Тема 3 Передачи.  Детали передач

Трансмиссиями называются устройства для передачи движения от силовой установки нескольким потребителям энергии: рабочим органам и движителям ходовых устройств машин. Механические трансмиссии состоят из передач.

Передачи – механизмы для передачи непрерывного вращательного или поступательного движения, для преобразования одной формы движения в другую и передачи энергии от источника к потребителю. При единственном потребителе передача превращается в трансмиссию. Передача характеризуется входными, выходными и внутренними параметрами.

Входные и выходные параметры: форма движения, скорости и силовые факторы.

Внутренние параметры: передаточное отношение и коэффициент полезного действия (КПД). Коэффициент полезного действия η определяется отношением полезной работы, отдаваемой машиной, ко всей работе, выполняемой машиной и рассчитывается по формуле

                                                     η = А₂ /   А₁ ,                                                                          (7)

где А₁ – вся работа, выполняемая машиной;

      А₂ – полезная работа, выполняемая машиной.

Кроме того, КПД может быть определен отношением мощностей по формуле

Рекомендуемые материалы

 

                                              η = N₂ / N₁,                                                                                   (8)

где  N₁ – мощность на ведущем валу;

       N₂ – мощность на ведомом валу.

Передаточным отношением передачи i называется отношение угловых скоростей ведущего и ведомого валов и определяется по формуле

                                               i = ώ₁ / ώ₂,                                                                                 (9)

где ώ₁ – угловая скорость ведущего вала;

      ώ₂ – угловая скорость ведомого вала.

Передачи могут быть механические, электрические, гидравлические и пневматические.

Механические передачи по конструктивному исполнению их элементов делят на две группы:

- передачи непосредственным соприкосновением;

- передачи гибкой связью.

Передачами непосредственным соприкосновением являются

- передачи трением (фрикционные);

- передачи зацеплением (зубчатые, червячные).

Передачами с гибкой связью являются ременные, цепные и канатные передачи.

В каждой передаче вал, передающий движение, называется ведущим, а воспринимающий движение – ведомым.

Функциональные связи элементов механических передач представляют кинематическими схемами.

Фрикционные передачи основаны на использовании сил трения, возникающих между гладкими поверхностями цилиндрических или конических катков, жестко посаженных на вращающихся в подшипниках и прижатых друг к другу. При вращении ведущего катка, приводимого двигателем или предшествующей передачей, ведомому катку сообщается вращение за счет возникающих на поверхности сил трения. Нормальное функционирование фрикционной передачи определяется условием

                                                    

                                                F < F_пред ,                                                                                     (10 )

где F – окружное усилие на ведущем катке;

      F_пред – предельное значение силы трения на контактирующих поверхностях.

Невыполнение данного условия приводит к проскальзыванию (буксованию) ведущего катка относительно ведомого без вращения последнего.

 К достоинствам фрикционных передач относят простоту конструкции, плавность и бесшумность работы, возможность бесступенчатого изменения передаточного числа.

Недостатком фрикционных передач является необходимость создания больших прижимных усилий, что ведет к повышенным нагрузках на валах и подшипниках.

Этих недостатков лишены передачи с клинчатыми катками, рабочие поверхности одного из которых своими клиновыми выступами входят в канавки такой же формы другого.

Фрикционные передачи применяются в приводах большой мощности.

Ременные передачи служат для передачи вращения на расстояние до 10 – 15 метров, иногда до 25 – 40 метров. Они состоят из двух закрепленных на валах шкивов и охватывающего их ремня, надетого на шкивы с натяжением. Движение передается за счет сил трения в парах ведущий шкив – ремень и ремень – ведомый шкив.

Достоинства ременных передач: простота устройства и незначительная изнашиваемость.

Недостатки: непостоянство передаточного числа (проскальзывание ремня) и громоздкость передач.

