Через что на колесо передается вращательное движение

Обработка дерева и металла

Общее понятие о передачах между валами

Между валами двигателя и рабочей машины, а также между органами самой машины устанавливают механизмы для включения и выключения, изменения скорости и направления движения, носящие общее название — передачи. Передачи вращательного движения широко применяются в механизмах и машинах. Они служат для изменения частоты и направления вращения, обеспечивают непрерывное и равномерное движение.

Вращательное движение в машинах и механизмах передается посредством гибких передач — ременных, цепных и через жесткие передачи — фрикционные, зубчатые. В ременных и фрикционных передачах используются силы трения, а в зубчатых и цепных — непосредственное механическое зацепление элементов передачи. Каждая из передач имеет ведущее звено, сообщающее движение, и ведомые звенья, через которые движение передается от данного механизма к другому, связанному с ним.

Важнейшей характеристикой передач вращательного движения является передаточное отношение, или передаточное число.

Отношение угловой скорости, частоты вращения (числа оборотов в минуту) и диаметров одного из валов к соответствующим величинам другого вала, участвующего в совместном вращении с первым валом, называется передаточным отношением, которое принято обозначать буквой и. Отношение частоты вращения ведущего вала к частоте вращения ведомого называют передаточным числом, которое показывает, во сколько раз ускоряется или замедляется движение.

Этот вид гибкой передачи наиболее распространен. По сравнению с другими видами механических передач, они позволяют наиболее просто и бесшумно передать крутящий момент от двигателя или промежуточного вала к рабочему органу станка в достаточно широком диапазоне скоростей и мощностей. Ремень охватывает два шкива, насаженных на валы. Нагрузка передается силами трения, возникающими между шкивом и ремнем вследствие натяжения последнего. Эти передачи бывают с плоским ремнем, с клиновым ремнем и круглым ремнем.

Различают ременные передачи: открытую, перекрестную и полуперекрестную.

В открытой передаче валы параллельны друг другу и шкивы вращаются в одном направлении. В перекрестной передаче валы расположены параллельно, но при этом ведущий шкив вращается, например, по часовой стрелке, а ведомый — против часовой стрелки, т. е. в обратном направлении полуперекрестную передачу применяют между валами, оси которых расположены в разных плоскостях под углом друг к другу.

В приводах машин применяются плоские ремни — кожаные, хлопчатобумажные цельнотканые, хлопчатобумажные шитые, тканые прорезиненные и клиновидные. Используются также шерстяные тканые ремни. В станках применяются главным образом ремни кожаные, прорезиненные и клиновидные. Для уменьшения скольжения ремня вследствие недостаточного трения из-за небольшого угла обхвата применяют натяжные ролики. Натяжной ролик представляет собой промежуточный шкив на шарнирно укрепленном рычаге. Под действием груза на длинном плече рычага ролик нажимает на ремень, натягивая его и увеличивая угол обхвата ремнем большого шкива.

Рис. 1. Передачи с плоским ремнем:
а — открытая: б — перекрестная, в — полуперекрестная, с — с натяжным роликом

Диаметр натяжного ролика не должен быть меньше диаметра малого шкива. Натяжной ролик следует устанавливать у ведомой ветви не слишком близко к шкивам.

Передача клиновыми (текстропными) ремнями широко распространены в промышленности, они просты и надежны в эксплуатации. Основное преимущество клиновых ремней — лучшее сцепление их по шкивом и относительно малое скольжение. Причем габариты передачи получаются значительно меньше по сравнению с плоскими ремнями.

Для передачи больших крутящих усилий применяют многоручьевые клиноременные приводы со шкивами обода, которые оснащены рядом канавок.

Клиновидные ремни нельзя удлинять или укорачивать, их применяют определенной длины.

ГОСТ предусматривает для клиноременных приводов общего назначения семь сечений клиновых ремней, имеющих обозначения О, А, Б, В, Г, Д и Е (О — самое малое сечение).

Номинальная длина клиновых ремней (длина по их внутреннему периметру) от 500 до 1400 мм. Угол натяжения ремня равен 40°.

Клиновидные ремни подбирают по сечению в зависимости от передаваемой мощности и предусматриваемой скорости вращения.

Передачи с широким клиновидным ремнем получают все большее распространение. Эти передачи дают возможность бесступенчато регулировать скорость вращения рабочего органа на ходу под нагрузкой, что позволяет установить оптимальный режим работы Наличие такой передачи в станке позволяет механизировать и автоматизировать процесс обработки.

