Основы расчета и проектирования деталей и узлов машин Курс «Детали машин» Надежность машин Соединения с натягом Резьбовые соединения Расчет шпоночных соединений Механические передачи Расчет на изгиб Редукторы

Механические передачи

Общие сведения о передачах

Назначение передач и их классификация

Механическая энергия, с помощью которой приводится в движение машина, представляет собой энергию вращательного движения вала двигателя.

Вращательное движение получило наибольшее распространение в механизмах и машинах вследствие следующих своих достоинств: 1) обеспечения непрерывного и равномерного движения при небольших потерях на трение; 2) простоты и компактности конструкции передаточных механизмов.

Назначение передач. Современные двигатели для уменьшения габаритов и стоимости выполняют быстроходными, как правило, с небольшим диапазоном изменения частот вращения. Быстроходный вал двигателя очень редко соединяют непосредственно с рабочим органом машины (вентилятором, шлифовальным кругом и др.). В большинстве случаев частота вращения и вращающий момент двигателя и рабочего органа не совпадают (сравните: частота вращения двигателя легкового автомобиля — 5000 мин1, частота вращения рабочего органа —колеса — при скорости 100 км/ч — 100 мин1). Поэтому передачу механической энергии от двигателя к рабочему органу машины осуществляют с помощью различных передач.

Механическими передачами, в дальнейшем просто передачами, называют механизмы, передающие энергию двигателя исполнительному органу машины.

Передавая механическую энергию, передачи одновременно могут выполнять одну или несколько из следующих функций:

а) понижать (или повышать) частоту вращения, соответственно повышая (или понижая) вращающий момент;

б) преобразовывать один вид движения в другой (вращательное в поступательное, равномерное в прерывистое и т. д.);

в) регулировать частоту вращения рабочего органа машины;

г)  реверсировать движение (изменять направление движения на обратное);

д) распределять энергию двигателя между несколькими исполнительными органами машины.

В настоящем курсе рассматриваются только наиболее распространенные механические передачи.

Классификация передач. В зависимости от принципа действия все механические передачи делят на две группы:

передачи зацеплением — зубчатые, червячные, цепные;

передачи трением — фрикционные, ременные.

Передачи трением имеют повышенную изнашиваемость рабочих поверхностей, так как в них неизбежно проскальзывание одного звена относительно другого.

В зависимости от способа соединения ведущего и ведомого звеньев различают:

а) передачи непосредственного контакта — зубчатые, червячные,
фрикционные, винт — гайка;

б) передачи гибкой связью —цепные, ременные. Передачи гибкой
связью допускают значительные расстояния между ведущим и ведомым валами.

9.2. Основные кинематические и силовые соотношения в передачах

Особенности каждой передачи и ее применение определяют следующие основные характеристики:

1) мощность на ведущем P1, и ведомом Рг валах или вращающие моменты T1 и Т2 на тех же валах (рис. 9.1, а и б);

Рис. 9.1. Схема сил для определения направления

вращающих моментов в передаче:

а — колеса в рабочем положении; б — колеса условно раздвинуты

2) частота вращения (угловые скорости) ведущего я, (ω1) и ведомого пг (ω2) валов.

Эти основные характеристики необходимы для выполнения проектировочного расчета любой передачи.

Дополнительными характеристиками являются:

а) механический КПД передачи

Для многоступенчатого привода, состоящего из нескольких отдельных последовательно соединенных передач, общий КПД

(9.2)

где η1, η2,..., ηn— КПД отдельной передачи (зубчатой, червячной, ременной  и др.) или кинематической пары (подшипников, муфты).

КПД характеризует качество передачи. Потеря мощности — показатель непроизводительных затрат энергии — косвенно характеризует износ деталей передачи, так как потерянная в передаче мощность превращается в теплоту и частично идет на разрушение рабочих поверхностей.

С уменьшением полезной нагрузки КПД значительно снижается, так как возрастает относительное влияние постоянных потерь (близких к потерям холостого хода), не зависящих от нагрузки;

б) окружная скорость ведущего или ведомого звена, м/с,

(9.3) ',

где ω —угловая скорость, с-1; n —частота вращения, мин1; d — диаметр, мм (колеса, шкива и др.). Окружные скорости обоих звеньев передачи при отсутствии скольжения равны: v, = v2;

в) окружная сила Н, (рис. 9.1, б),

(9.4)

где Р~ мощность, кВт; υ —м/с; Т~ Нм; d—ым;

г) вращающий момент Н-м, (рис. 9.1)

 (9.5) I

где P—кВт; Ft— Н; d— мм.

Вращающий момент T1 ведущего вала является моментом движущих сил, его направление совпадает с направлением вращения вала. Момент Т2 ведомого вала — момент сил сопротивления,  поэтому его направление противоположно направлению вращения вала;

д) передаточное число и. При v, = v2 с учетом формулы (9.3) имеем

(9.6) I

Отношение угловых скоростей ведущего ω1, и ведомого ω2 звеньев называют также передаточным отношением и обозначают /.

В передаче, понижающей частоту вращения п (угловую скорость со), u>1; при и<1 частота вращения (угловая скорость) повышается. Понижение частоты вращения называют редуцированием, а закрытые передачи, понижающие частоты вращения,—редукторами. Устройства, повышающие частоты вращения, называют ускорителями или мультипликаторами.

Рис. 9.2. Схема привода ленточного конвейера:

1 — электродвигатель; 2—ременная передача;

3 — редуктор цилиндрический одноступенчатый;

4—цепная передача; 5 —лента конвейера;

6— барабан конвейера

Нагруженность деталей зависит от места установки передачи в силовой цепи и распределения общего передаточного числа между отдельными передачами. По мере удаления от двигателя по силовому потоку в понижающих передачах нагруженность деталей возрастает. Следовательно, в области малых частот вращения п (и соответственно больших вращающих моментов Т) целесообразно применять передачи с высокой нагрузочной способностью (например, зубчатые, цепные).

Так, в приводе на рис. 9.2, состоящем из ременной, зубчатой и цепной передач, вариант размещения «двигатель — ременная — зубчатая—цепная передача — исполнительный орган» предпочтительнее других вариантов.

Окончательное решение вопроса о распределении общего передаточного числа и между ступенями привода принимают на основе анализа результатов технико-экономических расчетов для нескольких вариантов.


Контрольные вопросы

Почему вращательное движение наиболее распространено в механизмах и машинах?

Чем вызвана необходимость введения передачи как промежуточного звена между двигателем и рабочими органами машины?

Какие функции могут выполнять механические передачи?

Что такое передаточное число?

Как определяют передаточное число и КПД многоступенчатого привода?

Как изменяются от ведущего к ведомому валу такие характеристики передачи, как мощность, вращающий момент, частота вращения?

В области конструирования машин (машиностроения) широко используется категория техническая система, под которой понимаются искусственно созданные объекты, предназначенные для удовлетворения определенной потребности, которым присущи возможность выполнения не менее одной функции, многоэлементность, иерархичность строения, множественность связей между элементами, многократность изменения и многообразие потребительских качеств. К техническим системам относятся отдельные машины, аппараты, приборы, сооружения, ручные орудия, их элементы в виде узлов, блоков, агрегатов и других сборочных единиц, а также сложные комплексы взаимо­связанных машин, аппаратов, сооружений и т.п.
Расчет на прочность сварных соединений