Лекция 6 Передачи движения Общие сведения о передачах

Передача энергии от одной машины к другой (например, от машины-двигателя к машине-орудию) или внутри машины от одного звена к другому производится процессе передачи движения с помощью различных передаточных механизмов или передач.

Наиболее распространены передачи вращательного движения. Это связанно с таким преимуществом вращательного движения, как возможность обеспечения его непрерывности и равномерности. Другие виды движения, например, возвратно-поступательное, характеризуется наличием потерь времени (и, следовательно, производительности) на холостые ходы (рабочий ход - ход вперед, холостой - ход назад), остановками в момент изменения направления движения, большими динамическими нагрузками, связанными с постоянными изменениями величины и направления скорости. Это обстоятельство ограничивает возможность увеличения рабочих скоростей машин.

Передаточные механизмы вращательного движения наиболее просты и компактны.

Скорости движения рабочих машин определяются условиями выполняемой ими работы. Например, угловая скорость вращения шпинделя токарного станка обусловлена материалом и диаметром обтачиваемой заготовки, а также свойствами режущего инструмента. Поэтому передаточные механизмы осуществляют передачу движения с определенными, заранее заданным соотношением скоростей.

Нецелесообразность, а иногда и невозможность непосредственного соединения выходного вала двигателя с входным валом машины-орудия без промежуточных передаточных механизмов объясняется:

• несовпадением их скоростей (двигатели обычно имеют высокие угловые скорости, что позволяет их сделать компактными и легкими, в рабочих же органах машин-орудий часто требуется большой момент при относительно малых скоростях);

• необходимостью в большинстве случаев изменять скорость машины, тогда как вал двигателя вращается с постоянной угловой скоростью;

• необходимостью преобразования равномерного вращательного движения, получаемого от двигателя, в другие виды движения - возвратно-поступательное, качательное, винтовое и т.п., которые должны иметь рабочие органы машин-орудий;

• необходимостью в ряде случаев приводить в движение несколько машин одним двигателем.

В современных машинах применяют механические, гидравлические, пневматические и электрические передачи. Рассмотрим только механические передачи.

Механические передачи классифицируют по различным признакам:

а) по принципу передачи движения:

• передачи трением (фрикционные, ременные, канатные);

• передачи зацеплением (зубчатые, червячные, цепные, винтовые);

б) по относительному положению звеньев:

• передачи с непосредственным касанием ведущего и ведомого звеньев, (фрикционные, зубчатые, червячные, винтовые);

• передачи с промежуточным звеном, связывающим ведущее и ведомое звенья (ременная, канатная, цепная).

Вал и закрепленные на нем звенья передачи (колеса или шкивы), передающие вращение, называются ведущими, а звенья, получающие движение от ведущих, называются ведомыми.

Отношение угловой скорости ведущего вала к угловой скорости ведомого вала называется передаточным числом и обозначается буквой i.

где ω₁ – угловая скорость ведущего звена;

ω₂ – угловая скорость ведомого звена.

Таким образом, при уменьшении частоты вращения в передаче i > 1, а при увеличении i < 1.

Каждая из передач – ременная, фрикционная, зубчатая, червячная, цепная и др. – имеет свои характерные особенности и область применения. Выбор передачи определяется значениями передаваемой мощности, частоты вращения, окружной и угловой скоростями, передаточным числом, к.п.д. и расстоянием между осями сопрягаемых валов машины. Важную роль играют габариты и вес передаточного механизма, стоимость его изготовления и расходы на эксплуатацию. Основные характеристики некоторых типов передач даны в таблице 2.

Таблица 2. Характеристики основных типов передач

Передача	Передаваемая мощность, кВт	Окружная скорость, м/с	Передаточное число	К.п.д.
Фрикционная	До 20 (300)	До 20	До 7 (25)	0,80-0,92
Плоскоременная	До 100 (1500)	5-3 (100)	До 4 (10)	0,92-0,98
Клиноременная	До 50 (300)	5-30	До 7 (15)	0,87-0,97
Зубчатая: прямозубыми колесами косозубыми колесами	До 10000 До 50000	25 25 (140)	До 6 (10) До 7 (20)	0,92-0,99 0,94-0,99
Червячная	До 100	До 35 (червяка)	8-100 (1000)	0,1-0,98
Цепная	До 200 (5000)	До 25	До 15	0,94-0,98
Примечание – в скобках приведены наибольшие известные значения.

ФРИКЦИОНННЫЕ ПЕРЕДАЧИ

Ф рикционная передача состоит из двух гладких катков – ведущего 1 и ведомого 2. Катки прижаты один к другому. Поэтому при вращении ведущего катка между ним и ведущим катком возникает сила трения, заставляющая ведомый каток вращаться.

