2.2. Параметры механических передач

Механические трансмиссии (служат для передачи движения от силовой установки рабочим органам и движителям) состоят из: механизмов для передачи непрерывного вращательного или поступательного движения; механизмов для преобразования одной формы движения в другую.

При единственном потребителе передача превращается в трансмиссию.

Передача характеризуется входными, выходными и внутренними параметрами (Рис.2.1).

Р ис.2.1. Структурная схема параметров передачи

Это скорости: линейные ϑ₁ и ϑ₂ (м/с) и угловые ω₁ и ω ₂ (с^-1); силовые факторы: усилия F₁ и F₂ (Н) – при поступательном движении; крутящие моменты Т₁ и Т₂ (Н·м) – при вращательном движении; мощности: Р₁ и Р₂ (Вт), определяемые по формулам:

(2.2)

Внутренние параметры:

1. передаточное отношение – i;

2. коэффициент полезного действия (КПД) – η.

; (2.3)

; (2.4)

; (2.5)

; (2.6)

; (2.7)

где , - частоты вращения ведущего и ведомого звена.

Разница - потери энергии внутри передачи.

Выходной силовой фактор равен произведению входного силового фактора, передаточного отношения и КПД передачи.

В трансмиссии из нескольких последовательно соединенных передач:

(2.8)

По конструктивному исполнению отдельных элементов механических передач различают: 1-фрикционные, 2-ременные, 3-зубчатые, 4-червячные, 5-цепные, 6-канатные передачи. В 1 и 2 передачах – они относятся к передачам движения трением. За счет сил трения движение передается от ведущего к ведомому звену. 3, 4, 5 – зацеплением. 6 – особая группа (рассмотрим позже в разделе полиспастов).

В ременных, цепных и канатных передачах наличие гибких связей (ремней, цепей, канатов), поэтому их называют передачами с гибкой связью.

Функциональные связи элементов механических передач представляют кинематическими схемами (Рис. 2.2). На них указывают скорости, число зубьев и т. д. либо обозначают передачи прямоугольниками.

Р ис. 2.2. Кинематическая схема барабанной лебедки: 1-редуктор (передача); 2-соединительная муфта; 3-электродвигатель; 4-ведомый вал редуктора; 5-барабан; R – усилие натяжения ветви каната; Д – диаметр барабана по слою навивки каната; М – максимальный момент электродвигателя

2.3. Передаточные механизмы

Фрикционные передачи – у них ведущее и ведомое звенья – цилиндрические (Рис.2.3,а) или конические катки (Рис.2.3,б). Они жестко посажены на вращающиеся в подшипниках валы и прижаты друг к другу. .

Рис.2.3. Схемы фрикционных передач: а- с цилиндрическим катками; б- с коническими катками; 1- ведущие (входное) звено передачи; 2- ведомое (выходное) звено передачи

; (2.9)

; (2.10)

; (2.11)

; (2.12)

, (2.13)

где - окружное усилие на ведущем катке;

, - КПД подшипников ведущего и ведомого валов;

- диаметр ведущего катка (при конических катках измеренный от середины окружности конуса);

- крутящий момент на ведущем валу;

- крутящий момент на ведомом валу;

- предельное значение силы трения на контактирующих поверхностях;

- нормальное усилие на контактной поверхности;

- коэффициент упругого проскальзывания;

- коэффициент трения (0,04...0,05 - стали по стали; 0,1...0,15 - чугун со смазкой; 0,2...0,3 - стали или чугуна по текстолиту).

Передаточное отношение конической фрикционной передачи:

или , (2.14)

где и - половины углов при вершинах конусов катков.

Достоинства: простые формы тел качения, плавная и бесшумная работа.

Недостатки: нужны специальные прижимные устройства, износ катков при буксовании, повышенные нагрузки на валы и подшипники.

Ременные передачи – состоят из двух закрепленных на валах шкивов и охватывающего их ремня, надетого с натяжением. Движение передается за счет сил трения в двух парах шкивов. Обе ветви ремня натянуты одинаковым усилием в состоянии покоя. При движении они перераспределяются при сохранении равенства (Рис. 2.4).

