном колесе 3 движение может передаваться от 1 к Н или от Н к 1; при неподвижном водиле Н – от 1 к 3 или от 3 к 1. При всех свободных звеньях одно движение можно раскладывать на два (от 3 к 1 и Н) или два соединять в одно (от 1 и Н к 3). В этом случае передачу называют дифференциальной.

Рис. 2.6. Планетарный механизм

Планетарные передачи имеют существенные преимущества:

-     нагрузка в планетарных передачах передается одновременно несколькими сателлитами, следовательно, силы, действующие на зубья колес, соответственно уменьшаются, что позволяет использовать колеса меньших габаритных размеров и массы;

-     в планетарных передачах рационально используются колеса внутреннего зацепления, обладающие большой (по сравнению с колесами наружного зацепления) нагрузочной способностью;

-     равномерное распределение сателлитов по окружности приводит к уравновешиванию радиальных сил, действующих на колеса, и, следовательно, к разгрузке подшипников центральных колес и водила;

-     применение планетарного механизма позволяет легко осуществить компактную конструкцию соосного редуктора, т.е. такого редуктора, у которого оси ведущего и ведомого валов совпадают. Это имеет важное значение для поршневых и турбовинтовых авиационных двигателей. Например, при помощи так называемого дифференциального планетарного редуктора можно от одного двигателя приводить во вращение два соосных винта, скорости вращения которых будут изменяться в полете в соответствии с изменением шага винта.

К недостаткам планетарных передач относятся повышенные требования к точности изготовления и монтажа.

2.3. Червячные передачи

Червячная передача применяется для передачи вращения от одного вала к другому, когда оси валов перекрещиваются. Угол перекрещивания в большинстве случаев равен 90º. Наиболее распространенная червячная передача (рис. 2.10) состоит из так называемого архимедова червяка, т.е. винта, имеющего трапецеидальную резьбу с углом профиля в осевом сечении, равным двойному углу зацепления (2α = 40°), и червячного колеса.

       

Рис. 2.10. Червячная передача

Геометрия червячных передач. В червячной передаче, так же как и в зубчатой, различают диаметры начальных и делительных цилиндров (рис. 2.11): dw1, dw2 – начальные диаметры червяка и колеса; d1, d2 – делительные диаметры червяка и колеса. В передачах без смещения dw1 = d1, dw2 = d2. Точка касания начальных цилиндров является полюсом зацепления.

Червяки различают по следующим признакам: по форме поверхности, на которой образуется резьба, – цилиндрические (рис. 2.12, а) и глобоидные (рис. 2.12, б); по форме профиля резьбы – архимедовы и эвольвентные цилиндрические червяки.

Архимедов червяк имеет трапецеидальный профиль резьбы в осевом сечении, в торцевом сечении витки резьбы очерчены архимедовой спиралью.

   

Эвольвентный червяк представляет собой косозубое зубчатое колесо с малым числом зубьев и большим углом их наклона. Профиль витка в торцевом сечении очерчен эвольвентой.

Наибольшее применение в машиностроении находят архимедовы червяки, так как технология их производства проста и наиболее отработана. Архимедовы червяки обычно не шлифуют. Их используют, когда требуемая твердость материала червяка не превышает 350 НВ. При твердости 45 НRC и малой шероховатости рабочих поверхностей витков червяки делают эвольвентными, так как после термообработки шлифование их рабочих поверхностей по сравнению с архимедовыми червяками проще.

Профиль зубьев червячных колес в передачах эвольвентный. Поэтому зацепление в червячной передаче представляет собой эвольвентное зацепление зубчатого колеса с зубчатой рейкой. Угол наклона линии зуба червячного колеса β равен углу

подъема γ линии витка червяка. Минимальное число зубьев колеса из условия отсутствия подрезания

z

2

=

24. Число витков (заходов) червяка определяется количеством ниток нарезки, отстоящих друг от друга на расстояние, называемое шагом, и начинающихся на торцах нарезной части червяка. Направление витков может быть правым или левым. Чаще применяется правая нарезка с числом заходов

z

1

=

1…4. Рекомендуют

z

1

= 4 при передаточном отношении

u

= 8…15;

z

1

= 2 при

u

= 15…30;

z

1

= 1 при

u

> 30.

Волновая передача основана на принципе преобразования параметров движения за счет волнового деформирования гибкого звена механизма. Впервые такая передача была запатентована в США инженером Массером. [3]

Волновые зубчатые передачи (рис. 2.14) являются разновидностью планетарных передач, у которых одно из колес гибкое.

Волновая передача включает в себя жесткое зубчатое колесо b с внутренними зубьями и вращающееся гибкое колесо g c наружными зубьями. Гибкое колесо входит в зацепление с жестким в двух зонах с помощью генератора волн (например, водила h с двумя роликами), который соединяют с корпусом передачи b.

Рис. 2.14. Волновая зубчатая передача

Гибкое зубчатое колесо представляет собой гибкий цилиндр, один конец которого соединен с валом и сохраняет цилиндрическую форму, а другой конец имеет зубья. Генератор волн служит для образования и движения волны деформации на гибком зубчатом колесе.

Генераторы волн бывают механические, пневматические, гидравлические, электромагнитные. Механические генераторы могут быть двухроликовыми, четырехроликовыми, дисковыми, кольцевыми и кулачковыми. Генератор волн может располагаться внутри гибкого колеса или вне его. Число волн – любое.

К основным достоинствам волновых передач по сравнению с зубчатыми передачами следует отнести:

-     их меньшие массу и габариты;

-     кинематическую точность;

-     высокую демпфирующую способность;

-     обеспечение больших передаточных отношений в одной ступени (50…300);

-     возможность передачи движения в герметизированное пространство без применения уплотнений.

Недостатки:

-     сложность конструкции;

-     ограничение скорости вращения ведущего вала генератора волн при больших диаметрах колес;

-     повышенные потери мощности на трение и на деформацию гибкого колеса (КПД составляет 0,7-0,85 при U = 80-250).

Волновые передачи применяют в приводах для передачи движения в герметизированное пространство в химической, атомной и космической технике; в силовых и кинематических приводах общего назначения с большим передаточным отношением; в исполнительных малоинерционных быстродействующих механизмах систем автоматического регулирования и управления; в механизмах отсчетных устройств повышенной кинематической точности.

 

2.5. Фрикционные передачи

Передачи, работа которых основана на использовании сил трения, возникающих между рабочими поверхностями двух прижатых друг к другу тел вращения, называют фрикционными передачами.

Для нормальной работы передачи необходимо, чтобы сила трения Fтр была больше окружной силы Ft, определяющей заданный вращающий момент:

Ft < Fтр.                                         (2.42)

Сила трения

Fтр = Fn f,

где Fn – сила прижатия катков;

f – коэффициент трения.

Нарушение условия (2.42) приводит к буксованию и быстрому износу катков.

В зависимости от назначения фрикционные передачи можно разделить на две основные группы: передачи с нерегулируемым передаточным отношением (рис. 2.15, а); регулируемые передачи, называемые вариаторами, позволяющими плавно (бесступенчато) изменять передаточное отношение.

                    

Рис. 2.15. Схемы фрикционных передач

Различают передачи с параллельными и пересекающимися осями валов; с цилиндрической, конической, шаровой или торовой поверхностью рабочих катков; с постоянным или автоматически регулируемым прижатием катков, с промежуточным фрикционным элементом или без него и т.д.

Схема простейшей нерегулируемой передачи изображена на рис. 2.15, а. Она состоит из двух катков с гладкой цилиндрической поверхностью, закрепленных на параллельных валах.

У лобового вариатора (рис. 2.15, б) ведущий каток А может перемещаться вдоль своей оси. При этом передаточное отношение плавно изменяется в соответствии с изменением рабочего диаметра d2 ведомого диска Б. При переходе катка А на левую сторону направление вращения диска Б изменяется – вариатор обладает свойством реверсивности.

Область применения. Фрикционные передачи с постоянным передаточным отношением применяют сравнительно редко. Их область ограничивается преимущественно кинематическими цепями приборов, от которых требуется плавность движения, бесшумность работы, безударное включение на ходу и т.п.

Фрикционные вариаторы применяют достаточно широко для обеспечения бесступенчатого регулирования скорости в станкостроении, текстильных, бумагоделательных и других машинах и приборах. В авиастроении фрикционные передачи не применяются. Диапазон передаваемых мощностей обычно находится в пределах до 10 кВт, так как при больших мощностях трудно обеспечить необходимое усилие прижатия катков.

Способы прижатия катков. Существует два вида прижатия катков: с постоянной силой, которую определяют по максимальной нагрузке передачи; с регулируемой силой, которая автоматически изменяется с изменением нагрузки. Лучшие показатели получают при саморегулируемом прижатии.

Способ прижатия катков оказывает большое влияние на качественные характеристики передачи: КПД, постоянство передаточного отношения, контактную прочность и износ катков.

Скольжение в передаче. Различают три вида скольжения: буксование, упругое скольжение и геометрическое скольжение.

Буксование наступает при перегрузках элементов передачи. При этом ведомый каток останавливается, а ведущий скользит по нему, что приводит к интенсивному местному изнашиванию или задиру на ведомом катке.

Упругое скольжение характерно для нормально работающей передачи. Участки поверхности ведущего катка подходят к площадке контакта сжатыми, а отходят растянутыми. На ведомом катке наблюдается обратная картина. Касание сжатых и растянутых волокон катков приводит к их упругому скольжению, что вызывает отставание ведомого катка от ведущего.

Геометрическое скольжение связано с тем, что окружные скорости вращения ведущего и ведомого катков на площадке их контакта различны. Например, в лобовом вариаторе (см. рис. 2.15, б) окружная скорость V2 меняется с изменением R, а скорость V1 на этой площадке постоянна. Геометрическое скольжение является основной причиной изнашивания рабочих поверхностей элементов фрикционных передач.