На рис. 2, б показана передача с широким клиновидным ремнем, которая состоит из двух обособленных раздвижных ведущего и ведомого шкивов. Ведущий шкив при помощи ступицы закреплен консольно на валу электродвигателя. На ступице закреплен неподвижно конус. Подвижной конус закреплен на стакане, соединенном при помощи шлицев со ступицей, и прижат пружиной. Ведомый шкив также состоит из подвижного стакана и неподвижного, конусов со ступицей, соединенной с валом привода. Управление передачей осуществляется специальным устройством (на рисунке не показано) путем перемещения стакана подвижного ведомого конуса. При приближении конусов ремень удаляется от оси вращения шкива, одновременно приближаясь к оси вала. Ведущий шкив, преодолевая сопротивление пружины, изменяет передаточное отношение и частоту вращения ведомого шкива,

Рис. 2. Передачи с клиновидным ремнем:
а — нормального сечения, б — шариком

Для передачи вращательного движения между удаленными друг от друга валами применяется помимо ременной цепная передача Как показано на рис. 3, а, она представляет собой замкнутую металлическую шарнирую цепь, охватывающую два зубчатых колеса (звездочки). Цепь в отличие от ремня не проскальзывает, кроме того, ее можно применять в передачах также при малом расстоянии между валами и в передачах со значительным передаточным числом.

Рис. 3. Цепные передачи:
а — общий вид, б — однорядная роликовая цепь, в — замок, г — пластинчатая цепь; а-межосевое расстояние, Р — шаг цепи

Цепные передачи передают мощность от долей лошадиных сил (велосипедные цепи) до тысячи лошадиных сил (многорядные цепи повышенной прочности).

Цепи работают с большими скоростями, доходящими до 30 м/с, и передаточным числом и — 15. Коэффициент полезного действия цепных передач составляет в отдельных случаях 0,98.

Цепная передача состоит из двух звездочек — ведущей и ведомой, сидящих на валах, и бесконечной цепи, надетой на эти звездочки.

Из различных видов цепей наибольшее распространение имеют Цепи однорядные и многорядные роликовые и пластинчатые.

Роликовые цепи допускают наибольшую скорость до м/с, пластинчатые — до 30 м/с.

Роликовая цепь состоит из шарнирно соединенных пластинок, между которыми помещаются ролики, свободно вращающиеся на втулке. Втулка, запрессованная в отверстия внутренних пластинок, может поворачиваться на валике. Расстояние между осями двух соседних валиков или, иначе, шаг цепи должен равняться шагу звездочки. Под шагом звездочки понимают длину дуги, описанной по верху ее зубьев и ограниченной вертикальными осями симметрии двух смежных зубьев.

Валики плотно запрессовываются в отверстиях наружных пластинок. На одном из звеньев цепи делают замок из двух валиков, соединительной пластинки, изогнутой пластинки и шплинтов для крепления пластинок. Чтобы снять или установить цепь, ее размыкают, для чего сначала разбирают замок.

Пластинчатая цепь состоит из нескольких рядов пластин с зубцами, соединенных между собой втулками и шарнирно укрепленных на общих валиках.

В цепных передачах сохраняется постоянным передаточное число: кроме того, они очень прочны, что позволяет передавать большие усилия. В связи с этим цепные передачи применяют, например, в таких грузоподъемных механизмах, как тали и лебедки. Цепи большой длины используются в эскалаторах метро, конвейерах.

Во фрикционных передачах вращательное движение передается от ведущего к ведомому валу посредством плотно прижатых друг к другу гладких колес (дисков) цилиндрической или конической формы. Фрикционная передача применяется в лебедках, винтовых прессах, станках и ряде других машин.

Рис. 4. Фрикционные передачи:
а — с цилиндрическими колесами, б — с коническими колесами

Рис. 5. Одинарный торцовый вариатор

Чтобы фрикционная передача работала без скольжения и таким образом обеспечивала необходимую величину силы трения (сцепления) Т, поверхность ведомого колеса покрывают кожей, резиной, прессованной бумагой, древесиной или другим материалом, который может создать надлежащее сцепление со стальным или чугунным ведущим колесом.

Во фрикционных передачах применяют цилиндрические колеса для передачи движения между валами, расположенными параллельно, а конические — между пересекающимися валами.

В оборудовании находят применение фрикционные передачи с регулируемым передаточным числом. Одна из простейших таких передач показана на рис. 5.

Для изменения передаточного числа они оснащены устройствами, перемещающими одно из колес (дисков) вдоль вала и в соответствующем месте его закрепляющими. Уменьшение таким устройством диаметра D ведомого колеса до рабочего диаметра D, обеспечивающее увеличение частоты вращения ведомого колеса. В результате уменьшается передаточное число По мере удаления ведущего колеса от оси ведомого передаточное число, наоборот, увеличивается. Такое плавное регулирование скорости называется беоступенчатым, а устройство, осуществляющее регулирование — ваумаюром скоростей.

Зубчатые передачи имеются почти во всех сборочных единицах промышленного оборудования. С их помощью изменяют по величине и направлению скорости движущихся частей станков, передают от одного вала к другому усилия и крутящие моменты, а также преобразуют их.

