Занятие 2. Общие сведения о передачах. Цилиндрические фрикционные передачи

Назначение и роль передач в машинах. Принцип работы и классификация передач

Механические устройства, применяемые для передачи энергии от источника к потребителю с изменением угловой скорости или вида движения, называют механическими передачами или просто передачами *. В качестве примера на рис. 7 показана схема привода транспортера. От электродвигателя 1 с помощью ременной пе­редачи 2 движение передается на вал зуб­чатой передачи, заключенной в пылевлаго-непроницаемом корпусе 3 (такую передачу называют редуктором); выходной (ведомый) вал зубчатой передачи соединен цепной пере­дачей 4 с валом ленточного транспортера 5.

_г,

_1Й

_и

■

Рис. 7

Необходимость введения передачи между двигателем и производственной машиной объ­ясняется многими причинами: 1) источники энергии—двигатели —работают, как прави­ло, в режиме высоких угловых скоростей, обеспечивающих им наибольшую мощность, КПД и малые габариты; угловые скорости ва­лов производственных машин обычно отли­чаются от угловой скорости вала двигателя; 2) изменение скорости производственной ма­шины, а следовательно, и значения вращающе­го момента выгоднее осуществлять с помощью передачи, а не путем изменения угловой ско­рости вала двигателя, так как при умень­шении угловой скорости вала двигателя его

* Другие типы передач—гидравлические, пневматические и т. д.—в курсе «Детали машин» не рассматриваются.

мощность и КПД понижаются; 3) двигатели обычно передают вра­щательное движение,' а рабочие органы машины иногда требуют возвратно-поступательного, качательного, винтового и других видов движения; 4) часто возникает необходимость передачи энергии от одного двигателя к нескольким производственным машинам, валы которых вращаются с неодинаковыми угловыми скоростями.

По способу передачи движения механические передачи класси­фицируют на передачи трением—фрикционные, ременные, канатные и передачи зацеплением — зубчатые, червячные, винтовые, цепные. Возможен и другой принцип классификации механических передач, согласно которому их подразделяют на передачи с непосредственным контактом (фрикционные, зубчатые, червячные и. др.) и передачи с промежуточным гибким звеном (ременные, цепные и канатные).

Вращательное движение и его основные параметры

Если точки тела при движении описывают окружности с цент­рами на одной и той же прямой, перпендикулярной их кругам, то такое движение тела называют вращательным. Неподвижная прямая, на которой располагаются центры окружностей —траектории точек вращающегося тела, называется осью вращения.

Быстрота вращательного движения характеризуется угловой ско­ростью со, выражаемой в рад/с, или частотой вращения п> выражае­мой в мин""¹ (размерность угловой скорости и частоты вращения Т'¹).

Частота вращения и угловая скорость связаны формулой

со = ля/30.

Линейную (окружную) скорость точки вращающегося тела (м/с) определяют по формуле

9==в>/»==ш//1/60,

где r = d/2 — кратчайшее расстояние точки от оси вращения —радиус окружности, м; d-—диаметр окружности, м.

Работа при вращательном движении равна произведению вра­щающего (крутящего) момента на угол поворота, т. е. Л = 7ф. При Т (Н-м) и ф (рад) единицей величины работы является джоуль (Дж).

Мощность P = A/t в Вт связана с вращающим моментом (Н-м) и угловой скоростью (рад/с) формулой Р = Г(о.

При известных мощности (Вт) и угловой скорости (рад/с) или частоте вращения п (мин^-1) значение вращающего (крутящего) момента (Н-м) определяют по формуле

Т=Р/(о = 9,55Р/п< (15)

Физическая сущность крутящего (от действия внутренних сил) и вращающего (от действия внешних сил) моментов различна, од­нако в «Деталях машин» их удобнее обозначать общим символом 7¹. (Международный стандарт МС 31 для общего обозначения момента использует букву М.)

При изучении механических передач необходимо помнить сле­дующее (рис. 8):

6. Момент T_t движущих сил всегда приложен к ведущему валу Oi передачи и имеет направление, совпадающее с направле­нием вращения этого вала <й_г.

7. Момент Т₂ сил сопротивления всегда приложен к ведомому валу 0₂ передачи и имеет направление, противоположное направ­лению вращения этого вала со₂.

8. Отношение угловых скоростей валов передачи называется передаточным отношением i\ при отсутствии дополнительных ука-

Рис. 8

заний имеется в виду отношение угловой скорости (частоты враще­ния) ведущего вала (^i{n_x) к угловой скорости (частоте вращения) ведомого вала

l=i®₁/®₂=an₁/n_i. (16)

Для замедляющей передачи i > 1 ((о_х > со₂), а для ускоряющей *<1.

Изменение направления силового потока передачи по отношению к указанному [см. формулу (16)] фиксируется соответствующими индексами i_f например f_{2e 1} = со₂/со₁; i_e, j = <©_в/<ю₆.

Если направления щ и со₂ противоположны, то i < 0; это исполь­зуют только при необходимости.