Существуют следующие ременные передачи:

- прямая (открытая) – предназначена для передачи вращения между параллельно расположенными валами, вращающимися в одну сторону;

- перекрестная – ведущий и ведомый валы вращаются в разные стороны;

- полуперекрестная – используется для вращения перекрещивающихся валов;

- угловая – применяется для вращения валов, расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях;

- со ступенчатыми шкивами – обеспечивает изменение частоты вращения ведомого вала при постоянной частоте вращения ведущего;

- клиновыми ремнями – применяется для вращения близко расположенных шкивов. Данная передача позволяет передавать большие мощности.

Для функционирования ременной передачи необходимо, чтобы силы трения, возникающие между ремнем и поверхностями шкивов, были больше, чем передаваемое усилие.

В ременных передачах применяются следующие типы ремней: плоские, клиновые, круглого сечения, зубчатые и поликлиновые. Наибольшее распространение в приводах строительных машин получили передачи с плоскими и клиновыми ремнями.

Зубчатые передачи позволяют передавать вращения на незначительные расстояния при постоянном передаточном числе. Такая передача  состоит из двух посаженных на валы зубчатых колес, меньшее из которых – ведущее, называется шестерней, а большее – ведомое – колесом. Зубчатые передачи выполняют с внутренним и внешним зацеплением. Зубчатые колеса изготовляют цилиндрическими и коническими.

Цилиндрические зубчатые колеса могут иметь прямые, косые, шевронные и спиральные зубья. Зубчатые колеса с косыми и шевронными зубьями служат для плавной передачи значительных усилий. Зубчатые колеса со спиральными зубьями позволяют передавать вращение между перекрещивающимися валами. Для преобразования вращательного движения в поступательное и наоборот служит зубчато-реечная передача. Зубчатые передачи, работающие в закрытых масляных  ваннах, называются редукторными передачами. Они служат для увеличения крутящего момента на валу и снижения частоты вращения вала.

В настоящее время наиболее широкое распространение получили зубчатые передачи эвольвентного зацепления, у которых рабочие поверхности зубьев описываются эвольвентной окружностью.

Рисунок - Зубчатое зацепление

В зубчатом колесе различают следующие элементы:

С_н – наружная окружность (окружность выступов зубьев);

С – начальная (делительная) окружность;

С_В – внутренняя окружность (окружность впадин);

 t – шаг зубчатого колеса (расстояние между одноименными точками соседних зубьев), измеренный по дуге делительной окружности;

S₁ – толщина зуба;

S₂ – ширина впадины;

b – длина зуба;

           D_н , D, D_В – диаметры наружной, делительной и внутренней окружностей;

           h – высота зуба;

           h₁ – высота головки зуба;

          h₂  - высота ножки зуба;

          z -  число зубьев зубчатого колеса.

Длина делительной окружности С определяется по формулам

                                                 С = π D,                                                                                     (11)

где  D – диаметр делительной окружности;

 

                                                     С = t z ,                                                                                   (12)

где t – шаг зубчатого колеса;

      z – число зубьев.

Сравнивая эти две формулы, определяем диаметр делительной окружности по формуле

                                 

                                                D =  t z / π,                                                                                   (13)

Отношение  t / π называют модулем зубчатого зацепления и обозначают буквой  т.

В соответствии с ГОСТ  9563- 60^* значения т могут быть 1,5; 2,5; 3; 4; 5; 6; 8; 10 и др.

Пользуясь модулем т можно определить значения других элементов:

                                                        h₁ = т,                                                                                            (14)

 

                                        h₂  = 1,25т,                                                                                         (15)

                                       D_н = т ( z + 2 ),                                                                                    (16)

 

                                      D_В  = т ( z – 2,5 ).                                                                                  (17)

Червячные передачи передают вращение между близко расположенными валами при большом значении передаточного числа. Передача состоит из винта (червяка) и червячного колеса с зубьями на своем ободе. Ведущее звено – червяк. Червячная передача, в большинстве случаев, применяется для передачи от червяка к червячному колесу, т.е. для замедления. Передаточное число червячной передачи i определяется не только как отношение частоты вращения ведущего вала к частоте вращения ведомого, но и по формуле (22)

                                                     i = z₂  / z₁,                                                                                  (18)

где  z₂  -  число зубьев червячного колеса;

       z₁  -  число заходов ( параллельно идущих винтовых нарезок) червяка ( обычно на z₁ = 1…4).

