Механические передачи. Назначение
Механическая передача – устройство для передачи механического движения от двигателя к исполнительным органам машины. Может осуществляться с изменением значения и направления скорости движения, с преобразованием вида движения. Такие устройства применяют, т.к. нецелесообразно, а иногда и невозможно непосредственно соединить рабочий орган машины с валом двигателя.
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. Потому 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. 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:
- мощностьР1 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 = FtV; 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:u = ω1/ω2 = n1/n2.
при u> 1, n1>n2 – передача понижающая, или редуктор,
при u< 1, n1<n2 – передача повышающая, или мультипликатор;
- коэффициент полезного действия (КПД): η = Р2/Р1, или η = (1-Рr)/Р1
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): Т1 = 9550Р1/n1, T2 = 9550P2/n2, T1 = P1/ω1
где ω1 = πn1/30.
Связь между вращающими моментами на ведущем Т1 и ведомом Т2 валах выражается через передаточное отношение u и КПД η:
Т2= Т1 η u.
23.Типы механических передач:
· зубчатые передачи (цилиндрические, конические),
· винтовые (винтовые, червячные, гипоидные),
· с гибкими элементами (ременные, цепные),
· фрикционные (за счет трения, применяются при плохих условиях работы).
По способу передачи движения:
· движение с вала на вал передается за счет сил трения (фрикционные, ременные, червячные),
· движение передается зацеплением (зубчатые, цепные, винтовые, с зубчатыми ремнями, червячные).
Зубчатые передачи.
Преимущества:
1. Компактность.
2. Возможность передавать большие мощности (до 1000 квт).
3. Наибольшие скорости вращения (до 30 м/с).
4. Постоянство передаточного отношения.
5. Наибольший ККД (0,98..0,99 в одной ступени).
Недостатки: 1)сложность передачи движения на значительные расстояния; 2)жесткость передачи; 3)шум во время работы; 4)необходимость в смазке.
Классификация.
По расположению валов:
· с параллельными осями (цилиндрические с внутренним и внешним зацеплениям),
· с пересекающимися осями (конические),
· с перекрестными осями (винту, гипоидные, червячные, колесо-рельс).
Цилиндрические передачи
Цилиндрические зубчатые колеса бывают с внешним и внутренним зацеплением. В зависимости от угла наклона зубьев выполняют прямозубые и косозубые колеса. Косозубые цилиндрические передачи нарезаются тем же режущим инструментом, на тех же станках, по такой же технологии, что и прямозубые. При этом заготовку поворачивают на угол, поэтому зубья располагаются не по образующей делительного цилиндра, а под углом к ней. С увеличением угла β повышается прочность косозубых передач. Вследствие наклона зубьев, получается как-бы колесо больших размеров, или при той же нагрузке уменьшаются габариты передачи. Поэтому в современных передачах косозубые колеса получили преобладающее распространение. В отличие от прямых, в которых нагрузка на зубья прикладывается мгновенно, косые зубья входят у зацепление не сразу по всей длине, а постепенно. Косозубое колесо не имеет зоны однопарного зацепления. Это определяет плавность работы косозубого зацепления, снижение шума и дополнительных динамических нагрузок по сравнению с прямозубым зацеплением.
Конические передачи
Конические зубчатые передачи применяют в тех случаях, когда оси валов пересекаются под некоторым углом, чаще всего 900 . Они более сложны в изготовлении и монтаже, чем цилиндрические, вследствие следующих причин:
1. Для нарезания конических колес требуются специальные станки.
2. Необходимо выдерживать допуски на углы при вершинах конусов.
3. При монтаже нужно обеспечивать совпадение вершин конусов.
4. Сложнее выполнять колеса той же точности, что и цилиндрические.
5. Пересечение валов усложняет расположение опор вследствие того, что одно из конических колес располагается, как правило, консольно.
6. В коническом зацеплении действуют осевые силы, усложняющие конструкцию опор.
Нагрузочная способность конической прямозубой передачи составляет приблизительно 85% цилиндрической. Конические передачи получили широкое распространение вследствие того, что из условия компоновки необходимо располагать валы под углом.
Червячные передачи
Движение в червячных передачах передается по принципу винтовой пары или по принципу наклоненной плоскости.
Преимущества:
· большие передаточные отношения;
· плавность и бесшумность работы;
· высокая кинематическая точность;
· самоторможение.
Недостатки:
· низкий ККД;
· износ, заедание;
· использование дорогих материалов;
· требования к высокой точности сборки.
В червячной передаче, в отличие от зубчатой, окружные скорости на червяке и на колесе не совпадают. Они направлены под углом 900 и отличаются по значению. При относительном движении начальные цилиндры скользят. Большое скольжение является причиной снижения ККД, повышенного износа и заедания.