2.6. Ременные передачи

Ременная передача состоит из двух шкивов, закрепленных на валах, и охватывающего их ремня. Ремень надет на шкивы с определенным натяжением, обеспечивающим трение между ремнем и шкивами, достаточное для передачи мощности от ведущего шкива к ведомому.

В зависимости от формы поперечного сечения ремня различают: плоскоременную, клиноременную и круглоременную (рис. 2.16, а – в) передачи.

Рис. 2.16. Ременные передачи

Сравнивая ременную передачу с зубчатой можно отметить следующие преимущества:

-     возможность передачи движения на значительное расстояние (до 15 м и более);

-     плавность и бесшумность работы, обусловленные эластичностью ремня и позволяющие работать при высоких скоростях;

-     способность выдерживать перегрузки (до 300 %) благодаря увеличению скольжения ремня;

-     невысокая стоимость;

-     простота обслуживания и ремонта.

Основными недостатками ременной передачи являются:

-     непостоянство передаточного отношения из-за скольжения ремня на шкивах;

-     значительные габаритные размеры при больших мощностях (для одинаковых условий диаметры шкивов примерно в 5 раз больше диаметров зубчатых колес);

-     большое давление на шкивы в результате натяжения ремня;

-     низкая долговечность ремней (от 1000 до 5000 ч).

Ременные передачи применяют преимущественно в тех случаях, когда по условиям конструкции валы расположены на значительных расстояниях. Мощность современных передач не превышает 50 кВт.

В многоступенчатых приводах ременную передачу применяют обычно в качестве быстроходной ступени, устанавливая ведущий шкив на валу двигателя. В таком случае габариты и масса передачи будут наименьшими.

Критерии работоспособности и расчета. Опыт эксплуатации передач в различных машинах и механизмах показал, что работоспособность передач ограничивается преимущественно тяговой способностью, определяемой силой трения между ремнем и шкивом, долговечностью ремня, которая в условиях нормальной эксплуатации ограничивается разрушением ремня от усталости.

2.7. Цепные передачи

Цепная передача состоит из двух колес с зубьями (звездочек) и охватывающей их цепи. Наиболее распространены передачи с втулочно-роликовой цепью (рис. 2.19, а) и зубчатой цепью (рис. 2.19, б). Цепные передачи применяются для передачи средних мощностей (не более 150 кВт) между параллельными валами в случаях, когда межосевые расстояния велики для зубчатых передач.

Преимуществами цепных передач являются:

-     отсутствие проскальзывания;

-     достаточная быстроходность (20-30 м/с);

-     сравнительно большое передаточное число (7 и более);

-     высокий КПД;

-     возможность передачи движения от одной цепи нескольким звездочкам;

-     небольшая нагрузка на валы, т.к. цепная передача не нуждается в предварительном натяжении цепи необходимом для ременной передачи.

        

Недостатками цепных передач являются:

-     вытяжка цепей вследствие износа шарниров;

-     более высокая стоимость передачи по сравнению с ременной;

-     необходимость регулярной смазки;

-     значительный шум.

По назначению цепи подразделяют на приводные, используемые в приводах машин; тяговые, применяемые в качестве тягового органа в конвейерах, и грузовые, используемые в грузоподъемных машинах для подъема грузов.

Цепные передачи применяются, например, для управления рулем направления самолета (рис. 2.20), для привода механизма отклонения триммера руля высоты.

Звездочки. По конструкции звездочки похожи на зубчатые колеса. Делительная окружность звездочки проходит через центры шарниров цепи. Профилирование их зубьев выполняют по стандарту. Ширина b зубчатого венца звездочки принимается несколько меньшей расстояния между внутренними пластинками. Звездочки больших размеров выполняют составными. [4]

2.8. Передача винт-гайка

Передача винт-гайка служит для преобразования вращательного движения в поступательное. Широкое применение таких передач определяется тем, что при простой и компактной конструкции удается осуществить медленные и точные перемещения.

В авиастроении передача винт-гайка используется в механизмах управления самолетом: для перемещения взлетно-посадочных закрылков, для управления триммерами, поворотными стабилизаторами и др.

К преимуществам передачи относятся простота и компактность конструкции, большой выигрыш в силе, точность перемещений.

Недостатком передачи является большая потеря на трение и связанный с этим малый КПД.

Рис. 2.22. Передачи винт-гайка

В винтовой передаче вращение винта 1 вызывает поступательное перемещение гайки 2 (рис. 2.22, а), а вращение гайки 2 приводит к поступательному перемещению винта 1 (рис. 2.22, б).

Передаточное отношение.

В винтовых механизмах винт или гайка приводится в движение с помощью маховика, шестерни и др. Передаточное

ное отношение для этих передач можно условно выразить соотношением окружного перемещения маховика Sм к перемещению гайки (винта) Sr:

i = Sм / Sr = π dм / p1,                                  (2.65)

где dм – диаметр маховика (шестерни и т.п.);

р1 – ход винта.

Зависимость между окружной силой Ft на маховике и осевой силой Fa на гайке запишем в виде:

Ft = Fa i η,                                          (2.66)

где η – КПД винтовой пары.

2.9. Рычажные механизмы

Механизмы, в которые входят жесткие звенья, соединенные между собой кинематическими парами пятого класса, называют рычажными механизмами.

В кинематических парах таких механизмов давление и интенсивность изнашивания звеньев меньше, чем в высших кинематических парах.

Среди разнообразных рычажных механизмов наиболее распространенными являются плоские четырехзвенные механизмы. Они могут иметь четыре шарнира (шарнирные четырехзвенники), три шарнира и одну поступательную пару или два шарнира и две поступательные пары. Их используют для воспроизведения заданной траектории выходных звеньев механизмов, преобразования движения, передачи движения с переменным передаточным отношением.

Под передаточным отношением рычажного механизма понимают отношение угловых скоростей основных звеньев, если они совершают вращательные движения, или отношение линейных скоростей центра пальца кривошипа и выходного звена, если оно совершает поступательное движение.

Кривошипно-ползунный механизм. Этот механизм имеет самое широкое применение в машиностроении и используется в двигателях внутреннего сгорания, станках, компрессорах, поршневых насосах, прессах, а также при механизации и автоматизации как основных, так и вспомогательных операций технологического процесса.

Из рис. 2.24 видно, что

           (2.69)

Рис. 2.24. Кривошипно-ползунный механизм

2.10. Кулачковые механизмы

Кулачковые механизмы (рис. 2.26) по широте применения уступают только зубчатым передачам. Их используют в станках и прессах, двигателях внутреннего сгорания, машинах текстильной, пищевой и полиграфической промышленности. В этих машинах они выполняют функции подвода и отвода инструмента, подачи и зажима материала в станках, выталкивания, поворота, перемещения изделий и др.

Кулачковые механизмы имеют ряд преимуществ:

-     возможность воспроизведения почти любого закона движения ведомого звена;

-     простота согласования работы нескольких механизмов в машинах-автоматах;

-     надежность в работе и компактность.

К недостаткам этих механизмов следует отнести относительно быстрое изнашивание соприкасающихся поверхностей, которое обусловлено ускоренным движением толкателя, отсутствием смазки, а также наличием вибрации, которая возрастает с увеличением частоты вращения кулачка.

Классификация механизмов. По характеру движения механизмы подразделяют на пространственные и плоские. В зависимости от вида движения кулачка механизмы подразделяют на поступательные (рис. 2.26, г, д), вращательные (рис. 2.26, а, б, в) и качающиеся. По взаимному расположению кулачка и толкателя механизмы называют центральными и дезаксиальными (нецентральными). По типу замыкания высшей кинематической пары их подразделяют на пары с кинематическим и силовым замыканием.

Рис. 2.26. Кулачковые механизмы:

а, б, в – дисковые; г, д – плоские с поступательным перемещением кулачка; е – гиперболоидные

Силовое замыкание происходит под действием пружины, силы тяжести груза либо реализуется гидравлическим или пневматическим способом. Оно характерно преимущественно для механизмов, работающих с небольшими скоростями звеньев.

Механические передачи

Механической передачей называют устройство для передачи механического движения от двигателя к исполнительным органам машины. Может осуществляться с изменением значения и направления скорости движения, с преобразованием вида движения. Необходимость применения таких устройств обусловлена нецелесообразностью, а иногда и невозможностью непосредственного соединения рабочего органа машины с валом двигателя. Механизмы вращательного движения позволяют осуществить непрерывное и равномерное движение с наименьшими потерями энергии на преодоление трения и наименьшими инерционными нагрузками. Механические передачи вращательного движения делятся: - по способу передачи движения от ведущего звена к ведомому на передачи трением (фрикционные, ременные) и зацеплением (цепные, зубчатые, червячные) - по соотношению скоростей ведущего и ведомого звеньев на замедляющие (редукторы) и ускоряющие (мультипликаторы); - по взаимному расположению осей ведущего и ведомого валов на передачи с параллельными, пресекающимися и перекрещивающимися осями валов. Замедляющие передачи получили большее распространение по сравнению с ускоряющими. Это объясняется тем, что скорости вращения валов двигателей различного вида, как правило, значительно выше скоростей валов рабочих машин. Более быстроходные двигатели имеют меньшие размеры по сравнению с тихоходными двигателями той же мощности, так как с увеличением частоты вращения уменьшаются силы и моменты, действующие на детали двигателя. Например, передавать вращение от быстроходной газовой турбины на вал несущего винта вертолета через специальную замедляющую зубчатую передачу (редуктор) значительно выгоднее, чем применять имеющий большие габаритные размеры и массу тихоходный двигатель, вал которого соединялся бы непосредственно с винтом. Из всех типов передач наиболее распространенными являются зубчатые. В каждой передаче различают два основных вала: входной и выходной, или ведущий и ведомый. Между этими валами в многоступенчатых передачах располагаются промежуточные валы.