Достоинства фрикционных передач:

• простота конструкции;

• плавность, бесшумность работы (при условии незначительного износа рабочих тел – катков);

• возможность осуществления передач с плавным (бесступенчатым) изменением передаточного числа;

• возможность проскальзывания фрикционных катков при перегрузках, что предохраняет детали приводимого в движение механизма от поломок.

Недостатки фрикционных передач:

• ограниченная величина передаваемой мощности (для цилиндрической фрикционной передачи обычно до 10 кВт);

• большая нагрузка на валы и опоры валов;

• непостоянство передаточного числа из-за переменной величины взаимного проскальзывания катков, интенсивность которого зависит от нагрузки передачи;

• повышенный износ катков, вследствие которого передача начинает работать со значительным шумом;

• сравнительно низкий коэффициент полезного действия (для передач обычного типа ).

В некоторых типах фрикционных передач можно плавно изменять величину передаточного отношения, такие передачи называются вариаторами. Диск А (рис.), вращаясь вокруг своей оси и находясь в силовом замыкании с диском В, приводит его во вращение. При перемещении диска вдоль его оси вращения изменяется расстояние х между ним и осью I-I и в результате меняется величина передаточного отношения.

В самом деле, окружная скорость точки а диска A

υ _A = ω₁R₁.

Окружная скорость точки а диска В

υ_B = ω₂x

Пренебрегая скольжением, имеем

υ_A = υ_B

или

ω₁R₁= ω₂x,

откуда

Если диск А переместить за ось //—// (в положение, изображенное штриховой линией), то ведомый диск В будет вращаться в противоположную сторону.

Фрикционные передачи с постоянными передаточными числами применяют преимущественно в приборах. Фрикционные вариаторы получили широкое распространение в станках, кузнечно-прессовом оборудовании и т.п.

Материалы фрикционных катков должны иметь следующие характеристики:

- износостойкость и поверхностную прочность;

- возможно больший коэффициент трения (чем больше коэффициент трения, тем меньше требуемая сила прижатия).

Материалы, применяемые для изготовления катков:

1. Закаленная сталь по закаленной стали.

2. Сталь (чугун) по пластмассе (текстолиту, фибре).

3. Чугун по чугуну (или стали).

В настоящее время сравнительно редко применяют (для одного из катков) кожу, дерево, резину вследствие их малой прочности.

РЕМЕННАЯ ПЕРЕДАЧА

П ередачу вращательного движения с одного вала на другой при значительных расстояниях между ними можно осуществить гибкой связью, используя силы трения между поверхностью шкива и гибким телом. Гибкой связью служат ремни и канаты. Наиболее распространен­ный вид передач этого типа — ременные. В зависимости от формы поперечного сечения ремня (рис.) они делятся на плоскоременную, клиноременную и круглоременную передачи.

Ременная передача состоит из двух колес (ведущего и ведомого), называемых шкивами, и бесконеч­ного ремня, охватывающего их. Вращающийся ведущий шкив благодаря силе трения увлекает за собой ремень, который по той же причине заставляет вращаться ведомый шкив. Сила трения на поверхностях соприкосновения шкивов и ремня возни­кает при соответствующем прижатии ремня к ободам шкивов, т. е. при наличии натяжения ремня.

П лоские ремни позволяют осуществить передачи с боль­шими межцентровыми расстояниями (до 15 м, а в исклю­чительных случаях даже больше).

К достоинствам плоскоременной передачи относятся:

• простота и низкая стоимость конструкции;

• плавность хода, способность смягчать удары (бла­годаря эластичности ремня) и предохранять приводимые в движение механизмы от поломок при внезапных пере­грузках (за счет пробуксовывания ремня);

• возможность передачи мощности при значительных расстояниях между осями ведущего и ведомого валов;

• бесшумность работы (по сравнению с зубчатой передачей);

• простота ухода и обслуживания;

• возможность различных вариантов взаимного рас­положения валов в пространстве.

Недостатки передачи:

• непостоянство передаточного числа;

• сравнительно большие габариты;

• вытягивание ремня, что вызывает необходимость его перешивки при постоянном межцентровом расстоянии или применения натяжного приспособления.

Плоские ремни делают кожаными, хлопчатобумажными ткаными, прорезиненными, шерстяными, шелковыми и из синтетического волокна, а клиновые — кордтканевыми и кордшнуровыми.

Передачи клиновыми ремнями имеют следующие преимущества по сравнению с плоскоременными:

• возможность осуществлять более высокие передаточные отношения (до 7 и даже до 10);

• способность работать при малых межцентровых расстояниях;

• надежность работать при любом расположении передачи вплоть до вертикального;

• компактность передачи и др.