4. Между моментом движущих сил 7\ и моментом сил сопро- тивления Т₂ можно установить зависимость, часто применяемую при выполнении силового расчета передач.

Учитывая определение КПД и предыдущие зависимости между работой и мощностью, мощностью и вращающим моментом, а также определение передаточного отношения, получаем

П ^ПОЛ ^2 __ Р2 Т₂(й₂ Т₂ __ Т₂

^J~~ Л_захр ~" Ai ~~ Pi ~~ Т_гщ ~ TioWwa T_xi ⁹ следовательно,

Т_ш — 1пТ_г. (17)

5. При установившемся равномерном вращательном движении звеньев передачи движущиеся силы уравновешивают силы полезного и вредного сопротивлений движению.

Р и о) являются основными характеристиками для выполнения проектировочного расчета любой передачи.

Фрикционные передачи и их классификация

Передачи, в которых движение от одного вала к другому пере­дается силами трения, возбуждаемыми между рабочими поверхно­стями вращающихся катков, называют фрикционными.

Рис. 9

Для возбуждения силы трения, достаточной для передачи задан­ного момента от ведущего вала к ведомому, во фрикционных пере­дачах применяют различные нажимные устройства, основанные на

Рис. 10

использовании силы тяжести (рис. 9), пружин (рис. 10), системы рычагов и др.

В зависимости от назначения фрикционные передачи подразде­ляют на передачи с условно постоянным передаточным отношением * между валами с параллельными (рис. 11, а, б, в, г) и пересекающи­мися (рис. 11,3,е) геометрическими осями и передачи с переменным передаточным отношением (вариаторы) без промежуточного звена (рис. \1,ж,з,и) и с промежуточным звеном (рис. 11, /с, л, м₉ н).

Достоинства, недостатки и область применения фрикционных передач. Материалы катков

* Передаточное отношение фрикционной передачи не может быть строго постоянным, так как всегда существует относительное проскальзывание катков, меняющееся в зависимости от нагрузки передачи.

Достоинства. 1. Простота конструкции. 2. Плавность (безудар­ность) и бесшумность работы. 3. Возможность бесступенчатого регулирования скорости, включения и выключения передачи без остановки машины. 4. При перегрузках происходит проскальзыва-

ние (буксование) катков, предохраняющее механизм привода от поломок *.

Недостатки. 1. Непостоянство передаточного отношения. 2. Огра­ниченность передаваемых мощностей —до 10...20 кВт (силовые фрикционные передачи со стальными закаленными катками, рабо­тающими в масле, могут передавать мощность до 200.. .300 кВт). 3. Большие нагрузки на валы и их опоры (подшипники), приво­дящие к громоздкости конструкции и большим потерям энергии на преодоление трения в опорах. 4. Сравнительно низкий КПД (т) = 0,7... 0,95). 5. Повышенный и зачастую неравномерный износ рабочих поверхностей катков. Из-за интенсивного износа поверх­ностей катков, работающих всухую, и их значительного нагрева окружная скорость силовой передачи не должна превышать 7 ... 10 м/с (при v > 7 ... 10 м/с катки обычно работают в масле).

Фрикционные передачи применяют в вибрографах, магнитофонах, киноаппаратах, проигрывателях, спидометрах и т. д. В машино­строении силовые передачи с условно постоянным передаточным отношением используют крайне редко. В качестве примера можно указать фрикционные лебедки, иногда применяемые в буровой тех­нике. Вариаторы (см. занятие 3) широко используются в различных отраслях промышленности. Их часто применяют в приводах кон­вейеров, сварочных и литейных машинах, металлорежущих станках и т. д.

К материалам, применяемым для изготовления фрикционных катков, предъявляют следующие требования: износостойкость; высокий коэффициент трения, что обеспечивает при небольших силах сжатия на соприкасающихся поверхностях катков достаточные силы трения для передачи заданного момента; высокий модуль про­дольной упругости для обеспечения достаточной жесткости катков.

При передаче сравнительно больших моментов для ограничения габаритов передачи фрикционные катки изготовляют из закаленной шарикоподшипниковой стали (сталь ШХ15) с твердостью не менее HRC60. Катки ^vобычно работают в масляной ванне. Несмотря на низкий коэффициент трения и, следовательно, большие силы сжатия и благодаря высокой твердости поверхностей катков габариты передачи получаются небольшими. Большая твердость в сочетании с обильной смазкой обеспечивает высокую износостойкость катков. Часто применяют также катки из чугуна с повышенной поверхно­стной твердостью. Чугун может работать в паре со сталью.

* Использование фрикционной передачи в качестве предохранительного звена механизма не рекомендуется, так как при буксовании повреждаются рабочие поверхности катков.

Для передачи небольших моментов применяют материалы, обла­дающие в паре со сталью или чугуном повышенным коэффициентом трения: дерево, текстолит, гетинакс, кожа, резина, прорезиненная ткань, фибра, ферродо. Перечисленные неметаллические материалы применяют для рабочей поверхности ведущего чугунного или сталь­ного катка (рис. 12). Ведомый каток, как правило, изготовляют из чугуна или стали без облицовочного покрытия.