Передачи вращательного движения
Механическая энергия, используемая для приведения в движение машины-орудия, представляет собой энергию вращательного движения вала двигателя. Вращательное движение получило наибольшее распространение в механизмах и машинах, так как обладает следующими достоинствами: обеспечивает непрерывное и равномерное движение при небольших потерях на трение; позволяет иметь простую и компактную конструкцию передаточного механизма.
Все современные двигатели для уменьшения габаритов и стоимости выполняют быстроходными с весьма узким диапазоном изменения угловых скоростей. Непосредственно быстроходный вал двигателя соединяют с валом машины редко (вентиляторы и т. п.). В абсолютном большинстве случаев режим работы машины-орудия не совпадает с режимом работы двигателя, поэтому передача механической энергии от двигателя к рабочему органу машины осуществляется с помощью различных передач.
Передачей будем называть устройство, предназначенное для передачи энергии из одной точки пространства в другую, расположенную на некотором расстоянии от первой.
В современном машиностроении в зависимости от вида передаваемой энергии применяют механические, пневматические, гидравлические и электрические передачи. В курсе «Детали машин» рассматривают только наиболее распространенные механические передачи.
Механическими передачами, или просто передачами, называют механизмы для передачи энергии от машины-двигателя к машине-орудию, как правило, с преобразованием скоростей, моментов, а иногда — с преобразованием видов (например, вращательное в поступательное) и законов движения.
Передача (в механике) соединяет вал источника энергии - двигателя и валы потребителей энергии - рабочих органов машины, таких, например, как ведущие колёса гусеничного движителя или автомобиля.
Механические передачи известны со времен зарождения техники, прошли вместе с ней длительный путь развития и совершенствования и имеют сейчас очень широкое распространение. Грамотная эксплуатация механических передач требует знания основ и особенностей их проектирования и методов расчетов.
При проектировании к механическим передачам предъявляются следующие требования:
- высокие нагрузочные способности при ограниченных габаритных размерах, весе, стоимости;
- постоянство передаточного отношения или закона его изменения;
- обеспечение определенного взаимного расположения осей ведущего и ведомого валов, в частности, межосевого расстояния aw;
- малые потери при передаче мощности (высокий кпд) и, как следствие, ограниченный нагрев и износ;
- плавная и бесшумная работа;
- прочность, долговечность, надёжность.
Передачи имеют широкое распространение в машиностроении по следующим причинам:
1) энергию целесообразно передавать при больших частотах вращения;
2) требуемые скорости движения рабочих органов машин, как правило, не совпадают с оптимальными скоростями двигателя; обычно ниже, а создание тихоходных двигателей вызывает увеличение габаритов и стоимости;
3) скорость исполнительного органа в процессе работы машины-орудия необходимо изменять (например, у автомобиля, грузоподъемного крана, токарного станка), а скорость машины-двигателя чаще постоянна (например, у электродвигателей);
4) нередко от одного двигателя необходимо приводить в движение несколько механизмов с различными скоростями;
5) в отдельные периоды работы исполнительному органу машины требуется передать вращающие моменты, превышающие моменты на валу машины-двигателя, а это возможно выполнить за счет уменьшения угловой скорости вала машины-орудия;
6) двигатели обычно выполняют для равномерного вращательного движения, а в машинах часто оказывается необходимым поступательное движение с определенным законом;
7) двигатели не всегда могут быть непосредственно соединены с исполнительными механизмами из-за габаритов машины, условий техники безопасности и удобства обслуживания;
8) распределять работу двигателя между несколькими исполнительными органами машины.
Как правило, угловые скорости валов большинства используемых в настоящее время в технике двигателей (поршневых двигателей внутреннего сгорания, газотурбинных, электрических, гидравлических и пневматических двигателей) значительно превышают угловые скорости валов исполнительных или рабочих органов машин, порой на 2-3 порядка. Поэтому доставка (передача) энергии двигателя с помощью передачи любого типа, в том числе и механической, происходит, как правило, совместно с одновременным преобразованием моментов и угловых скоростей (в сторону повышения первых и понижения последних).
При этом необходимо отметить, что конструктивное обеспечение функции транспортного характера – чисто передачи энергии иной раз вступает в логическое противоречие с направлением задачи конечного преобразования силовых и скоростных параметров этой энергии. Например, в трансмиссиях многих транспортных машин (особенно высокой проходимости) входной редуктор сначала повышает частоту вращения, понижение ее до требуемых пределов производят бортовые или колесные редукторы.
Этот прием позволяет снизить габаритно-весовые показатели промежуточных элементов трансмиссии (коробок перемены передач, карданных валов) – размеры валов и шестерен пропорциональны величине передаваемого крутящего момента в степени 1/3.
Аналогичный принцип используется при передаче электроэнергии – повышение напряжения перед ЛЭП позволяет значительно снизить тепловые потери, определяемые в основном силой тока в проводах, а заодно уменьшить сечение этих проводов.
Иногда передача механической энергии двигателя сопровождается также преобразованием вида движения (например, поступательного движения во вращательное или наоборот) или законов движения (например, равномерного движения в неравномерное).
Широко известными образцами таких передач являются кривошипно-шатунный механизм и кулачковый привод механизма газораспределения.
Классификация механических передач
Механические передачи, применяемые в машиностроении, классифицируют (рис.1 и 2):
по энергетической характеристике механические передачи делятся на:
- кинематические (передаваемая мощность Р <0,1 кВт),
- силовые (передаваемая мощность Р ≥0,1 кВт).
по принципу передачи движения:
- передачи трением (примеры: фрикционная — рис.1, а и ременная — рис.2, а) - действующие за счет сил трения, создаваемых между элементами передач;
Фрикционные передачи подразделяют на:
- фрикционные передачи с жесткими звеньями (с различного рода катками, дисками);
- фрикционные передачи с гибким звеном (ременные, канатные).
- зацеплением (примеры: зубчатые — рис.1, б, червячные — рис.1, в; цепные — рис.2, б; передачи винт-гайка — рис.1, г, д) - работающие в результате возникновения давления между зубьями, кулачками или другими специальными выступами на деталях.
Передачи зацеплением делятся на:
- передачи зацеплением с непосредственным контактом жестких звеньев (цилиндрические, конические, червячные);
- волновые передачи зацеплением;
- передачи зацеплением с гибким звеном (зубчато-ременные, цепные).
Как фрикционные, так и зубчатые передачи могут быть выполнены с непосредственным контактом ведущего и ведомого звеньев или посредством гибкой связи – ремня, цепи.
Рис.1. Механические передачи с непосредственным контактом тел вращения:
а — фрикционная передача; б — зубчатая передача; в — червячная передача;
г, д — передачи винт-гайка
 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
| 
|
|
|
Поиск по сайту:
|