10 Механические передачи

10.1 Общие сведения. Характеристики передач

Механической передачей называется устройство для передачи энергии от силового органа (двигателя) к рабочей машине (рис. 10.1, а).

a) б)

Рис. 10.1. Схема механической передачи

Основное назначение передачи – согласование движения стандартных двигателей, которые применяются в приводных установках общего назначения, с движением рабочей машины.

По способу передачи энергии различают механические передачи:

а) зацеплением (зубчатые и цепные); б) трением (ремённые и фрикционные).

Любая передача содержит входной или ведущий (вщ) элемент, связанный с двигателем, и выходной или ведомый (вм), соединённый с рабочей машиной. Параметру ведущего элемента принято присваивать индекс 1, а ведомому индекс 2 (рис. 10.1, б). Если в передаче всего два элемента – ведущий и ведомый, то она называется одноступенчатой передачей, а если есть промежуточные элементы – многоступенчатой передачей.

Характеристики передач делятся на основные и производные, т. е. такие, которые можно рассчитать, зная основные. К основным относятся: мощность P₁ на ведущем и P₂ на ведомом элементах, кВт; быстроходность, которая выражается частотой вращения n₁ на ведущем и n₂ на ведомом элементах, мин^-1. Эти характеристики необходимы и достаточны для расчёта любого типа передач. Однако часто передачи задают другими характеристиками, называемыми производными, к которым относятся:

– коэффициент полезного действия (КПД) ,

где – мощность, потерянная в передаче;

– передаточное отношение в направлении потока мощности или от ведущего звена к ведомому: .

При , т. е. n₁ > n₂, передача понижающая, или редуктор. При , т. е. n₁ < n₂, передача повышающая, или мультипликатор.

В передачах зацеплением вместе с термином «передаточное отношение» применяют термин «передаточное число» u, которое понимается как передаточное отношение от быстроходного звена передачи к тихоходному. При таком определении передаточное число всегда больше единицы.

Для многоступенчатых передач или приводов с числом ступеней общий КПД и общее передаточное отношение равно произведению частных значений этих параметров по ступеням:

, .

Угловая скорость , с^-1. Крутящий момент , где P – мощность, кВт; n – частота вращения, мин^-1. Реже используется зависимость , где P – мощность, Вт; ω – угловая скорость, с^-1. Передаточное отношение (число) может быть определено через крутящий момент по формуле .

10.2 Зубчатые передачи

10.2.1 Общие сведения и классификация

Геометрия и кинематика зубчатых передач рассмотрена в первой части данного курса. Однако некоторые сведения, необходимые для прочностных расчётов, будут повторены.

Простейшая зубчатая передача состоит из двух зубчатых колес, которые зацепляются между собой. Вращательное движение ведущего зубчатого колеса преобразуется во вращение ведомого колеса при силовом взаимодействии зубьев. Меньшее, как правило, ведущее колесо передачи называется шестерней, большее, как правило, ведомое – колесом.

К достоинствам зубчатых передач относятся: высокая нагрузочная способность при малых габаритах, большая долговечность и надёжность работы, высокий КПД (0,97…0,98 в одной паре); отсутствие проскальзывания; возможность применения в широком диапазоне скоростей (до 50 м/с), мощностей (до сотен кВт), передаточных чисел (до тысяч).

К недостаткам зубчатых передач относятся: повышенные требования к точности изготовления; шум при высоких скоростях, высокая жёсткость, не позволяющая компенсировать динамические нагрузки.

Зубчатые передачи классифицируются по следующим признакам:

– по расположению осей (рис. 10.2);

– по расположению зубьев на колёсах (рис. 10.3);

– по форме профиля зуба (рис. 10.4).

Как отмечено в первой части курса, сначала – около 1650 г. – был придуман циклоидальный профиль, затем в 1750 г. эвольвентный. В 1954 г. М. Л. Новиков изобрёл круговинтовое зацепление с профилями, очерченными дугами окружностей. Одна из этих дуг выпуклая, другая вогнутая. За счёт этого значительно возрастает площадь пятна контакта зубьев и в несколько раз повышается нагрузочная способность, но зубья должны быть непременно косыми, причём, существенно. По этой и ряду других причин господствующим на сегодня является эвольвентный профиль, поэтому далее рассматриваются только эвольвентные передачи.

а) б) в)

Рис. 10.2. Зубчатые передачи с различным расположением осей:

а – цилиндрическая; б – коническая; в – червячная

а) б) в) г)

Рис. 10.3. Зубчатые колёса в зависимости от расположения зубьев:

а – прямозубые; б – косозубые; в – винтовые; г – шевронные.

Рис. 10.4. Зубчатые передачи в зависимости от формы профиля зуба:

а – эвольвентная; б – циклоидальная; в – круговинтовая (зацепление Новикова).

Зубчатые передачи занимают ведущее место по распространению в технике. Из перечисленных выше видов зубчатых передач наибольшее применение получили цилиндрические прямозубые и косозубые как наиболее простые и дешёвые в изготовлении, надёжные и долговечные в эксплуатации.