Но при этом и недостатки по сравнению с ней:

• клиновые ремни менее долговечны, чем плоскоременные;

• конструкции шкивов для клиновых ремней сложнее, чем для плоских;

• клиноременные передачи могут применяться в меньшем диапазоне мощностей, чем плоскоременные.

ЦЕПНЫЕ ПЕРЕДАЧИ

Ц епная передача относится к числу передач с проме­жуточным звеном (гибкой связью), которым в данном слу­чае является цепь.

Ц

Зубчатая цепь (имеет звенья из набора пластин с зубьями)

Одно и многорядные втулочные (или роликовые цепи)

епная передача (рис.) состоит из бесконечной цепи, охватывающей две или более звездочки — колеса с зубьями специального профиля. Она служит для пере­дачи движения только между параллельными валами. В отличие от ременной, цепная передача работает без про­скальзывания, подобно зубчатой.

Основные достоинства цепной передачи:

• компактность (по сравнению с плоскоременной);

• меньшая, чем в ременных передачах, нагрузка на валы;

• возможность передачи движения на значительные расстояния (до 5-8м)

• возможность передачи движения одной цепью не­скольким валам;

• сравнительно высокий к. п. д. (до 0,98).

Роликовая цепь. Состоит из звеньев, образованных поочередно либо из внутренних пластин 3, запрессованных на втулке 4, либо из наружных пластин 1, запрессованных на оси 2. Втулки внутреннего звена надеты на оси соседних наружных звеньев и образуют шарниры. На втулках свободно насажены ролики 5, катящиеся в процессе зацепления по зубьям звездочки.

Недостатки цепной передачи:

• увеличение шага цепи (цепь вытягивается) вслед­ствие износа шарниров, что требует применения натяж­ных устройств;

• более сложный по сравнению с ременными переда­чами уход (смазка, регулировка, устранение перекоса валов и ремонт передачи);

• некоторая шумность в работе;

• большая слож­ность по сравнению с ременной передачей.

Цепные передачи ши­роко применяют в стан­ках для

обработки металла и древесины, в транспортных устрой­ствах и др. Современ­ные цепные передачи используются для пере­даточных чисел i<10, при скоростях цепи до 25 м/с и для пе­редачи мощности до 150 кВт (в отдельных случаях до 3000 кВт).

Цепные передачи, как и зубчатые, бывают открытыми и закрытыми.

ЗУБЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ

Зубчатые передачи - наиболее распространенный тип передач в современном машино- и приборостроении. В про­стейшем случае зубчатая передача состоит из двух колес, на поверхности которых имеются зубья.

Помимо главной области применения - передачи вра­щательного движения - зубчатая передача используется и для преобразования вращательного движения в посту­пательное (передача зубчатое колесо - зубчатая рейка).

В зависимости от относительного положения геометри­ческих осей ведущего и ведомого валов различают:

• зубчатые передачи цилиндрическими колесами (рис., а-г), применяемые при параллельных осях валов;

• зубчатые передачи коническими колесами (рис., д, е),применяемые при пересекающихся осях валов;

По расположению зубьев относительно образующей колеса различают зубчатые колеса:

• прямозубые (рис., а, г, д, з);

• косозубые (рис., б, ж);

• шевронные (рис., в);

• с криволинейным зубом (рис. 29, е).

Цилиндрические колеса могут быть с внешним (см. рис., а, б, в) и с внутренним (см. рис., г) зацепле­нием.

Основные достоинства зубчатых передач:

• высокий к.п.д.;

• компактность по сравнению с передачами, в которых используется сила трения;

• надежность работы;

• простота эксплуатации;

• постоянство передаточного числа;

• большой диапазон передаваемых мощностей (от ты­сячных долей до десятков тысяч кВт).

Основные недостатки зубчатых передач:

• сравнительная сложность изготовления (необхо­димость в специальном оборудовании и инструменте);

• шум вследствие неточного изготовления (или в ре­зультате повышенного износа) при высоких скоростях;

• громоздкость при больших расстояниях между осями ведущего и ведомого валов.

Разнообразие областей применения и условий эксплу­атации предопределило создание зубчатых передач, раз­личных по форме элементов.

Передаточное число зубчатой передачи можно выразить как отношение числа зубьев ведомого колеса к числу зубьев ведущего.

Материалы для изготовления зубчатых колес выбирают в зависимости от требований, предъявляемых к габаритам и весу передачи, от принятой точности, способа изготовления и от окружной скорости. В основном используют термически обрабатываемые стали, реже чугун.