Гибкий.ру 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.
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.
Рис. 2.1. Зубчатые передачи
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.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.
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 |
Кулачковые механизмы
Кулачковые механизмы служат для преобразования вращательного движения (кулачка) в возвратно-поступательное или другой заданный вид движения. Механизм состоит из кулачка — криволинейного диска, насаженного на вал, и стержня, который одним концом опирается на криволинейную поверхность диска.
а — плоский кулачек, б — кулачек с пазом, в — кулачек барабанного типа, г — серцевидный кулачек, д — простейший кулачек
Но бывают дисковые кулачки другой конструкции. Тогда ролик скользит не по контуру диска, а по криволинейному пазу, вынутому сбоку диска (б). В этом случае нажимной пружины не требуется. Движение ролика со стержнем в сторону осуществляется самим пазом.
Кроме рассмотренных нами плоских кулачков (а), можно встретить кулачки барабанного типа (в). Такие кулачки представляют собой цилиндр с криволинейным пазом по окружности. В пазу установлен ролик со стержнем. Кулачок, вращаясь, водит криволинейным пазом ролик и этим сообщает стержню нужное движение.
В кулачковых механизмах вместо стержня очень часто применяются качающиеся рычаги (в). Такие рычаги позволяют менять длину хода и его направление.
Длину хода стержня или рычага кулачкового механизма можно легко рассчитать. Она будет равна разнице между малым радиусом кулачка и большим. Например, если большой радиус равен 30 мм, а малый 15, то ход будет 30-15 = 15 мм. В механизме с цилиндрическим кулачком длина хода равняется величине смещения паза вдоль оси цилиндра.
Благодаря тому, что кулачковые механизмы дают возможность получить разнообразнейшие движения, их часто применяют во многих машинах. Равномерное возвратно-поступательное движение в машинах достигается одним из характерных кулачков, который носит название сердцевидного. При помощи такого кулачка происходит равномерная намотка челночной катушки у швейной машины.
Механизмы передачи и преобразования движения — студопедия
Общее понятие о передачах между валами
Между валами двигателя и рабочей машины, а также между органами самой машины устанавливают механизмы для включения и выключения, изменения скорости и направления движения, носящие общее название — передачи. Передачи вращательного движения широко применяются в механизмах и машинах. Они служат для изменения частоты и направления вращения, обеспечивают непрерывное и равномерное движение.
Вращательное движение в машинах и механизмах передается посредством гибких передач — ременных, цепных и через жесткие передачи — фрикционные, зубчатые. В ременных и фрикционных передачах используются силы трения, а в зубчатых и цепных — непосредственное механическое зацепление элементов передачи. Каждая из передач имеет ведущее звено, сообщающее движение, и ведомые звенья, через которые движение передается от данного механизма к другому, связанному с ним.
Важнейшей характеристикой передач вращательного движения является передаточное отношение, или передаточное число.
Отношение угловой скорости, частоты вращения (числа оборотов в минуту) и диаметров одного из валов к соответствующим величинам другого вала, участвующего в совместном вращении с первым валом, называется передаточным отношением, которое принято обозначать буквой и. Отношение частоты вращения ведущего вала к частоте вращения ведомого называют передаточным числом, которое показывает, во сколько раз ускоряется или замедляется движение.
Ременные передачи
Этот вид гибкой передачи наиболее распространен. По сравнению с другими видами механических передач, они позволяют наиболее просто и бесшумно передать крутящий момент от двигателя или промежуточного вала к рабочему органу станка в достаточно широком диапазоне скоростей и мощностей. Ремень охватывает два шкива, насаженных на валы. Нагрузка передается силами трения, возникающими между шкивом и ремнем вследствие натяжения последнего. Эти передачи бывают с плоским ремнем, с клиновым ремнем и круглым ремнем.
Различают ременные передачи: открытую, перекрестную и полуперекрестную.
В открытой передаче валы параллельны друг другу и шкивы вращаются в одном направлении. В перекрестной передаче валы расположены параллельно, но при этом ведущий шкив вращается, например, по часовой стрелке, а ведомый — против часовой стрелки, т. е. в обратном направлении полуперекрестную передачу применяют между валами, оси которых расположены в разных плоскостях под углом друг к другу.
