Механические передачи
3.1. Общие сведения о механических передачах
3.1.1. Что такое механическая передача?
Механизм для передачи движения от одного объекта к другому – например, от двигателя к исполнительному механизму машины (см. блок-схему машины, п. 1.3).
Передача движения может осуществляться:
● С изменением скорости движения и вращающего момента.
● С изменением направления движения.
● С преобразованием вида движения (например, вращательного в поступательное).
3.1.2. Характеристики передачи.
Основные характеристики:
● Мощность Р1 на входе и Р2 на выходе.
● Частота вращения n1 на входе и n2 на выходе (или угловые скорости ω1 и ω2).
Производные характеристики:
● Коэффициент полезного действия (КПД) η = Р2 / Р1.
● Передаточное отношение i = n1 / n2.
3.1.3. Классификация механических передач.
По способу передачи движения:
● Передачи зацеплением (зубчатые, червячные, цепные, винт-гайка).
● Передачи трением (фрикционные, ременные).
По способу соединения звеньев:
● Передачи с непосредственным контактом (фрикционные, зубчатые, червячные, винт-гайка)
● Передачи гибкой связью (ременные, цепные).
3.2. Зубчатые передачи
3.2.1. Что такое зубчатая передача?
Механизм, в котором два подвижных звена являются зубчатыми колесами. Принцип действия зубчатой передачи основан
на зацеплении пары зубчатых колес, меньшее называют шестерней, большее – колесом.
3.2.2. Классификация зубчатых передач.
По расположению геометрических осей валов:
● С параллельными осями (цилиндрические передачи).
● С пересекающимися осями (конические передачи).
● Со скрещивающимися осями (червячные, цилиндрические винтовые).
По расположению зубьев на ободе колеса:
● Прямозубые.
● Косозубые.
● Шевронные.
● С криволинейными зубьями.
По взаимному расположению зубчатых колес:
● С внешним зацеплением.
● С внутренним зацеплением.
Для преобразования вращательного движения в поступательное и наоборот применяется:
● Реечная передача.
3.2.3. Какой профиль зуба имеет преимущественное применение?
Эвольвентный.
3.2.4. Что такое эвольвента?
Эвольвентой (разверткой круга) называется кривая, описываемая точкой прямой, перекатывающейся без скольжения по окружности. Прямая называется производящей прямой, а окружность, по которой перекатывается прямая – основной для данной эвольвенты.
3.2.5. Основные геометрические параметры зубчатого колеса. Элементы конструкции зубчатого колеса.
Окружность выступов – окружность, проходящая по вершинам зубьев; ее диаметр обозначается da .
Окружность впадин – окружность, проходящая по основаниям впадин; ее диаметр обозначается df .
Делительная окружность – окружность, на которой толщина зуба равна ширине впадины; ее диаметр обозначается d. Делительная окружность делит зуб на головку высотой ha и ножку высотой hf , при этом h – полная высота зуба.
Окружной делительный шагp измеряется по дуге делительной окружности между двумя соседними зубьями.
Модуль – это отношение шага к числу π : m = р / π .
Основными конструктивными элементами зубчатого колеса являются зубчатый венец, диск и ступица.
3.2.6. Что такое вал-шестерня?
Шестерня, имеющая малые размеры и изготовленная как одно целое с валом.
3.2.7. По каким критериям определяется работоспособность зубчатой передачи?
● Износостойкость активных поверхностей зубьев.
● Изгибная прочность зубьев.
Решающее влияние на работоспособность зубчатой передачи оказывают два основных напряжения:
● Контактные напряжения.
● Напряжения изгиба.
3.2.8. Основные виды разрушения зубчатых передач. Материалы для зубчатых колес.
Переменные контактные и изгибные напряжения являются причиной усталостного разрушения зубьев:
● Усталостное выкрашивание поверхностных слоев зубьев.
● Поломка зубьев.
● Абразивный износ.
Для предотвращения разрушения необходимо правильно выбрать материалы для зубчатых колес. Основными материалами являются термически обработанные стали: 35, 45, 40Х, 35ХМ, 40ХН и другие. Цифры обозначают содержание углерода в сотых долях процента (например, содержание углерода в стали 35 составляет 0,35%). Буквы обозначают легирующие элементы (например: Х – хром, М – молибден, Н – никель). Шестерню выполняют с несколько большей твердостью, чем колесо.
