Механические трансмиссии

Муфты с упругой резинокордной оболочкой (рис. 7, е) состоят из двух полумуфт 1 и 7, торообразной оболочки типа шины 4, двух колец 3, 5, которые с помощью винтов 2, 6 закрепляют оболочку на полумуфтах. Эта муфта имеет хорошие демпфирующие качества, позволяет компенсировать значительные неточности устанавливаемых валов и обеспечивает легкость сборки, разборки и замены упругого элемента.

Управляемые или сцепные муфты позволяют соединять и разъединять валы вручную при помощи пружинно-рычажных механизмов или с помощью гидравлических, пневматических и электромагнитных систем управления. Эти муфты можно подразделить на кулачковые и фрикционные. Их применение требует строгой соосности валов.

Кулачковая сцепная муфта (рис. 4, ж) состоит из двух полумуфт 1 и 3, на торцовых поверхностях которых имеются выступы (кулачки) 2 и 4 прямоугольной или трапецеидальной формы. В рабочем положении выступы одной полумуфты входят во впадины другой. Для включения и выключения муфты одну полумуфту 1 устанавливают на валу 5 подвижно в осевом направлении. Включение кулачковых муфт при вращении валов не рекомендуется, так как это сопровождается ударами, которые разрушают кулачки. Для увеличения срока службы муфты поверхности кулачков закаливают или цементируют. Кулачковые муфты применяют главным образом в тихоходных передачах трансмиссий машин.

Фрикционные муфты передают крутящий момент за счет сил трения, возникающих между полумуфтами, насаженными на ведущий и ведомый валы. Они обеспечивают возможность плавного соединения валов. При резких перегрузках эти муфты пробуксовывают, предох­раняя от поломки нагруженные детали. Фрикционные муфты по конструктивному исполнению бывают дисковыми, конусными, пнев-мокамерными и ленточными.

Дисковые муфты в зависимости от передаваемого крутящего момента могут быть однодисковыми (рис. 4, з) двух- и многодисковыми. Соединение валов обеспечивается силой трения между рабочими поверхностями неподвижных 1 и подвижных 2 полумуфт.

Конусные муфты (рис. 4, и) представляют собой две полумуфты с коническими рабочими поверхностями, одна из которых имеет наружный конус 1, а другая - внутренний 2. Крутящий момент от ведущего вала к ведомому передается за счет сил трения, возникающих на контактирующих поверхностях конусов. Для увеличения сил трения внутренний конус облицован фрикционным материалом 3.

Пневмокамерные муфты (рис. 4, к) широко применяют для включения различных механизмов строительных и коммунальных машин. Эти муфты передают крутящий момент колодками 5 (с фрикционными накладками 3) от ведущей части муфты 8 к шкиву барабана 1. Давление на колодки передается пневмокамерой 6, которая надета на ступицу, посаженную на вал. При подаче по трубке 7 от компрессора сжатого до давления 0,5...0,7 МПа воздуха внутрь вневмокамеры она расширяется, увеличивается в диаметре и прижимает колодки. Выключается муфта выпуском воздуха из пневмокамеры с отжимом колодок пружиной 4. Для лучшего отвода теплоты на ведомом шкиве имеются ребра 2.

Пневмокамерные муфты создают равномерное давление на обод, благодаря чему обеспечивают плавное включение механизмов и снижают динамические нагрузки. Кроме того, муфты просты по конструкции и не требуют сложных регулировок. Недостатком таких муфт является недолговечность пневмокамер.

Самоуправляемые муфты служат для автоматического соединения и разъединения валов. На рис. 4, л показана самоуправляемая обгонная муфта, передающая момент только в одном направлении. При вращении звездочки 1 по часовой стрелке шарики (или ролики) 2 под действием сил трения заклиниваются в узкой части паза, что и обеспечивает передачу движения на обойму 3. Шарики (ролики) удерживаются в постоянном контакте с обоймой пружиной 5 с толкателем 4. При вращении звездочки против часовой стрелки ролик заходит в широкую часть паза и движение не передается на внешнюю обойму.

Предохранительные муфты предназначены для защиты машин от перегрузок во время работы. Наибольшее распространение получили муфты с одним или двумя срезными штифтами 2, передающими крутящий момент между полумуфтами 1 и 3 (рис. 4, м). При перегрузке штифт, рассчитанный на максимальный момент, срезается полумуфтами 1 и 3, которые начинают вращаться свободно друг относительно друга. Для дальнейшей работы муфты срезанный штифт 2 заменяют на новый.

Остановы применяют для того, чтобы удержать груз, поднимаемый лебедками, от падения, не препятствуя при этом вращению вала или барабана лебедки в направлении подъема груза.

По конструктивному исполнению их подразделяют на храповые (с наружным и внутренним зацеплением) и фрикционные.

Храповой останов (рис. 5, а) состоит из храпового колеса 1, вала 4, защелки (собачки) 2 и оси 5, укрепленной на раме грузоподъемного механизма.

Колесо жестко закреплено на валу и может вращаться только в одну сторону на подъем груза. Вращению механизма в сторону опускания груза препятствует защелка, входящая в зацепление с зубьями колеса. Груз можно опустить, если защелку вывести из зацепления с колесом.

Основным недостатком храповых остановов является возникновение больших ударных нагрузок при остановке.

Конструкция и принцип действия фрикционных остановов аналогичны рассмотренным выше обгонным фрикционным роликовым муфтам.

Тормоза предназначены для уменьшения скорости или остановки механизма или машины. В зависимости от группы машины (транспортные, грузоподъемные, землеройные и т. д.) функции, выполняемые тормозами, различны. Так, в механизмах подъема кранов тормоза используют для удержания груза на весу или для его опускания с заданной скоростью; в транспортных машинах тормозные устройства обеспечивают снижение скорости машины или ее остановку на определенном участке пути.

