Тема 2.6 Передачі

У сучасних машинах передача енергії може здійснюватися механічними, гідравлічними, пневматичними та іншими пристроями. Механічними передачами, або просто передачами, називають механізми для передачі енергії від машини-двигуна до машини-знаряддя, як правило, з перетворенням швидкостей, моментів, а іноді - з перетворенням видів (наприклад, обертальний в поступальний) і законів руху. Передача (в механіці) з'єднує вал джерела енергії - двигуна і вали споживачів енергії - робочих органів машини, таких, наприклад, як ведучі колеса гусеничного рушія або автомобіля. Механічні передачі відомі з часів зародження техніки, пройшли разом з нею тривалий шлях розвитку і вдосконалення і мають зараз дуже широке поширення. Грамотна експлуатація механічних передач вимагає знання основ і особливостей їх проектування та методів розрахунків. При проектуванні до механічних передачам висуваються такі вимоги:

- Високі навантажувальні здатності при обмежених габаритних розмірах, вазі, вартості;

- Сталість передавального відношення або закону його зміни;

- Забезпечення певного взаємного розташування осей ведучого і веденого валів, зокрема, міжосьової відстані;

- Малі втрати при передачі потужності (високий ккд) і, як наслідок, обмежений нагрів і знос;

- Плавна і безшумна робота;

- Міцність, довговічність, надійність.

Передачі мають широке поширення в машинобудуванні з наступних причин:

1) енергію доцільно передавати при великих частотах обертання;

2) необхідні швидкості руху робочих органів машин, як правило, не збігаються з оптимальними швидкостями двигуна; зазвичай нижче, а створення тихохідних двигунів викликає збільшення габаритів і вартості;

3) швидкість виконавчого органу в процесі роботи машини-знаряддя необхідно змінювати (наприклад, у автомобіля, вантажопідіймального крана, токарного верстата), а швидкість машини-двигуна частіше постійно (наприклад, у електродвигунів);

4) нерідко від одного двигуна необхідно приводити в рух декілька механізмів з різними швидкостями;

5) в окремі періоди роботи виконавчому органу машини необхідно передати обертальний момент, що перевищуює момент на валу машини-двигуна, а це можливо виконати за рахунок зменшення кутової швидкості вала машини-знаряддя;

6) двигуни зазвичай виконують для рівномірного обертального руху, а в машинах часто виявляється необхідним поступальний рух з певним законом;

7) двигуни не завжди можуть бути безпосередньо з'єднані з виконавчими механізмами через габарити машини, умови техніки безпеки та зручності обслуговування.

Як правило, кутові швидкості валів більшості використовуваних в даний час в техніці двигунів (поршневих двигунів внутрішнього згоряння, газотурбінних, електричних, гідравлічних і пневматичних двигунів) значно перевищують кутові швидкості валів виконавчих або робочих органів машин, деколи на 2-3 порядки. Тому передача енергії двигуна за допомогою передачі будь-якого типу, в тому числі і механічної, відбувається, як правило, спільно з одночасним перетворенням моментів і кутових швидкостей (у бік підвищення перших і пониження останніх).

При цьому необхідно відзначити, що конструктивне забезпечення функції транспортного характеру - чисто передачі енергії інший раз вступає в логічне протиріччя з напрямком задачі кінцевого перетворення силових і швидкісних параметрів цієї енергії. Наприклад, в трансмісіях багатьох транспортних машин (особливо високої прохідності) вхідний редуктор спочатку підвищує частоту обертання, пониження її до необхідних меж виробляють бортові або колісні редуктори.

Цей прийом дозволяє знизити габаритно-вагові показники проміжних елементів трансмісії (коробок передач, карданних валів) - розміри валів і шестерень пропорційні величині переданого крутного моменту в ступені 1/3.

Іноді передача механічної енергії двигуна супроводжується також перетворенням виду руху (наприклад, поступального руху в обертальний або навпаки) або законів руху (наприклад, рівномірного руху в нерівномірний).

Широко відомими зразками таких передач є кривошипно-шатунний механізм і кулачковий привід механізму газорозподілу.