Основные характеристики передач:

мощность Р1 на входе и Р2 на выходе, Вт; мощность может быть выражена через окружную силу Ft (Н) и окружную скорость V (м/с) колеса, шкива, барабана и т.п.: Р = Ft×V; быстроходность, выражающаяся частотой вращения n1 на входе и n2 на выходе, мин–1, или угловыми скоростями ω1 и ω2 , с-1; передаточное отношение – отношение угловой скорости ведущего звена к угловой скорости ведомого звена:

при u > 1, n1 > n2 – передача понижающая, или редуктор, при u < 1, n1 < n2 – передача повышающая, или мультипликатор; коэффициент полезного действия(КПД)

, или ,

где Рr – мощность, потерянная в передаче. Одноступенчатые передачи имеют следующие КПД: фрикционные – 0,85…0,9; ременные – 0,90…0,95; зубчатые – 0,95…0,99; червячные – 0,7…0,9; цепные – 0,92…0,95; моменты на валах. Моменты Т1 (Н·м) на ведущем и Т2 на ведомом валах определяют по мощности (кВт) и частоте вращения (об./мин) или угловой скорости (с-1):

, или ,

где ω1 = . Связь между вращающими моментами на ведущем Т1 и ведомом Т2 валах выражается через передаточное отношение u и КПД η: Т2 = Т1 η u. Зубчатой передачей называется трехзвенный механизм, в котором два подвижных звена являются зубчатыми колесами, или колесо и рейка с зубьями, образующими с неподвижным звеном (корпусом) вращательную или поступательную пару. Зубчатая передача состоит из двух колес, посредством которых они сцепляются между собой. Зубчатое колесо с меньшим числом зубьев называют шестерней, с большим числом зубьев – колесом. Термин «зубчатое колесо» является общим. Параметрам шестерни приписывают индекс 1, а параметрам колеса – 2. Основными преимуществами зубчатых передач являются: - постоянство передаточного числа (отсутствие проскальзывания); - компактность по сравнению с фрикционными и ременными передачами; - высокий КПД (до 0,97…0,98 в одной ступени); - большая долговечность и надежность в работе (например, для редукторов общего применения установлен ресурс ~ 30 000 ч); - возможность применения в широком диапазоне скоростей (до 150 м/с), мощностей (до десятков тысяч кВт). Недостатки: - шум при высоких скоростях; - невозможность бесступенчатого изменения передаточного числа; - необходимость высокой точности изготовления и монтажа; - незащищенность от перегрузок; - наличие вибраций, которые возникают в результате неточного изготовления и неточной сборки передач. По расположению осей валов различают передачи с параллельными (рис. 2.1, а – в, з), с пересекающимися (рис. 2.1, г, д) и перекрещивающимися (рис. 2.1, е, ж) геометрическими осями. По форме могут быть цилиндрические (рис. 2.1, а – в, з), конические (рис. 2.1, г, д, ж), эллиптические, фигурные зубчатые колеса и колеса с неполным числом зубьев (секторные). По форме профилей зубьев различают эвольвентные и круговые передачи, а по форме и расположению зубьев – прямые(рис. 2.1, а, г, е, з), косые (рис. 2.1, б), шевронные (рис. 2.1, в) и круговые (рис. 2.1, д, ж). В зависимости от относительного расположения зубчатых колес передачи могут быть с внешним (рис. 2.1, а) или внутренним (рис. 2.1, з) их зацеплением. Для преобразования вращательного движения в возвратно поступательное и наоборот служит реечная передача (рис. 2.1, е). Зубчатые передачи эвольвентного профиля широко распространены во всех отраслях машиностроения и приборостроения. Они применяются в исключительно широком диапазоне условий работы. Мощности, передаваемые зубчатыми передачами, изменяются от ничтожно малых (приборы, часовые механизмы) до многих тысяч кВт (редукторы авиационных двигателей). Наибольшее распространение имеют передачи с цилиндрическими колесами, как наиболее простые в изготовлении и эксплуатации, надежные и малогабаритные. Конические, винтовые и червячные передачи применяют лишь в тех случаях, когда это необходимо по условиям компоновки машины.

Рис. 2.1. Зубчатые передачи Планетарными называются передачи, содержащие зубчатые колеса с перемещающимися осями (рис. 2.6). Передача состоит из центрального колеса 1 с наружными зубьями, центрального колеса 3 с внутренними зубьями, водила Н и сателлитов 2. Сателлиты вращаются вокруг своих осей и вместе с осью вокруг центрального колеса, т.е. совершают движение, подобное движению планет. При неподвижном колесе 3 движение может передаваться от 1 к Н или от Н к 1; при неподвижном водиле Н – от 1 к 3 или от 3 к 1. При всех свободных звеньях одно движение можно раскладывать на два (от 3 к 1 и Н) или два соединять в одно (от 1 и Н к 3). В этом случае передачу называют дифференциальной.

Рис. 2.6. Планетарный механизм Планетарные передачи имеют существенные преимущества: - нагрузка в планетарных передачах передается одновременно несколькими сателлитами, следовательно, силы, действующие на зубья колес, соответственно уменьшаются, что позволяет использовать колеса меньших габаритных размеров и массы; - в планетарных передачах рационально используются колеса внутреннего зацепления, обладающие большой (по сравнению с колесами наружного зацепления) нагрузочной способностью; - равномерное распределение сателлитов по окружности приводит к уравновешиванию радиальных сил, действующих на колеса, и, следовательно, к разгрузке подшипников центральных колес и водила; - применение планетарного механизма позволяет легко осуществить компактную конструкцию соосного редуктора, т.е. такого редуктора, у которого оси ведущего и ведомого валов совпадают. Это имеет важное значение для поршневых и турбовинтовых авиационных двигателей. Например, при помощи так называемого дифференциального планетарного редуктора можно от одного двигателя приводить во вращение два соосных винта, скорости вращения которых будут изменяться в полете в соответствии с изменением шага винта. К недостаткам планетарных передач относятся повышенные требования к точности изготовления и монтажа. Червячная передача применяется для передачи вращения от одного вала к другому, когда оси валов перекрещиваются. Угол перекрещивания в большинстве случаев равен 90º. Наиболее распространенная червячная передача (рис. 2.10) состоит из так называемого архимедова червяка, то есть винта, имеющего трапецеидальную резьбу с углом профиля в осевом сечении, равным двойному углу зацепления (2α = 40°), и червячного колеса.

Рис. 2.10. Червячная передача Геометрия червячных передач. В червячной передаче, так же как и в зубчатой, различают диаметры начальных и делительных цилиндров (рис. 2.11): dw1, dw2 – начальные диаметры червяка и колеса; d1, d2 – делительные диаметры червяка и колеса. В передачах без смещения dw1 = d1, dw2 = d2. Точка касания начальных цилиндров является полюсом зацепления. Червяки различают по следующим признакам: по форме поверхности, на которой образуется резьба, – цилиндрические (рис. 2.12, а) и глобоидные (рис. 2.12, б); по форме профиля резьбы – архимедовы и эвольвентные цилиндрические червяки. Архимедов червяк имеет трапецеидальный профиль резьбы в осевом сечении, в торцевом сечении витки резьбы очерчены архимедовой спиралью.

Эвольвентный червяк представляет собой косозубое зубчатое колесо с малым числом зубьев и большим углом их наклона. Профиль витка в торцевом сечении очерчен эвольвентой. Наибольшее применение в машиностроении находят архимедовы червяки, так как технология их производства проста и наиболее отработана. Архимедовы червяки обычно не шлифуют. Их используют, когда требуемая твердость материала червяка не превышает 350 НВ. При твердости 45 НRC и малой шероховатости рабочих поверхностей витков червяки делают эвольвентными, так как после термообработки шлифование их рабочих поверхностей по сравнению с архимедовыми червяками проще. Профиль зубьев червячных колес в передачах эвольвентный. Поэтому зацепление в червячной передаче представляет собой эвольвентное зацепление зубчатого колеса с зубчатой рейкой. Угол наклона линии зуба червячного колеса β равен углу подъема γ линии витка червяка. Минимальное число зубьев колеса из условия отсутствия подрезания z2 = 24. Число витков (заходов) червяка определяется количеством ниток нарезки, отстоящих друг от друга на расстояние, называемое шагом, и начинающихся на торцах нарезной части червяка. Направление витков может быть правым или левым. Чаще применяется правая нарезка с числом заходов z1 = 1…4. Рекомендуют z1 = 4 при передаточном отношении u = 8…15; z1 = 2 при u = 15…30; z1 = 1 при u > 30. Волновая передача основана на принципе преобразования параметров движения за счет волнового деформирования гибкого звена механизма. Впервые такая передача была запатентована в США инженером Массером. [3] Волновые зубчатые передачи (рис. 2.14) являются разновидностью планетарных передач, у которых одно из колес гибкое. Волновая передача включает в себя жесткое зубчатое колесо b с внутренними зубьями и вращающееся гибкое колесо g c наружными зубьями. Гибкое колесо входит в зацепление с жестким в двух зонах с помощью генератора волн (например, водила h с двумя роликами), который соединяют с корпусом передачи b.

