7 Механизмы передачи вращательного движения

Для привода современных машин наиболее часто применяются двигатели с вращающимся ротором. Ведущими звеньями технологических машин также чаще всего являются вращающиеся звенья. Однако прямое соединение ротора с ведущим звеном обычно не производится, так как бывает необходимо преобразование (часто уменьшение) угловой скорости ротора двигателя. Это обьясняется тем, что угловая скорость ротора двигателя с целью повышения равномерности его вращения, а также уменьшения размеров и массы двигателя бывает значительно больше, чем максимальная, допускаемая технологическим процессом, который выполняет машина. По этой причине двигатель соединяют с технологической машиной через посредство механизма передачи вращательного движения (МПВД).

В технике используются МПВД фрикционные, с гибкой связью и другие, но наиболее широко распространены зубчатые, так как они обладают кинематической однозначностью и позволяют передавать большую мощность по сравнению с другими.

Эти механизмы позволяют передавать движение между валами, оси которых имеют различное взаимное расположение (паралельны, пересекаются, скрещиваются).

Важнейшей кинематической характеристикой МПВД является передаточное отношение.

Передаточным отношением от звена l к звену p U_l,p называется отношение угловой скорости звена l _l к угловой скорости звена p _p.

(7.1)

Угловая скорость звена , измеряемая в радианах в секунду, и частота вращения его n, измеряемая в оборотах в минуту, связаны прямой пропорциональной зависимостью

.

Поэтому

. (7.2)

Передаточным отношением связаны также угловые ускорения звеньев :

. (7.3)

Среднее значение передаточного отношения может быть вычислено через углы поворота звеньев :

(7.4)

Таким образом, передаточное отношение от одного звена к другому равно прямому отношению кинематических характеристик этих звеньев.

Уравнения (7.1), (7.2), (7.3) ,(7.4) являются универсальными в том смысле, что область их правильного применения не ограничена никакими требованиями (напр., требованием непосредственности контакта звеньев l и p, формой этих звеньев, требованием неподвижности их осей вращения).

Векторы угловых скоростей и направлены вдоль мгновенных осей вращения звеньев l и p и в общем случае могут иметь бесчисленное множество направлений (в пространственных механизмах). Если же оси вращения звеньев l и p параллельны, то либо направления _l и _p совпадают, либо они противоположны, т.е. возможны только два варианта, следовательно их можно учесть знаками «плюс» и «минус».

Условимся считать положительными угловые кинематические характеристики, если они направлены против направления хода часовой стрелки, в противном случае – отрицательными. Наблюдать вращение звеньев нужно со стороны привода, если известно его местоположение. В других случаях (на чертежах) – на виде вдоль осей вращения звеньев спереди или слева.

Таким образом, в случае параллельности осей вращения звеньев l и p передаточное отношение между ними есть величина алгебраическая. Если U_l,p  0, то направления вращения звеньев l и p совпадают и наоборот. Если U_l,p  0, то направление вращения звена l противоположно направлению вращения звена р и наоборот. Учитывать знак передаточного отношения нужно по той причине, что направления вращения звеньев часто не менее важны, чем модули их угловых скоростей.

Очевидно, что в случаях, когда оси вращения звеньев не параллельны, знак передаточного отношения между ними смысла не имеет.

В инженерной практике часто бывает невозможно определить передаточное отношение через кинематические характеристики в связи с тем, что не обе они известны. В таких случаях передаточное отношение определяют через геометрические характеристики звеньев (длины радиусов, числа зубьев и т. д.), которые обычно бывают известны, либо могут быть легко определены, например путем измерения.