Виды и характеристики передач.
Виды передач. Классификация передач. Передачи непосредственного контакта (резьбовые, зубчатые, муфты,…) и гибкой связью (ременные и цепные).
Передачи непосредственного контакта
Зубчатые передачи
Практически любой механизм в современной технике отчасти или полностью состоит из различных типов передач. В большинстве случаев в качестве передаточных устройств движения используются именно зубчатые элементы кинематической схемы.
Определение
Зубчатой передачей является механизм, который служит для передачи вращения с одного вала на другой и для изменения частоты вращения с помощью реек и колес
Зубчатое колесо, расположенное на валу, передающем вращение, принято называть ведущим, а принимающее вращение – ведомым. Также тот элемент, который обладает в паре меньшими размерами, называют шестерней, а то, которое большими – колесом.
Сфера применения
Зубчатые передачи, классификация, основные параметры и особенности работы которых будут описаны ниже, вполне обосновано считаются самыми распространёнными деталями в машиностроении и прочих отраслях народного хозяйства. Такая высокая востребованность объясняется возможностью передачи с их помощью мощностей в диапазоне от нескольких долей до нескольких десятков тысяч киловатт.
При этом окружные скорости вращения могут составлять до 150 м/с, а передаточные числа колеблются от сотен до тысяч. Диаметр самих колес находится в пределах от считанных миллиметров (иногда даже их долей) до шести и более метров.
Назначение и классификация зубчатых передач предусматривает их разделение по следующим признакам:
1. По расположению осей колес в пространстве:
с параллельными осями (цилиндрические передачи);
с пересекающимися осями (конические передачи);
со скрещивающимися осями (червячные и винтовые передачи).
2. По типу относительного вращения колес и расположению зубьев:
с внешним зацеплением (колеса вращаются в противоположных направлениях относительно друг друга);
с внутренним зацеплением (вращение обоих колес идет в одну сторону
3. По форме профиля:
эвольвентные зубья;
циклоидальные;
с зацеплением Новикова.
4. По расположению теоретической линии зуба:
прямозубые колеса;
косозубые;
шевронные;
винтовые (с круговым зубом).
Стоит отметить, что непрямозубые передачи обладают большой плавностью своей работы, в них гораздо меньший износ и шум по сравнению с прямозубыми передачами.
5. По показателю окружной скорости:
тихоходные передачи (менее 3 м/с);
среднескоростные (от 3 м/с до 15 м/с);
быстроходные (свыше 15 м/с).
Градация по областям применения
Классификация зубчатых передач по функциональному назначению предусматривает их деление на:
Кинематические (отсчетные) передачи.
Их применяют в разнообразных приборах, счетно-решающих механизмах. Главное требование к таким передачам – соблюдение высочайшей кинематической точности, то есть должна быть чёткая согласованность углов поворота как ведущего, так и ведомого колес.
Скоростные передачи применяются в редукторах турбомашин, коробках передач автомобилей. Требования: максимально возможная плавность работы.
Силовые передачи эксплуатируются в крановых и прокатных механизмах. Они работают при малых скоростях, но при этом передают внушительные крутящие моменты. Главное требование, выдвигаемое к передачам данного типа, – плотный контакт зубьев, находящихся между собой в сопряжении. Дополнительные критерии
Классификация зубчатых передач по конструктивному оформлению учитывает, что они могут быть открытого и закрытого типа.
Открытые передачи могут работать либо без смазки (крайне редко), либо же обрабатываться специальными консистентными смазочными веществами.
Закрытые передачи, в свою очередь, смазываются за счет погружения зубьев в специальное масло, которым заполоняют картер (погружное смазывание).
В некоторых случаях предусмотрена централизованная подача состава в картер. При этом регулировка потока смазывающей жидкости осуществляется с помощью специальных дросселей.
В зависимости от того, как меняется частота вращения, зубчатые передачи разделяются на:
Понижающие (их называют редукторами). В таких передачах передаточное отношение больше или равно единице.
