Механические трансмиссии

Лабораторная работа № 1

Механические трансмиссии.

Общие сведения и классификация

Механические трансмиссии подразделяют на редукторные и канатные.

Редукторные трансмиссии представляют собой механические передачи (зубчатые, червячные, цепные, ременные и др.) в сочетании с муфтами, тормозами и другими элементами, обеспечивающими передачу движения.

Составными частями канатных трансмиссий являются лебедки и канатные полиспасты с направляющими блоками.

Основными положительными качествами механических трансмиссий являются относительная простота конструкций, сравнительно небольшая масса и стоимость, надежность в работе.

К недостаткам относятся значительная потеря энергии в муфтах и тормозах, зубчатых и других передачах, ступенчатое изменение скоростей и моментов, затруднительность автоматизации управления рабочим процессом машины.

Механические передачи разделяют на:

- передачи трением (фрикционные и ременные);

- передачи зацеплением (зубчатые, червячные и цепные).

В строительных и коммунальных машинах наибольшее применение получили ременные, зубчатые, червячные и цепные передачи.

Передачи зацеплением.

Назначения и классификация. Оценка и применение

Зубчáтая передача предназначена для передачи вращательного движения между валами с параллельными, пересекающимися и перекрещивающимися геометрическими осями, а также для трансформации вращательного движения в поступательное и наоборот.

Зубчатая передача состоит из пары или нескольких пар зубчатых колес, находящихся в зацеплении.

Ведущее, в большинстве случаев меньшее, колесо называется шестерней, а ведомое, большее - колесом. Термин «зубчатое колесо» является общим.

В передачах с параллельными валами используют цилиндрические зубчатые колеса (рис. 1, а, б, в, г), а в передачах, у которых геометрические оси валов пересекаются или перекрещиваются, применяют конические (рис. 1, д, е) и винтовые (рис. 1, ж) зубчатые колеса.

Зубчатые передачи могут быть как с внешним (рис. 1, а...в, д...ж), так и с внутренним зацеплением (рис. 1, г).

Для преобразования вращательного движения в поступательное и наоборот применяют реечную передачу (рис, 1, з).

По расположению зубьев на колесах различают передачи прямозубые (рис. 1, а, г, д, з), косозубые (рис. 1, б), криволинейные (рис. 1, е) и шевронные (рис. 1, в).

У прямозубого колеса зуб входит в зацепление по всей своей длине, что сопровождается значительным шумом и сравнительно большими динамическими нагрузками.

У косозубых цилиндрических колес зубья наклонены к оси вращения под углом 8...15° (рис. 1, б). Благодаря наклону зубьев увеличивается их длина, что позволяет косозубым передачам передавать большие мощности при одинаковых габаритах с прямозубыми.

В колесах с косыми зубьями зуб входит в зацепление и выходит постепенно, плавно, этим обусловливаются смягчение ударов и уменьшение шума.

Основным недостатком косозубых колес является возникновение вредных осевых усилий , что требует установки специальных подшипников для их восприятия.

Для того чтобы сохранить преимущества косозубой передачи и исключить вредные осевые усилия, применяют шевронные колеса (рис. 1, в), которые имеют двойной ряд косых зубьев, направленных в противоположные стороны. Осевые усилия каждой из половин шевронного колеса направлены в разные стороны и взаимно уравновешивают друг друга.

По типу зацепления зубчатые колеса бывают:

- эвольвентные;

- циклоидальные;

- озондальные (смешанные) с зубьями, профиль которых очерчен дугами окружности (передача Новикова).

Наиболь­шее применение получили колеса, боковая поверхность зубьев которых выполнена по эвольвентной кривой.

Конические зубчатые передачи (рис. 1, д, е) позволяют передавать крутящий момент между валами, оси которых пересекаются, а винтовые (рис. 1, ж) - между валами, оси которых перекрещиваются. Эти передачи в сравнении с цилиндрическими являются более сложными в изготовлении и монтаже.

Передаточное число зубчатой передачи

,              (1)

где и - соответственно частота вращения и количество зубьев ведущего элемента; и - то же, ведомого элемента.