В зубчатой передаче движение передается с помощью пары зубчатых колес. В практике меньшее зубчатое колесо принято называть шестерней, а большее — колесом. Термин «зубчатое колесо» относится как к шестерне, так и к колесу.

В зависимости от взаимного расположения геометрических осей валов зубчатые передачи бывают: цилиндрические, конические и винтовые. Зубчатые колеса для промышленного оборудования изготовляют с прямыми, косыми и угловыми (шевронными) зубьями.

По профилю зубьев зубчатые передачи различают: эвольвентные, с зацеплением Новикова и циклоидальные. В машиностроении широко применяют эвольвентное зацепление. Принципиально новое зацепление М. А. Новикова возможно лишь в косых зубьях и благодаря высокой несущей способности является перспективным. Циклоидальное зацепление используется в приборах и часах.

Цилиндрические зубчатые колеса с прямым зубом служат в передачах с параллельно расположенными осями валов и монтируются на последних неподвижно или подвижно.

Косозубые колеса монтируют на валах только неподвижно. Работа косозубых колес сопровождается осевым давлением, а потому они пригодны для передачи лишь сравнительно небольших мощностей. Осевое давление можно устранить, соединив два косозубых колеса с одинаковыми, но направленными в разные стороны зубьями. Так получают шевронное колесо, которое монтируют, обращая вершину угла зубьев в сторону вращения колеса. На специальных станках шевронные колеса изготовляют целыми из одной заготовки.

Шевронные колеса отличаются большой прочностью, их применяют для передачи больших мощностей в условиях, когда зубчатое зацепление испытывает во время работы толчки и удары. Эти колеса также устанавливают на валах неподвижно.

Рис. 6. Зубчатые зацепления:
а — цилиндрическое с прямым зубом, б — то же, с косым зубом, е — с шевронными зубьями, г — коническое, д—колесо—рейка, е — червячное, ж —с круговым зубом

Конические зубчатые передачи различают по форме зубьев: прямозубые, косозубые и круговые.

На рис. 6, г показаны конические прямозубые, а на рис. 6, ж круговые зубчатые колеса. Их назначение — передача вращения между валами, оси которых пересекаются.

Конические зубчатые колеса с круговым зубом применяются в передачах, где требуется особая плавность и бесшумность движения.

На рис. 6, д изображены зубчатое колесо и рейка. В этой передаче вращательное движение колеса преобразуется в прямолинейное движение рейки.

Зубчатая передача с зацеплением Новикова. Эвольвентное зацепление является линейчатым, так как контакт зубьев практически происходит по узкой площадке, расположенной вдоль зуба, почему контактная прочность этого зацепления сравнительно невысока.

В зацеплении Новикова линия контакта зубьев обращается в точку и зубья касаются только в момент прохождения профилей через эту точку, а непрерывность передачи движения обеспечивается винтовой формой зубьев. Поэтому данное зацепление может быть только косозубым е углом наклона f = 10—30°. При взаимном перекатывании зубьев контактная площадка перемещается вдоль зуба о большой скоростью, что создает благоприятные условия для образования устойчивого масляного слоя между зубьями, благодаря чему трение в передаче уменьшается почти в два раза, соответственно повышается несущая способность зубьев.

Существенным недостатком рассмотренного зацепления является повышенная чувствительность к изменению межосевого расстояния и значительным колебаниям нагрузок.

Основные характеристики зубчатых колес. В каждом зубчатом колесе различают три окружности (делительную окружность, окружность выступов, окружность впадин) и, следовательно, три соответствующих им диаметра.

Делительная, или начальная, окружность делит зуб по высоте на две неравные части: верхнюю, называемую головкой зуба, и нижнюю, называемую ножкой зуба. Высоту головки зуба принято обозначать ha, высоту ножки— hf, а диаметр окружности — d.

Окружность выступов — это окружность, ограничивающая сверху профили зубьев колеса. Обозначают ее da.

Окружность впадин проходит по основанию впадин зубьев: диаметр этой окружности обозначают df.

Рис. 7. Схема движения контактной площадки и основные элементы зубчатого колеса:
а — эвольвентное зацепление, б — зацепление Новикова, в — основные злементы зубчатого колеса

Необходимо отметить, что в таблице не приведены характеристики широко применяемых корригированных зубчатых колес, у которых относительные размеры зуба и другие показатели иные, чем вытекающие из приведенных формул, а также колеса, в основе размеров элементов которых лежит двойной модуль.