3.2.9. Чем вызваны потери мощности в зубчатых передачах?
Потери мощности складываются из потерь на трение в зацеплении, на трение в подшипниках и гидравлических потерь на размешивание и разбрызгивание масла (в закрытых передачах). Потери мощности выражаются через КПД.
3.2.10. Смазывание зубчатых передач.
Основным смазочным материалом для зубчатых передач являются жидкие нефтяные и синтетические масла.
Смазывание передач:
● Уменьшает потери на трение.
● Увеличивает износостойкость трущихся поверхностей.
● Предохраняет детали от коррозии.
● Уменьшает нагрев и шум при работе передачи.
Чаще всего смазывание низко- и среднескоростных передач осуществляется окунанием колеса в масляную ванну на глубину, немного превышающую высоту зуба. В высокоскоростных передачах применяется принудительное циркуляционное смазывание поливанием зоны зацепления с помощью насоса.
3.2.11. Основные преимущества зубчатых передач.
● Возможность применения в широком диапазоне скоростей, мощностей и передаточных отношений.
● Постоянство передаточного отношения.
● Высокий КПД.
● Малые габариты.
● Высокая надежность.
● Большая долговечность.
3.2.12. Что такое коническая зубчатая передача?
Механизм для передачи вращательного движения между валами с пересекающимися осями (см. классификацию зубчатых передач, п. 3.2.2). Состоит из двух конических колес. Конические зубчатые передачи по сравнению с цилиндрическими:
● Имеют большую массу и габариты.
● Сложнее в изготовлении.
● Сложнее при монтаже, так как требуют точной фиксации осевого положения зубчатых колес.
3.2.13. Что такое червячная передача?
Механизм для передачи вращательного движения между валами со скрещивающимися осями. Состоит из червяка и сопряженного с ним червячного колеса.
3.2.14. Что такое червяк?
Винт с трапецеидальной или близкой к ней по форме резьбой.
3.2.15. Скольжение в зацеплении червячной пары.
При движении витки червяка скользят по зубьям колеса, как в винтовой паре. Большое скольжение в червячных передачах служит причиной:
● Пониженного КПД.
● Повышенного износа.
● Склонности к заеданию.
3.2.16. Особенности расчета червячной передачи на прочность.
Червячные передачи так же, как и зубчатые, рассчитывают по контактным напряжениям и напряжениям изгиба. Расчет по контактным напряжениям является основным. Расчет по напряжениям изгиба производится как проверочный.
В отличие от зубчатых, в червячных передачах чаще наблюдается износ и заедание, а не выкрашивание поверхности зубьев. При мягком материале колеса (оловянистые бронзы) заедание проявляется в так называемом постепенном «намазывании» бронзы на червяк. При твердых материалах (алюминиево-железистые бронзы, чугун и т.п.) заедание переходит в задир
поверхности с последующим быстрым разрушением зубьев колеса. Для предупреждения заедания применяют специальные антифрикционные пары материалов: червяк из стали, колесо из бронзы или чугуна.
3.2.17. Что такое редуктор? Что такое мультипликатор?
Редуктор – механизм, состоящий из зубчатых или червячных передач, заключенный в отдельный закрытый корпус и работающий в масляной ванне.
Назначение редуктора – понижение частоты вращения и соответственно повышение вращающего момента на ведомом валу по сравнению с моментом на ведущем валу (в червячном редукторе ведущим звеном является червяк).
Редуктор – передача понижающая: i > 1 и n1 >n2 , мультипликатор – передача повышающая: i < 1 и n1 <n2 (см. характеристики передачи, п. 3.1.2).
Схемы редукторов:
● Цилиндрический 1.
● Конический 2.
● Червячный 3.
3.2.18. Что такое передача винт-гайка?
 |
Механизм, состоящий из винта и гайки и предназначенный для преобразования вращательного движения в поступательное или наоборот.
3.2.19. Достоинства и недостатки передачи винт-гайка.
