Механическая передача

Механическая  передача – механизм, превращающий кинематические (n) и энергетические параметры (P) двигателя в необходимые параметры движения рабочих органов машин и предназначенный для согласования режима работы двигателя с режимом работы исполнительных органов. 

Двигатели работают в узком  диапазоне частот вращения и моментов, рабочие машины - в широком.

Типы механических передач.

• зубчатые передачи (цилиндрические, конические),
• винтовые (винтовые, червячные, гипоидные),
• с гибкими элементами (ременные, цепные),
• фрикционные (за счет трения, применяются при плохих условиях работы).

 

     По способу передачи движения:

• движение с вала на вал передается за счет сил трения (фрикционные, ременные, червячные),
• движение передается зацеплением (зубчатые, цепные, винтовые, с зубчатыми ремнями, червячные).

Основные и производные  параметры механические передач

Независимо от типа и конструкции  в любой механической передаче можно  выделить два вала, называемые в  направлении передачи мощности входным (ведущим) и выходным (ведомым) 

Основные параметры –  параметры входного и выходного  валов – мощность P (кВт) и частота  вращения  n (мин-1). 

Производные параметры:

• передаточное число               
• коэффициент полезного действия                   
• угловая скорость вращения вала,  рад/с                   
• крутящий момент, Н•м                

 

 В зависимости от соотношения параметров входного и выходного валов  передачи делятся:

• на редукторы (понижающие передачи) – от входного вала к выходному уменьшают частоту вращения (n1 > n2) и увеличивают крутящий момент (Т1 < Т2);
• на мультипликаторы (повышающие передачи) – от входного вала к выходному увеличивают частоту вращения (n1 < n2) и уменьшают крутящий момент (Т1 > Т2).

Ременные  передачи 

 Ременная передача  состоит из двух шкивов, закрепленных  на валах, и ремня, охватывающего  эти шкивы. Нагрузки передается  за  счет сил трения, возникающих между шкивами и ремнем вследствие натяжения последнего. 

В зависимости от формы  поперечного перереза ремня различают  передачи:

• плоскоременную;
• клиноременную;
• круглоременную.

 

 Наиболее  широкое применение получили клиноременные  передачи, вследствие увеличения тяговой  способности вследствие повышения  зацепление со шкивом (приблизительно в 3 раза). Наибольшее преимущество наблюдается  в передачах с зубчатыми (поликлиновами) ремнями.

Преимущества:

• возможность передачи движения на значительные расстояния (до 15 м и более);
• плавность и бесшумность работы;
• защита механизмов от колебаний нагрузки вследствие упругости ремня;
• защита механизмов от перегрузки за счет возможного проскальзывания ремня;
• простота конструкции и эксплуатации (передача не требует смазки).

Недостатки:

• повышенные габариты (при равных условиях диаметры шкивов в 5 раз больше диаметров зубчатых  колес);
• непостоянство передаточного отношения вследствие проскальзывание ремня;
• повышенная нагрузка на валы и их опоры, связанное с большим предварительным натяжением ремня (в 2-3 раза больше, чем у зубчатых передач);
• низкая долговечность ремней (1000-5000 часов).

В ременных передачах имеют  место два вида скольжения:

• упругое скольжение, существующее при любой нагрузке;
• буксование,  возникающее при перегрузке.

 

 Упругое скольжение является причиной непостоянства  передаточного отношения и увеличения затрат на трение. 

Критерии  трудоспособности и расчета ременных передач:

1. тяговая способность, обусловленная силой трения между ремнем и шкивом;
2. долговечность ремня, который ограничивается разрушением ремня от усталости.

 

 Для обеспечения тяговой способности  необходимо предварительное натяжение  ремня, которое на практике  приводит к снижению долговечности ремня, зависящей также от характера и частоты цикла изменения напряжений (частоты пробегов ремня).

Зубчатые передачи.

Преимущества:

1. Компактность.
2. Возможность передавать большие мощности (до 1000 квт).
3. Наибольшие скорости вращения (до 30 м/с).
4. Постоянство передаточного отношения.
5. Наибольший ККД (0,98..0,99 в одной ступени).

Недостатки:

1. сложность передачи движения на значительные расстояния;
2. жесткость передачи;
3. шум во время работы;
4. необходимость в смазке.

Классификация. 
По расположению валов:

• с параллельными осями (цилиндрические с внутренним и внешним зацеплениям),
• с пересекающимися осями (конические),
• с перекрестными осями (винту, гипоидные, червячные, колесо-рельс).

Пары зубчатых колес образовывают степень (модуль одинаковый для обеих  колес).

Ведущее колесо     – шестерня 1. 
Ведомое  – колесо 2 

Для ЗП характерное значение передаточного числа u в одной  ступени. Поэтому для реализации больших передаточных чисел  чаще всего используют многоступенчатые зубчатые редукторы. Они размещаются в отдельном корпусе и выполняются как самостоятельные изделия. Серийное изготовление на заводах разрешает получать широкую номенклатуру  редукторов, которые применяются в поводах общего машиностроительного  назначения.  