Тихоходные зубчатые колеся изготовляют из чугуна или углеродистой стали, быстроходные — из легированной стали. После нарезания зубьев на зуборезных стенках зубчатые колеса подвергают термической обработке, чтобы увеличить их прочность и повысить стойкость против износа У колес из углеродистой стали поверхность зубьев улучшают химико-термическим способом — цементацией и потом закаливанием. Зубья быстроходных колес после термической обработки шлифуют или притирают. Применяется также поверхностная закалка токами высокой частоты.

Чтобы зацепление было плавным и бесшумным, одно из двух колес в зубчатых парах в отдельных случаях, когда это позволяет нагрузка, выполняют из текстолита, древеснослоистого пластика ДСП -Г или капрона.

Для облегчения зацепления зубчатых колес при включении посредством перемещения по валу, торцы зубьев со стороны включения закругляют.

Червячные передачи. Червячные передачи позволяют получить малые передаточные числа, что делает их применение целесообразным в случаях, когда требуются небольшие частоты вращения ведомого вала. Имеет существенное значение и то, что червячные пере-

Дачи занимают меньше места, чем зубчатые. Червячная передача состоит из червяка, насаживаемого на ведущий вал или изготовляемого заодно с ним, и червячного колеса, закрепляемого на ведомом валу. Червяк представляет собой винт с трапецеидальной резьбой Червячное колесо имеет вогнутые по длине винтовые зубья.

По числу зубьев различают червяки однозаходные, двухзаходные и т. д. Однозаходный червяк за один оборот поворачивает колесо на один зуб, двухзаходный червяк — на два и г. д.

Недостатком червячных передач являются большие потери передаваемой мощности на трение. Для уменьшения потерь червяк изготовляют из стали и его поверхность после закалки шлифуют, а червячное колесо изготовляют из бронзы. При таком сочетании материалов трение уменьшается, следовательно, меньше становятся потери мощности; кроме того, уменьшается износ детали.

Из бронзы в целях экономии обычно делают не все червячное колесо, а только обод, надеваемый затем на стальную ступицу.

Передача – устройство, главная функция которого передача энергии на расстояние, в зависимости от способа передачи энергии, они могут быть: механические, электрические, пневматические, гидравлические. В курсе деталей машин мы будем изучать только механические передачи вращательного движения.

Механической передачей называется механизм, который преобразует параметры движения источника энергии (двигателя) при передаче исполнительным органам, в этом случае передача осуществляет согласование параметров движения двигателя и исполнительного рабочего органа.

Передачи вращательного движения по способу соединения тел вращения бывают: 1) передачи с контактом тел вращения – зубчатые, червячные, фрикционные, винтовые, 2) передачи гибкой связью – ремённые и цепные; по способу передачи движения – передачи с зацеплением (зубчатые, червячные, цепные), трением – ременные и фрикционные.

3.10.1. Кинематические и силовые параметры передач

Это параметры, характеризующие вращательное движение элементов передач:

1) Частота вращения, n (об/мин), выражается через угловую скорость (рад/с):

, (3.14)

2) Крутящий момент на валу T, Нм

3) Окружная скорость (Н) – сила вызывающая вращение тел или сопротивление вращению и направленная по касательной к траектории точки ее приложения.

, (3.15)

4) Мощность на валу, Р, Вт:

; (3.16)

. (3.17)

3.10.2. Передаточное отношение и КПД механизма

Отношение угловых скоростей ведущих и ведомых тел называется передаточным отношением.

. (3.18)

Для одноступенчатого редуктора:

, (3.19)

Передаточное отношение привода состоящего из нескольких передач, расположенных последовательно, равно произведению передаточных чисел всех его передач.

, (3.20)

где n – число передач, входящих в привод.

КПД привода равен отношению мощности на ведомом и ведущем валах:

, (3.21)

В общем случае КПД привода состоящего из нескольких передач равен произведению КПД передач входящих в привод:

. (3.22)

3.10.3. Ременные и цепные передачи

Передача вращения посредством ремня, надетого на шкивы, называется ременной передачей (Рис. 3.18).

Рис. 3.18. Ременные передачи

Ременные передачи применяют преимущественно в тех случаях, когда по условиям конструкции валы расположены на значительных расстояниях или высокие скорости не позволяют применять другие виды передач.

Ременные передачи бывают: По форме поперечного сечения ремня: плоскоременные (а), клиноременные (б), круглоременные (г) а также передачи с зубчатыми ремнями (в, д, е) (Рис. 3.19).

Рис. 3.19. Формы поперечного сечения ремней

Плоскоременные передачи более простые по конструкции, однако, клиноременные обладают большей нагрузочной способностью.

Ременные передачи по расположению осей валов подразделяются:

1) Открытыми с параллельно расположенными осями валов и вращением шкивов в одном направлении, 2) перекрестные, с параллельными осями валов и вращением шкивов в противоположных направлениях, 3) полуперекрестные со скрещивающими осями валов, 4) угловые со скрещивающимися или пересекающимися осями валов.