Модуль червячных передач определяют и проверяют расчетами на прочность, износ и нагревание. Часто червячные передачи выполняют редукторными.

Достоинства червячных передач: бесшумность работы, возможность получения больших передаточных отношений при малых габаритных размерах передачи, высокая точность перемещений, возможность обеспечения самоторможения.

Недостатки: низкий КПД, небольшие (до 70 кВт) передаточные мощности, повышенный износ витков червяка и зубьев колеса, необходимость применения дорогостоящих материалов для уменьшения коэффициента трения контактирующих поверхностей.

Цепные передачи служат для передачи вращательного движения между двумя параллельными валами при значительном расстоянии между ними и постоянном значении передаточного числа. Цепные передачи состоят из ведущей и ведомой звездочек  и соединяющей их цепи. В строительных машинах в качестве приводных цепей применяют втулочно-роликовые и зубчатые цепи. Оба вида могут быть однорядными и многорядными. Втулочно-роликовые цепи применяют при скоростях до 20 м/с, а зубчатые – до 25 м/с. Последние работают с меньшей вибрацией и шумом, в связи с чем их называют бесшумными.

Основными параметрами приводных цепей являются шаг и разрушающая нагрузка. Форма зубьев звездочек зависит от типа размеров цепи.

Достоинства цепных передач: компактность, малая нагрузка на валы, высокий (0,96…0,98) КПД.

Недостатки: вытягивание цепей вследствие износа шарниров, чувствительность к перекосам валов, непостоянство передаточного отношения.

            3.1 Детали передач

Основными элементами, обеспечивающими работу передач, являются валы, оси, подшипники и муфты. Валы и оси выполняют в виде стержней различных сечений.

Вал – деталь, поддерживающая вращающиеся части машин и передающая крутящий момент либо от силовой установки ведущему звену первой передачи трансмиссии, либо от ведомого звена последней передачи трансмиссии исполнительному механизму или рабочему органу. Во всех случаях вал вращается вместе с поддерживаемыми им звеньями. Вращающееся звено передачи может быть выполнено вместе с валом как единая деталь. Различают прямые, коленчатые и гибкие валы.

Ось – деталь, только поддерживающая вращающиеся части машины и не передающая вращающего момента. Оси могут быть подвижными и неподвижными.

Валы и оси изготовляют из проката, поковок и штамповок путем обработки на металлорежущих станках. Ответственные валы проходят термическую обработку, которая улучшает качество и увеличивает срок их службы. Валы рассчитывают на прочность (изгиб и кручение), жесткость и колебания (резонанс). Оси рассчитывают только на изгиб.

Подшипники служат опорами валов и вращающихся осей, а также вращающихся деталей на неподвижных осях. Они воспринимают и передают на корпус или раму машины радиальные и осевые нагрузки. Разновидностью подшипников являются подпятники. Их устанавливают на пятах (частях валов и осей, передающих продольные нагрузки на опоры) валов и осей. Они служат для передачи на корпус машины только осевых нагрузок.

По способу передачи нагрузок различают подшипники скольжения и качения.

Основными элементами подшипников скольжения являются корпус (цельный или разъемный) и вкладыш из антифрикционного материала, обладающего низким коэффициентом трения. В этих подшипниках цапфа (опорный участок вала или оси0 вращающегося вала или оси взаимодействует непосредственно с рабочей поверхностью вкладыша неподвижно установленного подшипника. Для изготовления вкладышей применяют следующие материалы:

баббиты – сплавы на основе олова и свинца;

бронзы – сплавы на основе меди;

железографиты, бронзографиты, алюминиеграфиты – порошковые материалы на основе железа, бронзы и алюминия, пропитанные графитом;

капроны; фторопласты; текстолиты и др.