Рис. 2.14. Волновая зубчатая передача Гибкое зубчатое колесо представляет собой гибкий цилиндр, один конец которого соединен с валом и сохраняет цилиндрическую форму, а другой конец имеет зубья. Генератор волн служит для образования и движения волны деформации на гибком зубчатом колесе. Генераторы волн бывают механические, пневматические, гидравлические, электромагнитные. Механические генераторы могут быть двухроликовыми, четырехроликовыми, дисковыми, кольцевыми и кулачковыми. Генератор волн может располагаться внутри гибкого колеса или вне его. Число волн – любое. К основным достоинствам волновых передач по сравнению с зубчатыми передачами следует отнести: - их меньшие массу и габариты; - кинематическую точность; - высокую демпфирующую способность; - обеспечение больших передаточных отношений в одной ступени (50…300); - возможность передачи движения в герметизированное пространство без применения уплотнений. Недостатки: - сложность конструкции; - ограничение скорости вращения ведущего вала генератора волн при больших диаметрах колес; - повышенные потери мощности на трение и на деформацию гибкого колеса (КПД составляет 0,7-0,85 при U = 80-250). Волновые передачи применяют в приводах для передачи движения в герметизированное пространство в химической, атомной и космической технике; в силовых и кинематических приводах общего назначения с большим передаточным отношением; в исполнительных малоинерционных быстродействующих механизмах систем автоматического регулирования и управления; в механизмах отсчетных устройств повышенной кинематической точности. Передачи, работа которых основана на использовании сил трения, возникающих между рабочими поверхностями двух прижатых друг к другу тел вращения, называют фрикционными передачами. Для нормальной работы передачи необходимо, чтобы сила трения Fтр была больше окружной силы Ft, определяющей заданный вращающий момент: Ft < Fтр. (2.42) Сила трения: Fтр = Fn f, где Fn – сила прижатия катков;f – коэффициент трения. Нарушение условия (2.42) приводит к буксованию и быстрому износу катков. В зависимости от назначения фрикционные передачи можно разделить на две основные группы: передачи с нерегулируемым передаточным отношением (рис. 2.15, а); регулируемые передачи, называемые вариаторами, позволяющими плавно (бесступенчато) изменять передаточное отношение.

а) б)

Рис. 2.15. Схемы фрикционных передач Различают передачи с параллельными и пересекающимися осями валов; с цилиндрической, конической, шаровой или торовой поверхностью рабочих катков; с постоянным или автоматически регулируемым прижатием катков, с промежуточным фрикционным элементом или без него и т.д. Схема простейшей нерегулируемой передачи изображена на рис. 2.15, а. Она состоит из двух катков с гладкой цилиндрической поверхностью, закрепленных на параллельных валах. У лобового вариатора (рис. 2.15, б) ведущий каток А может перемещаться вдоль своей оси. При этом передаточное отношение плавно изменяется в соответствии с изменением рабочего диаметра d2 ведомого диска Б. При переходе катка А на левую сторону направление вращения диска Б изменяется – вариатор обладает свойством реверсивности.

Область применения.

Фрикционные передачи с постоянным передаточным отношением применяют сравнительно редко. Их область ограничивается преимущественно кинематическими цепями приборов, от которых требуется плавность движения, бесшумность работы, безударное включение на ходу и т.п. Фрикционные вариаторы применяют достаточно широко для обеспечения бесступенчатого регулирования скорости в станкостроении, текстильных, бумагоделательных и других машинах и приборах. В авиастроении фрикционные передачи не применяются. Диапазон передаваемых мощностей обычно находится в пределах до 10 кВт, так как при больших мощностях трудно обеспечить необходимое усилие прижатия катков.

Способы прижатия катков.

Существует два вида прижатия катков: с постоянной силой, которую определяют по максимальной нагрузке передачи; с регулируемой силой, которая автоматически изменяется с изменением нагрузки. Лучшие показатели получают при саморегулируемом прижатии. Способ прижатия катков оказывает большое влияние на качественные характеристики передачи: КПД, постоянство передаточного отношения, контактную прочность и износ катков.

Скольжение в передаче.

Различают три вида скольжения: буксование, упругое скольжение и геометрическое скольжение. Буксование наступает при перегрузках элементов передачи. При этом ведомый каток останавливается, а ведущий скользит по нему, что приводит к интенсивному местному изнашиванию или задиру на ведомом катке. Упругое скольжение характерно для нормально работающей передачи. Участки поверхности ведущего катка подходят к площадке контакта сжатыми, а отходят растянутыми. На ведомом катке наблюдается обратная картина. Касание сжатых и растянутых волокон катков приводит к их упругому скольжению, что вызывает отставание ведомого катка от ведущего. Геометрическое скольжение связано с тем, что окружные скорости вращения ведущего и ведомого катков на площадке их контакта различны. Например, в лобовом вариаторе (см. рис. 2.15, б) окружная скорость V2 меняется с изменением R, а скорость V1 на этой площадке постоянна. Геометрическое скольжение является основной причиной изнашивания рабочих поверхностей элементов фрикционных передач. Ременная передача состоит из двух шкивов, закрепленных на валах, и охватывающего их ремня. Ремень надет на шкивы с определенным натяжением, обеспечивающим трение между ремнем и шкивами, достаточное для передачи мощности от ведущего шкива к ведомому. В зависимости от формы поперечного сечения ремня различают: плоскоременную, клиноременную и круглоременную (рис. 2.16, а – в) передачи.

Рис. 2.16. Ременные передачи Сравнивая ременную передачу с зубчатой можно отметить следующие преимущества: - возможность передачи движения на значительное расстояние (до 15 м и более); - плавность и бесшумность работы, обусловленные эластичностью ремня и позволяющие работать при высоких скоростях; - способность выдерживать перегрузки (до трех сотен процентов) благодаря увеличению скольжения ремня; - невысокая стоимость; - простота обслуживания и ремонта. Основными недостатками ременной передачи являются: - непостоянство передаточного отношения из-за скольжения ремня на шкивах; - значительные габаритные размеры при больших мощностях (для одинаковых условий диаметры шкивов примерно в 5 раз больше диаметров зубчатых колес); - большое давление на шкивы в результате натяжения ремня; - низкая долговечность ремней (от 1000 до 5000 ч). Ременные передачи применяют преимущественно в тех случаях, когда по условиям конструкции валы расположены на значительных расстояниях. Мощность современных передач не превышает 50 кВт. В многоступенчатых приводах ременную передачу применяют обычно в качестве быстроходной ступени, устанавливая ведущий шкив на валу двигателя. В таком случае габариты и масса передачи будут наименьшими.

Критерии работоспособности и расчета.

Опыт эксплуатации передач в различных машинах и механизмах показал, что работоспособность передач ограничивается преимущественно тяговой способностью, определяемой силой трения между ремнем и шкивом, долговечностью ремня, которая в условиях нормальной эксплуатации ограничивается разрушением ремня от усталости. Цепная передача состоит из двух колес с зубьями (звездочек) и охватывающей их цепи. Наиболее распространены передачи с втулочно-роликовой цепью (рис. 2.19, а) и зубчатой цепью (рис. 2.19, б). Цепные передачи применяются для передачи средних мощностей (не более 150 кВт) между параллельными валами в случаях, когда межосевые расстояния велики для зубчатых передач. Преимуществами цепных передач являются: - отсутствие проскальзывания; - достаточная быстроходность (20-30 м/с); - сравнительно большое передаточное число (7 и более); - высокий КПД; - возможность передачи движения от одной цепи нескольким звездочкам; - небольшая нагрузка на валы, т.к. цепная передача не нуждается в предварительном натяжении цепи необходимом для ременной передачи. Недостатками цепных передач являются: - вытяжка цепей вследствие износа шарниров; - более высокая стоимость передачи по сравнению с ременной; - необходимость регулярной смазки; - значительный шум.

По назначению цепи подразделяют на приводные, используемые в приводах машин; тяговые, применяемые в качестве тягового органа в конвейерах, и грузовые, используемые в грузоподъемных машинах для подъема грузов. Цепные передачи применяются, например, для управления рулем направления самолета (рис. 2.20), для привода механизма отклонения триммера руля высоты.

Звездочки. По конструкции звездочки похожи на зубчатые колеса. Делительная окружность звездочки проходит через центры шарниров цепи. Профилирование их зубьев выполняют по стандарту. Ширина b зубчатого венца звездочки принимается несколько меньшей расстояния между внутренними пластинками. Звездочки больших размеров выполняют составными.

Передача винт-гайка служит для преобразования вращательного движения в поступательное. Широкое применение таких передач определяется тем, что при простой и компактной конструкции удается осуществить медленные и точные перемещения. В авиастроении передача винт-гайка используется в механизмах управления самолетом: для перемещения взлетно-посадочных закрылков, для управления триммерами, поворотными стабилизаторами и др. К преимуществам передачи относятся простота и компактность конструкции, большой выигрыш в силе, точность перемещений. Недостатком передачи является большая потеря на трение и связанный с этим малый КПД.

Рис. 2.22. Передачи винт-гайка В винтовой передаче вращение винта 1 вызывает поступательное перемещение гайки 2 (рис. 2.22, а), а вращение гайки 2 приводит к поступательному перемещению винта 1 (рис. 2.22, б).

Передаточное отношение.

В винтовых механизмах винт или гайка приводится в движение с помощью маховика, шестерни и др. Передаточное отношение для этих передач можно условно выразить соотношением окружного перемещения маховика Sм к перемещению гайки (винта) Sr: i = Sм / Sr = π dм / p1 (2.65), где dм – диаметр маховика (шестерни и т.п.); р1 – ход винта. Зависимость между окружной силой Ft на маховике и осевой силой Fa на гайке запишем в виде: Ft = Fa i η (2.66), где η – КПД винтовой пары. Механизмы, в которые входят жесткие звенья, соединенные между собой кинематическими парами пятого класса, называют рычажными механизмами. В кинематических парах таких механизмов давление и интенсивность изнашивания звеньев меньше, чем в высших кинематических парах. Среди разнообразных рычажных механизмов наиболее распространенными являются плоские четырехзвенные механизмы. Они могут иметь четыре шарнира (шарнирные четырехзвенники), три шарнира и одну поступательную пару или два шарнира и две поступательные пары. Их используют для воспроизведения заданной траектории выходных звеньев механизмов, преобразования движения, передачи движения с переменным передаточным отношением. Под передаточным отношением рычажного механизма понимают отношение угловых скоростей основных звеньев, если они совершают вращательные движения, или отношение линейных скоростей центра пальца кривошипа и выходного звена, если оно совершает поступательное движение.