По способу натяжения ремня: с периодическим натяжением (перемещением опоры шкива); с автоматическим натяжением (натяжным роликам).

Преимущества ременных передач: 1) возможность больших межосевых расстояний, 2) плавность работы, гашение ударов за счет эластичности ремня и возможности проскальзывания, 3) простота конструкции и эксплуатации, 4) возможность передачи большого диапазона мощностей и скоростей, 5) относительно высокий КПД.

Недостатки: 1) относительно большие размеры передачи, 2) непостоянство передаточного отношения вследствие проскальзывания, 3) повышенная нагрузка на валы от натяжения ремня, 5) не долговечность ремней в среднем 2-3 тысячи часов работы.

Материал ремней: материал ремня должен обеспечивать надежность сцепления со шкивами и достаточную долговечность. Самые распространенные – резинотканевые ремни, кожаные, хлопчатобумажные цельнотканые, полимерные.

Клиновые ремни наиболее распространены и имеют трапециидальное сечение и выпускается 2-х типов: корд-шнуровые (а) и корд-тканевые (б) (Рис. 3.20). Корд шнуровые ремни более гибкие и долговечные поэтому применяются для более сложных условий работы.

Рис. 3.20. Типы клиновых ремней

3.10.4. Расчет и проектирование ременных передач

Основными критериями работоспособности ременных передач являются: тяговая способность, определяемая силой трения между ремнем и шкивом; долговечность ремня, которая в условиях нормальной эксплуатации ограничивается разрушением от усталости (Рис. 3.21).

Геометрические параметры ременных передач: а_w – межосевое расстояние передачи, d ₁ и d₂ – диаметры ведущего и ведомого шкивов, α₁, α₂ – угол обхвата ведущего и ведомого шкивов.

1) Передаточное отношение передачи:

. (3.23)

Рис. 2.21. Схема ременной передачи

С учетом скольжения ремня:

. (3.24)

где ξ(дзетта) – коэффициент скольжения ремня ξ = 0,01…0,02.

Передаточное отношение ременной передачи обычно не превышает шести;

2) Скорость ремня

. (3.25)

3) Угол обхвата меньшего шкива

. (3.26)

. (3.27)

3.10.5. Силовые взаимодействия в ременной передаче

Окружная сила ременной передачи:

, (3.28)

где F₁ – натяжение ведущей ветви,

F₂ – натяжение ведомой ветви.

Р₁ – мощность на ведомом шкиву,

V – скорость ремня,

к_g – коэффициент динамической нагрузки.

Окружная скорость равна:

, (3.29)

Сила начального натяжения:

, (3.30)

где А – площадь поперечного сечения ремня,

σ — начальное напряжение в ремне.

, (3.31)

Решая совместно выражения (3.30) и (3.31) получим:

; (3.32)

. (3.33)

Уравнения (3.32, 3.33) представляют систему 2-х уравнений с тремя неизвестными, для его решения Эйлером было получено уравнение, представляющее собой зависимость между силой трения ремня о шкив и тяговой способностью передачи:

, (3.34)

где е = 2,71, f – коэффициент трения ремня о шкив, α — угол обхвата шкива ремнем.

Решая совместно уравнения (3.30) и (3.34) получим выражения:

, (3.35)

, (3.36)

. (3.37)

Формулы (3.36 и 3.37) устанавливают связь сил натяжения ветвей работающей передачи с величиной нагрузки F_t и факторами трения (f и α). Они позволяют также определить минимально необходимую величину предварительного натяжения ремня F , при которой еще возможна передача заданной нагрузки F_t:

Если: , (3.38)

то в передаче начнется буксование ремня.

Тяговая способность передачи характеризуется величиной максимально допустимой окружной силы F_t или полезного напряжения σ_F,учитывая формулы (3.34-3.36), можно сделать вывод, что допустимое по условию отсутствия буксования напряжение возрастает с увеличением напряжения от предварительного натяжения σ:

. (3.39)

Практика показывает, что происходит значительное снижение долговечности ремня с увеличением σ.

Силы натяжения ветвей ремня передаются на валы и опоры. Равнодействующая нагрузку можно определить по формуле:

. (3.40)

Обычно R в два, три раза больше окружной силы F_t.

Механической передачей называют устройство для передачи механического движения от двигателя к исполнительным органам машины. Может осуществляться с изменением значения и направления скорости движения, с преобразованием вида движения. Необходимость применения таких устройств обусловлена нецелесообразностью, а иногда и невозможностью непосредственного соединения рабочего органа машины с валом двигателя. Механизмы вращательного движения позволяют осуществить непрерывное и равномерное движение с наименьшими потерями энергии на преодоление трения и наименьшими инерционными нагрузками.