В приводах машин применяются плоские ремни — кожаные, хлопчатобумажные цельнотканые, хлопчатобумажные шитые, тканые прорезиненные и клиновидные. Используются также шерстяные тканые ремни. В станках применяются главным образом ремни кожаные, прорезиненные и клиновидные. Для уменьшения скольжения ремня вследствие недостаточного трения из-за небольшого угла обхвата применяют натяжные ролики. Натяжной ролик представляет собой промежуточный шкив на шарнирно укрепленном рычаге. Под действием груза на длинном плече рычага ролик нажимает на ремень, натягивая его и увеличивая угол обхвата ремнем большого шкива.
Рис. 1. Передачи с плоским ремнем:
а — открытая: б — перекрестная, в — полуперекрестная, с — с натяжным роликом
Диаметр натяжного ролика не должен быть меньше диаметра малого шкива. Натяжной ролик следует устанавливать у ведомой ветви не слишком близко к шкивам.
Передача клиновыми (текстропными) ремнями широко распространены в промышленности, они просты и надежны в эксплуатации. Основное преимущество клиновых ремней — лучшее сцепление их по шкивом и относительно малое скольжение. Причем габариты передачи получаются значительно меньше по сравнению с плоскими ремнями.
Для передачи больших крутящих усилий применяют многоручьевые клиноременные приводы со шкивами обода, которые оснащены рядом канавок.
Клиновидные ремни нельзя удлинять или укорачивать, их применяют определенной длины.
ГОСТ предусматривает для клиноременных приводов общего назначения семь сечений клиновых ремней, имеющих обозначения О, А, Б, В, Г, Д и Е (О — самое малое сечение).
Номинальная длина клиновых ремней (длина по их внутреннему периметру) от 500 до 1400 мм. Угол натяжения ремня равен 40°.
Клиновидные ремни подбирают по сечению в зависимости от передаваемой мощности и предусматриваемой скорости вращения.
Передачи с широким клиновидным ремнем получают все большее распространение. Эти передачи дают возможность бесступенчато регулировать скорость вращения рабочего органа на ходу под нагрузкой, что позволяет установить оптимальный режим работы Наличие такой передачи в станке позволяет механизировать и автоматизировать процесс обработки.
На рис. 2, б показана передача с широким клиновидным ремнем, которая состоит из двух обособленных раздвижных ведущего и ведомого шкивов. Ведущий шкив при помощи ступицы закреплен консольно на валу электродвигателя. На ступице закреплен неподвижно конус. Подвижной конус закреплен на стакане, соединенном при помощи шлицев со ступицей, и прижат пружиной. Ведомый шкив также состоит из подвижного стакана и неподвижного, конусов со ступицей, соединенной с валом привода. Управление передачей осуществляется специальным устройством (на рисунке не показано) путем перемещения стакана подвижного ведомого конуса. При приближении конусов ремень удаляется от оси вращения шкива, одновременно приближаясь к оси вала. Ведущий шкив, преодолевая сопротивление пружины, изменяет передаточное отношение и частоту вращения ведомого шкива,
Рис. 2. Передачи с клиновидным ремнем:
а — нормального сечения, б — шариком
Цепные передачи
Для передачи вращательного движения между удаленными друг от друга валами применяется помимо ременной цепная передача Как показано на рис. 3, а, она представляет собой замкнутую металлическую шарнирую цепь, охватывающую два зубчатых колеса (звездочки). Цепь в отличие от ремня не проскальзывает, кроме того, ее можно применять в передачах также при малом расстоянии между валами и в передачах со значительным передаточным числом.
Рис. 3. Цепные передачи:
а — общий вид, б — однорядная роликовая цепь, в — замок, г — пластинчатая цепь; а-межосевое расстояние, Р — шаг цепи
Цепные передачи передают мощность от долей лошадиных сил (велосипедные цепи) до тысячи лошадиных сил (многорядные цепи повышенной прочности).
Цепи работают с большими скоростями, доходящими до 30 м/с, и передаточным числом и — 15. Коэффициент полезного действия цепных передач составляет в отдельных случаях 0,98.
Цепная передача состоит из двух звездочек — ведущей и ведомой, сидящих на валах, и бесконечной цепи, надетой на эти звездочки.
Из различных видов цепей наибольшее распространение имеют Цепи однорядные и многорядные роликовые и пластинчатые.
Роликовые цепи допускают наибольшую скорость до м/с, пластинчатые — до 30 м/с.
Роликовая цепь состоит из шарнирно соединенных пластинок, между которыми помещаются ролики, свободно вращающиеся на втулке. Втулка, запрессованная в отверстия внутренних пластинок, может поворачиваться на валике. Расстояние между осями двух соседних валиков или, иначе, шаг цепи должен равняться шагу звездочки. Под шагом звездочки понимают длину дуги, описанной по верху ее зубьев и ограниченной вертикальными осями симметрии двух смежных зубьев.