Мультипликаторы – передаточное число меньше единицы.
Кстати, передаточные числа бывают как постоянными, так и ступенчато-регулируемыми благодаря перемещению колес непосредственно по валу (например, коробка скоростей).
Положительные качества
Классификация зубчатых передач будет неполной, если не рассмотреть их достоинства.
В сравнении с другими типами передач зубчатые характеризуются:
Технологичностью.
Постоянством передаточного отношения.
Высокой нагрузочной способностью (до 50000 кВт).
Внушительным коэффициентом полезного действия (до 0,99). Малыми габаритными размерами по сравнению с прочими передачами при одинаковых условиях.
Большой надежностью во время работы.
Простотой обслуживания.
Относительно небольшими нагрузками на опоры и валы.
Отрицательные качества
Что касается недостатков зубчатых передач, то в их числе значатся:
Отсутствие возможности изменять передаточное число бесступенчато.
Точность изготовления и монтажа должна быть на высоком уровне. Возникновение шума при больших скоростях работы. Неудовлетворительные амортизирующие свойства.
Большие габариты в случаях, когда между осями ведомого и ведущего валов внушительное расстояние.
Нарезание зубьев требует наличия специального оборудования и инструмента.
Неспособность к компенсации динамических нагрузок по причине высокой жестокости.
Отсутствие предохранительной функции.
Зубчатая передача не способна защитить машину или механизм от перегрузки.
Также зубчатые передачи (достоинства и недостатки, классификация и виды которых указаны выше) нерационально используют свои зубья, что проявляется в одновременной работе не более двух зубьев каждого из колес, находящихся в сопряжении.
Деформация зубьев колес
Правильная проектировка и эксплуатация зубчатой передачи проявляется в отсутствии сильного шума и перегрева во время работы. Если эти два указанных критерия все же имеют несоответствия, то это вполне может привести к разрушениям зубьев колес.
Классификация зубчатых передач по эксплуатационному назначению также вносит свои корректировки в работу передачи, однако в целом виды разрушений зубьев бывают следующие:
Пластическая деформация рабочих поверхностей.
Поломка.
Заедание.
Изнашивание.
Выкрашивание.
В тех случаях, когда зубья ломаются, зачастую происходит не только поломка передачи, но и повреждение различных смежных узлов, деталей (например, разрушаются подшипники, валы). Это происходит по причине заклинивающего действия отломившихся кусочков. Довольно часто зубья ломаются по причине своей «усталости», которая появляется как следствие возникновения и прогрессивного развития трещины.
Такой вид поломки более всего характерен для закрытых передач. Истирание зубьев чаще всего наблюдается в открытых передачах, что объясняется проникновением в зону зацепления разнообразных частиц металла, грязи, пыли (абразивный износ).
Также причиной может служить плохая смазка, поэтому от данного вида износа не застрахованы и закрытые передачи.
Производство колес
Важно знать, что зубчатые передачи, достоинства и недостатки, классификация которых зависят от их технологических и физических свойств, изготавливаются из различных материалов. Чаще всего на практике применяются такие:
Углеродистая сталь обыкновенного качества (Ст6, Ст5). Высококачественные марки стали.
Легированные марки сталей.
Серый и высококачественный чугун.
Некоторые неметаллические материалы (бакелит, текстолит
Наибольшее распространение получили передачи с зубчатыми колесами из стали, что объясняется оптимальным сочетанием прочности, надёжности и массы. Такой материал идеально подходит для высоконагруженных передач. В свою очередь, серый чугун используется для колес, работающих нечасто, а также тихоходных открытых передач. Чугун хорош тем, что зубья колес на его основе не слишком требовательны к смазке и хорошо притираются друг к другу. Пластмассовые зубчатые колеса производят для механизмов, где требуется максимальная бесшумность работы высокоскоростной передачи, при этом не нужна высокая точность изготовления.