Раздел 3. Механические передачи

Механические передач. Назначение и классификация передач. Основные характеристики передач.

Механические передачи

Для приведения в движение рабочих машин им передается механическая энергия от машин-двигателей. В подавляющем большинстве случаев двигатели и исполнительные органы рабочих машин связываются не непосредственно, а с помощью механизмов, называемых передачами, которые бывают механические, гидравлические, пневматические и электрические. В дальнейшем мы будем заниматься только механическими передачами.

В технике наиболее распространено вращательное движение, поэтому передачи для преобразования этого движения применяются весьма широко. Преобразование скорости вращательного движения сопровождается изменением вращающего момента. Механизм, предназначенный для передачи энергии от двигателя к ее потребителям с увеличением вращающих моментов за счет уменьшения частоты вращения, называется силовой передачей или трансмиссией.

В самом общем виде передачи можно классифицировать:

по способу передачи движения: передачи трением (фрикционные, ременные); передачи зацеплением (зубчатые, червячные, цепные, винт—гайка);

по способу соединения звеньев: передачи с непосредственным контактом (фрикционные, зубчатые, червячные, винт—гайка); передачи гибкой связью (ременные, цепные).

Звено передачи, которое получает движение от машины-двигателя, называется ведущим; звено, которому передается движение, называется ведомым; кроме того, в передачах бывают промежуточные звенья.

Основные характеристики передачи: передаточное число, передаваемая мощность и КПД.

Передаточным отношением называется отношение угловой скорости ведущего звена к угловой скорости ведомого звена. Передаточное отношение может быть больше, меньше или равно единице.

Передаточное отношение

u₁₂ = ω₁ / ω₂ = n ₁ / n ₂ .

Передаточным числом передачи называется отношение большей угловой скорости к меньшей. Передаточное число не может быть меньше единицы. Отметим, что в расчетные формулы на прочность деталей машин всегда входят передаточные числа, т. е. и > 1.

Передачи, у которых угловая скорость ведомого звена меньше угловой скорости ведущего, называются понижающими или редукторами; в противном случае передачи называются повышающими.

Механические передачи бывают одноступенчатыми и многоступенчатыми. Передаточное отношение ряда последовательно соединенных передач равно произведению их передаточных отношений. Например, для двухступенчатого редуктора

u₁₄ = u₁₂ * u₃₄ .

Передачи выполняют либо с постоянным, либо с переменным передаточным отношением. Причем изменение передаточного отношения может быть ступенчатым или бесступенчатым. Ступенчатое регулирование передаточного отношения осуществляется, например, коробками скоростей металлорежущих станков, автомобилей, тракторов. Механизм для плавного изменения передаточного отношения называется бесступенчатой передачей или вариатором.

Для любого звена передачи вращающий момент Т и окружная сила F_t связаны зависимостью

Т = F_t D / 2,

где D - диаметр звена, для которого определяется вращающий момент.

Откуда окружная сила: F_t = 2Т / D

Согласно третьему закону Ньютона, окружные силы ведущего и ведомого звеньев равны (но противоположно направлены), следовательно, вращающие моменты на ведущем и ведомом валах будут различны и пропорциональны диаметрам соответствующих звеньев.

Из теоретической механики известно, что мощность Р при вращательном движении

Р = Т ω ,

Отношение мощности Р₂ на ведомом валу передачи к мощности Р₁ на ведущем валу называется механическим коэффициентом полезного действия (КПД) и обозначается

η = Р₂ / Р₁.

Механический КПД характеризует механические потери в передаче; для различных передач КПД находится в пределах от 0,25 до 0,98.

В многоступенчатых передачах (при последовательном соединении ступеней) общий КПД определяется как произведение КПД каждой ступени в отдельности

Иногда КПД передачи определяют как произведение КПД отдельных элементов этой передачи. Например, для одноступенчатого зубчатого редуктора общий КПД

η = η_З η_П² η_Р

где η_З, η_П, η_Р — коэффициенты, характеризующие потери энергии соответственно: в зацеплении колес, в одной паре подшипников, на перемешивание и разбрызгивание масла в корпусе редуктора.

Так как Р₂ = η Р₁, то Т₂ ω₂ = η Т₁ ω₁ , откуда

Т₂ = η Т₁ ω₁ / ω₂ = η Т₁ u .

Если потери в передаче невелики, то ими пренебрегают и принимают Т₂ = Т₁ u .

Предельное состояние передачи, при котором становится возможной потеря ее работоспособности, называется нагрузочной способностью. Понятие запаса нагрузочной способности включает в себя понятие запаса прочности.

3.1. Зубчатые передачи, их характеристика и область применения. Назначение, классификация зубчатых передач. Достоинства и недостатки передачи. Цилиндрическая прямозубая передача: конструкция, параметры и силы, действующие в зацеплении. Цилиндрические передачи с косыми и шевронными зубьями: конструкция и основные параметры. Конические зубчатые передачи: конструкция, параметры.

Зубчатые передача

Зубчатые передача — это механизм или часть механизма, в состав которого входят зубчатые колёса.

Назначение:

· передача вращательного движения между валами, которые могут иметь параллельные, пересекающиеся и скрещивающиеся оси.

· преобразование вращательного движения в поступательное, и наоборот.

При этом усилие от одного элемента к другому передаётся с помощью зубьев. Зубчатое колесо передачи с меньшим числом зубьев называется шестернёй, второе колесо с большим числом зубьев называется колесом. Пара зубчатых колёс имеющих одинаковое число зубьев в этом случае ведущее зубчатое колесо называется шестернёй, а ведомое — колесом.

Классификация