Кривошипно-ползунный механизм. Этот механизм имеет самое широкое применение в машиностроении и используется в двигателях внутреннего сгорания, станках, компрессорах, поршневых насосах, прессах, а также при механизации и автоматизации как основных, так и вспомогательных операций технологического процесса.

Из рис. 2.24 видно, что

(2.69)

Рис. 2.24. Кривошипно-ползунный механизм Кулачковые механизмы (рис. 2.26) по широте применения уступают только зубчатым передачам. Их используют в станках и прессах, двигателях внутреннего сгорания, машинах текстильной, пищевой и полиграфической промышленности. В этих машинах они выполняют функции подвода и отвода инструмента, подачи и зажима материала в станках, выталкивания, поворота, перемещения изделий и др. Кулачковые механизмы имеют ряд преимуществ: - возможность воспроизведения почти любого закона движения ведомого звена; - простота согласования работы нескольких механизмов в машинах-автоматах; - надежность в работе и компактность. К недостаткам этих механизмов следует отнести относительно быстрое изнашивание соприкасающихся поверхностей, которое обусловлено ускоренным движением толкателя, отсутствием смазки, а также наличием вибрации, которая возрастает с увеличением частоты вращения кулачка.

Классификация механизмов.

По характеру движения механизмы подразделяют на пространственные и плоские. В зависимости от вида движения кулачка механизмы подразделяют на поступательные (рис. 2.26, г, д), вращательные (рис. 2.26, а, б, в) и качающиеся. По взаимному расположению кулачка и толкателя механизмы называют центральными и дезаксиальными (нецентральными). По типу замыкания высшей кинематической пары их подразделяют на пары с кинематическим и силовым замыканием.

Рис. 2.26. Кулачковые механизмы: а, б, в – дисковые; г, д – плоские с поступательным перемещением кулачка; е – гиперболоидные Силовое замыкание происходит под действием пружины, силы тяжести груза либо реализуется гидравлическим или пневматическим способом. Оно характерно преимущественно для механизмов, работающих с небольшими скоростями звеньев.

Введение в передачи

 б)

Рис.2. Передачи с гибкой связью: а — ременная; б — цепная

по способу соединения деталей:

- передачи с непосредственным контактом тел вращения (фрикционные, зубчатые, червячные, передачи винт-гайка — см. рис.1);

- передачи с гибкой связью (ременная, цепная — см. рис.2).

по характеру изменения скорости

– понижающие (редукторы);

– повышающие (мультипликаторы);

- регулируемые (со ступенчатым регулированием и бесступенчатым (плавным) регулированием);

- нерегулируемые;

по взаимному расположению валов в пространстве

– с параллельными валами - зубчатые с цилиндрическими колесами, фрикционные с цилиндрическими роликами, цепные;

– с пересекающими валами - зубчатые и фрикционные конические, фрикционные лобовые;

– с перекрещивающимися валами - зубчатые - винтовые и коноидные, червячные, лобовые фрикционные со смещением ролика;

-  с соосными валами.

по характеру изменения передаточного отношения (числа)

- передачи с постоянным (неизменным) передаточным отношением;

- передачи с переменным (изменяемым или по величине, или по направлению или и то и другое вместе) передаточным отношением.

по характеру движения валов

– простые передачи, в которых валы вращаются лишь вокруг своих осей, а оси валов и сопряженные с ними детали остаются в пространстве неподвижными;

- планетарные передачи, в которых оси и сопряженные с ними детали (сателлиты) перемещаются в пространстве. Разновидностью планетарных передач являются волновые передачи.

по подвижности осей и валов

- передачи с неподвижными осями валов - рядовые (коробки скоростей, редукторы);

- передачи с подвижными осями валов (планетарные передачи, вариаторы с поворотными роликами).

по числу ступеней (т.е. отдельных передач, взаимно связанных и одновременно участвующих в передаче и преобразовании движения)

– одноступенчатые;

– многоступенчатые.

по конструктивному оформлению

– открытые (не имеют общего закрывающего их корпуса);

– полузакрытые, смонтированные в легкий защитный кожух, который не выполняет силовых функций;

– закрытые, заключенные в общий прочный и жесткий корпус, объединяющий все подшипниковые узлы и выполняющий герметизацию и постоянную смазку передачи.

Передача, в которой энергия с входного на выходное звено передается через несколько параллельно расположенных механизмов, называется многопоточной передачей. К таким передачам относятся также разветвленные передачи – приводы от одного двигателя нескольких исполнительных механизмов. Многопоточными являются волновые зубчатые и планетарные передачи, так называемые передачи с многопарным зацеплением. Многопарное зацепление – это такое зацепление, в котором одновременно находятся две и большее число пар зубьев. В многопоточной передаче, благодаря распределению нагрузки между параллельно работающими механизмами, кинематическими цепями или кинематическими парами, уменьшены габаритные размеры и масса.

Кинематические схемы механических передач приведены в таблице 1.

Таблица 1. Кинематические схемы механических передач и деталей машин

Наименование

Обозначение

Вал, валик, ось, стержень, шатун и т.п.

Подшипники скольжения и качения на валу

(без уточнения типа): а) радиальные б) упорные

Муфта. Общее обозначение без уточнения типа

Тормоз. Общее обозначение без уточнения типа

Передачи фрикционные: а) с цилиндрическими роликами

б) с коническими роликами

Передача ремнем без уточнения типа ремня

Передача плоским ремнем

Передача клиновым ремнем

Передача круглым ремнем

Передача зубчатым ремнем

Передача цепью, общее обозначение без уточ-

нения типа цепи

Передачи зубчатые (цилиндрические): а) внешнее зацепление

(общее обозначение без уточнения тина зубьев)

б) то же, с прямыми, косыми и шевронными зубьями

Передачи зубчатые с пересекающимися валами, конические

Передачи зубчатые со скрещивающимися валами:

а) червячные с цилиндрическим червя ком

б) червячные глобоидные

Передача винт-гайка

Электродвигатель

Зубчатые передачи

а) практически неограниченной передаваемой мощности,

б) малым габаритам и весу,

в) стабильному передаточному отношению,

г) высокому КПД, который составляет в среднем 0,97 - 0,98.

Недостатком зубчатых передач является шум в работе на высоких скоростях, который однако может быть снижен при применении зубьев соответствующей геометрической формы и улучшении качества обработки профилей зубьев.

При высоких угловых скоростях вращения рекомендуется применять косозубые шестерни, в которых зубья входят о зацепление плавно,  что и обеспечивает относительно бесшумную ра­боту. Недостатком косозубых шестерен является наличие осевых усилий,  которые дополнительно нагружают подшипники. Этот недостаток можно устранить, применив сдвоенные шестерни с равнонаправленными спиралями зубьев или шевронные шестерни. По­следние, ввиду высокой стоимости и трудности изготовления применяются сравнительно редко - обычно лишь для уникальных передач большой мощности. При малых угловых скоростях враще­ния применяются конические прямозубые шестерни, а при больших - шестерни с круговым зубом,  которые в настоящее время заменили конические косозубые шестерни, применяемые ранее. Конические гипоидные шестерни тоже имеют круговой зуб, однако оси колес в них смещены,  что создает особенно плавную и бес­шумную работу. Передаточное отнесение в зубчатых парах колеблется в широких пределах, однако обычно оно равно 3 - 5.

Червячные передачи

Это передачи со скрещивающимися осями. Отличаются полно­стью бесшумной работой и большим передаточным отношением в одной паре, которое в среднем составляет 16 - 25. Серьезным недостатком червячных передач, ограничивающим их приме­нение при значительных мощностях, является низкий КПД,  обусловленный большими потерями на трение в зацеплении.  Как следствие низкого КПД - при работе передачи под нагрузкой, выделяется большое количество тепла, которое надо отводить во избежание перегрева. Средние значения КПД первичной передачи составляют 0,7 -0,8.

Цепные передачи

Применяются при передаче вращения между, параллельными удаленными друг от друга валами. В настоящее время получили распространение два типа приводных цепей:

а) цепи втулочно-роликовые (типа Галя),

б) цепи зубчатые из штампованных звеньев (типа Рейнольдса).

Зубчатые цепи, благодаря относительно меньшему шагу, работают более плавно и бесшумно.

Недостатком цепных передач является сравнительно быстрый износ шарниров, способствующий вытяжке цепи и нарушению ее зацепления со звездочкой, а также шумная работа на высо­ких скоростях вследствие особенностей кинематики цепной передачи.

Ременные передачи

Применяются также для передачи вращения между параллельными удаленными валами. Область распространения этих пе­редач в настоящее время значительно сократилась, однако они еще находят широкое применение в качестве первичного приво­да от двигателя, а также привода к механизмам, обладающим большим моментом вращающихся масс. При трогании с места и в случае внезапных перегрузок ремни пробуксовывают, спасая механизмы от поломок.

Преимущественное распространение перед плоскими получили плановые ремни, обладающие большей тяговой способностью.

Фрикционные передачи

Фрикционные передачи по форме фрикционных катков могут быть: цилиндрическими, коническими, лобовыми - с внешним и внутренним контактом. Главное достоинство фрикционных передач заключается в возможности создания на их базе фрикционных вариаторов (бесступенчатых коробок передач), а также в бесшумной их работе при высоких скоростях.

Основные кинематические и силовые отношения в передачах

При равномерном вращательном движении тела его любая точка имеет постоянную угловую скорость:

где φ – угол поворота;  t – время поворота.

Скорость вращения характеризуется также частотой вращения «n» (об/мин).

Линейная скорость (V) точки определяется зависимостью:

где D и R – диаметр и радиус точки, где определяют скорость.

Линейную скорость (V) называют окружной скоростью.

Сила (P), действующая на тело и вызывающая его вращение или сопро­тивление вращению, называется окружной силой.

