Волновые зубчатые передачи Редукторы Основные понятия о ременных передачах Передачи плоским ремнем Валы и оси Подшипники скольжения Муфты

Надежность машин Соединения деталей машин Соединения с натягом Расчет шпоночных соединений Механические передач Вариаторы Конструкции колес зубчатых передач Расчет на контактную прочность Цилиндрические косозубые передачи

Основы расчета и проектирования деталей и узлов машин

Механические передачи

Общие сведения о передачах

Назначение передач и их классификация

Механическая энергия, с помощью которой приводится в движение машина, представляет собой энергию вращательного движения вала двигателя.

Вращательное движение получило наибольшее распространение в механизмах и машинах вследствие следующих своих достоинств: 1) обеспечения непрерывного и равномерного движения при небольших потерях на трение; 2) простоты и компактности конструкции передаточных механизмов.

Назначение передач. Современные двигатели для уменьшения габаритов и стоимости выполняют быстроходными, как правило, с небольшим диапазоном изменения частот вращения. Быстроходный вал двигателя очень редко соединяют непосредственно с рабочим органом машины (вентилятором, шлифовальным кругом и др.). В большинстве случаев частота вращения и вращающий момент двигателя и рабочего органа не совпадают (сравните: частота вращения двигателя легкового автомобиля — 5000 мин1, частота вращения рабочего органа —колеса — при скорости 100 км/ч — 100 мин1). Поэтому передачу механической энергии от двигателя к рабочему органу машины осуществляют с помощью различных передач.

Механическими передачами, в дальнейшем просто передачами, называют механизмы, передающие энергию двигателя исполнительному органу машины.

Передавая механическую энергию, передачи одновременно могут выполнять одну или несколько из следующих функций:

а) понижать (или повышать) частоту вращения, соответственно повышая (или понижая) вращающий момент;

б) преобразовывать один вид движения в другой (вращательное в поступательное, равномерное в прерывистое и т. д.);

в) регулировать частоту вращения рабочего органа машины;

г)  реверсировать движение (изменять направление движения на обратное);

д) распределять энергию двигателя между несколькими исполнительными органами машины.

В настоящем курсе рассматриваются только наиболее распространенные механические передачи.

Классификация передач. В зависимости от принципа действия все механические передачи делят на две группы:

передачи зацеплением — зубчатые, червячные, цепные;

передачи трением — фрикционные, ременные.

Передачи трением имеют повышенную изнашиваемость рабочих поверхностей, так как в них неизбежно проскальзывание одного звена относительно другого.

В зависимости от способа соединения ведущего и ведомого звеньев различают:

а) передачи непосредственного контакта — зубчатые, червячные,
фрикционные, винт — гайка;

б) передачи гибкой связью —цепные, ременные. Передачи гибкой
связью допускают значительные расстояния между ведущим и ведомым валами.

9.2. Основные кинематические и силовые соотношения в передачах

Особенности каждой передачи и ее применение определяют следующие основные характеристики:

1) мощность на ведущем P1, и ведомом Рг валах или вращающие моменты T1 и Т2 на тех же валах (рис. 9.1, а и б);

Рис. 9.1. Схема сил для определения направления

вращающих моментов в передаче:

а — колеса в рабочем положении; б — колеса условно раздвинуты

2) частота вращения (угловые скорости) ведущего я, (ω1) и ведомого пг (ω2) валов.

Эти основные характеристики необходимы для выполнения проектировочного расчета любой передачи.

Дополнительными характеристиками являются:

а) механический КПД передачи

Для многоступенчатого привода, состоящего из нескольких отдельных последовательно соединенных передач, общий КПД

(9.2)

где η1, η2,..., ηn— КПД отдельной передачи (зубчатой, червячной, ременной  и др.) или кинематической пары (подшипников, муфты).

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;

б) окружная скорость ведущего или ведомого звена, м/с,

(9.3) ',

где ω —угловая скорость, с-1; n —частота вращения, мин1; d — диаметр, мм (колеса, шкива и др.). Окружные скорости обоих звеньев передачи при отсутствии скольжения равны: v, = v2;

в) окружная сила Н, (рис. 9.1, б),

(9.4)

где Р~ мощность, кВт; υ —м/с; Т~ Нм; d—ым;

г) вращающий момент Н-м, (рис. 9.1)

 (9.5) I

где P—кВт; Ft— Н; d— мм.

Вращающий момент T1 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;

д) передаточное число и. При v, = v2 с учетом формулы (9.3) имеем

(9.6) I

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

В передаче, понижающей частоту вращения п (угловую скорость со), u>1; при и<1 частота вращения (угловая скорость) повышается. Понижение частоты вращения называют редуцированием, а закрытые передачи, понижающие частоты вращения,—редукторами. Устройства, повышающие частоты вращения, называют ускорителями или мультипликаторами.

Рис. 9.2. Схема привода ленточного конвейера:

1 — электродвигатель; 2—ременная передача;

3 — редуктор цилиндрический одноступенчатый;

4—цепная передача; 5 —лента конвейера;

6— барабан конвейера

Нагруженность деталей зависит от места установки передачи в силовой цепи и распределения общего передаточного числа между отдельными передачами. По мере удаления от двигателя по силовому потоку в понижающих передачах нагруженность деталей возрастает. Следовательно, в области малых частот вращения п (и соответственно больших вращающих моментов Т) целесообразно применять передачи с высокой нагрузочной способностью (например, зубчатые, цепные).

Так, в приводе на рис. 9.2, 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 ступенями привода принимают на основе анализа результатов технико-экономических расчетов для нескольких вариантов.


Контрольные вопросы

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?

Что такое передаточное число?

Как определяют передаточное число и КПД многоступенчатого привода?

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

Шпоночное соединение образуют вал, шпонка и ступица колеса (шкива, звездочки и др.). Шпонка представляет собой стальной брус, устанавливаемый в пазы вала и ступицы. Она служит для передачи вращающего момента от вала к ступице и наоборот. Основные типы шпонок стандартизованы. Шпоночные пазы на валах получают фрезерованием дисковыми или концевыми фрезами, в ступицах — протягиванием.

Шлицевое соединение образуют выступы — зубья на валу и соответствующие впадины — шлицы в ступице (рис. 8.1, а — в). Рабочими поверхностями являются боковые стороны зубьев. Зубья вала фрезеруют по методу обкатки (см. § 11.7) или накатывают в холодном состоянии профильными роликами по методу продольной накатки. Шлицы отверстия ступицы изготовляют протягиванием.

Фрикционные передачи Во фрикционной передаче вращательное движение от ведущего катка к ведомому передается силами трения, которые возникают в месте контакта двух прижатых друг к другу катков