В зависимости от назначения и размеров зубчатые колеса изготовляют из стали, чугуна или неметаллических материалов (капрон, текстолит и т. п.).

По сравнению с другими механическими передачами зубчатые передачи обладают высокой нагрузочной способностью, в результате чего имеют малые габариты, большую долговечность и надежность, высокий КПД (0,97…0,99), постоянство передаточного числа (отсутствует проскальзывание), возможность применения в широком диапазоне скоростей (до 15 м/с), мощностей (до десятков тысяч кВт) и передаточных чисел (до нескольких десятков в многоступенчатых передачах).

Недостатки зубчатых передач - шум при работе, повышенные требования к точности изготовления (особенно для скоростных передач).

Червячные передачи (рис. 2) применяют при передаче вращения между валами, геометрические оси которых скрещиваются в пространстве (обычно под углом 90°). В этих передачах в отличие, от винтовых осуществляется линейных контакт. Червячная передача состоит из червяка и червячного колеса.

Червяк 1 представляет собой винт, обычно с трапециевидной нарезкой. Как и всякий винт, червяк может быть одно-двух- и многозаходным с правой и левой резьбой. Преимущественно применяют червяки с правой резьбой с числом заходов 1, 2, 4. Чаще всего червяки изготовляют из углеродистых или легированных сталей.

Червячное колесо 2 представляет собой зубчатое колесо с косыми зубьями. Оно может быть изготовлено из чугуна, однако наилучшим материалом, обеспечивающим высокую износостойкость и наименьшие потери на трение, является бронза. Для экономии бронзы обычно из нее выполняют только зубчатый венец, который насаживают на стальную или чугунную ступицу червячного колеса. При работе червячной передачи ведущим элементом обычно является червяк. При вращении червяк ввинчивается в зубья червячного колеса, как винт в гайку, и вызывает этим его вращение относительно своей оси.

Передаточное число червячной передачи

,              (2)

где и - частоты вращения червяка и колеса, мин-1; и - число заходов червяка и число зубьев колеса.

К достоинствам червячных передач относятся возможность получения очень большого передаточного числа (60... 100 и более), бесшумность и плавность работы, компактность, способность само­торможения. Свойство самоторможения передачи заключается в том, что при определенных условиях вращение от червячного колеса не может быть передано червяку.

Недостатками червячных передач являются относительно низкий КПД ( 0,65...0,9), необходимость применения для колеса дорогих антифрикционных сплавов, ограниченная передаваемая мощность, нагрев при непрерывной работе.

Редуктором называют зубчатый или червячный механизм, размещенный в закрытом корпусе и предназначенный для понижения угловых скоростей и увеличения крутящих моментов. Корпус защищает передачу от пыли и служит масляной ванной, обеспечивающей постоянную смазку механизма.

Цепные передачи применяют для передачи вращения между параллельными валами, расположенными на сравнительно большом расстоянии (до 8 м) друг от друга, при необходимости обеспечения постоянства передаточного числа. Простейшая цепная передача состоит из ведущей 1 и ведомой 3 звездочек и соединяющей их цепи 2 (рис. 3, а).

Применяют три типа цепей: тяговые - для перемещения грузов в транспортирующих машинах; грузовые - для подъема грузов; приводные.

Ниже рассматриваются только приводные цепи.

По конструкции приводные цепи  подразделяют на  роликовые, втулочные и зубчатые, одно-, двух- и многорядные.

Роликовая однорядная цепь (рис. 3, б) состоит из наружных 1 и внутренних 2 пластин. Наружные пластины напрессованы на шарнирные оси 5, а внутренние - на втулку 4, свободно сидящую на оси. Рабочий ролик 3 насажен на втулку и в процессе зацепления свободно перекатывается по зубу звездочки. Вследствие этого трение скольжения заменяется трением качения и долговечность цепей повышается.

Втулочная цепь (рис. 3, в) отличается от роликовой отсутствием роликов.

Роликовые и втулочные цепи используют при скоростях до 20 м/с.

