Трансмиссии

Трансмиссия – устройство, служащие для передачи движения (механической энергии) от двигателя к рабочему органу машины.

Трансмиссии бывают: механические, пневматические, гидравлические, комбинированные.

Механические трансмиссии

Механические трансмиссии являются наиболее распространенными. Механическая трансмиссия обычно состоит из: механических передач, валов, осей, муфт, соединений, опор (качения, скольжения) и других деталей машин.

Механические передачи. Основные кинематические и силовые характеристики механических передач

Механические передачи предназначены для передачи механической энергии на расстоянии, как правило, с преобразованием угловых скоростей и моментов, иногда законов движения.

Как пример (см. рисунок), можно рассмотреть простейшую передачу (фрикционную), состоящую из двух дисков диаметрами D1 и D2, вращающимися, соответственно с угловыми скоростями w1 и w2.

Рис.1.4. Схема простейшей передачи.

Основной кинематической характеристикой передачи является передаточное отношение (число). Передаточное отношение (u) это характеристика, показывающая во сколько раз передача будет изменять угловую скорость вращения валов. По основному определению u- это отношение угловой скорости ведущего колеса (ω1) к угловой скорости ведомого (ω2)

u=ω₁/ω₂.

Окружная или линейная скорость (V) общей точки двух дисков рассчитывается как: V = ω₁×D₁/2 = ω₂×D₂/2.

Крутящий момент

М_кр=F_т*d/2.

Мощность (N), по определению это работа (А) в единицу времени. Работа, в свою очередь, - произведение силы на перемещение (F×S). Перемещение в единицу времени (S/t) – это скорость V, тогда:

N=A/t=F×S/t=F×V.

Для вращательного движения можно записать: N = М_кр×ω.

С учетом приведенных формул, для определения передаточного отношения, при отсутствии проскальзывания между вращающимися дисками, можно написать:

.

Рис. 2. Редуктор: общий вид цилиндрического, двухступенчатого редуктора

Устройство, содержащее понижающую передачу, называют редукторами, а повышающую угловую скорость-мультипликаторами.

КПД – это мощность на выходе к мощности на входе (N).

;

В машинах из механических передач наиболее распространены: ременные, цепные, зубчатые.

Ременные передачи: представляют собой два шкива, охваченные гибким ремнем.

Рис. 3. Ременная передача

Достоинства ременных передач: позволяют передавать механическую энергию на значительное расстояние; обеспечивают плавность и бесшумность работы; компенсируют погрешности сборки или установки отдельных узлов машины.

Недостатки: Передачи могут передавать небольшую, по сравнению с другими передачами, нагрузку; являются передачами трения, следовательно, необходимо применять натяжные устройства для создания необходимого давления между ремнем и шкивом для возникновения силы трения и по мере вытягивания ремня от длительной работы необходимо его подтягивать;

,

где f – коэффициент трения;

N – сила нормального давления;

кроме того в передаче происходит упругое проскальзывание между ремнем и шкивом, приводящее к непостоянству передаточного отношения передачи. Передачи не допускают попадания на ремни и шкивы масла.

Цепные передачи: состоят из звездочек и охватывающей из цепи.

Достоинства: могут передавать большую нагрузку при меньших габаритах; постоянство передаточного числа; отсутствие проскальзывания.

Рис. 4. Цепная передача

, где z – число зубьев звездочек.

Недостатки: шум и динамические нагрузки при работе.

Зубчатые передачи

Являются самыми распространенными. Хороши тем, что компактны, т. е. при необходимых габаритах могут передавать большие нагрузки; надежны, долговечны.

Недостатки: шум при работе, требуют высокой точности изготовления и сборки.

Колеса зубчатых передач в зависимости от расположения их геометрических осей могут быть: - цилиндрическими (рис. 5, а) (при параллельном расположении осей); коническими (рис. 5, б) (при пересекающихся осях); винтовыми (рис. 5, в), червячными или гипоидными (при перекрещивающихся осях). Передачи цилиндрическими колесами могут быть внешнего (рис. 5, а) и внутреннего зацепления (рис. 5, г). В первом случае зубчатые колеса вращаются в противоположные – стороны, а во втором — в одну и ту же.

Рис. 5. Виды зубчатых передач:

а - - цилиндрическая внешнего зацепления; б — коническая; в — винтовая; г — цилиндри­ческая внутреннего зацепления.