Валики плотно запрессовываются в отверстиях наружных пластинок. На одном из звеньев цепи делают замок из двух валиков, соединительной пластинки, изогнутой пластинки и шплинтов для крепления пластинок. Чтобы снять или установить цепь, ее размыкают, для чего сначала разбирают замок.
Пластинчатая цепь состоит из нескольких рядов пластин с зубцами, соединенных между собой втулками и шарнирно укрепленных на общих валиках.
В цепных передачах сохраняется постоянным передаточное число: кроме того, они очень прочны, что позволяет передавать большие усилия. В связи с этим цепные передачи применяют, например, в таких грузоподъемных механизмах, как тали и лебедки. Цепи большой длины используются в эскалаторах метро, конвейерах.
Фрикционные передачи
Во фрикционных передачах вращательное движение передается от ведущего к ведомому валу посредством плотно прижатых друг к другу гладких колес (дисков) цилиндрической или конической формы. Фрикционная передача применяется в лебедках, винтовых прессах, станках и ряде других машин.
Рис. 4. Фрикционные передачи:
а — с цилиндрическими колесами, б — с коническими колесами
Рис. 5. Одинарный торцовый вариатор
Чтобы фрикционная передача работала без скольжения и таким образом обеспечивала необходимую величину силы трения (сцепления) Т, поверхность ведомого колеса покрывают кожей, резиной, прессованной бумагой, древесиной или другим материалом, который может создать надлежащее сцепление со стальным или чугунным ведущим колесом.
Во фрикционных передачах применяют цилиндрические колеса для передачи движения между валами, расположенными параллельно, а конические — между пересекающимися валами.
В оборудовании находят применение фрикционные передачи с регулируемым передаточным числом. Одна из простейших таких передач показана на рис. 5.
Для изменения передаточного числа они оснащены устройствами, перемещающими одно из колес (дисков) вдоль вала и в соответствующем месте его закрепляющими. Уменьшение таким устройством диаметра D ведомого колеса до рабочего диаметра D, обеспечивающее увеличение частоты вращения ведомого колеса. В результате уменьшается передаточное число По мере удаления ведущего колеса от оси ведомого передаточное число, наоборот, увеличивается. Такое плавное регулирование скорости называется беоступенчатым, а устройство, осуществляющее регулирование — ваумаюром скоростей.
Зубчатые передачи
Зубчатые передачи имеются почти во всех сборочных единицах промышленного оборудования. С их помощью изменяют по величине и направлению скорости движущихся частей станков, передают от одного вала к другому усилия и крутящие моменты, а также преобразуют их.
В зубчатой передаче движение передается с помощью пары зубчатых колес. В практике меньшее зубчатое колесо принято называть шестерней, а большее — колесом. Термин «зубчатое колесо» относится как к шестерне, так и к колесу.
В зависимости от взаимного расположения геометрических осей валов зубчатые передачи бывают: цилиндрические, конические и винтовые. Зубчатые колеса для промышленного оборудования изготовляют с прямыми, косыми и угловыми (шевронными) зубьями.
По профилю зубьев зубчатые передачи различают: эвольвентные, с зацеплением Новикова и циклоидальные. В машиностроении широко применяют эвольвентное зацепление. Принципиально новое зацепление М. А. Новикова возможно лишь в косых зубьях и благодаря высокой несущей способности является перспективным. Циклоидальное зацепление используется в приборах и часах.
Цилиндрические зубчатые колеса с прямым зубом служат в передачах с параллельно расположенными осями валов и монтируются на последних неподвижно или подвижно.
Косозубые колеса монтируют на валах только неподвижно. Работа косозубых колес сопровождается осевым давлением, а потому они пригодны для передачи лишь сравнительно небольших мощностей. Осевое давление можно устранить, соединив два косозубых колеса с одинаковыми, но направленными в разные стороны зубьями. Так получают шевронное колесо, которое монтируют, обращая вершину угла зубьев в сторону вращения колеса. На специальных станках шевронные колеса изготовляют целыми из одной заготовки.
Шевронные колеса отличаются большой прочностью, их применяют для передачи больших мощностей в условиях, когда зубчатое зацепление испытывает во время работы толчки и удары. Эти колеса также устанавливают на валах неподвижно.