Механические передачи вращательного движения делятся:
— по способу передачи движения от ведущего звена к ведомому на передачи трением (фрикционные, ременные) и зацеплением (цепные, зубчатые, червячные)
— по соотношению скоростей ведущего и ведомого звеньев на замедляющие (редукторы) и ускоряющие (мультипликаторы);
— по взаимному расположению осей ведущего и ведомого валов на передачи с параллельными, пресекающимися и перекрещивающимися осями валов.

Замедляющие передачи получили большее распространение по сравнению с ускоряющими. Это объясняется тем, что скорости вращения валов двигателей различного вида, как правило, значительно выше скоростей валов рабочих машин. Более быстроходные двигатели имеют меньшие размеры по сравнению с тихоходными двигателями той же мощности, так как с увеличением частоты вращения уменьшаются силы и моменты, действующие на детали двигателя. Например, передавать вращение от быстроходной газовой турбины на вал несущего винта вертолета через специальную замедляющую зубчатую передачу (редуктор) значительно выгоднее, чем применять имеющий большие габаритные размеры и массу тихоходный двигатель, вал которого соединялся бы непосредственно с винтом. Из всех типов передач наиболее распространенными являются зубчатые.

В каждой передаче различают два основных вала: входной и выходной, или ведущий и ведомый. Между этими валами в многоступенчатых передачах располагаются промежуточные валы.

Основные характеристики передач:
мощность Р1 на входе и Р2 на выходе, Вт; мощность может быть выражена через окружную силу Ft (Н) и окружную скорость V (м/с) колеса, шкива, барабана и т.п.:
Р = Ft×V;
быстроходность, выражающаяся частотой вращения n1 на входе и n2 на выходе, мин–1, или угловыми скоростями ω1 и ω2 , с-1;
передаточное отношение – отношение угловой скорости ведущего звена к угловой скорости ведомого звена:

при u > 1, n1 > n2 – передача понижающая, или редуктор,
при u 30.

Волновые механические передачи

Волновая передача основана на принципе преобразования параметров движения за счет волнового деформирования гибкого звена механизма. Впервые такая передача была запатентована в США инженером Массером. [3]
Волновые зубчатые передачи (рис. 2.14) являются разновидностью планетарных передач, у которых одно из колес гибкое.
Волновая передача включает в себя жесткое зубчатое колесо b с внутренними зубьями и вращающееся гибкое колесо g c наружными зубьями. Гибкое колесо входит в зацепление с жестким в двух зонах с помощью генератора волн (например, водила h с двумя роликами), который соединяют с корпусом передачи b.

Рис. 2.14. Волновая зубчатая передача

Гибкое зубчатое колесо представляет собой гибкий цилиндр, один конец которого соединен с валом и сохраняет цилиндрическую форму, а другой конец имеет зубья. Генератор волн служит для образования и движения волны деформации на гибком зубчатом колесе.
Генераторы волн бывают механические, пневматические, гидравлические, электромагнитные. Механические генераторы могут быть двухроликовыми, четырехроликовыми, дисковыми, кольцевыми и кулачковыми. Генератор волн может располагаться внутри гибкого колеса или вне его. Число волн – любое.

К основным достоинствам волновых передач по сравнению с зубчатыми передачами следует отнести:
— их меньшие массу и габариты;
— кинематическую точность;
— высокую демпфирующую способность;
— обеспечение больших передаточных отношений в одной ступени (50…300);
— возможность передачи движения в герметизированное пространство без применения уплотнений.

Недостатки:
— сложность конструкции;
— ограничение скорости вращения ведущего вала генератора волн при больших диаметрах колес;
— повышенные потери мощности на трение и на деформацию гибкого колеса (КПД составляет 0,7-0,85 при U = 80-250).
Волновые передачи применяют в приводах для передачи движения в герметизированное пространство в химической, атомной и космической технике; в силовых и кинематических приводах общего назначения с большим передаточным отношением; в исполнительных малоинерционных быстродействующих механизмах систем автоматического регулирования и управления; в механизмах отсчетных устройств повышенной кинематической точности.

Фрикционные передачи

Передачи, работа которых основана на использовании сил трения, возникающих между рабочими поверхностями двух прижатых друг к другу тел вращения, называют фрикционными передачами.
Для нормальной работы передачи необходимо, чтобы сила трения Fтр была больше окружной силы Ft, определяющей заданный вращающий момент: Ft Область применения.
Фрикционные передачи с постоянным передаточным отношением применяют сравнительно редко. Их область ограничивается преимущественно кинематическими цепями приборов, от которых требуется плавность движения, бесшумность работы, безударное включение на ходу и т.п.
Фрикционные вариаторы применяют достаточно широко для обеспечения бесступенчатого регулирования скорости в станкостроении, текстильных, бумагоделательных и других машинах и приборах. В авиастроении фрикционные передачи не применяются. Диапазон передаваемых мощностей обычно находится в пределах до 10 кВт, так как при больших мощностях трудно обеспечить необходимое усилие прижатия катков.

