Лекция №12. Передачи. Общие сведения о передачах Виды передач

Передачей называется устройство для передачи энергии в пространстве от движителя до исполнительного механизма. В зависимости от способа осуществления передачи энер­гии различают механические, электрические, пневматические и гидрав­лические передачи. Из механических передач самые распространенные передачи вращательного движения, так как вращательное движение легко сделать непрерывным, проще и легче осуществить в виде компак­тной конструкции, при нем легче достигнуть равномерности хода, уменьшить потери на трение.

В курсе «Детали машин» изучают лишь механические передачи вращательного движения, которые принято называть просто передачами. Другие виды механических передач, а также электрические, пневмати­ческие и гидравлические передачи (приводы) изучают в специальных курсах расчета и конструирования тех машин, где эти передачи при­меняются.

Передачи вращательного движения служат для передачи энергии от двигателей к рабочим машинам, обычно с преобразованием сил, скоро­стей и крутящих моментов. а в некоторых случаях и вида или закона движения. Передачи враща­тельного движения подразделяют:

• на передачи с непосредственным контактом тел вращения

• передачи с гибкой связью, в которых тела вращения связаны между собой гибким звеном.

К первым передачам относятся фрикционная (рис.75, а), зубчатая (рис. 75,б) и червяч­ная (рис. 75, в), а ко вторым —ременная (рис.75, г) и цепная (рис.75, д).

Рис. 75.

В зависимости от способа передачи движения от ведущего тела вращения ведомому различают передачи трением и передачи за­цеплением. К первым относятся передачи фрикционные и ременные, а ко вторым — зубчатые, червячные и цепные. К передачам вращатель­ного движения относят также передачи винт — гайка (рис.75, е), назначение которых — преобразовывать вращательное движение в пос­тупательное.

Основные силовые и кинематические соотношения механических передач.

Как известно из теоретической механики, линейную скорость υ точек вращающегося тела, отстоящих от оси вращения на расстоянии d/2, определяют по формуле

где d — в м; ν — в м/с; ω — угловая скорость, рад/с; n — частота вращения, мин^-1. Эту скорость называют окружной скоростью.

Силу, вызывающую вращение тел или сопротивление вращению и направленную по касательной к траектории точки ее приложения, называют окружной силой F_t. Связь между этой силой, окружной ско­ростью ν и мощностью N, передаваемой телом вращения, определяется формулой

N=F_tv, (12.2)

где N — в Вт; Ft— в Η; υ — в м/с.

Окружная сила F_t связана с крутящим моментом Т, передаваемым телом вращения, зависимостью

F_t=2T/d. (12.3)

Условимся обозначать для ведущего и ведомого тел вращения (зубчатых колес, шкивов, звездочек и т. п.) соответственно передавае­мые мощности N₁ и N₂, передаваемые крутящие моменты Т₁ и Т₂, угловые скорости ω₁ и ω₂ и частоты вращения n₁ и n₂.

Коэффициент полезного действия передачи

η = N₂/N₁. (12.4)

Передаваемый телом вращения крутящий момент Τ связан с мощ­ностью N и угловой скоростью ω зависимостью

Τ=N/ω, (12.5)

где Τ — в Н·м; N — в Вт; ω — в рад/с.

Передавая механическую энергию, передачи одновременно могут выполнять одну или несколько из следующих функций.

Понижение или повышение частоты вращения от вала двигателя к валу исполнительного элемента. Основные параметры на ведущем и ведомом валах: мощность N₁, N₂ (кВт), вращающий момент Т₁ Т₂ (Н·м), частота вращения n₁, п₂ (мин^-1). Важной характеристикой передачи является передаточное число u и передаточное отношение i.

Передаточное число (u) находится как отношение числа зубьев колеса (z₂) к числу зубьев шестерни (z₁) в зубчатой передаче, числа зубьев червячного колеса к числу заходов червяка в червячной передаче, числа зубьев большой звёздочки к числу зубьев малой в цепной передаче, а также диаметра большого шкива (или катка) к диаметру меньшего в ремённой или фрикционной передаче. Передаточное число используется при расчётах геометрических параметров зубчатых передач. Оно всегда больше или равно 1.

1. Передаточное отношение (i) — одна из важных характеристик механической передачи вращательного движения, находится как отношение угловой скорости ведущего элемента (ω₁) механической передачи к угловой скорости ведомого элемента(ω₂) или отношение частоты вращения ведущего элемента (n₁) механической передачи к частоте вращения ведомого элемента(n₂).

Характеристика передаточное отношение применима как к механической передаче с одной ступенью (одной кинематической парой), так и к механическим передачам со множеством ступеней. Во втором случае передаточное отношение всей механической передачи будет равно произведению передаточных отношений всех ступеней. Механизмы с передаточным отношением больше единицы — редукторы (понижающие редукторы), меньше единицы — мультипликаторы (повышающие редукторы).

При этом и > 1, следовательно, частота вращения ведомого вала меньше частоты вращения ведущего вала в передаточное число раз:

п₂ = п₁/и.

Понижение частоты вращения называют редуцированием, а закрытые передачи, понижающие частоты вращения, - редукторами. Устройства, повышающие частоты вращения, называют ускорителями или мультипликаторами. В дальнейшем будем рассматривать только понижающие передачи, как имеющие преимущественное применение.

2. Вращающий момент Τ (Н·м) на любом валу можно вычислить по мощности N (кВт) и частоте вращения n (мин^-1):

Τ = 9550 N/n. ω рад/сек=9,55n об/мин() (12.8)

Как видно, понижение частоты вращения приводит к повышению вращающего момента, а повышение частоты вращения — к понижению момента.

2. Изменение направления потока мощности. Примером может служить зубчатая передача заднего моста автомобиля. Ось вращения вала двигателя большинства автомобилей составляет с осью вращения колес угол 90°. Для передачи механической энергии между валами с пересекающимися осями применяют коническую передачу.

3. Регулирование частоты вращения ведомого вала. С изменением частоты вращения изменяется и вращающий момент: меньшей частоте соответствует больший момент. Необходимость в большем моменте, например для автомобиля, возникает при трогании с места или движении на крутом подъеме; для токарного станка — при съеме стружки большой толщины. Для регулирования частоты вращения ведомого вала применяют коробки передач и вариаторы.

Коробки передач обеспечивают ступенчатое изменение частот; вращения ведомого вала в зависимости от числа ступеней и включенной ступени.

Вариаторы обеспечивают бесступенчатое в некотором диапазоне изменение частоты вращения ведомого вала.