Лекция 16. Механические передачи
Обзор: Типы механических передач. Основные и производные параметры механические передач. Зубчатые передачи. Методы изготовления зубчатых колес. Червячные передачи. Ременные передачи. Цепные передачи
Бесплатно
Просмотр: эта статья прочитана 17925 раз

pdf

Краткий обзор
Полностью материал скачивается выше, предварительно выбрав язык

Механические передачиМеханическая 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).

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.

 Метод обкатки  (долбяком, рейкой, червячной фрезой) заключается в том, что режущему инструменту и заготовке придается то относительное движение, которое имели бы зубчатые колеса, находясь  в зацеплении.

 Если при изготовлении зубчатого колеса средняя (делительная) линия режущего инструмента касается делительной окружности заготовки колеса, то нарезаются колеса без смещения. Если средняя линия рейки смещается  относительно центра заготовки нарезаются колеса со смещением (положительное (от центра) - увеличиваются размеры колеса, толщина зубца, зуб упрочняется; отрицательное (к центру) - используется для уменьшения межосевого расстояния, уменьшения габаритов, при этом возможно подрезание зубьев).

Передачи с гибкими звеньями

 Для передачи движения между сравнительно далеко расположенными друг от друга валами применяют механизмы, в которых усилие от ведущего звена к ведомому передается с помощью гибких звеньев. В качестве гибких звеньев применяются: ремни, шнуры, канаты разных профилей, провод, стальная лента, цепи различных конструкций.

 Передачи с гибкими звеньями могут обеспечивать постоянное и переменное передаточное отношения со ступенчатым или плавным изменением его величины.

 Для сохранности постоянства натяжения гибких звеньев в механизмах применяются натяжные устройства: натяжные ролики и пружины, противовесы и т.п.

Виды передач

1 По способу соединения гибкого звена с остальными:

  • фрикционные;
  • с непосредственным соединением;
  • с зацеплением.

2 По взаимному расположению валов и направлению их вращения:

  • открытые;
  • перекрестные;
  • полуперекрестные.

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).

Цепные передачи

 Цепная передача основана на принципе зацепления цепи и звездочек. Цепная передача состоит из

  • ведущей звездочки;
  • ведомой звездочки;
  • цепи, которая охватывает звездочки и зацепляется за них зубьями;
  • натяжных устройств;
  • смазывающих устройств;
  • ограждения.

Преимущества по сравнению с ременной передачей:

  • Большая нагрузочная способность;
  • Отсутствие скольжения и буксование, обеспечивающее постоянство передаточного отношения (среднего за оборот) и возможность работы при кратковременных перегрузках.
  • Принцип зацепления не требует предварительного натяжения цепи. Цепные передачи могут работать при меньших межосевых расстояниях и при больших передаточных отношениях.

Недостатки:

  • звенья располагаются на звездочке не по окружности, а по многоугольнику. Отсюда:
  • износ шарниров цепи,
  • шум и дополнительные динамические нагрузки,
  • необходимость обеспечения смазки.

Область применения:

  • при значительных межосевых расстояниях (при скоростях меньше 15-20 м/с, до 25 м/с применяют пластинчатые цепи (набор пластин с двумя зубообразными выступами, принцип внутреннего зацепления);
  • при передаче от одного ведущего вала нескольким ведомым,
  • когда зубчатые передачи неприменимы и ременные ненадежны.

 По сравнению с ременными передачами более шумные, а редукторах применяют  на тихоходных ступенях.

Типы цепных передач

По типу применяемых цепей:

  • роликовая,
  • втулочная (легкая, но большой износ),
  • роликовтулочная (тяжелая, меньше износ),
  • зубчатые пластинчатые (плавность работы).

  Основной причиной потери работоспособности цепных передач является износ шарниров цепи. Срок службы цепи увеличивается при увеличении длины цепи, увеличении числа зубьев ведущей звездочки. Однако, увеличение числа зубьев ведущей звездочки приводи к повышению вероятности потери зацепления. При уменьшении числа зубьев ведущей звездочки увеличиваются динамические нагрузки, удары, износ цепи.