Способы прижатия катков.
Существует два вида прижатия катков: с постоянной силой, которую определяют по максимальной нагрузке передачи; с регулируемой силой, которая автоматически изменяется с изменением нагрузки. Лучшие показатели получают при саморегулируемом прижатии.

Способ прижатия катков оказывает большое влияние на качественные характеристики передачи: КПД, постоянство передаточного отношения, контактную прочность и износ катков.

Скольжение в передаче.
Различают три вида скольжения: буксование, упругое скольжение и геометрическое скольжение.
Буксование наступает при перегрузках элементов передачи. При этом ведомый каток останавливается, а ведущий скользит по нему, что приводит к интенсивному местному изнашиванию или задиру на ведомом катке.

Упругое скольжение характерно для нормально работающей передачи. Участки поверхности ведущего катка подходят к площадке контакта сжатыми, а отходят растянутыми. На ведомом катке наблюдается обратная картина. Касание сжатых и растянутых волокон катков приводит к их упругому скольжению, что вызывает отставание ведомого катка от ведущего.

Геометрическое скольжение связано с тем, что окружные скорости вращения ведущего и ведомого катков на площадке их контакта различны. Например, в лобовом вариаторе (см. рис. 2.15, б) окружная скорость V2 меняется с изменением R, а скорость V1 на этой площадке постоянна. Геометрическое скольжение является основной причиной изнашивания рабочих поверхностей элементов фрикционных передач.

Ременные передачи

Ременная передача состоит из двух шкивов, закрепленных на валах, и охватывающего их ремня. Ремень надет на шкивы с определенным натяжением, обеспечивающим трение между ремнем и шкивами, достаточное для передачи мощности от ведущего шкива к ведомому.
В зависимости от формы поперечного сечения ремня различают: плоскоременную, клиноременную и круглоременную (рис. 2.16, а – в) передачи.

Рис. 2.16. Ременные передачи

Сравнивая ременную передачу с зубчатой можно отметить следующие преимущества:
— возможность передачи движения на значительное расстояние (до 15 м и более);
— плавность и бесшумность работы, обусловленные эластичностью ремня и позволяющие работать при высоких скоростях;
— способность выдерживать перегрузки (до трех сотен процентов) благодаря увеличению скольжения ремня;
— невысокая стоимость;
— простота обслуживания и ремонта.

Основными недостатками ременной передачи являются:
— непостоянство передаточного отношения из-за скольжения ремня на шкивах;
— значительные габаритные размеры при больших мощностях (для одинаковых условий диаметры шкивов примерно в 5 раз больше диаметров зубчатых колес);
— большое давление на шкивы в результате натяжения ремня;
— низкая долговечность ремней (от 1000 до 5000 ч).

Ременные передачи применяют преимущественно в тех случаях, когда по условиям конструкции валы расположены на значительных расстояниях. Мощность современных передач не превышает 50 кВт.
В многоступенчатых приводах ременную передачу применяют обычно в качестве быстроходной ступени, устанавливая ведущий шкив на валу двигателя. В таком случае габариты и масса передачи будут наименьшими.

Критерии работоспособности и расчета.
Опыт эксплуатации передач в различных машинах и механизмах показал, что работоспособность передач ограничивается преимущественно тяговой способностью, определяемой силой трения между ремнем и шкивом, долговечностью ремня, которая в условиях нормальной эксплуатации ограничивается разрушением ремня от усталости.

Цепные передачи

Цепная передача состоит из двух колес с зубьями (звездочек) и охватывающей их цепи. Наиболее распространены передачи с втулочно-роликовой цепью (рис. 2.19, а) и зубчатой цепью (рис. 2.19, б). Цепные передачи применяются для передачи средних мощностей (не более 150 кВт) между параллельными валами в случаях, когда межосевые расстояния велики для зубчатых передач.

Преимуществами цепных передач являются:
— отсутствие проскальзывания;
— достаточная быстроходность (20-30 м/с);
— сравнительно большое передаточное число (7 и более);
— высокий КПД;
— возможность передачи движения от одной цепи нескольким звездочкам;
— небольшая нагрузка на валы, т.к. цепная передача не нуждается в предварительном натяжении цепи необходимом для ременной передачи.

Недостатками цепных передач являются:
— вытяжка цепей вследствие износа шарниров;
— более высокая стоимость передачи по сравнению с ременной;
— необходимость регулярной смазки;
— значительный шум.

