Вопрос 8

Передаточные механизмы.

Согласование режима работы двигателя с режимом работы исполнительного органа машины осуществляется с помощью передач. Необходимость введения передачи как промежуточного механизма между двигателем и исполнительным органом машины связана с решением различных задач:

- требуемые скорости движения рабочих органов машины, как правило, не совпадают с оптимальными скоростями двигателя;

- для большинства технологических и транспортных машин необходима возможность регулирования скорости;

- двигатели обычно выполняют для равномерного вращательного движения, а в машинах иногда оказывается необходимым поступательное движение;

- необходимостью привода нескольких исполнительных органов от одного двигателя.

Разновидности механических передач и их назначение.

В машиностроении применяют механические, электрические, гидравлические и пневматические передачи. Все механические передачи разделяют на две основные группы: передачи, основанные на использовании трения (ременные, фрикционные); передачи, основанные на использовании зацепления (зубчатые, червячные, цепные, винтовые).

Если передаточный механизм предназначен для снижения угловой скорости и соответственно для увеличения крутящего момента, то его называют редуктором. Передаточный механизм, повышающий угловую скорость называют мультипликатором.

Передачи выполняют с постоянным или регулируемым передаточным отношением. Регулирование передаточного отношения может быть ступенчатым или бесступенчатым.

Ступенчатое регулирование выполняют в коробках скоростей с зубчатыми колесами, в ременных передачах со ступенчатыми шкивами и т.п. Бесступенчатое регулирование - с помощью фрикционных или цепных вариаторов. Механические передачи ступенчатого регулирования с зубчатыми колесами обладают высокой работоспособностью и поэтому широко применяются в машиностроении. Механические передачи бесступенчатого регулирования обладают меньшей нагрузочной способностью и имеют меньшее распространение. Конкурентами этих передач являются гидравлические передачи, которые позволяют передавать большие мощности и иметь сравнительно простую систему автоматического регулирования.

Основные силовые и кинематические соотношения для передач вращательного движения.

К основным характеристикам передач можно отнести следующие:

- мощность на входе и на выходе, N [1 bt=1H*m/c];

- быстроходность, которая выражается частотой вращения на входе и на выходе, n [об/мин] или угловой скоростью ω [рад/с].

Дополнительными характеристиками являются:

- механический коэффициент полезного действия

- передаточное отношение

- крутящий момент или ,

где N – мощность в киловаттах,

угловая скорость в рад/с,

n – частота вращения в об/мин,

T – крутящий (вращающий) момент в Нм.

Зубчатые передачи.

Принцип действия и классификация зубчатых передач рассмотрены в курсе ТММ. В курсе «Детали машин» изучают методы расчета зубчатых передач на прочность и долговечность.

Основные достоинства зубчатых передач:

- высокая нагрузочная способность;

- надежность работы в широком диапазоне скоростей и нагрузок;

- большая долговечность;

- постоянство передаточного отношения;

- высокий к.п.д.

Среди недостатков можно отметить:

- повышенные требования к точности изготовления;

- шум при высоких скоростях;

- высокую жесткость, не позволяющую компенсировать динамические нагрузки.

Отмеченные недостатки не снижают существенного преимущества зубчатых передач перед другими видами передач, что предопределяет их широкое применение в технике.

Виды повреждений зубьев зубчатых колес

При передаче вращающего момента зубья находятся в сложном напряженном состоянии. Причем эти напряжения являются переменными. Поэтому зубья могут выходить из строя в результате усталостного разрушения:

- излома зубьев от напряжений изгиба;

- выкрашивания рабочих поверхностей зубьев от контактных напряжений.

Поломка зубьев является наиболее опасным видом разрушения. Выходит из строя колесо, а обломки зуба, попадая между вращающимися деталями, могут привести к выходу из строя валов, подшипников и других деталей. Поломка зубьев может вызываться большими перегрузками или длительной переменной нагрузкой, под действием которой в зонах концентрации напряжений образуется и развивается усталостная трещина. Для предупреждения поломки зубьев их рассчитывают на изгибную прочность (выносливость).

Усталостное выкрашивание поверхностных слоев зубьев является наиболее распространенным видом повреждений зубьев для большинства хорошо смазываемых и защищенных от загрязнений зубчатых колес. Выкрашивание или отрыв от рабочей поверхности зубьев мелких частиц металла приводит к образованию ямок, раковин. Выкрашивание носит усталостный характер. В результате зацепления зубьев контактные напряжения в каждой точке рабочей поверхности зубьев изменяются по отнулевому циклу. Усталостные трещины обычно зарождаются у поверхности, где возникает концентрация напряжений из-за микронеровностей. Для предупреждения усталостного выкрашивания зубчатую передачу рассчитывают на контактную выносливость.