2. Классификация механических передач

Механической передачей называют механизм, который преобразует параметры движения двигателя при передаче исполнительным органам машины.

Необходимость введения передачи как промежуточного звена между двигателем и исполнительными органами машины связана с решением различных задач.

Из курса физики известно, что мощность при равномерном вращении пропорциональна произведению момента на угловую скорость (частоту вращения). Следовательно, могут существовать несколько двигателей одного типа (например, электрических), имеющих одну и ту же мощность, но отличающихся вращающим моментом и угловой скоростью. В большинстве случаев целесообразнее быстроходные двигатели: уменьшаются их габаритные размеры, возрастает коэффициент полезного действия, однако при этом вращающий момент бывает небольшой.

Для выполнения полезной работы машиной-орудием, как правило, угловые скорости должны быть значительно ниже, чем скорости валов двигателей, но в то же время требуются большие вращающие моменты. Поэтому очевидно, что в большинстве случаев непосредственная связь валов двигателей и рабочей машины невозможна и между ними необходимо расположить механизм, называемый механической передачей.

В некоторых случаях передачи используют как преобразователи вращательного движения в поступательное, винтовое и др.

В машиностроении используют механические, электрические и пневматические передачи. Их применяют не только как самостоятельные, но и в сочетании с другими видами передач.

В каждой передаче различают два основных вала: входной и выходной, или ведущий и ведомый, между этими валами в многоступенчатых передачах располагаются промежуточные валы.

Механические передачи классифицируются:

• по взаимному расположению ведущего и ведомого валов в пространстве – передачи между параллельными валами, между пересекающимися валами, между скрещивающимися валами;

• по принципу осуществления передачи движения – передачи трением (ременные, фрикционные), передачи зацеплением (зубчатые червячные, цепные, винтовые);

• по способу контакта между ведущим и ведомым звеньями – передачи с непосредственным касанием, передачи с гибкой связью.

Основные характеристики передач: мощность P₁ на входе и P₂ на выходе, Вт; быстроходность, которая выражается частотой вращения n₁ на входе и n₂ на выходе или угловыми скоростями ₁ и ₂. Эти характеристики минимально необходимы и достаточны для проведения проектного расчета любой передачи.

Кроме основных различают производные характеристики.

Коэффициент полезного действия

, или ,

где Р₁ и Р₂ – мощности на входе и выходе; Р_r – мощность, потерянная в передаче.

КПД механизма является одной из важнейших количественных характеристик его качества. Чем больше величина , тем большая часть энергии расходуется в механизме на полезную работу и тем меньше доля потерь ее на вредные сопротивления, т.е. тем рациональнее используется поступающая энергия.

Передаточное отношение, которое показывает, во сколько раз угловая скорость  (или частота вращения n) одного вала передачи больше или меньше угловой скорости (частоты вращения) другого вала передачи.

Передаточное отношение определяется в направлении потока мощности.

Пусть параметры ведущего звена передачи имеют индекс 1, а параметры ведомого звена – индекс 2. Тогда отношения частот вращения (или угловых скоростей) – передаточные отношения – можно записать так:

.

Производные характеристики часто используют вместо основных. Например, передачу можно определить с помощью P₁, n₁, u, .

Если механические передачи используют для уменьшения числа оборотов ( ), то их называют редукторами. Значительно реже механические передачи используют для увеличения скоростей ( ); в этом случае их называют мультипликаторами.

Понижающие передачи имеют наибольшее распространение, так как частота вращения исполнительного механизма в большинстве случаев меньше частоты вращения двигателя.

Передачи выполняют с постоянным или переменным (регулируемым) передаточным отношением. Как те, так и другие широко распространены. Регулирование передаточного отношения может быть ступенчатым или бесступенчатым. Ступенчатое регулирование выполняют в коробках скоростей с зубчатыми колесами, в ременных передачах со ступенчатыми шкивами и т.п.; бесступенчатое регулирование – с помощью фрикционных или цепных вариаторов.

Применение того или иного способа регулирования передаточного отношения зависит от конкретных условий работы машины, которую обслуживает передача. Так, например, механические передачи ступенчатого регулирования с зубчатыми колесами обладают высокой работоспособностью и поэтому широко применяются в транспортном машиностроении, станкостроении и т.п. Механические передачи бесступенчатого регулирования обладают меньшей нагрузочной способностью и имеют меньшее распространение. Их применяют в основном для малых мощностей (до 10…15 кВт). Конкурентами этих передач являются электрическая и гидравлическая передачи, которые позволяют передавать большие мощности и иметь сравнительно простую систему автоматического регулирования.

При расчете передач часто используют следующие зависимости между различными параметрами.

Выражение мощности P, Вт, через окружную (тангенциальную) силу F_t, Н, и окружную скорость v, м/с, колеса, шкива, барабана и т.п. имеет следующий вид:

;

выражение вращающего момента Т, Нм, через мощность Р, Вт, и угловую скорость , с^–1 –

, где .

Связь между вращающими моментами на одном Т₁ и другом Т₂ валах через передаточное отношение u и КПД  в линии передачи между этими валами в направлении потока мощности выражается следующей формулой:

.