Для снижения коэффициента трения, потерь энергии в подшипниковых узлах и предохранения их от коррозии к контактирующим поверхностям подводят смазку. Масла легких (менее вязких) сортов используют для смазки подшипников быстроходных валов, масла тяжелых сортов и пластичные смазки – для тихоходных валов, работающих при больших нагрузках.

Подшипник качения состоит из наружного и внутреннего колец, тел качения и сепаратора для равномерного распределения тел качения по рабочим поверхностям колец. В подшипниках качения цапфа вращающегося вала или оси взаимодействует с двумя кольцами подшипника через тела качения (шарики или ролики). По форме тел качения различают шариковые и роликовые подшипники. У первых контакт тел качения с кольцами точечный, у вторых – линейный.

Подшипники с длинными по сравнению с диаметром роликами, называются игольчатыми. Их применяют в подшипниковых узлах с ограниченными габаритными размерами.

Тела качения могут быть расположены в один или два ряда со смещением относительно друг друга на полшага. Соответственно подшипники называются однорядными и двухрядными. По направлению воспринимаемой нагрузки подшипники качения делят на радиальные (воспринимающие радиальные нагрузки), радиально-упорные (воспринимающие радиальные и осевые нагрузки) и упорные (воспринимающие осевые нагрузки).

Подшипники качения являются основными видами опор в машинах. Они стандартизированы в мировом масштабе.

Достоинства: высокий КПД, малый нагрев, малый расход смазочных материалов, не требуют повышенного ухода, обладают высокой несущей способностью на единицу ширины подшипника.

Недостатки: большие диаметральные габаритные размеры.

Муфты

Валы передач вращательного движения соединяют между собой приводные или сцепные муфты.

Приводные муфты являются не расцепляемыми, не допускающими разъединения валов в процессе работы машины. Приводные муфты делятся на жесткие (жесткие втулочные, жесткие продольно-свертные и жесткие фланцевые), компенсирующие (зубчатые, цепные и шарнирные) и упругие (втулочно-пальцевые и с торообразной оболочкой) муфты.

Сцепные муфты служат для сцепления и расцепления валов и для передачи крутящего момента между соединяемыми звеньями. Сцепные муфты делят на управляемые (включающиеся и выключающиеся принудительно) и самоуправляемые (включающиеся и выключающиеся автоматически). К управляемым сцепным муфтам относятся фрикционные (дисковые, конические и пневмокамерные), кулачковые и зубчатые муфты. К самоуправляемым сцепным муфтам относятся центробежные, предохранительные,. Обгонные (или муфты свободного хода) муфты и храповые механизмы.

В качестве отдельных узлов механических передач в конструкциях строительных машин широко применяют смонтированные в едином корпусе закрытые зубчатые или червячные передачи, предназначенные для понижения угловой скорости ведомого вала по сравнению с ведущим валом и называемые редукторами. Подобные устройства, повышающие угловую скорость, называются ускорителями или мультипликаторами.

Вместе с этой лекцией читают "12 Федеральная служба по надзору в сфере природопользования".

По типу передач редукторы бывают:

- с цилиндрическими передачами;

- с коническими передачами;

- со смешанными коническо-цилиндрическими передачами.

По числу ступеней передач различают редукторы одноступенчатые и многоступенчатые. Редукторы могут быть специальные (для конкретной модели машины) и универсальные (для любой машины).

Тормоза предназначены для уменьшения скорости вращающихся звеньев машины или их полной остановки. Их используют также в качестве стопорных устройств. Тормоза выполняют чаще колодочными, дисковыми или ленточными, реже – коническими.