Цилиндрические  передачи 

Цилиндрические зубчатые колеса бывают с внешним и внутренним зацеплением. В зависимости от угла наклона зубьев выполняют прямозубые и косозубые колеса. Косозубые  цилиндрические передачи нарезаются тем  же  режущим инструментом, на тех же станках, по такой же технологии, что и прямозубые. При этом заготовку поворачивают на угол, поэтому зубья располагаются  не по образующей делительного цилиндра, а под углом к ней.  

С увеличением угла β повышается прочность косозубых передач. Вследствие наклона зубьев, получается как-бы колесо больших размеров, или при той же нагрузке уменьшаются габариты передачи. Поэтому в современных передачах косозубые колеса получили преобладающее распространение.  

В отличие от прямых, в  которых нагрузка на зубья прикладывается мгновенно, косые зубья входят у  зацепление не сразу по всей длине, а постепенно. Косозубое колесо не имеет  зоны однопарного зацепления. Это определяет плавность работы косозубого зацепления, снижение шума и дополнительных динамических нагрузок по сравнению с прямозубым зацеплением. 

Однако, в косозубых передачах  появляется дополнительная осевая сила, направленная вдоль оси вала и  создающая дополнительную нагрузку на опоры. Для уменьшения этой силы ограничивают угол наклона  8...20⁰, применяют редукторы с раздвоенной ступенью. Этот недостаток исключен в шевронной передаче.

Конические  передачи  

Конические зубчатые передачи применяют в тех случаях, когда  оси валов пересекаются под некоторым  углом, чаще всего 90⁰ . 

Конические передачи  более сложны в изготовлении и монтаже, чем цилиндрические, вследствие следующих причин:

1. Для нарезания конических колес требуются специальные станки.
2. Необходимо выдерживать допуски на углы при вершинах конусов.
3. При монтаже нужно обеспечивать совпадение вершин конусов.
4. Сложнее выполнять колеса той же точности, что и цилиндрические.
5. Пересечение валов усложняет расположение опор вследствие того, что одно из конических колес располагается, как правило, консольно.
6. В коническом зацеплении действуют осевые силы, усложняющие конструкцию опор.

 

 Нагрузочная способность конической прямозубой передачи составляет приблизительно 85%  цилиндрической. 

Конические передачи получили широкое распространение вследствие того, что из условия компоновки необходимо располагать валы под  углом. 

Для повышения нагрузочной  способности конических колес применяют  колеса с непрямыми зубьями.  
На практике наиболее распространены конические колеса с тангенциальными  и круговыми  зубьями. Тангенциальные зубья направлены по касательной к некоторой воображаемой окружности радиусом е и составляют с образующей конуса угол 25..30⁰. Круговые зубья  располагаются по дуге окружности а, по которой движется инструмент при нарезании зубьев.

Червячные передачи 

Червячные передачи применяют  для передачи движения между перекрещивающимися осями, угол между которыми, как правило, составляет 900. Движение в червячных  передачах передается по принципу винтовой пары или по принципу наклоненной  плоскости.

Преимущества:

• большие передаточные отношения;
• плавность и бесшумность  работы;
• высокая кинематическая точность;
• самоторможение.

Недостатки:

• низкий ККД;
• износ, заедание;
• использование дорогих материалов;
• требования к высокой точности сборки.

 

 В червячной передаче, в отличие  от зубчатой, окружные скорости  на червяке и на колесе  не совпадают. Они направлены под углом 900 и отличаются по значению. При относительном движении  начальные цилиндры скользят. Большое скольжение является причиной  снижения ККД, повышенного износа и заедания. 

КПД червячной передачи  ниже КПД зубчатых передач. 

Для снижения износа применяют  специальные антифрикционные пары материалов: червяк – сталь, венец  червячного колеса − бронза, реже из латунь или чугун. 

Для охлаждения червячных  передач увеличивают площадь  охлаждения корпуса, используют вентиляторы  или дополнительную систему охлаждения.

Методы  изготовления зубчатых колес

• копирование,
• накатка,
• обкатка.

 

 При изготовлении методом копирования используются пальцевая или дисковая модульная фреза, профиль которой соответствует профилю впадин зубчатого  колеса. Вращаясь, фреза перемещается в направлении боковой образующей зуба. За каждый шаг фрезы вдоль оси колеса нарезается одна впадина.  После этого колесо поворачивается. Потом процесс повторяется. Этот метод малопродуктивен и нуждается в большом количестве режущего инструмента. К методам копирования также принадлежат: отливка, штампование, протягивание, строгание. 

Метод накатки – зубчатое инструментальное колесо накатывает зубья колеса, материал которого достаточно эластичный (в холодном или горячем стане). Используется для мелкомодульных колес 

При методе обкатки для  нарезания колес используется инструментальная рейка. Преимущество в том, что одним  и тем же инструментом можно изготовить колеса с любым количеством зубьев общего модуля.