Механические передачи

Механической передачей или просто передачей называют механизм, служащий для передачи механической энергии на расстояние от двигателя к рабочему органу машины с преобразованием скоростей и крутящих моментов. Необходимость передач обусловливается различными скоростями движения вала двигателя и рабочего органа машины. Для большинства машин частота вращения n₁ вала двигателя больше частоты вращения n₂ рабочего органа.

Важнейшим параметром передачи является передаточноеотношение.

Передаточное отношение – это отношение угловой скорости ω₁ ведущего вала к угловой скорости ω₂ ведомого:

(4.98)

Условимся в дальнейшем параметрам ведущего звена присваивать индекс 1, а параметрам ведомого элемента – индекс 2.

Независимо от вида передачи все они имеют ряд общих параметров, которые используются при проектировании и расчете.

Окружнаяскорость

(4.99)

где ω — угловая скорость, рад/с; D – диаметр звена передачи, м; п – частота вращения, об/мин; V- окружная скорость, м/с.

Окружная сила – сила, действующая на звено, вызывающая его вращение и направленная по касательной к траектории точки ее приложения:

, (4.100)

где F_t –- окружная сила, Н; Т –крутящий момент, Н×м, D [м].

Мощность Р при поступательном движениивыражается формулой:

(4.101)

в которой используются следующие единицы измерений: мощность – [Вт], окружная сила – [Н] и скорость – [м/с].

При вращательном движении мощность равна:

(4.102)

В формуле (3.5) Р –мощность, [Вт]; Т– крутящий момент [Н×м] и w – угловая скорость [рад/с].

Часто, зная передаваемую мощность и угловую скорость, приходится определять крутящий момент:

(4.103)

Поскольку в технике обычно мощность выражают в киловаттах, а частота вращения n в об./мин., то для определения крутящего момента, выраженного в Н·м, используют зависимость:

(4.104)

где Р – в [кВт], а n – в [об/мин]. Формула (4.7) получена из (4.6) с учетом того, что 1 кВт = 10³Вт и w=πn/30, Т - [Нм].

Коэффициент полезного действия передачи представляет собой отношение полезной мощности на ведомом звене к затраченной мощности ведущего звена, т.е.

(4.105)

Отметим, что коэффициент полезного действия всегда меньше единицы и общий КПД последовательно соединенных передач равен произведению КПД каждой передачи.

Предварительные сравнения различных типов передач по коэффициенту полезного действия можно приводить с помощью табл. 4.3.

Зубчатые передачи

Зубчатые и червячные передачи широко распространены в различных областях машиностроения и являются основными видами передач, применяемых в современных машинах. Большое распространение зубчатых и червячных передач объясняется рядом существенных преимуществ их по сравнению с другими видами. Отметим основные преимущества: компактность, возможность осуществления постоянного передаточного отношения, высокий КПД, долговечность, надежность в работе, простоту облуживания, использование для изготовления экономичных материалов.

По условиям эксплуатации зубчатые и червячные передачи могут быть открытыми и закрытыми. Закрытые передачи размещают в металлическом корпусе, заполненном до определенного уровня маслом. Если закрытая зубчатая передача представляет собой самостоятельный монтажный узел, то она называется редукторной передачей или редуктором.

В зависимости от взаимного расположения осей вращения ведущего и ведомого валов различают следующие основные виды зубчатых и червячных передач:

· Передача вращения между валами с параллельными осями осуществляется цилиндрическими колесами с прямыми, косыми и шевронными зубьями (рис. 4.1). В прямозубых цилиндрических колесах (рис. 4.1. а) зубья располагаются параллельно осям вращения. В косозубых колесах (рис. 4.1. б) зубья расположены по винтовым линиям правого или левого направления. В шевронных зубчатых колесах (рис. 4.1. в) зубья располагаются также по винтовым линиям, но имеют на каждой половине колеса противоположное направление. Применением косозубых и шевронных колес достигается повышение плавности, бесшумности и увеличение нагрузочной способности зубчатых передач, что позволяет их использовать при более высоких скоростях вращения, чем прямозубые цилиндрические колеса.

Таблица 4.3

Ориентировочные значения основных параметров передач вращательного движения

* Относительные размеры и стоимость передач сопоставимы при одинаковых передаточных отношениях и передаваемой мощности.

Рис. 4.1

Рис. 4.2

· Передача вращения между валами с пересекающимися осями осуществляется коническими колесами с прямыми и непрямыми (косыми, круговыми, спиральными) зубьями (рис. 4.2). Применение непрямозубых колес также увеличивает плавность и нагрузочную способность передач и допускает более высокие скорости вращения по сравнению с прямозубыми.

Рис. 4.3

· Передача вращения между валами со скрещивающимися осями осуществляется червячной, червячно-спироидной, гипоидной передачей. Наибольшее распространение среди перечисленных передач получила червячная передача с цилиндрическим архимедовым червяком (рис. 4.3). Ведущим звеном червячной передачи является червяк, имеющий цилиндрическую форму и представляющий собой однозаходный или многозаходный винт с трапецеидальной или близкой к ней нарезкой. Ведомое звено передачи – червячное колесо, имеющее вогнутую форму профиля и зубья, расположенные по винтовым линиям. Червячная передача позволяет получить большие передаточные отношения (до 300). Недостаток сравнительно низкий КПД (0,50…0,85).