Окружная сила направлена по касательной к траектории точки ее приложения. Связь между силой (P), окружной скоростью “V” и мощностью (N) выражается формулами:

здесь: P – окружная сила, Н

V – окружной скоростью, м/с.

Окружная сила (P) связана с передаваемым моментом (T) следующим образом:

Принято обозначать: для ведущего элемента использовать индекс – 1: ω1, n1, N1, T1,  D1; для ведомого – индекс – 2: ω2, n2, N2, T2, D2.

Передаваемый момент (T) связан с мощностью (N), угловой скоростью ω и частотой вращения n следующим зависимостями:

здесь: N – Вт; n1– об/мин.

Основные характеристики передач

Во всех механических передачах различают два основных звена: входное (ведущее) и выходное (ведомое). Между этими звеньями в многоступенчатых передачах располагаются промежуточные звенья. Звенья, передающие вращающий момент, называют ведущими, а звенья, приводимые в движение от ведущих (катки, шкивы, зубчатые колеса и т.п.), – ведомыми.

Параметры передачи, относящиеся к ведущим звеньям, будем отмечать индексом 1, а к ведомым - индексом 2, т. е. d1, v1, ω1, P1, T1 – соответственно диаметр, окружная скорость, угловая скорость, мощность, вращающий момент на ведущем валу; d2, v2, ω2, P2, T2 – то же, на ведомом.

Любая механическая передача характеризуется следующими основными параметрами (рис. 3): мощностью Р2 – на выходе, кВт; быстроходностью, которая выражается угловой скоростью ведомого вала ω2, рад/с, или частотой вращения n, измеряемой в об/мин (мин-1), и передаточным отношением u.

Это три основные характеристики, необходимые для проектировочного расчета любой передачи.

 

Рис. 3. Основные параметры передач

Рис. 4. Трехступенчатая передача

Рис. 5. Кинематика ци­линдрической передачи

В машиностроении принято обозначать угловые и окружные скорости, частоту вращения, диаметры вращающихся деталей ведущих валов индексами нечетных цифр, ведомых — четными. Например, для колес трехступенчатой передачи (рис. 4) обо­значения частот вращения следующие: п1 — веду­щего вала I; п3 — ведущей шестерни вала II; п5 — ведущей шестерни вала III; п2 — промежуточного ведомого вала II; п4 — ведомого колеса вала III; п6 — ведомого колеса вала IV.

Все механические передачи характеризуются передаточным числом или отношением. Рассмотрим работу двух элементов передачи (рис.5), один из которых будет ведущим, а второй — ведомым.

Введем следующие обозначения: ω1 и п1 — угло­вая скорость и частота вращения ведущего вала, выраженные соответственно рад/с и об/мин; ω2 и п2 — угловая скорость и частота вращения ведомого вала; D1 и D2 - диаметры вращающихся деталей (шкивов, катков и т. п.); ν1 и ν2 — окружные скоро­сти, м/с.

Передаточное число – отношение угловой скорости ве­дущего вала к угловой скорости ведомого вала конкретной передачи. Передаточное число не может быть меньше единицы. Оно представляет собой абсолютную величину передаточного отношения:

Учитывая

получим:                                      

Принимая в точке контакта

можно записать:

Диаметр начальных окружностей зубчатых колес зубчатой передачи определяется по формулам:

Передаточное число:

Таким образом, для любой передачи:

Отношение угловых скоростей ведущего ω1 и ведомого ω2 звеньев называют также передаточным отношением и обозначают і.

Передаточное число в отличие от передаточного отношения всегда положительное и не может быть меньше единицы. Передаточное число характеризует передачу только количественно. Передаточное число и передаточное отношение могут совпадать только у передачи внутреннего зацепления. У передач внешнего зацепления они не совпадают, так как имеют разные знаки: передаточное отношение – отрицательное, а передаточное число – положительное. Если ведущее и ведомое колеса вращаются в одну сторону (например, у зубчатой передачи с внутренним зацеплением), то передаточное отношение считается положительным. Если ведомое и ведущее колеса вращаются в разные стороны (например, у зубчатой передачи внешнего зацепления), то передаточное отношение считается отрицательным.

В передаче, понижающей частоту вращения n (угловую скорость ω), u>1; при и

Передаточное число привода реализуют применением в силовой цепи многоступенчатых однотипных передач, а также передач разных видов (рис.6). Нагруженность деталей зависит от места установки передачи в силовой цепи и распределения общего передаточного числа между отдельными передачами. По мере удаления по силовом потоку от двигателя в понижающих передачах нагруженность деталей растет. Следовательно, в области малых частот вращения n (и соответственно больших вращающих моментов Т) целесообразно применять передачи с высокой нагрузочной способностью (например, зубчатые, цепные).

Рис. 6. Схема привода ленточного конвейера: 1-электродвигатель; 2-ременная передача;

3-редуктор цилиндрический одноступенчатый; 4-цепная передача; 5-лента конвейера; 6- барабан конвейера

Так, в приводе на рис. 6, состоящем из ременной, зубчатой и цепной передач, вариант размещения «двигатель – ременная – зубчатая – цепная передача – исполнительный орган» предпочтительнее других вариантов.

Окончательное решение вопроса о распределении общего передаточного числа и между передачами разных типов требует сопоставления результатов расчетов на основе технико – экономического анализа нескольких вариантов.

Передача мощности от ведущего вала к ведомому всегда сопровожда­ется потерей части передаваемой мощности вследствие наличия вредных со­противлений (трения в движущихся частях, сопротивления воздуха и др.).

Если Р1 — мощность на ведущем валу, Р2 — на ведомом валу, то Р1 > Р2.

Отношение значений мощности на ведомом валу P2 к мощности на веду­щем валу P1 называют механическим коэффициентом полезного действия (КПД) и обозначают буквой η:

Общий КПД многоступенчатой последовательно соединенной переда­чи определяют по формуле

где  — КПД, учитывающие потери в отдельных кинематических парах передачи (подшипники, муфты).

Следовательно КПД машины, содержащей ряд последовательных передач, всегда будет меньше КПД любой из этих передач.

КПД характеризует качество передачи. Потеря мощности – показатель непроизводительных затрат энергии – косвенно характеризует износ деталей передачи, так как потерянная в передаче мощность превращается в теплоту и частично идет на разрушение рабочих поверхностей.

С уменьшением полезной нагрузки КПД значительно снижается, так как возрастает относительное влияние постоянных потерь (близких к потерям холостого хода), не зависящих от нагрузки.

Отношение потерянной в механизме (машине) мощности (P1 - P2) к ее входной мощности называют коэффициентом потерь, который можно выразить следующим образом:

Следовательно сумма коэффициентов полезного действия и потерь всегда равна единице:

Окружная скорость ведущего или ведомого звена, м/с,

где ω – угловая скорость,с-1; n – частота вращения, мин–1; d – диаметр, мм (колеса, шкива и др.)

Окружные скорости обоих звеньев передачи при отсутствии скольжения равны: ;

Окружная сила, Н,

где Р –мощность, кВт; ν – м/с; Т– Нм; d – мм;

Вращающий (крутящий) момент, Нм,

где Р – кВт; Ft – H;   d –мм.

Вращающий момент Т1 ведущего вала является моментом движущих сил, его направление совпадает с направлением вращения вала. Момент Т2 ведомого вала – момент сил сопротивления поэтому его направление противоположно направлению вращения вала;

Передачи с постоянным передаточным числом

В задании на проектирование с постоянным передаточным числом должны быть известны: передаваемая мощность N или крутящий момент T на ведомом валу, частота вращения ведущего n1 и ведомого n2 валов, схема передачи, габариты и режим работы передачи.

По этим данным можно спроектировать несколько передач различных типов. Возможные варианты передач нужно сравнить между собой по весу, КПД, габаритам и др. параметрам и выбрать из них наивыгоднейший. В таблице 2 приводятся некоторые параметры различных передач.

Таблица 2. Ориентировочные знания основных параметров одноступенчатых механических передач

Передачи

Передаточное

отношение

u

КПД,

η

Передаваемая

мощность

Р, кВт

Относительные

габаритные

размеры

Относительная

масса

Относительная

стоимость

Зубчатые:

цилиндрические

До 6,3

0,97....

Не ограничена

1

1

1

конические

До 6,3

0,95–97

4000

2

1,2–1

1,7...

2,2

планетарные А 31h

3–9

0,95–0,97

5000

0,7–1

0,93–0,73

1,5 …  …

1,25

планетарные В 31h

7–16

0,94–0,96

5000

0,8–1,1

0,95–0,8

1,6 ...…

…1,3

волновые  u 2h2

80–315

0,7–0,9

150

0,5–0,6

0,05–0,15

1,7 …

…1,5

Червячная при числе заходов червяка:

Z1 = 4

8–14

0,8–0,9

Z1 = 2

14–30

0,75–0,85 0,85

60

1–1,6

1,04

1,55

…1,4

Z1=1

30–80

0,7–0,8

Цепные

До 10

0,92–0,95

120

1–1,6

0,25

0,35

…0,2

Ременные (трением)

До 8

0,94–0,96 0,96

50

5–4

0,4–0,5

0,3

…0,2

Зубчато-ременные

До 12

0,96–0,98

100

2,5–3

0,3

0,8

…0,2

Фрикционные

До 7

0,85–0,95

20

1,5–2

1,5

0

8

Муфта соединительная

0,98

Подшипники качения

(одна пара)

0,99

Примечания.

1. Относительные габаритные размеры, масса и стоимость определяются по отношению к одноступенчатой зубчатой передаче.

