Мультипликаторы

Механическими передачами называются механизмы, передающие энергию от двигателя к исполнительному органу машины, как правило, с преобразованием скоростей, сил и моментов, а иногда характера и закона движения. Механическая передача предназначается для согласования вида, параметров движения и расположения двигателя и исполнительного органа, когда скорости движения рабочих органов машины отличаются от скоростей стандартных двигателей, т. е. на рабочий орган необходимо передать больший или меньший, чем на валу двигателя, вращающий момент. В отдельных случаях необходимо также изменить пространственную ориентацию элементов передачи.

По способу передачи движения от ведущего звена к ведомому различают передачи:

трением — это фрикционные, с непосредственным контактом, и ременные — с гибкой связью;

зацеплением. Это зубчатые, червячные и винт—гайка — с непосредственным контактом и цепные — с гибкой связью. Зубчатые передачи бывают цилиндрические, конические, планетарные, волновые и др.

Зубчатые передачи всюду получили наибольшее распространение благодаря их достоинствам по сравнению с другими механическими передачами. Передача вращающего момента в зубчатой передаче осуществляется вследствие давления находящихся в зацеплении зубьев одного колеса на зубья другого.

Механические передачи различаются по взаимному расположению валов. Они могут быть с параллельными (у цилиндрических, цепных и ременных передач), пересекающимися (у конических передач) и со скрещивающимися (у червячных передач) осями. По характеру движения валов различают механизмы с неподвижными и подвижными осями валов у планетарных и волновых передач. В планетарных передачах движение колес-сателлитов, установленных на подвижных валах, похоже на движение планет.

Механические передачи по передаточному числу делят на:

с постоянным передаточным числом (редукторы, мультипликаторы);

с переменным передаточным числом — ступенчатые (коробки передач) и бесступенчатые (вариаторы). В ступенчато-регулируемых коробках передач настраивается ряд частот вращения выходного вала, а вариаторы позволяют плавно изменять передаточное отношение. В ряде конструкций механизмов предусматривается возможность фиксировать неподвижность выходного звена под нагрузкой или при отсутствии движения на входе. Такое свойство называется необратимостью движения, или самоторможением. Соответствующие устройства используются в грузоподъемных машинах.

В последнее время стало развиваться новое направление — мехатроника. В нем силовые механические узлы сочетаются с электрическими и электронными устройствами, обеспечивающими управление и связь между элементами всей системы. Электроника преобразует входной сигнал от системы управления, а силовая электроника выдает команды на исполнительный орган: электромеханический, гидравлический и др. Последние преобразуют поступающие сигналы в механическое движение. В таких системах целесообразно использовать готовые элементы в виде модулей. Применение мехатроники позволяет получить приводы малой массы с высокой точностью движения выходного звена и большим КПД. Такие устройства уже используются в робототехнике и на летательных аппаратах в системах управления полетом. Перспективно их применение и в других отраслях техники.

Устройство для приведения в действие машин и механизмов называется приводом. Он состоит из двигателя (источник энергии), передаточного механизма и системы управления (СУ), которая управляет работой привода и обычно включает электротехнические и электронные устройства. В дальнейшем будем рассматривать лишь две части привода — передаточный механизм с двигателем.

Мультипликатор (лат. multiplicare — множить, приумножать, увеличивать) — передаточный механизм, служащий для повышения частоты вращения, выполненный в виде отдельного агрегата. Этот механизм является промежуточным звеном между входным звеном — двигателем и выходным звеном — исполнительным органом, которым может быть колесо, рука робота, винт, шнек и др. Назначение мультипликатора такое же, как и у редуктора — обеспечить согласование параметров (кинематических, силовых и геометрических) между двигателем и исполнительным органом.

Конструкция мультипликатора аналогична конструкции редуктора. Здесь рассмотрим порядок расчета привода.

Исходные данные для расчета должны быть указаны в ТЗ (техническом задании). К ним относятся кинематическая схема, циклограмма нагружения (изменение нагрузки по времени), Т, ω — вращающий момент и угловая скорость (вместо ω можно задавать частоту вращения п) вала на выходе. В другом случае, если на выходе стоит передача, преобразующая вращательное движение в поступательное, например передача винт—гайка, то задают силу F и скорость v перемещения винта на выходе.

Порядок расчета привода

Выбор двигателя:

1. Определение мощности на выходе привода.

2. Расчет потребной мощности двигателя.

3. По каталогу выбирается двигатель, и находятся его характеристики.

Кинематический расчет передачи:

1. Определение приближенного значения общего передаточного числа и разбивка его по ступеням.

2. Выбор числа зубьев каждого колеса в паре.

3. Определение частоты вращения каждого вала.

Силовой расчет:

1. Вычисление номинального вращающего момента двигателя.

2. Определение расчетного вращающего момента на каждом валу.

Демультипликатор — дополнительная коробка передач, в которой поток мощности делится на две или три ветви. В ней больше зубчатых колёс, которые имеют меньшие размеры, а, следовательно, меньшие моменты инерции и окружные скорости. Такая конструкция повышает срок службы трансмиссии при большой передаваемой мощности.