Шаг зубьев по делительной окружности – t или S_e+S (см. рис.) у колес, находящихся в зацеплении, должен быть одинаков. Чтобы унифицировать выпускаемые промышленностью зубчатые колеса «загостировали» параметр зубчатых колес, связанный с шагом, называемый модуль зацепления - т.

; где t – шаг; π = 3,14.

Длина делительной окружности может быть подсчитана как ; отсюда делительный диаметр , где .z – число зубьев.

Статистически получается, что в машинах наиболее распространены колеса с модулями 3 и 4 мм.

Профиль зубьев должен быть таким, чтобы при проворачивании колес обеспечивалось равномерное вращение, не происходило заклинивание и не было ударов, перерывов в контакте поверхностей колес при вращении колес. Таким условиям отвечает профиль зубьев, очерченный кривой – эвольвентой.

Эвольвентой называется кривая, представляющая собой траекторию точки, относящейся к отрезку прямой линии, окатывающей окружность без скольжения.

Зубчатые передачи также бывают: косозубые и шевронные, гипоидные и червячные.

Рис. 6. Колеса: а — косозубые; б — шевронные

Червячная передача: вращение от червяка к колесу.

Рис. 7. Червячная передача: 1 – червяк, 2 – червячное колесо.

Такая передача характеризуется самоторможением, т.е. вращение может передаваться только от червяка к колесу. Обратная передача вращения затормаживается самой передачей. Как следствие в устройствах, например лебедках, не требуется тормоз. Вследствие этого достоинства передачи используются в механизмах подъема груза грузоподъемных кранов. Самотормозящейся передача будет при условии угла наклона зубьев меньше угла трения, равного arctg f, где f - коэффициент трения пары материалов червяк - колесо.

Передача характеризуется большим передаточным числом - до 100, плавностью и бесшумностью в работе.

Недостаток: возможно заедание и схватывание зубьев при большой нагрузке.

Валы и оси это детали, служащие для установки на них вращающихся или качающихся деталей.При этом валами называют детали, передающие крутящий момент вдоль своей геометрической оси. По конструкции валы бывают:

Рис. 8. Оси и валы:

а — невращающаяся ось; б — вращающаяся ось; в — гладкий прямой вал; г — ступенчатый прямой вал; д — коленчатый вал; е — гибкий вал

Муфты – это устройства для соединения валов друг с другом. Агрегаты или отдельные узлы машин могут соединяться друг с другом с помощью муфт.

По конструкции муфты бывают: глухие (жестко соединяющие валы), упругие (содержащие в себе упругие элементы),

(1 — ведущий вал; 2 —глухая муфта - втулка; 3 — сегментная шпонка; 4 — ведомый вал; 5 — установочный винт);

компенсирующие (позволяющие компенсировать погрешности установки валов), подвижные (передающие вращение между валами, меняющими свое положение при работе, например, карданный механизм),

управляемые (которые могут плавно соединять и разъединять валы, например сцепление в автомобиле). В фрикционных муфтах, применяемых в качестве элементов дистанционного управления различными механизмами и установками, прижим рабочих поверхностей можно осуществить при помощи электромагнитов. Наибольшее распространение получили дисковые электромагнитные муфты (фиг. 90).

Соединения между элементами трансмиссий бывают шпоночные или шлицевые. Чтобы передать движение на вал от зубчатого колеса, шкива, полумуфты или др. детали нужна шпонка или шлицевое соединение между валом и деталью.

Шпонка – это деталь, устанавливаемая в пазы соприкасающихся изделий и препятствующая их относительному повороту или сдвигу.

Шпоночные и шлицевые соединения служат для закрепления на валу (или оси) вращающихся деталей (зубчатых колес, шкивов, муфт и т. п.), а также для передачи вращающего момента от вала 1 к ступице детали 2 или, наоборот, от ступицы к валу.

Шпоночное соединение образуют вал, шпонка и ступица колеса (шкива, звездочки и др.). Шпонка представляет собой стальной брус, устанавливаемый в пазы вала и ступицы. Она служит для передачи вращающего момента между валом и ступицей. Основные типы шпонок стандартизованы. Шпоночные пазы на валах получают фрезерованием дисковым или концевыми фрезами, в ступицах протягиванием.

Соединение шпонкой: 1 — вал; 2 — ступица; 3 — шпонка

Зубчатое (шлицевое) соедине­ние: 1 — вал; 2 — ступица колеса

Шлицевые соединения можно рассматривать как многошпоночные, в которых шпонки как бы изготовлены заодно с валом. Рабочими поверхностями являются боковые стороны зубьев.