2. Механизмы для передачи и преобразования вращательного движения

2.1. Механические передачи и их характеристики

Изучая тему «Передачи», следует уяснить ответы на вопросы:

1) назначение, принцип работы и характеристика передачи;

2) детали передачи и материалы для их изготовления;

3) действующая и расчётная нагрузка на детали передачи;

4) причины отказов и основы расчёта передачи;

5) конструирование деталей, точность изготовления, ГОСТы.

Механической передачей (далее — просто передачей) называют меха­низм, служащий для передачи механической энергии от двигателя к исполни­тельным органам машины, как правило, с преобразованием скоростей и момен­тов, иногда - видов и законов движения. Исполнительный орган машины со­вершает обычно вращательное движение, как и вал двигателя, а частота враще­ния исполнительного органа машины отличается от частоты вращения вала двигателя, поэтому между ними необходимо расположить одну или несколько механических передач с постоянным или переменным передаточным числом.

По принципу работы передачи (табл. 4) подразделяют на два вида: пе­редачи трением и передачи зацеплением, по конструктивным признакам на передачи с непосредственным контактом (фрикционные, зубчатые, червяч­ные) и передачи с гибкой промежуточной связью (ремённые, цепные). По расположению валов в пространстве различают передачи между параллель­ными, пересекающимися и скрещивающимися валами.

Таблица 4. Механические передачи и их детали

Передачи трением:		Передачи зацеплением:
ремённая	фрикцион­ная	зубчатая	червячная	цепная	зубчато-ремённая
Детали передачи:		Детали передачи:
шкивы, ремень	катки (колёса)	шестерня, зубчатое колесо	червяк, червячное колесо	звёздочки, цепь	шкивы, зубчатый ремень

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЕРЕДАЧ: энергетические (мощность и коэффициент полезного действия - КПД), кинематические (передаточное чис­ло и быстроходность) и силовые (вращающий момент и силы) — табл. 5.

1. Мощность N, кВт, на входном, выходном и промежуточных валах ме­ханизма можно определить, зная вращающий момент и угловую скорость вала, по формуле N_i = T_i ∙ω_i. Определённая часть мощности в результате трения сочленённых деталей превращается в теплоту и затрачивается на износ, что ве­дёт к потере размеров деталей и снижению их прочности. Потери при передаче мощности от одного вала механизма к другому оценивают КПД, при этом η = N_i+1/N_i < 1. Общий КПД для последовательно соединённых механизмов η _об = η₁∙ η₂∙…η_n. Для уменьшения потерь на трение используют смазку. Но силы трения играют и полезную роль (например, в тормозах).

2. Быстроходность характеризуется угловой скоростью ω, рад/с, окруж­ной скоростью v, м/с, и частотой вращения n, об/мин. При этом значения ω = πn/30; v = ωd/2000 = πdn/60000. Передаточное отношение i пока­зывает, во сколько раз угловая скорость одного звена механизма больше или меньше угловой скорости другого звена, т.е. i_1-2 = ω₁/ω₂ = v₁ /v₂ или i_2-1 = ω₂/ω₁ = v₂ /v₁. Передаточное число и передачи — это отношение час­тоты вращения ведущего вала передачи к частоте вращения ведомого вала, т.е. u = n_i/ п_i+1. Если u > 1 имеем редуктор, если u < 1 - мультипликатор. Общее передаточное число последовательно соединённых передач и_об = u₁ ∙ и₂ ∙… и_п.

Исполнительные механизмы часто нуждаются в передачах с изменяемым пере­даточным отношением (автомобили, станки и др.)- Изменение передаточного отношения может быть плавным (вариаторы) или ступенчатым (коробки пере­мены передач с зубчатыми колёсами).

Таблица 5. Сравнительная характеристика механических передач

Тип передачи	Передаточное число u	Коэффици-ент полезно-го действия η	Относи­тельная масса передачи	Окруж­-ная скорость v, м/с	Входная мощ­ность N, кВт
Зубчатая цилиндрическая	до 8	0,97... 0,99	1	до 20	до 100
Зубчатая коническая	до 4	0,95...0,97	1,5	до 15	до 80
Червячная	12...80	0,70...0,92	2	до 12	до 70
Цепная	до 7	0,94...0,96	5	ДО 15	до 100
Ремённая	до 5	0,95...0,97	2,5	до 80	до 50
Фрикционная	до 8	0,75...0,95	3	до 15	до 20
Примечание: КПД муфты типа МУВП ηмувп = 3,99; типа МЗ ηмз= 0,98.

3. Вращающий момент на каждом валу привода Т, Н∙м, определяют по формуле T_i= 9550N_i/n_i. Силы F, Н, действующие на детали вращения, обычно вычисляют через окружную силу F_t = 1000T /0,5d = 2000T / d.

Резюме. Приведенные в таблице значения носят рекомендательный ха­рактер. Параметрами, определяющими размеры механических передач, явля­ются: частное передаточное число и передаваемая мощность или вращающий момент. Для создания компактного приводного механизма следует ограничи­вать передаточные числа отдельных передач, избегая выбора их максимальных значений.