29 Передаточные механизмы. Фрикционные м-мы. Ременные передачи. Общие сведения. Расчет

Фрикционная передача (лат. frictio, родительный падеж frictionis — трение) — кинематическая пара, использующая силу трения для передачи механической энергии.

Трение между элементами может быть сухое, граничное, жидкостное. Жидкостное трение наиболее предпочтительно, так как значительно увеличивает долговечность фрикционной передачи.

Классификация

- Фрикционные передачи делятся на: с параллельными валами, с пересекающимися валами, с внешним контактом, с внутренним контактом

- По возможности варьирования передаточного отношения: нерегулируемые (i=const), регулируемые (фрикционный вариатор)

- По возможности изменения передаточного отношения при наличии промежуточных тел в передаче по форме контактирующих тел: цилиндрические, конические, сферические, плоские.

Пример расчета

Рассчитать передачу от электродвигателя к коробке скоростей токарного станка.

Мощность электродвигателя Рэл = 3 кВт. Частота вращения электродвигателя nэд =1410 мин-1. Частота вращения ведомого вала n2=700мин-1. Работа односменная. Обеспечить минимальные размеры передачи.

Решение.

1 Выбор профиля ремня и диаметра малого шкива. Рассматриваем расчет передачи узкими клиновыми ремнями как наиболее распространенной. Номинальный вращающий момент, развиваемый электродвигателем на быстроходном шкиве:

По по ГОСТ 1284. 1-89 принимаем профиль SPZ и диаметр малого шкива d1 = 63 мм .

Примечание. Т1, — вращающий момент на малом шкиве, А — площадь поперечного сечения ремня.

2 Проверка скорости ремня:

Скорость ремня не превышает допустимую, равную 40 м/с .

3. Выбор диаметра большого шкива:

Округляем d2 до ближайшего стандартного значения, d2 = 125 мм.

4. Выбор межосевого расстояния. Оптимальное межосевое расстояние определяем по формуле

5. Определение длины ремня:

Округляем длину ремня до ближайшего стандартного значения по ряду длин ремней, совпадающему с рядом нормальных линейных размеров Ra20. Принимаем L = 630мм. По табл. по ГОСТ 1284. 1-89 проверяем соответствие принятого значения диапазону длин ремней профиля SPZ.

6. Уточнение межосевого расстояния:

7. Определение мощности, передаваемой одним ремнем в типовых условиях. По рис. 14.11 Р0=1кВт.

Рис. 14.11. Мощность, передаваемая одним клиновым ремнем в типовых условиях

8. Определение мощности, передаваемой одним ремнем в реальных условиях,

Угол охвата ремнем малого шкива

Коэффициент режима работы С_Р при односменной работе равен 1, при двухсменной — 0,87, при трехсменной — 0,72, в данном случае С_Р = 1.

Коэффициент длины ремня По рис. 14.11 L₀ = 1600 мм .

Значения коэффициента передаточного числа Сu приведены ниже:

9. Определение потребного числа ремней:

где Сz принимают 0,95 при числе ремней z = 2...3 , 0,9 при 2 = 4...6 и 0,85 при z > 6 . Принимаем Сz = 0,9 , тогда

Округляем значение z до ближайшего большего целого, окончательно число ремней z = 4 .

10. Определение силы, действующей на валы.

Напряжение от предварительного натяжения для узких клиновых ремней принимают равным 3 МПа, площадь сечения ремня А находят по по ГОСТ 1284. 1-89. Сила предварительного натяжения

Угол между ветвями ремня

Сила, действующая на валы,

30 Зубчатые передачи. Общие сведения. Основные параметры зуб колес. Виды зуб колес.

Зубча́тое колесо́, шестерня́ — основная деталь зубчатой передачи в виде диска с зубьями на цилиндрической или конической поверхности, входящими в зацепление с зубьями другого зубчатого колеса. В машиностроении принято малое зубчатое колесо с меньшим числом зубьев называть шестернёй, а большое — колесом. Однако часто все зубчатые колёса называют шестерня́ми. Зубчатые колёса обычно используются па́рами с разным числом зубьев с целью преобразования вращающего момента и числа оборотов валов на входе и выходе. Колесо, к которому вращающий момент подводится извне, называется ведущим, а колесо, с которого момент снимается — ведомым. Если диаметр ведущего колеса меньше, то вращающий момент ведомого колеса увеличивается за счёт пропорционального уменьшения скорости вращения, и наоборот. В соответствии с передаточным отношением, увеличение крутящего момента будет вызывать пропорциональное уменьшение угловой скорости вращения ведомой шестерни, а их произведение — механическая мощность — останется неизменным. Данное соотношение справедливо лишь для идеального случая, не учитывающего потери на трение и другие эффекты, характерные для реальных устройств.