Формат: pdf

Размер: 835 КВ

Язык: русский, украинский

Получить RSS Еще публикации по теме

Больше статей...

 На главную страницу

Оцените сайт

Примеры расчетов
Пример расчета прямозубой цилиндрической передачи
Пример расчета прямозубой цилиндрической передачи. Выполнен выбор материала, расчет допускаемых напряжений, расчет на контактную и изгибную прочность.

Пример решения задачи на изгиб балки
В примере построены эпюры поперечных сил и изгибающих моментов, найдено опасное сечение и подобран двутавр. В задаче проанализировано построение эпюр с помощью дифференциальных зависимостей, провелен сравнительный анализ различных поперечных сечений балки.

Пример решения задачи на кручение вала
Задача состоит в проверке прочности стального вала при заданном диаметре, материале и допускаемых напряжениях. В ходе решения строятся эпюры крутящих моментов, касательных напряжений и углов закручивания. Собственный вес вала не учитывается

Пример решения задачи на растяжение-сжатие стержня
Задача состоит в проверке прочности стального стержня при заданных допускаемых напряжениях. В ходе решения строятся эпюры продольных сил, нормальных напряжений и перемещений. Собственный вес стержня не учитывается

Применение теоремы о сохранении кинетической энергии
Пример решения задачи на применение теоремы о сохранение кинетической энергии механической системы

Определение реакций опор твердого тела
Исходные данные и примеры решения задачи Определение реакций опор твердого тела (задача С-2 из cборника заданий для курсовых работ по теоретической механике А.А. Яблонского)

Определение скорости и ускорения точки по заданным уравнениям движения
Пример решение задачи на определение скорости и ускорения точки по заданным уравнениям движения

Определение скоростей и ускорений точек твердого тела при плоскопараллельном движении
Пример решения задачи на определение скоростей и ускорений точек твердого тела при плоскопараллельном движении

Определение усилий в стержнях плоской фермы
Пример решения задачи на определение усилий в стержнях плоской фермы методом Риттера и методом вырезания узлов

Применение теоремы об изменении кинетического момента
Пример решения задачи на применение теоремы об изменении кинетического момента для определения угловой скорости тела, совершающего вращение вокруг неподвижной оси.


Учебники
А.А. Яблонский, В.М. Никифорова Курс теоретической механики, т.1 и 2
Курс теоретической механики для студентов высших учебных заведений в двух томах.

С.М. Тарг. Краткий курс теоретической механики
С.М. Тарг. Краткий курс теоретической механики. 10-е издание,1986 г.

Беляев Н.М. Сопротивление материалов
Учебник по сопротивлению материалов для студентов политехнических, транспортных, строительных, гидротехнических, энергетических и машиностроительных вузов

М.Н.Иванов, В.А. Финогенов - Детали машин
Учебник по дисциплине 'Детали машин и основы конструирования' в электронном формате. 12-е издание, исправленное, год издания 2008.

Н.Ф.Киркач, Р.А.Баласанян - Расчет и проектирование деталей машин Учебник по дисциплине Детали машин и основы конструирования в формате djvu

В.И.Анурьев. Справочник инженера конструктора Три тома cправочника инженера-конструктора. Приведены современные справочные сведения по расчету и конструкциям осей, валов,подшипников, муфт, механический передач, разъемных соединений. Материалы, допуски и посадки и др.

ГОСТ 19523-81 Двигатели трехфазные асинхронные короткозамкнутые серии 4А Выписка из ГОСТ 19523-81 Двигатели трехфазные асинхронные короткозамкнутые серии 4А мощностью 0,55 кВт до 15кВт, мощность, асинхронная частота вращения, геометрические размеры

ГОСТ 25347-82 «ЕСДП, поля допусков и рекомендуемые посадки» (СТ СЭВ 144-75) Настоящий стандарт распространяется на гладкие элементы деталей с номинальными размерами до 3150 мм и устанавливает поля допусков для гладких деталей в посадках и для несопрягаемых элементов.

ГОСТ 520-2002. Подшипники качения Стандарт устанавливает допуски на основные размеры и точность вращения подшипников и другие технические требования

Больше закачек...