Рис. 6. Зубчатые зацепления:
а — цилиндрическое с прямым зубом, б — то же, с косым зубом, е — с шевронными зубьями, г — коническое, д—колесо—рейка, е — червячное, ж —с круговым зубом
Конические зубчатые передачи различают по форме зубьев: прямозубые, косозубые и круговые.
На рис. 6, г показаны конические прямозубые, а на рис. 6, ж круговые зубчатые колеса. Их назначение — передача вращения между валами, оси которых пересекаются.
Конические зубчатые колеса с круговым зубом применяются в передачах, где требуется особая плавность и бесшумность движения.
На рис. 6, д изображены зубчатое колесо и рейка. В этой передаче вращательное движение колеса преобразуется в прямолинейное движение рейки.
Зубчатая передача с зацеплением Новикова. Эвольвентное зацепление является линейчатым, так как контакт зубьев практически происходит по узкой площадке, расположенной вдоль зуба, почему контактная прочность этого зацепления сравнительно невысока.
В зацеплении Новикова линия контакта зубьев обращается в точку и зубья касаются только в момент прохождения профилей через эту точку, а непрерывность передачи движения обеспечивается винтовой формой зубьев. Поэтому данное зацепление может быть только косозубым е углом наклона f = 10—30°. При взаимном перекатывании зубьев контактная площадка перемещается вдоль зуба о большой скоростью, что создает благоприятные условия для образования устойчивого масляного слоя между зубьями, благодаря чему трение в передаче уменьшается почти в два раза, соответственно повышается несущая способность зубьев.
Существенным недостатком рассмотренного зацепления является повышенная чувствительность к изменению межосевого расстояния и значительным колебаниям нагрузок.
Основные характеристики зубчатых колес. В каждом зубчатом колесе различают три окружности (делительную окружность, окружность выступов, окружность впадин) и, следовательно, три соответствующих им диаметра.
Делительная, или начальная, окружность делит зуб по высоте на две неравные части: верхнюю, называемую головкой зуба, и нижнюю, называемую ножкой зуба. Высоту головки зуба принято обозначать ha, высоту ножки— hf, а диаметр окружности — d.
Окружность выступов — это окружность, ограничивающая сверху профили зубьев колеса. Обозначают ее da.
Окружность впадин проходит по основанию впадин зубьев: диаметр этой окружности обозначают df.
Рис. 7. Схема движения контактной площадки и основные элементы зубчатого колеса:
а — эвольвентное зацепление, б — зацепление Новикова, в — основные злементы зубчатого колеса
Необходимо отметить, что в таблице не приведены характеристики широко применяемых корригированных зубчатых колес, у которых относительные размеры зуба и другие показатели иные, чем вытекающие из приведенных формул, а также колеса, в основе размеров элементов которых лежит двойной модуль.
Тихоходные зубчатые колеся изготовляют из чугуна или углеродистой стали, быстроходные — из легированной стали. После нарезания зубьев на зуборезных стенках зубчатые колеса подвергают термической обработке, чтобы увеличить их прочность и повысить стойкость против износа У колес из углеродистой стали поверхность зубьев улучшают химико-термическим способом — цементацией и потом закаливанием. Зубья быстроходных колес после термической обработки шлифуют или притирают. Применяется также поверхностная закалка токами высокой частоты.
Чтобы зацепление было плавным и бесшумным, одно из двух колес в зубчатых парах в отдельных случаях, когда это позволяет нагрузка, выполняют из текстолита, древеснослоистого пластика ДСП-Г или капрона.
Для облегчения зацепления зубчатых колес при включении посредством перемещения по валу, торцы зубьев со стороны включения закругляют.
Червячные передачи. Червячные передачи позволяют получить малые передаточные числа, что делает их применение целесообразным в случаях, когда требуются небольшие частоты вращения ведомого вала. Имеет существенное значение и то, что червячные пере-
Дачи занимают меньше места, чем зубчатые. Червячная передача состоит из червяка, насаживаемого на ведущий вал или изготовляемого заодно с ним, и червячного колеса, закрепляемого на ведомом валу. Червяк представляет собой винт с трапецеидальной резьбой Червячное колесо имеет вогнутые по длине винтовые зубья.
По числу зубьев различают червяки однозаходные, двухзаходные и т. д. Однозаходный червяк за один оборот поворачивает колесо на один зуб, двухзаходный червяк — на два и г. д.
