Глава 3. Механические передачи

Механическими передачами или просто передачами называют механизмы, служащие для передачи механической энергии на расстояние, как правило, с преобразованием скоростей и моментов, иногда с преобразованием видов (например, вращательное в поступательное) и законов движения.

Передачи имеют широкое распространение в машиностроении, например, в таких машинах, как автомобиль или станок, имеется по нескольку десятков зубчатых колес, а мировой выпуск зубчатых колес измеряется миллионами штук в день.

Основные причины применения передач в машинах следующие:

1. требуемые скорости движения рабочих органов машины, как правило, не совпадают с оптимальными скоростями двигателя, обычно ниже, а тихоходные двигатели для больших моментов очень громоздки и дороги;

2. для большинства технологических и транспортных машин необходима возможность регулирования скорости и периодической работы с большими моментами (при малых скоростях). Между тем регулирование скорости двигателя не всегда возможно и экономично;

3. двигатели обычно выполняют для равномерного вращательного движения, а в машинах часто оказывается необходимым поступательное движение, движение с заданным законом изменения скорости;

4. двигатели не всегда могут быть непосредственно соединены с исполнительными механизмами из-за габаритов машины, условий техники безопасности, удобства обслуживания, а иногда должны приводить по нескольку механизмов.

Передачи по принципу работы разделяют на:

1. передачи трением с непосредственным контактом тел качения (фрикционные) и с гибкой связью (ременные);

2. передачи зацеплением с непосредственным контактом (зубчатые и червячные) и с гибкой связью (цепные).

Основными характеристиками передач являются передаточное отношение, передаваемый момент, быстроходность и КПД.

3.1 Фрикционные передачи

3.1.1 Основные понятия и типы фрикционных передач

Фрикционные передачи ‒ это передачи, в которых движение от ведущего тела к ведомому передается силами трения.

Простейшая фрикционная передача между параллельными валами состоит из двух роликов, прижимаемых один к другому (рисунок 3.1 а).

F_t – окружная сила; F_n – сила прижатия зубчатых колес; F_тр – сила трения R₁ и R₂ соответственно радиус шестерни и зубчатого колеса; и ‒ угловая скорость шестерни и зубчатого колеса; – соответственно угол делительного конуса шестерни и зубчатого колеса

Рисунок 3.1 – Схемы фрикционных передач для постоянного передаточного отношения: а – цилиндрическими катками; б – коническими катками.

При вращении ведущего ролика в месте контакта возникают силы трения, которые приводят во вращение ведомый ролик. Необходимая сила трения между колесами фрикционной передачи достигается прижатием одного из них к другому.

Постоянную силу прижатия осуществляют одним из следующих способов:

‒ начальной за тяжкой с помощью специальных пружин или других упругих деталей, в том числе и самих колес (за счет упругой деформации материала колес);

‒ собственной массой узла или машины;

‒ центробежной силой.

Переменная сила прижатия может достигаться с помощью специальных прижимных механизмов.

Заменив цилиндрические ролики коническими (рисунок 3.1 б), можно осуществить передачу между валами с пересекающимися осями. Угол между валами конической передачи может быть любым, но в большинстве случаев он равен 90 ͦ. Для правильной работы колес конической передачи оба конуса должны иметь общую вершину. Цилиндрические и конические фрикционные передачи характеризуются условно постоянным передаточным отношением

Выполнив одно из тел качения с переменным радиусом, можно осуществить передачу с переменным передаточным отношением (вариатор). Фрикционные вариаторы по конструкции разнообразны (рисунок 3.2): лобовые, конусные, шаровые, торовые, клиномерные.

Рисунок 3.2 ‒ Фрикционные вариаторы

а – лобовые, б – конусные, в, г, д – шаровые, е – многодисковые, ж, з – торовые, и – клиномерные.

Передачи с постоянным передаточным отношением

Примером таких передач являются конусные и цилиндрические реверсив­ные передачи винтовых прессов. Передача (рисунок 3.3) имеет два ведущих конуса, поочередно сцепляемых с ведомым конусом осевым перемещением ведущего вала. При этом ведомый вал, связанный с винтом, получает то правое, то левое вращение, а винт соответственно осуществляет рабочий и обратный ход. Материал конусов обычно чугун, рабочую поверхность ведомого конуса покрывают кожаной лентой, прорезиненной тканью или прессо­ванным асбестом.

Рисунок 3.3 – Коническая реверсивная передача пресса

Вариаторы

Вариаторы – тип фрикционной передачи, предназначенный для бесступенчатого регулирования скорости вращения. Используется в трансформаторах, в транспортном машиностроении, станкостроении. Бывают: лобовые, дисковые, конические, цепные, клиноременные, шаровые и др.

Лобовые вариаторы (рисунок 3.4) являются постейшим примером фриклионной передачи, состоящая из диска и ролика. Вследствие значительной разности скоростей на площадке касания уступают вариаторам других конструкций по КПД и износостойкости. Однако благодаря своей простоте, возможности выполнения реверсивными, а также благодаря перпендикулярности осей ведущего и ведомого валов, что в ряде случаев упрощает кинематическую схему машины, простые лобовые вариаторы иногда применяют, в винтовых прессах и приборах.

При передвижении ролика вдоль оси вала меняется радиус качения на диске и, следовательно, передаточное отношение.

Рисунок 3.4 – Лобовая передача