Достоинства:
● Простота.
● Компактность конструкции.
● Большой выигрыш в силе.
● Возможность получения медленного движения при высокой точности перемещений.
● Плавность и бесшумность хода.
Недостатки:
● Значительное трение в резьбовой паре, вызывающее повышенный износ.
● Низкий КПД.
3.2.20. Где применяется передача винт-гайка?
● Механизм подачи в металлорежущем станке.
● Винтовой пресс.
● Грузоподъемная машина.
● Прокатный стан.
● Тиски.
● Домкрат.
● Измерительный прибор.
● Механизм робота.
3.2.21. Основной критерий работоспособности передачи винт-гайка.
Износостойкость резьбы.
3.3. Цепные передачи
3.3.1. Что такое цепная передача?
Механизм для передачи вращательного движения между параллельными валами при помощи двух жесткозакрепленных на них зубчатых колес – звездочек и надетой на них бесконечной цепи.
Приводная цепь – многозвенная гибкая связь, которая используется для передачи движения.
3.3.2. Основной критерий работоспособности цепных передач.
Износостойкость шарниров приводных цепей.
3.4. Фрикционные передачи
3.4.1. Что такое фрикционная передача?
Механизм для передачи вращательного движения от одного вала к другому благодаря силам трения, возникающим между насаженными на валы и прижатыми друг к другу дисками, цилиндрами или конусами.
3.4.2. Достоинства и недостатки фрикционной передачи.
Достоинства:
● Простота конструкции.
● Плавность и бесшумность работы.
● Возможность безаварийной ситуации при случайной перегрузке.
Недостатки:
● Значительная радиальная нагрузка на опоры валов, которая может в несколько десятков раз превышать передаваемое окружное усилие.
● Не обеспечивается постоянство передаточного отношения при изменении нагрузки.
● Невысокий КПД.
3.4.3. Что такое буксование во фрикционной передаче?
При перегрузках, когда сила трения на площадке контакта фрикционных катков оказывается меньше окружного усилия, ведомый каток останавливается, ведущий каток скользит по нему и наступает буксование, приводящее к интенсивному износу ведомого катка.
3.4.4. Основной критерий работоспособности фрикционных передач.
износостойкость рабочих поверхностей фрикционных катков. Прочность и долговечность катков оценивают по контактным напряжениям.
3.4.5. Требования к материалам фрикционных катков.
● Высокий коэффициент трения, что уменьшает требуемую силу прижатия.
● Высокая износостойкость.
● Контактная прочность.
Наиболее распространенные сочетания материалов катков:
● Закаленная сталь по закаленной стали.
● Чугун по чугуну.
● Текстолит, фибра или гетинакс по стали (в малонагруженных передачах).
3.5. Ременные передачи
3.5.1. Что такое ременная передача?
Механизм для передачи вращательного движения при помощи шкивов, закрепленных на валах, и бесконечной гибкой связи – приводного ремня, охватывающего шкивы. Передача вращающего момента происходит благодаря силам трения, возникающим между шкивами и ремнем (за исключением зубчато-ременной передачи).
3.5.2. Достоинства и недостатки ременной передачи.
Достоинства:
● Простота конструкции и эксплуатации.
● Плавность и бесшумность работы.
● Возможность передачи вращения между валами, удаленными на большие расстояния.
● Невысокая стоимость.
Недостатки:
● Малая долговечность приводных ремней
● Большие габариты.
● Высокие нагрузки на валы и опоры.
3.5.3. Классификация ременных передач.
По профилю ремня:
● Плоскоременная 1.
● Клиноременная 2.
● Поликлиноременная 3.
● Зубчато-ременная 4.
● Круглоременная 5.
3.5.4. Основные критерии работоспособности ременной передачи.
● Тяговая способность передачи.
● Долговечность ремня.
3.5.5. Что такое тяговая способность ременной передачи?
Способность передавать заданную нагрузку без частичного или полного буксования.
3.5.6. Что такое долговечность ремня?
Свойство сохранять работоспособность до наступления усталостного разрушения. Количественно долговечность ремня оценивается техническим ресурсом, измеряемым в часах.