2. Передаточные отношения и редукторов надо выбирать из единого ряда (допускаемое отклонение от номинального значе­ния и±4%): 1, 1,12; 1,25, 1,4; 1,6, 1,8; 2; 2,24; 2,5, 2,8; 3,15, 3,55; 4, 4,5; 5; 5,6, 6,3; 7,1; 8; 9; 10; 11,2; 12,5; 14; 16; 18,  20; 22,4; 25; 28; 31,5; 35,5; 40; 45; 50; 56, 63; 71, 80; 90; 100, 112, 125; 140, 160; 180; 200; 224; 250; 280; 315, 355;

В таблице приведены ориентировочные данные различных передач. При проектировании конкретной передачи необходимо пользоваться более точными табличными данными соответствующих справочников.

Передачи с переменным передаточным числом

Многие машины в процессе работы требуют изменения передаточного числа.

а) передачи ступенчатого регулирования (коробки передач).

В этом случае исходным является заданный ряд скоростей ведомого вала, частота вращения ведущего вала (обычно n1=const) и крутящий момент на ведомом валу. Ряд скоростей (чисел оборотов) должен составлять геометрическую прогрессию.

Отношение  называется диапазоном регулирования.

Отношение двух соседних чисел оборотов  называется знаменателем ряда или коэффициентом регулирования.

Величина φ нормализована, например, в станкостроении φ= 1,26;  φ= 1,41;  φ = 1,58.

Ступенчатое регулирование в передачах трением осуществляется с помощью ступенчатых шкивов и ремня, который переводится с одной ступени на другую.

б) передачи бесступенчатого регулирования (вариаторы).

Ступенчатое регулирование скорости приводит к потере производительности машины. Полностью исключить ее можно лишь используя принцип бесступенчатого регулирования скорости. Наиболее просто такой вид регулирования осуществляется в передачах трением – фрикционных и ременных. Обычно они носят название фрикционные или ременные вариаторы.

Механизмы преобразования одного вида движения в другой (общие сведения)

В данном учебнике «Детали машин» в пределах учебной программы рассматриваются рычажные, кулачковые и храповые механизмы: назначе­ние, принцип работы, устройство, область применения.

Подробно этот раздел  изучается в курсе «Теория механизмов и машин».

Рычажные механизмы

Рычажные механизмы предназначены для преобразования одного вида движения в другое, колебательное вдоль или вокруг оси. Наиболее распро­страненные рычажные механизмы — шарнирный четырехзвенный, кривошипно-ползунный и кулисный.

Шарнирный четырехзвенный механизм (рис.7) состоит из кривоши­па 7, шатуна 2 и коромысла 3. В зависимости от соотношения длин рыча­гов 1, 2, 3 механизм и его звенья будут выполнять разные функции. Меха­низм, изображенный на рис.7, со звеном 1, наиболее коротким из всех, называется однокривошипным. При вращении кривошипа. 1 вокруг оси О, коромысло 3 совершает колебательное движение вокруг оси О2, шатун 2 совершает сложное плоскопараллельное движение.

Кривошипно-ползунный механизм получают из шарнирного четырехзвенника при замене коромысла 3 ползуном 3 (рис. 8). При этом вращение кривошипа 1, ползун 3 совершает колебательное прямолинейное движение вдоль направляющей ползуна. В двигателях внутреннего сгорания, таким ползуном, является поршень, а направляющей — цилиндр.

Кулисные механизмы служат для преобразования равномерно-враща­тельного движения кривошипа в качательное движение кулисы или нерав­номерное прямолинейное колебательное (возвратно-поступательное) дви­жение ползуна. Кулисные механизмы ис­пользуются в строгальных станках, когда рабочий ход (снятие стружки) происходит медленно, а нерабочий ход (возвращение резца) — быстро. На рис.9 показана схе­ма кулисного механизма с входным поршнем на шатуне. Такая схема используется в меха­низмах гидронасосов ротационного типа с вращающимися лопастями, а также в раз­личных гидро- или пневмоприводах механизма с входным поршнем 3 на шатуне, скользящем в качающемся (или вращающемся) цилиндре.

Рис.7. Шарнирный четырех­звенный механизм: 1 — криво­шип; 2 — шатун; 3 — коромысло

Рис.8. Кривошипно-шатунный механизм: 1 — кривошип; 2—шатун; 3 — ползун

Рис.9. Кулисный механизм: 1 — кри­вошип; 2 — шатун; 3 — поршень

Кулачковые механизмы

Кулачковые механизмы предназначены для преобразования вращатель­ного движения ведущего звена (кулачка) в заведомо заданный закон воз­вратно-поступательного движения ведомого звена (толкателя). Широко применяются кулачковые механизмы в швейных машинах, двигателях внутреннего сгорания, автоматах и позволяют получить заведомо заданный закон движения толкателя, а также обеспечить временные остановы ведо­мого звена при непрерывном движении ведущего.

На рис. 10 приведены плоские кулачковые механизмы. Кулачковый механизм состоит из трех звеньев: кулачка 1, толкателя 2 и стойки (опоры) 3. Для уменьшения трения в кулачковый механизм вводится ролик. Веду­щим звеном в кулачковом механизме является кулачок. Кулачок может со­вершать как вращательное движение, так и поступательное. Движение ве­домого звена — толкателя — может быть поступательным и вращательным.

           

Рис. 10. Кулачковые механизмы: 1 — кулачок; 2 — толкатель; 3 — стойка (опора)

Недостатки кулачковых механизмов: высокие удельные давления, повы­шенный износ звеньев механизма, необходимость обеспечения замыкания звеньев, что приводит к дополнительным нагрузкам на звенья и к усложне­нию конструкции.

Храповые механизмы

Храповые механизмы относятся к механизмам прерывистого действия, которые обеспечивают движения ведомого звена в одном направлении с периодическими остановками. Конструк­тивно храповые механизмы делятся на не­реверсивные с внутренним зацеплением и с храповым колесом, а также реверсивные в виде зубчатой рейки.

Нереверсивный храповый механизм с внутренним зацеплением (рис. 11). Веду­щим звеном может быть как храповое ко­лесо внутреннего зацепления 1, соединен­ное с зубчатым колесом внешнего зацепле­ния, так и втулка 4 с закрепленной на ней собачкой 3, подпружиненной к зубьям храпового колеса 1 пружиной 2.

Рис. 11. Нереверсивный храповый механизм с внутренним зацеплени­ем:

1 — храповое колесо; 2 — пру­жина; 3 — собачка; 4 — втулка

В нереверсивных механизмах (рис. 12) храповое колесо выполняют в виде рейки 1 в направляющих, и тогда собачка 2 сообщает рейке с храпо­вым зубом прерывистое прямолинейное движение. В этом случае преду­сматривает устройство, которое возвращает рейку в начальное положение.

Рис. 12. Нереверсивный храповый механизм:

1 — рейка; 2 — собачка

Рис. 13. Реверсивный храповый механизм:

1- храповик; 2 — ведущий рычаг; 3 — собачка

Реверсивные храповые механизмы (рис.13) имеют: храповое колесо 1 с зубьями эвольвентного профиля, а на ведущем рычаге 2 шарнирно устанав­ливают собачку 3, которую при необходимости реверса перебрасывают во­круг оси Ох.

В машино- и приборостроении применяют храповые механизмы, в ко­торых механизм (ведомое звено) двигается в одном направлении с перио­дическими остановками (металлообрабатывающие станки, задняя ведущая втулка у велосипеда и др.).

Мальтийский механизм (крест)

Мальтийские кресты широко применяются в машинных автоматах. Они относятся к механизмам прерывистого действия и предназначены для преобразования равномерного вращения ведущего звена в периодические с остановками ведомого звена, работают плавно без ударов (в отличие от храповых механизмов).

Наиболее распространенные мальтий­ские механизмы с внешним зацеплением (рис. 14). Такой механизм состоит из ведущего кривошипа 7, ролика 2 на его конце, мальтийского креста 3. При вра­щении кривошипа 1 ролик 2 входит в паз 4 мальтийского креста 3 и возвращает его на заданный угол. После выхода ро­лика 2 из паза 4 угловое положение мальтийского креста фиксируется цилинд­рической поверхностью диска.

Мальтийские механизмы проектируют­ся с числом пазов мальтийского креста, равным 3 + 12. Расчеты храповых механиз­мов на прочность проводятся в зависимости от вращающего момента на вале храпового колеса.

Рис. 14. Мальтийский механизм: 1 — ведущий кривошип;

2 — ролик; 3 - мальтийский крест; 4 - паз мальтийского креста

Вопросы для самопроверки

- Мощность механической передачи определяется по формуле …

1) 

2)  

3)

4)

- КПД механической передачи определяется по формуле …

1)  

2)

3)  

4)  

- Механическая передача является повышающей и называется мультипликатором при …

1) un2

3) u>1, n1 

2)  

3)  

4)  

- Наиболее высокий КПД имеет … передача.

1) зубчатая коническая

2) цепная

3) червячная

4) ременная

5) зубчатая цилиндрическая

- К механическим передачам зацеплением относятся …

1) зубчатые, волновые, клиноременные

2) зубчатые, фрикционные, червячные

3) зубчатые, цепные, червячные, планетарные

4) зубчатые, червячные, ременные, фрикционные

- К механическим передачам трением относится …

1) червячная

2) клиноременная

3) волновая зубчатая

4) планетарная

5) винтовая

- Большее передаточное отношение имеет … передача.

1) коническая зубчатая

2) ременная

3) цепная

4) цилиндрическая зубчатая

5) червячная

- В механическом приводе быстроходной называется передача …

1) расположенная ближе к двигателю

2) расположенная ближе к рабочем органу привода

3) открытая

4) закрытая

- Передаточное отношение механической передачи определяют по формуле...