Параметры зубчатого колеса

Поперечный профиль зуба

Профиль зубьев колёс как правило имеет эвольвентную боковую форму. Однако, существуют передачи с круговой формой профиля зубьев (передача Новикова с одной и двумя линиями зацепления) и с циклоидальной. Кроме того, в храповых механизмах применяются зубчатые колёса с несимметричным профилем зуба.

Параметры эвольвентного зубчатого колеса:

m — модуль колеса. Модулем зацепления называется линейная величина в π раз меньшая окружного шага P или отношение шага по любой концентрической окружности зубчатого колеса к π, то есть модуль - число миллиметров диаметра приходящееся на один зуб. Самый главный параметр, стандартизирован, определяется из прочностного расчёта зубчатых передач. Чем больше нагружена передача, тем выше значение модуля. Через него выражаются все остальные параметры. Модуль измеряется в миллиметрах, вычисляется по формуле:

z — число зубьев колеса

p — шаг зубьев

d — диаметр делительной окружности

da — диаметр окружности вершин тёмного колеса

db — диаметр основной окружности — эвольвенты

df — диаметр окружности впадин тёмного колеса

haP+hfP — высота зуба тёмного колеса, x+haP+hfP — высота зуба светлого колеса

Высота головки зуба — haP и высота ножки зуба — hfP — в случае т.н. нулевого зубчатого колеса (изготовленного без смещения, зубчатое колесо с "нулевыми" зубцами) (смещение режущей рейки, нарезающей зубцы, ближе или дальше к заготовке, причем смещение ближе к заготовке наз. отрицательным смещением, а смещение дальше от заготовки наз. положительным) соотносятся с модулем m следующим образом: haP = m; hfP = 1,25 m, то есть:

Прямозубые колёса — самый распространённый вид зубчатых колёс. Зубья расположены в радиальных плоскостях, а линия контакта зубьев обеих шестерён параллельна оси вращения. При этом оси обеих шестерён также должны располагаться строго параллельно. Прямозубые колеса имеют наименьшую стоимость, но, в то же время, предельный крутящий момент таких колес ниже, чем косозубых и шевронных.

Косозубые колёса

Косозубые колёса являются усовершенствованным вариантом прямозубых. Их зубья располагаются под углом к оси вращения, а по форме образуют часть спирали.

Достоинства: Зацепление таких колёс происходит плавнее, чем у прямозубых, и с меньшим шумом. Площадь контакта увеличена по сравнению с прямозубой передачей, таким образом, предельный крутящий момент, передаваемый зубчатой парой, тоже больше.

Недостатками косозубых колёс :При работе косозубого колеса возникает механическая сила, направленная вдоль оси, что вызывает необходимость применения для установки вала упорных подшипников; Увеличение площади трения зубьев (что вызывает дополнительные потери мощности на нагрев), которое компенсируется применением специальных смазок.

В целом, косозубые колёса применяются в механизмах, требующих передачи большого крутящего момента на высоких скоростях, либо имеющих жёсткие ограничения по шумности.

Шевронные колёса. Зубья таких колёс изготавливаются в виде буквы «V» (либо они получаются стыковкой двух косозубых колёс со встречным расположением зубьев). Передачи, основанные на таких зубчатых колёсах, обычно называют «шевронными».

Шевронные колёса решают проблему осевой силы. Осевые силы обеих половин такого колеса взаимно компенсируются, поэтому отпадает необходимость в установке валов на упорные подшипники. При этом передача является самоустанавливающейся в осевом направлении, по причине чего в редукторах с шевронными колесами один из валов устанавливают на плавающих опорах (как правило — на подшипниках с короткими цилиндрическими роликами).

Зубчатые колёса с внутренним зацеплением. При жёстких ограничениях на габариты, в планетарных механизмах, в шестерённых насосах с внутренним зацеплением, в приводе башни танка, применяют колёса с зубчатым венцом, нарезанным с внутренней стороны. Вращение ведущего и ведомого колеса совершается в одну сторону. В такой передаче меньше потери на трение, то есть выше КПД.