Недостатком червячных передач являются большие потери передаваемой мощности на трение. Для уменьшения потерь червяк изготовляют из стали и его поверхность после закалки шлифуют, а червячное колесо изготовляют из бронзы. При таком сочетании материалов трение уменьшается, следовательно, меньше становятся потери мощности; кроме того, уменьшается износ детали.
Из бронзы в целях экономии обычно делают не все червячное колесо, а только обод, надеваемый затем на стальную ступицу.
МЕХАНИЗМЫ ПЕРЕДАЧИ И ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ
Опорные понятия: механизм, деталь, механизмы передачи движения, механизмах преобразования движения, виды передач, передаточное число.
– Механизм, предназначенный для передачи движения с преобразованием его выдутая скорости, называют механизмом передачи движения, или передачей.
В любом механизме есть подвижные и неподвижные детали. Например, неподвижный корпус тисков является неподвижной деталью. Среди движущихся деталей механизма различают ведущие и ведомые детали.
– Деталь, от которой движение передается другой детали, называют ведущей.
Деталь, которая получает движение от ведущей детали, называют ведомым.
Ведущая деталь приобретает движения от внешней силы (рука, нога, электродвигатель и тому подобное), а ведомая деталь приобретает движения от ведущей. Например, в тисках рукоятка является ведущей деталью, подвижный корпус — ведомой. С помощью передач изменяют скорость, направление движения, преобразующие вращательное движение в поступательное и винтовой тому подобное.
Например, части тисков соединенные так, что в случае вращения рукоятки подвижный корпус перемещается поступательно.
Потребность в изменении скорости движения возникает, в частности, во время подключения к машине двигателя. В любых машинах целесообразнее использовать быстроходные двигатели (с большим количеством оборотов): у них меньшие размеры и высокий коэффициент полезного действия.
Поскольку скорость вращения вала рабочего механизма значительно ниже, чем у двигателя, их нельзя связать напрямую. Поэтому между ними надо расположить механизм для изменения скорости вращения, носит название передачи вращательного движения.
Во многих машинах, машинах-орудиях, в частности металлорежущих станках, рабочие органы совершают не только вращательное, но и другие виды движения. В таких случаях применяют механизмы, преобразующие вид движения.
Для передачи вращательного движения в машинах применяют механизмы, состоящие из нескольких деталей, взаимодействие между которыми обеспечивает передачу движения и изменение его скорости. По своему строению передаточные механизмы, или передачи, подразделяют на фрикционные, зубчатые, ременные и цепные.
На рис. 162 показано лабораторную модель наиболее распространенных передач, среди которых: червячная, карданная, цилиндрическая зубчатая, коническая зубчатая, цепная, ременная, фрикционная, гибкая.
Рис. 162. Модель различных видов передач
Рис. 163. Виды передач: а — фрикционная; б — зубчатая; в — ременная; г — цепная; д — винтовая
На рисунке 163 приведены примеры передач, имеющих наибольшее использование в современных машинах и механизмах.
По способу передачи вращательного движения передачи разделяются на передачи трением (ременные, фрикционные) и передачи зацеплением (зубчатые, червячные, цепные, винтовые). На короткие расстояния движение передается с помощью винтового или зубчатого механизмов (рис. 164). Зубчатые механизмы бывают цилиндрические и конические (в соответствии состоят из цилиндрических и конических колес).
Для передачи вращения на большие расстояния используют ременную передачу, состоящую из двух шкивов и надетого на них ремня (рис. 165). Ремни бывают плоские и клиновые.
Рис. 164. Основные типы зубчатых передач: а — цилиндрическая; б — коническая; в — косозуба; г — червячная
Рис. 165. Ременная передача
Рис. 166. Реечный механизм
Рис. 167. Винтовая передача
Если шкивы (или зубчатые колеса) не одинаковые по диаметру, то они вращаются с разной скоростью. Отношение количества оборотов за одинаковое время ведущего и ведомого шкивов (зубчатых колес) называют передаточным отношением. Отношение диаметра D2 ведомого шкива к диаметру D1 ведущего шкива называют передаточным числом и, то есть:
i = D2/D1.
В механизмах и машинах движение не только передается, но и превращается (вращательное — в поступательное и наоборот). Для этого применяют, например, реечный механизм, который преобразует вращательное движение зубчатого колеса в поступательное движение зубчатой рейки, или наоборот (рис. 166).
Для преобразования вращательного движения в поступательное можно использовать винтовую пару — винтовую передачу, как в приведенном выше примере с тисками (рис. 167).