Зубчáтые цепи (рис. 3, г), называемые бесшумными, применяют при скоростях цепного привода более 20 м/с. Они состоят из набора шарнирно соединенных между собой пластин двух типов: с двумя зубообразными выступами, которые зацепляются с зубьями звездочки, и направляющих без зубьев, которые препятствуют соскальзыванию цепи со звездочки. На рис. 3, г показан вариант зубчатой многорядной цепи. Многорядные цепи обеспечивают передачу больших нагрузок.

Передаточное число цепной передачи

,                                                                                    (3)

где и - частота вращения ведущей и ведомой звездочек, мин-1; и - число зубьев ведущей и ведомой звездочек.

Преимуществами цепной передачи являются компактность, плавность хода, возможность передачи движения на большие расстояния, меньшая нагрузка на валы по сравнению с ременными передачами, сравнительно высокий КПД передачи ( 0,94...0,98).

К недостаткам этих передач относятся сложность изготовления звездочек и цепей, высокая стоимость цепей, увеличение шага цепи вследствие износа шарниров, что требует применения натяжных устройств, необходимость систематического ухода и регулирования.

Муфты представляют собой устройства для осевого соединения валов и передачи крутящего момента от вала на свободно установленные на нем детали и механизмы трансмиссии.

По способу управления муфты подразделяют на:

- неуправляемые - постоянно действующие (глухие, компенсирующие, упругие);

- управляемые, позволяющие производить повторные включения (кулачковые, фрикционные);

- самоуправляемые - автоматические (обгонные, предохранительные, центробежные и др.).

По принципу действия муфты разделяют на механические, электрические и гидравлические.

Механические муфты передают крутящий момент за счет непосредственного взаимодействия деталей двух полумуфт (болты, пальцы, шпонки, шлицы), а также за счет сил трения.

В электрических и гидравлических муфтах сцепление образуется за счет электромагнитных и гидродинамических сил.

Глухие муфты применяют для соединения строго соосных валов, работающих затем как одно целое. К глухим муфтам относятся втулочные и фланцевые (рис. 4, а, б, г). Втулочные муфты представляют собой втулку 1, надетую на соединяемые валы 2, 4 и скрепленную с ними штифтами 3 (рис. 4, а) или шпонками 5 (рис. 4, б). Эти муфты просты по конструкции, но требуют большой точности в отношении соосности валов.

Фланцевые муфты (рис. 4, г) состоят из двух полумуфт 1 и 4, жестко посаженных на концы соединяемых валов 2, 5 и скрепленных болтами 3. Болты устанавливают без зазора (I вариант) и с зазором (II вариант). Во втором случае крутящий момент передается силой трения между торцами фланцев, создаваемой затяжкой, а в первом - болтами, работающими на срез.

Компенсирующие муфты соединяют валы при некотором их взаимном смещении или перекосе в результате неточности изготовления, монтажа или деформации во время работы.

На рис. 4, в показана компенсирующая шарнирная муфта, которую широко применяют в карданных передачах, где по условиям работы неизбежны большие перекосы валов. В этой муфте полумуфты 1 и 2 соединены с концами валов штифтами 3, а между собой - с помощью крестовины 4. С крестовиной полумуфты соединены пальцем 5 и втулками 6. Палец и втулка замыкаются штифтом 7, концы которого после сборки развальцовываются. Такие муфты допускают перекос валов до 40...45°. При больших углах перекоса ставят подряд две шарнирные муфты.

Для смягчения толчков и ударов и предотвращения опасных колебаний используют упругие муфты, которые одновременно выполняют роль компенсирующих. В строительных и коммунальных машинах наибольшее распространение получили втулочно-пальцевые муфты, работающие на сжатие, и с резинокордными элементами, работающими на кручение.

Упругая втулочно-пальцевая муфта (рис. 4, д) имеет две полумуфты 1 и 4, скрепленные пальцами 2, конический хвостовик которых закреплен в одной полумуфте, а цилиндрический с посаженными на него резиновыми кольцами 3 - в другой. Усилие от ведущего вала к ведомому передается пальцами через упругие резиновые кольца. Благодаря этому допускается небольшая несоосность валов и смягчаются динамические нагрузки во время пуска и остановки двигателя машины.