Секторное колесо представляет собой часть обычного колеса любого типа. Такие колёса применяются в тех случаях, когда не требуется вращение звена на полный оборот, и поэтому можно сэкономить на его габаритах.

Колёса с круговыми зубьями. Передача на основе колёс с круговыми зубьями (Передача Новикова) имеет ещё более высокие ходовые качества, чем косозубые — высокую нагрузочную способность зацепления, высокую плавность и бесшумность работы. Однако они ограничены в применении сниженными, при тех же условиях, КПД и ресурсом работы, такие колёса заметно сложнее в производстве. Линия зубьев у них представляет собой окружность радиуса, подбираемого под определённые требования. Контакт поверхностей зубьев происходит в одной точке на линии зацепления, расположенной параллельно осям колёс.

Конические зубчатые колёса. Во многих машинах осуществление требуемых движений механизма связано с необходимостью передать вращение с одного вала на другой при условии, что оси этих валов пересекаются. В таких случаях применяют коническую зубчатую передачу. Различают виды конических колёс, отличающихся по форме линий зубьев: с прямыми, тангенциальными, круговыми и криволинейными зубьями. Конические колёса с прямым зубом, например, применяются в автомобильных главных передачах, используемых для передачи момента от двигателя к колёсам.

Реечная передача (кремальера) применяется в тех случаях, когда необходимо преобразовать вращательное движение в поступательное и обратно. Состоит из обычной прямозубой шестерни и зубчатой планки (рейки). Работа такого механизма показана на рисунке.

Зубчатая рейка представляет собой часть колеса с бесконечным радиусом делительной окружности. Поэтому делительная окружность, а также окружности вершин и впадин превращаются в параллельные прямые линии. Эвольвентный профиль рейки также принимает прямолинейное очертание. Такое свойство эвольвенты оказалось наиболее ценным при изготовлении зубчатых колёс.

Зубчатая передача — это механизм или часть механизма механической передачи, 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.

Обычно число зубьев на сопряжённых зубчатых колёсах стремятся делать взаимно простым, что обеспечивает бо́льшую равномерность износа: в этом случае каждый зуб одного колеса будет по очереди работать со всеми зубьями другого колеса.

Классификация

- По форме профиля зубьев: эвольвентные; круговые (передача Новикова); циклоидальные.

- По типу зубьев: прямозубые; косозубые; шевронные; криволинейные;

- По взаимному расположению осей валов: с параллельными осями (цилиндрические передачи с прямыми, косыми и шевронными зубьями); с пересекающимися осями — конические передачи; с перекрещивающимися осями.

- По форме начальных поверхностей: цилиндрические; конические; глобоидные;

- По окружной скорости колёс: тихоходные; среднескоростные; быстроходные.

- По степени защищенности: открытые; закрытые.

- По относительному вращению колёс и расположению зубьев: внутреннее зацепление (вращение колёс в одном направлении); внешнее зацепление (вращение колёс в противоположном направлении).

Реечная передача — один из видов цилиндрической зубчатой передачи, радиус делительной окружности рейки равен бесконечности. Применяется для преобразования вращательного движения в поступательное, и наоборот.

Винтовые, червячные и гипоидные передачи относятся к зубчато-винтовым передачам. Элементы этих передач скользят относительно друг друга.

Основные параметры

- Цилиндрические зубчатые передачи: Число зубьев шестерни — z1; Число зубьев колеса — z2; Модуль — m; Угол наклона линии зуба — β (0⁰ — для прямозубых колёс, 8 – 20⁰ — для косозубых колёс, 25 - 30⁰ — для шевронных колёс); Передаточное отношение — i

- Реечные зубчатые передачи: Число зубьев колеса — z Модуль — m Угол наклона линии зуба, рейки β (0⁰ — для прямозубых колёс, 8 – 20⁰ — для косозубых колёс, 25 - 30⁰ — для шевронных колёс)

- Конические зубчатые передачи: Число зубьев шестерни — z1

Число зубьев колеса — z2 Внешний окружной модуль — m_e Передаточное число — i

- Червячные передачи: Модуль — m Коэффициент диаметра червяка — q Число витков червяка — z1 Вид червяка — (архимедов, эвольвентный, конволютный и цилиндрический) Передаточное отношение — i