Рис.2.4. Схема усилий ременной передачи:

1-ведущий шкив; 2-ведомый шкив; -большее усилие в набегающей на ведущий шкив ветви; -меньшее усилие в сбегающей со шкива ветви;

. (2.15)

Передаточное отношение:

. (2.16)

Эти усилия связаны между собой формулой Эйлера:

, (2.17)

где и – диаметры ведущего и ведомого шкивов;

и – частоты вращения;

– коэффициент трения между шкивом и ремнем;

– угол обхвата меньшего шкива ремнем;

– основание натурального логарифма;

– 0,97...0,99 – коэффициент упругого скольжения.

Применяют следующие типы ремней: плоские (i≤4), клиновые (i≤6-8), круглого сечения, зубчатые, поликлиновые (i=15, ϑ=40-50 м/с). Оптимальное межосевое расстояние плоскоременной передачи ( ):

. (2.18)

Для клиноременных выбирают из этого диапазона:

(2.19)

где h – высота ремня.

Достоинства – простота конструкции, плавность и безударность работы, возможность использования при значительных расстояниях между валами, бесшумные.

Недостатки – проскальзывание, большие габариты, малая долговечность, вытягивание.

Зубчатые передачи – состоят из двух посаженных на валы зубчатых колес (меньшее – шестерня, большее – колесо).

Т ипы передач: цилиндрические с параллельными валами (с прямыми - прямогубые, косыми – косогубые, шевронными, криволинейными зубьями); между пересекающимися валами – конические колеса с прямыми и круговыми зубьями; между перекрещивающимися осями – винтовые колеса.

Есть зубчато-реечная передача, передача внутреннего зацепления. Общий вид зубчатых передач приведены на рис.2.5.

Рис. 2.5. Зубчатые передачи:

а- цилиндрические прямозубые; б- цилиндрические косозубые; в- цилиндрические шевронные; г- конические прямозубые; д- конические с круговым зубом; е- винтовые; ж- с внутренним зацеплением; з- реечное зацепление

Достоинства: наибольшее распространение, малые габариты, высокий КПД (η=0,97...0,99), большая долговечность и надежность, постоянство передаточного отношения (i) (отсутствие проскальзывания), возможность применения в широком диапазоне моментов, скоростей и передаточных отношений.

Недостатки: шум в работе, передача больших осевых усилий (нагрузок) на валы, сложная технология изготовления (для шевронных).

Червячные передачи – это перекрещивающиеся валы под прямым углом. Передача состоит из винта 1 (червяка) и червячного колеса (2) с зубьями на своем ободе. Ведущее звено – червяк.

, (2.27)

где и -число заходов соответственно червяка и колеса.

Рис 2.8. Червячная передача: 1- винт (червяк); 2- червячное колесо

Достоинства: бесшумность и плавность работы; большие передаточные отношения i=80-100 при малых размерах; высокая точность перемещений, обеспечение возможности самоторможения.

Недостатки: низкий КПД; небольшие передаваемые мощности (до 70 кВт); повышенный износ; применение дорогих бронзовых венцов колес для снижения трения.

Ц епные передачи – для передачи вращательного движения между двумя параллельными валами при значительном расстоянии между ними. Состоит из двух звездочек 1 и 3 и охватывающей их цепи 2 (Рис.2.9).

П

Рис.2.9. Схема цепной передачи

риводные цепи бывают двух видов: втулочно-роликовые (ϑ=до 20 м/с) и зубчатые (ϑ=25 м/с) – меньше вибрации и шума (бесшумные). Основные параметры: шаг t (мм) и разрушающая нагрузка (Н). Диаметр делительной окружности звездочки (Д) связан с числом ее зубьев z и шагом цепи t зависимостью:

. (2.28)

Передаточное число обычно , а в тихоходных передачах может достигать 15.

. (2.29)

Достоинства: компактны, малая нагрузка на валы, простота замены, высокий КПД.

Недостатки: вытягивание цепей, чувствительность к перекосам валов, непостоянство передаточного отношения, требуют тщательный уход. Применяют в приводах машин мощностью до 120 кВт. При больших передаваемых мощностях – резко возрастает стоимость передачи и они становятся не эффективны.