По назначению цепи подразделяют на приводные, используемые в приводах машин; тяговые, применяемые в качестве тягового органа в конвейерах, и грузовые, используемые в грузоподъемных машинах для подъема грузов.
Цепные передачи применяются, например, для управления рулем направления самолета (рис. 2.20), для привода механизма отклонения триммера руля высоты.
Звездочки. По конструкции звездочки похожи на зубчатые колеса. Делительная окружность звездочки проходит через центры шарниров цепи. Профилирование их зубьев выполняют по стандарту. Ширина b зубчатого венца звездочки принимается несколько меньшей расстояния между внутренними пластинками. Звездочки больших размеров выполняют составными.

Передача винт-гайка

Передача винт-гайка служит для преобразования вращательного движения в поступательное. Широкое применение таких передач определяется тем, что при простой и компактной конструкции удается осуществить медленные и точные перемещения.
В авиастроении передача винт-гайка используется в механизмах управления самолетом: для перемещения взлетно-посадочных закрылков, для управления триммерами, поворотными стабилизаторами и др.
К преимуществам передачи относятся простота и компактность конструкции, большой выигрыш в силе, точность перемещений.
Недостатком передачи является большая потеря на трение и связанный с этим малый КПД.

Рис. 2.22. Передачи винт-гайка

В винтовой передаче вращение винта 1 вызывает поступательное перемещение гайки 2 (рис. 2.22, а), а вращение гайки 2 приводит к поступательному перемещению винта 1 (рис. 2.22, б).

Передаточное отношение.
В винтовых механизмах винт или гайка приводится в движение с помощью маховика, шестерни и др. Передаточное отношение для этих передач можно условно выразить соотношением окружного перемещения маховика Sм к перемещению гайки (винта) Sr:
i = Sм / Sr = π dм / p1 (2.65), где dм – диаметр маховика (шестерни и т.п.); р1 – ход винта.
Зависимость между окружной силой Ft на маховике и осевой силой Fa на гайке запишем в виде:
Ft = Fa i η (2.66), где η – КПД винтовой пары.

Рычажные механизмы

Механизмы, в которые входят жесткие звенья, соединенные между собой кинематическими парами пятого класса, называют рычажными механизмами.
В кинематических парах таких механизмов давление и интенсивность изнашивания звеньев меньше, чем в высших кинематических парах.
Среди разнообразных рычажных механизмов наиболее распространенными являются плоские четырехзвенные механизмы. Они могут иметь четыре шарнира (шарнирные четырехзвенники), три шарнира и одну поступательную пару или два шарнира и две поступательные пары. Их используют для воспроизведения заданной траектории выходных звеньев механизмов, преобразования движения, передачи движения с переменным передаточным отношением.
Под передаточным отношением рычажного механизма понимают отношение угловых скоростей основных звеньев, если они совершают вращательные движения, или отношение линейных скоростей центра пальца кривошипа и выходного звена, если оно совершает поступательное движение.

Кривошипно-ползунный механизм. Этот механизм имеет самое широкое применение в машиностроении и используется в двигателях внутреннего сгорания, станках, компрессорах, поршневых насосах, прессах, а также при механизации и автоматизации как основных, так и вспомогательных операций технологического процесса.
Из рис. 2.24 видно, что
(2.69)

Рис. 2.24. Кривошипно-ползунный механизм

Кулачковые механизмы

Кулачковые механизмы (рис. 2.26) по широте применения уступают только зубчатым передачам. Их используют в станках и прессах, двигателях внутреннего сгорания, машинах текстильной, пищевой и полиграфической промышленности. В этих машинах они выполняют функции подвода и отвода инструмента, подачи и зажима материала в станках, выталкивания, поворота, перемещения изделий и др.

Кулачковые механизмы имеют ряд преимуществ:
— возможность воспроизведения почти любого закона движения ведомого звена;
— простота согласования работы нескольких механизмов в машинах-автоматах;
— надежность в работе и компактность.

К недостаткам этих механизмов следует отнести относительно быстрое изнашивание соприкасающихся поверхностей, которое обусловлено ускоренным движением толкателя, отсутствием смазки, а также наличием вибрации, которая возрастает с увеличением частоты вращения кулачка.

Классификация механизмов.
По характеру движения механизмы подразделяют на пространственные и плоские. В зависимости от вида движения кулачка механизмы подразделяют на поступательные (рис. 2.26, г, д), вращательные (рис. 2.26, а, б, в) и качающиеся. По взаимному расположению кулачка и толкателя механизмы называют центральными и дезаксиальными (нецентральными). По типу замыкания высшей кинематической пары их подразделяют на пары с кинематическим и силовым замыканием.

Рис. 2.26. Кулачковые механизмы:
а, б, в – дисковые; г, д – плоские с поступательным перемещением кулачка; е – гиперболоидные

Силовое замыкание происходит под действием пружины, силы тяжести груза либо реализуется гидравлическим или пневматическим способом. Оно характерно преимущественно для механизмов, работающих с небольшими скоростями звеньев.