1)

2)

3)

4)

- Опишите взаимное по­ложение валов в переда­че 10—11, см. рис. 16

1. Передача с параллельными осями валов

2. Передача с пересекающимися осями валов

3. Передача с перекрещивающимися осями валов

4. Определить нельзя

- Показать на рис. 16 чер­вячную передачу

1. Поз. 2-3

2. Поз. 4-5

3. Поз. 6-7

4. Поз. 10-11

5. Поз. 12-13

- Покажите на рис.16 ма­шину-орудие (поз. I, II, III, IV)

1) I

2) II

3) III

4)  IV

- Какое назначение меха­нических передач

1. Вырабатывать энергию

2. Воспринимать энергию

3. Затрачивать энергию на преодоление внешних сил, не­посредственно связанных с процессом производства

4. Преобразовывать скорость, вращающий момент, направ­ление вращения

- Как классифицируют зуб­чатую передачу по принципу передачи движения?

1. Трением

2. Зацеплением

3. Непосредственно контактом деталей, сидящих на веду­щем и ведомом валах

4. Передача гибкой связью

- Покажите на рис. 16 ведущее колесо третьей пары

1. Поз. 3

2. Поз. 4

3. Поз. 5

4. Поз. 6

5. Поз. 7

- Передача 4—5 (см. рис. 16) понижающая или повышающая?

       1. Понижающая

       2. Повышающая

- Сколько ступеней имеет передача, показанная на рис. 16?

1) 1

2) 2

3) 6

4) 12

- Какое из приведенных отношений называют передаточным числом одноступенчатой передачи?

1) n2/n1

2) D2/D1

3) D1/D2

II                                 III                              IV

Рис. 16. Кинематическая схема многоступенчатой передачи

- Как называется передача, кинематическая схема которой показана на рисунке?

1.       Цилиндрическая

2.       Коническая

3.       Червячная

4.       Планетарная

- Как называется передача, кинематическая схема которой показана на рисунке?

1.       Цилиндрическая

2.       Коническая

3.       Червячная

4.       Планетарная

- Как называется передача, кинематическая схема которой показана на рисунке?

1.       Цилиндрическая

2.       Коническая

3.       Червячная

4.       Планетарная

- Какая передача может использоваться для передачи вращения между валами, оси которых пересекаются?

1.       Коническая

2.       Червячная

3.       Цилиндрическая

4.       Гипоидная

- Какая передача может использоваться для передачи вращения между валами, оси которых параллельны?

1.       Цилиндрическая

2.       Червячная

3.       Гипоидная

4.       Реечная

- Какая передача может использоваться для передачи вращения между валами, оси которых перекрещиваются (но не пересекаются)?

1.       Червячная

2.       Гипоидная

3.       Коническая

4.       Винтовая

- У какой червячной передачи к.п.д. как правило выше?

1.       С однозаходным червяком

2.       С двухзаходным червяком

3.       С трехзаходным червяком

4.       С четырехзаходным червяком

- Как называется передача, шестерня и колесо которой показаны на фотографии?

1.       Цилиндрическая

2.       Коническая прямозубая

3.       Коническая с круговыми зубьями

4.       Червячная

- Укажите направление линии зуба

1.       Правое

2.       Левое

3.       Тангенциальное

4.       Круговое

- Укажите направление линии зуба

1.       Правое

2.       Левое

3.       Зубья прямые

4.       Круговое

- Укажите тип передачи, колесо которой представлено на фотографии

1.       Цилиндрическая

2.       Коническая

3.       Червячная

4.       Гипоидная

- Укажите тип передачи, ведущее звено которой представлено на фотографии

1.       Цилиндрическая

2.       Винтовая

3.       Червячная

4.       Червячная глобоидная

- С каким числом зубьев можно нарезать прямозубое зубчатое колесо с помощью модульной фрезы, показанной на фотографии?

1.       С любым

2.       С четным

3.       От 55 до 134 включительно

4.       До 55 и свыше 134

- Макет какой передачи показан на фотографии?

1.       Червячной

2.       Глобоидной

3.       Винтовой

4.       Реечной

- Какой инструмент применяется для обработки зубчатых колес с внутренними зубьями?

1.       Долбяк

2.       Модульная фреза

3.       Зубострогальный резец

4.       Червячная фреза

- На каком станке обычно выполняют обработку зубчатых колес с внутренними зубьями?

1.       На зубодолбежном

2.       На зубофрезерном

3.       На зубострогальном

4.       На шевинговальном

- Укажите марки сталей, применяемых для изготовления цементованных зубчатых колес.

1.       12ХН3А

2.       20Х2Н3А

3.       40Х

4.       65Г

- Укажите марку (марки) материала (материалов), применяемых для изготовления венцов червячных колес.

1.       Бр О10Ф1

2.       40Х

3.       38Х2МЮА

4.       30ХГТ

- Какая передача как правило имеет меньший уровень шума при работе?

1.       Цилиндрическая прямозубая

2.       Коническая

3.       Червячная

4.       Цилиндрическая косозубая

Контрольные вопросы

- Чем отличается машина-орудие от машины-двигателя?

- Покажите на рис. 17 передачу.

Рис. 17. Кинематическая схема велосипеда:

1 — руль; 2 — рама; 3 — ведущая звездочка; 4 — ведомая звездочка;

5 — крыло; 6 — цепь; 7 — колесо; 8 — ось

- Почему вращательное движение наиболее распространено в механизмах и машинах?

- Чем вызвана необходимость введения передачи как промежуточного звена между двигателем и рабочими органами машины?

- Какие функции могут выполнять механические передачи?

- Для каких целей используются механические передачи?

- В чем разница между редуктором и мультипликатором?

- Что такое передаточное число?

- Как определяют передаточное число и КПД многоступенчатой передачи?

- Как изменяются от ведущего к ведомому валу такие характеристики передачи как мощность, вращающий момент, частота вращения?

- Какие передачи передают вращение зацеплением?

- Какие передачи передают вращение трением?

- Какие виды зубчатых передач вам известны?

- Как определяется КПД зубчатых передач?

- Каковы особенности определения КПД червячных передач?

- В чем особенности устройства и работы планетарных передач?

- В чем особенности устройства и работы волновых передач?

- В чем преимущества и недостатки червячных передач по сравнению с волновыми?

- В чем преимущества и недостатки гипоидных передач по сравнению с коническими?

- Как преобразуют движение винтовые передачи?

- В чем преимущества и недостатки цепных и ременных передач в сравнении друг с другом?

- В чем особенности устройства и работы вариаторов?

- Почему для соединения ведущих и ведомых колес локомотива применяют спарники, а не другие виды передач?

- Можно ли в двигателях внутреннего сгорания применить вместо кривошипно-ползунного механизма прямило?

- Почему (помимо простоты) в кулачковом механизме открывания-закрывания клапанов двигателя внутреннего сгорания применяют силовое, а не кинематическое замыкание кулачка и толкателя?

- Почему на конце толкателя, соприкасающегося с кулачком, часто выполняют ролик?

- Почему на холостом ходу храповой механизм «трещит»?

- Если мальтийский механизм работает плавнее и без ударов, почему вместо храповых механизмов везде не используют мальтийские?

email: [email protected]

Адрес: Россия, 450071, г.Уфа, почтовый ящик 21

Теоретическая механика   Сопротивление материалов

Прикладная механика  Строительная механика  Теория машин и механизмов

Механические передачи. Назначение и классификация.

Передача –это устройство, предназначенное для передачи движения на расстояние и для преобразования параметров движения.

Существует три основных вида передач – механические, гидравлические и пневматические.

это передача, в которой движение передается с помощью твердых тел.

Механическая передача — механизм, служащий для передачи и преобразования механической энергии от энергетической машины до исполнительного механизма (органа) одного или более, как правило с изменением характера движения (изменения направления, сил, моментов и скоростей). Как правило, используется передача вращательного движения. Привод рабочих органов, ходовой части и других узлов машин осуществляется с помощью силовых передач, которые не только передают движение, но и изменяют скорость, а иногда и характер и направление движения.

Передачи бывают:

- механические;

- гидравлические;

- электрические;

- смешанные.

В каждой передаче элемент, который передает мощность, называется ведущим, а элемент, которому передается эта мощность, ведомым.

Передачи в основном применяются понижающие.

Передача характеризуется:входными, выходными и внутренними параметрами:

- скорость: линейные; угловые.

- силовые факторы: усилия (при поступательном движении); крутящие моменты (при вращательном движении).

- мощность: передаточное отношение; КПД.

Механические передачи по конструктивному исполнению различают:

Фрикционные передачи – передачи трением с непосредственным контактов тел качения, в основном применяются во вспомогательных механизмах. Достоинства: проста, плавная, бесшумная работа. Недостатки: нужны специальные прижимные устройства, износ, повышение нагрузки.

Ременные передачи - гибкая связьв основном применяются во вспомогательных механизмах. Достоинства: простота конструкции и безударность работы, возможность использования при значительных расстояниях между валами, бесшумные. Недостатки: проскальзывание, большие габариты, малая долговечность, вытягивание.

Зубчатые передачи –передача зацеплением с непосредственным контактом, наибольшее распространение. Достоинство: малые габаиты; высокий КПД; большая долговечность и надежность; возможность применения в широком диапазоне. Недостатки: шум в работе; передача больших осевых усилий на валы; сложная технология изготовления.

Червячные передачи – передача зацеплением с непосредственным контактом. Достоинства: бесшумность и плавность работы; высокая точность перемещений; обеспечение возможности самоторможение. Недостатки: низкий КПД; небольшие передаваемые мощности; повышенный износ.

Цепные предназначаютсядля передачи движения между двумя параллельными валами при достаточно большом расстоянии между ними. Достоинства: возможность передачи движения на значительные расстояния; меньшие чем у ременных передач, габариты; отсуствие скольжения; достаточно высокий КПД, возможность легкой замены цепи. Недостатки: сравнительно быстрый износ шарниров, работающих в условиях попадания абразива; требует более трудный уход – смазки, регулировка в сравнении с клиноременными передачами; значительные вибрации и шум при достаточно высоких скоростях и невысокой точности элементов конструкции.


Смотрите также