Передачи имеют широкое распространение в машиностроении из таких причин:
1) энергию лучше передавать на большой скорости вращения;
2) скорости движения рабочих органов машин, как правило, не совпадают с распространенными скоростями двигателей, они обычно меньше, а создание тихоходных двигателей требует увеличения их размеров и стоимости;
3) скорость исполнительного органа в процессе работы машины-орудия необходимо изменять (например, в автомобиле, вантажопідйомному кране, токарном станке), а скорость машины-двигателя обычно является постоянной (например, у электродвигателей);
4) нередко от одного двигателя нужно приводить в движение несколько механизмов с различными скоростями;
5) в отдельные периоды работы рабочем (исполнительном) органа машины нужно передать усилие, которое превышает усилие на валу машины-двигателя, а это возможно выполнить за счет уменьшения количества оборотов вала машины-орудия;
6) двигатели обычно разрабатывают и изготавливают для выполнения равномерного вращательного движения, а в машинах часто возникает потребность поступательного движения по определенному закону;
7) двигатели не всегда могут быть непосредственно соединены с исполнительными механизмами из-за размеров машины, правила безопасности и неудобства в обслуживании.
Хорошо ли усвоили?
1. Чем отличается машина-орудие от машины-двигателя?
2. Почему вращательное движение наиболее распространено в механизмах и машинах?
3. Чем обусловлена необходимость введения передачи как промежуточного звена между двигателем и рабочими органами машины?
4. Какие функции могут выполнять механические передачи?
5. Для каких целей используют механические передачи?
6. Что такое передаточное число?
7. Какие элементы принадлежат к кинематической части велосипеда?
8. Покажите на рисунке передачу велосипеда.
Основные части велосипеда:
1 — руль; 2 — рама; С — ведущая звездочка; 4 — ведомая звездочка;
5 — крыло; 6 — цепь; 7 — колесо; 8 — ось
ТЕСТОВОЕ ЗАДАНИЕ
Выбери из трех вариантов наиболее полный и правильный ответ.
1. Какой передаточный механизм имеет велосипед?
A. Зубчатую передачу.
Бы. Цепную передачу.
B. Ременную передачу.
2. Из каких частей состоит цепная передача?
A. Из звеньев замкнутого шарнирного цепи.
Бы. Из двух колес-звездочек.
B. Из двух колес-зірочокі шарнирного цепи.
3. Из каких частей состоит ременная передача?
A. Из двух шкивов и ремня.
Бы. Из двух пасов.
B. Из клинового ремня и вала.
4. Патрон сверлильного станка со сверлом есть …
A…. механизмом, преобразующим движение.
Бы…. механизмом передачи движения.
B…. рабочим органом.
5. Определите механизмы, создающие движение и его рабочий орган велосипеда.
A. 1 — рабочий орган; 2 — двигательный механизм; 3 — передаточный механизм.
Бы. 1 — передаточный механизм; 2 — рабочий орган; Из — двигательный механизм.
B. 1 — двигательный механизм; 2 — передаточный механизм; С — рабочий орган.
6. Дайте правильные названия позиций на рисунке.
A. 1 — двигатель; 2— сцепление, коробка скоростей, вал; С — передние колеса.
Бы. 1 — двигатель; 2— сцепление, коробка скоростей, вал; С — задние колеса.
B. 1 — двигательный механизм; 2 — передаточный механизм; С — рабочий орган.
7. Какая часть автомобиля является рабочим органом?
А. Задние колеса. Бы. Коробка скоростей. В. Двигатель.
8. Какая часть велосипеда является рабочим органом?
А. Заднее колесо. Бы. Звездочка. В. Цепная передача.
9. Чем отличаются друг от друга технологические машины?
A. Двигательным механизмом.
Бы. Передаточным механизмом.
B. Исполнительным механизмом.
Детали машин Н.Г. Куклин, Г.С.Куклина Стр. 85-99 и законспектировать Тему Детали машин. Прилагается интернет материал в формате Word.
По теме прилагается обширный видеоматериал. Просмотреть для ознакомления
Изучить и кратко законспектировать. Разместить фото.
Обратная связь: выполненные задания, вопросы отправляем в комментариях или личные сообщения преподавателю или на электронную почту колледжа dktidistanc@mail.ru
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.
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 | ||||
конические | До 6,3 | 0,95–97 | 4000 | 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 2h1 | 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 | 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 | 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 | 1,5–2 | 1,5 | |||
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.