Класифікація механічних передач

Механічні передачі, що застосовуються в машинобудуванні, классифікують (рис. 2.29 і 2.30):

за принципом передачі руху:

- передачі тертям (фрикційна - рис. 2.29 а та ремінна – рис. 2.30 а);

- зачепленням (зубчасті - рис. 2.29 б, черв'ячні - рис. 2.29 в; ціпні - рис.2.30 б, передачі гвинт-гайка - рис. 2.29 г, д);

Рисунок 2.29 - Механічні передачі з безпосереднім контактом тіл обертання:

а - фрикційна передача, б - зубчаста передача; в - черв'ячна передача; г, д - передачі гвинт-гайка

а) б)

Рисунок 2.30 - Передачі з гнучким зв'язком:

а - ремінна, б – ланцюгова

За способом з'єднання деталей:

- Передачі з безпосереднім контактом тіл обертання (фрикційні, зубчасті, черв'ячні, передачі гвинт-гайка - рис.2.29);

- Передачі з гнучким зв'язком (ремінна, ланцюгова - рис.2.30).

Зубчасті передачі набули найбільшого поширення в машинобудуванні завдяки наступним перевагами:

а) практично необмеженої переданої потужності;

б) малим габаритам і вазі;

в) стабільному передавальному відношенню;

г) високому ККД, який складає в середньому 0,97 - 0,98.

Недоліком зубчастих передач є шум в роботі на високих швидкостях, який проте може бути знижений при застосуванні зубів відповідної геометричної форми і поліпшенні якості обробки профілів зубів. При високих кутових швидкостях обертання рекомендується застосовувати косозубі шестерні, в яких зуби входять в зачеплення плавно, що і забезпечує відносно безшумну работу. Недоліком косозубих шестерень є наявність осьових зусиль, які додатково навантажують підшипники. Цей недолік можна усунути, застосувавши здвоєні шестерні з равнонаправленнимі спіралями зубів або шевронні шестірні. Останні, через високу вартість і труднощі виготовлення застосовуються порівняно рідко - зазвичай лише для унікальних передач великої потужності. При малих кутових швидкостях обертання застосовуються конічні прямозубі шестерні, а при великих - шестерні з круговим зубом, які в даний час замінили конічні косозубі шестерні, які застосовувалися раніше. Конічні гіпоїдні шестерні теж мають кругової зуб, однак осі колес у них зміщені, що створює особливо плавну та тиху роботу. Передаточне відношення в зубчастих парах коливається в широких межах, проте зазвичай воно дорівнює 3 - 5.

Черв'ячні передачі - це передачі з мимобіжними осями. Відрізняються повністю безшумною роботою і великим передавальним відношенням в одній парі, яке в середньому становить 16 - 25. Серйозним недоліком черв'ячних передач, які обмежують їх застосування при значних потужностях, є низький ККД, обумовлений великими втратами на тертя в зачепленні. Як наслідок низького ККД - при роботі передачі під навантаженням, виділяється велика кількість тепла, яке треба відводити щоб уникнути перегріву. Середні значення ККД первинної передачі складають 0,7 -0,8.

Ланцюгові передачі застосовуються при передачі обертання між паралельними віддаленими один від одного валами. В даний час набули поширення два типи приводних ланцюгів:

а) ланцюги втулочно-роликові (типу Галя рис. 2.31 а),

б) ланцюга зубчасті з штампованих ланок (типу Рейнольдса).

а б

Рисунок 2.31 - Ланцюги

Зубчасті ланцюги, завдяки відносно меншому кроку, працюють більш плавно і безшумно.

Недоліком ланцюгових передач є порівняно швидкий знос шарнірів, сприяючий витяжці ланцюга і порушення її зачеплення із зірочкою, а також шумна робота на високих швидкостях внаслідок особливостей кінематики ланцюгової передачі.

Ремінні передачі застосовуються також для передачі обертання між паралельними віддаленими валами. Область розповсюдження цих передач в даний час значно скоротилася, проте вони ще знаходять широке застосування в якості первинного привода від двигуна, а також привода до механізмів, що володіє великим моментом обертових мас. При рушанні з місця та в разі раптових перевантажень ремені пробуксовують, рятуючи механізми від руйнування. Переважне поширення перед плоскими отримали планові ремені, що володіють більшою тягової здатністю.

Фрикційні передачі за формою фрикційних ковзанок можуть бути: циліндричними, конічними, лобовими - із зовнішнім і внутрішнім контактом. Головна перевага фрикційних передач полягає в можливості створення на їх базі фрикційних варіаторів (безступінчатих коробок передач), а також у безшумній роботі при високих швидкостях.

Питання для самоконтролю

Які ви знаєте види передач що використовуються?