Лекция 2. Механические передачи.
Учебные вопросы:
Общие сведения о передачах.
Классификация механических передач.
Основные кинематические и силовые отношения в передачах.
Элементы зацепления зубчатой передачи.
Виды разрушений зубьев.
Общие сведения о редукторах (их характеристики, типовые конструкции).
1. Общие сведения о передачах.
. Назначение и роль передач в машинах.
Для приведения в движение машин-орудий необходима механическая энергия: эта энергия получается в электрических, тепловых и других машинах-двигателях. Чаще всего механическая энергия, используемая для привода в движение машины-орудия, представляет собой энергию вращательного движения вала двигателя.
Как правило, вал двигателя имеет иную, обычно большую, угловую скорость (частоту вращения), чем вал приводимой машины. В сравнительно редких случаях ведомый вал может быть непосредственно связан с ведущим валом (примером является вентилятор); обычно между валами двигателя, машины-орудия вводят промежуточные устройства, которые называют передачами.
В современных машинах передача энергии может осуществляться механическими, гидравлическими, пневматическими и другими устройствами.
В курсе «Методы разработки изделий» рассматривают только механические передачи.
Механическими передачами, или просто передачами называют механизмы для передачи энергии от машины-двигателя к машине-орудию, как правило, с преобразованием скоростей, моментов, а иногда с преобразованием видов движения.
1.2. Классификация механических передач.
Механические передачи, применяемые в машиностроении, классифицируют (рис. 1.3):
По принципу передачи движения:
-передачи трением (фрикционная – рис. 1.3, а и ременная);
-зацеплением (зубчатые – рис. 1.3, б, червячные – рис. 1.3, в, цепные; передачи винт-гайка – рис. 1.3, г, д);
По способу соединения деталей:
- передачи с непосредственным контактом тел вращения (фрикционные, зубчатые, червячные, передачи винт-гайка – см. рис. 1.3);
- передачи с гибкой связью (ременная, цепная ).
2. Основные кинематические и силовые отношения в передачах.
В механических передачах ведомыми звеньями называют детали передач (катки, шкивы, зубчатые колеса и т.п.), получающие движение от ведущих звеньев.
В машиностроении принято обозначать угловые и окружные скорости, частоту вращения, диаметры вращающихся деталей ведущих валов индексами нечетных цифр, ведомых – четными. Например, для колес трехступенчатой передачи (рис. 1.8, с. 24) обозначения частот вращения следующие:
- ведущего вала I;
- ведущей шестерни
вала II;
- ведущей шестерни
вала III;
- промежуточного
ведомого вала II;
- ведомого колеса
вала III;
- ведомого колеса
вала IV.
Все механические передачи характеризуются передаточным числом. Рассмотрим работу двух элементов передачи (рис. 1.9), один из которых будет ведущим, а второй – ведомым.
Введем следующие
обозначения:
и
- угловая скорость и частота вращения
ведущего вала, выраженные соответственно
рад/с и об/мин;
и
- угловая скорость и частота вращения
ведомого вала;
и
- окружные скорости, м/с.
Если известны
параметры передачи – числа зубьев
и
,
передаточное число
определяем следующим образом.
Для зубчатых
передач передаточное число
-
отношение числа зубьев ведомого колеса
к числу зубьев ведущего колеса, т.е.
,
где
и
- числа зубьев соответственно ведомого
и ведущего колеса.
Итак, передаточное число
(обратите внимание
на индексы у букв
,
,
и
).
Если
,
передачу называют понижающей, если
- повышающей.
В приводах с большим
передаточным числом (до
и выше), составленных из нескольких
последовательно соединенных передач
(многоступенчатые передачи), передаточное
число равно произведению передаточных
чисел каждой ступени передачи, т.е.
(Запишите в конспект формулу для определения передаточного числа одноступенчатой передачи, если известны угловые скорости).
Передача мощности от ведущего вала к ведомому всегда сопровождается потерей части передаваемой мощности вследствие наличия вредных сопротивлений (трения в движущихся, сопротивления воздуха и др.).
Если
- мощность на ведущем валу,
- на ведомом валу, то
.
Отношение значений
мощности на ведомом валу к мощности на
ведущем валу называют механическим
коэффициентом полезного действия (КПД)
и обозначают буквой
:
.
Общий КПД многоступенчатой последовательно соединенной передачи определяют по формуле:
,
где
,
,…,
- КПД, учитывающие потери в отдельных
кинематических парах передачи.
Общие сведения и классификация зубчатых передач.
Механизм, в котором два подвижных звена являются зубчатыми колесами, образующими с неподвижным звеном вращательную или поступательную пару, называют зубчатой передачей.
В большинстве случаев зубчатая передача служит для передачи вращательного движения. В некоторых механизмах эту передачу применяют для преобразования вращательного движения в поступательное.
Зубчатые передачи – наиболее распространенный тип передач в современном машиностроении и приборостроении; их применяют в широких диапазонах скоростей (до 100 м/с), мощностей (до десятков тысяч киловатт).
Основные достоинства зубчатых передач по сравнению с другими передачами:
-технологичность, постоянство передаточного числа;
-высокая нагрузочная способность;
-высокий КПД (до 0,97-0,99 для одной пары колес);
-малые габаритные размеры по сравнению с другими видами передач при равных условиях;
-большая надежность в работе, простота обслуживания;
-сравнительно малые нагрузки на валы и опоры.
К недостаткам зубчатых передач следует отнести:
-невозможность бесступенчатого изменения передаточного числа;
- высокие требования к точности изготовления и монтажа;
-шум при больших скоростях; плохие амортизирующие свойства;
-громоздкость при больших расстояниях между осями ведущего и ведомого валов;
-потребность в специальном оборудовании и инструменте для нарезания зубьев.