По назначению тормоза подразделяют на стопорные и спускные.

По характеру работы - нормально замкнутые, нормально разомкнутые и комбинированные.

По принципу действия - автоматические и управляемые при помощи педалей и рычагов.

По конструции контактируемых рабочих частей - колодочные, ленточные, дисковые и конусные.

Стопорные тормоза служат для остановки и удержания груза в поднятом положении.

Тормоза, которые помимо остановки и удержания груза могут регулировать скорость его опускания, называют спускными.

Нормально замкнутые тормоза постоянно замкнуты усилием пружины или весом груза и размыкаются только на тот период, когда механизм работает.

Нормально разомкнутые тормоза замыкаются только тогда, когда нужно остановить механизм.

Комбинированные тормоза работают в нормальных условиях как тормоза нормально разомкнутые, а в аварийных ситуациях - как нормальные замкнутые.

Автоматические тормоза действуют независимо от воли обслуживающего персонала. Одновременно с выключением привода механизма они замыкаются при помощи электромагнитных, электрогидравлических или электромеханических систем.

На рис. 5, б показан нормально замкнутый автоматический ленточный тормоз. Он состоит из тормозного шкива 5, жестко закрепленного на валу механизма, гибкой стальной ленты 4 толщиной 3...5 мм с фрикционной накладкой, рычага 3, натяжного груза 2 и электромагнита 1. Торможение достигается путем обхвата тормозного шкива 5 стальной лентой 4, один конец которой закреплен неподвижно, а другой натягивается грузом 2, смонтированным на рычаге 3.

При пуске электродвигателя механизма питаемая током катушка электромагнита 1 втягивает якорь, соединенный с рычагом 3. При подъеме рычага между тормозной лентой и шкивом образуется зазор 1...1.5 мм, вследствие чего процесс торможения прекращается.

Недостатком ленточных тормозов является большое радиальное усилие, изгибающее вал.

В грузоподъемных машинах получили большое распространение колодочные тормоза, которые являются достаточно простыми по конструкции, надежны в эксплуатации и в которых отсутствует радиальное давление на вал. Они пригодны для двустороннего торможения и применяются в качестве стопорных нормально замкнутых автоматических тормозов.

Колодочный тормоз, показанный на рис. 5, в, работает следующим образом. Фрикционные колодки 6 стоек 7 и 10, прикрепленных шарнирно к основанию, прижимаются к шкиву 8 пружиной 5, концы которой упираются в скобу 3 и гайку 4 на штоке 2. Шарнирное крепление колодок к стойкам обеспечивает их плотное прилегание к шкиву. При включении электродвигателя ток проходит и по катушке 11 электромагнита. При этом рычаг 1 притягивается к электромагниту, блокируя работу пружины 5 и отводя колодки от тормозного шкива на 1,0...1,5 мм. Зазор между тормозным шкивом и колодками устанавливается винтом 9, а усилие пружины 5 регулируется гайкой 4.

Тормозные электромагниты недолговечны, не обеспечивают плавности торможения и создают значительные пусковые токи.

По этой причине на механизмах, требующих частых включений, применяют электрогидравлические толкатели. Однако следует иметь в виду, что электрогидравлические толкатели более сложны в изготовлении и требуют специальной рабочей жидкости при низких температурах.

Для рассмотренных конструкций ленточных и колодочных тормозов характерно, что усилие, создающее тормозной момент, направлено всегда перпендикулярно валу, подлежащему остановке.

В некоторых грузоподъемных машинах (тали, тельферы) для компактности применяют тормоза, у которых усилие замыкания тормозных поверхностей действует вдоль оси тормозного вала.

К тормозам с осевым нажатием относятся дисковые и конусные. По конструкции и принципу действия большинство дисковых и конусных тормозов аналогичны дисковым и конусным муфтам сцепления.

Передачи трением

Фрикционные передачи

В фрикционных передачах движение от вращающегося ведущего катка диаметром к ведомому диаметром в цилиндрических (рис. 6, а) или конических (рис. 6, б) передачах передается за счет сил трения, возникающих на контактной поверхности катков при их прижатии друг к другу силой Q.

Передача движения возможна, если момент сил сопротивления на ведомом катке не превысит предельного значения:

,                                                                                    (4)

где - коэффициент трения, зависящий от материала трущихся пар, их смазки и других факторов, ориентировочно при трении стали по стали или чугуну со смазкой и без нее соответственно 0,04...0,05 и 0,1...0,15; стали или чугуна по текстолиту всухую 0,2...0,3.

В противном случае произойдет буксование ведущего катка относительно ведомого.

Передаточное отношение фрикционной передачи с цилиндрическими () и коническими () катками (последние с перпендикулярными осями), а также КПД передачи вычисляют по формулам:

,                                          (5)

где и - угловые скорости; и - диаметры ведущего и ведомого катков (для конической передачи - измеренные по срединной окружности конуса); - коэффициент, учитывающий упругое скольжение (для передач, работающих без смазки, 0,99...0,995); и - половины углов при вершинах конусов катков; и - КПД подшипников валов. Построчными индексами (1) и (2) здесь и далее обозначены величины, относящиеся соответственно к ведущему и ведомому звеньям передачи.

В среднем КПД фрикционной передачи составляет =0,9...0,95.

Достоинства и недостатки. Фрикционные передачи просты по форме рабочих поверхностей катков, но, из-за необходимости создания больших контактных усилий, нуждаются в специальных прижимных устройствах.

По этой же причине их валы и подшипники испытывают повышенные нагрузки, а катки подвержены износу, особенно при буксовании. Лучшими показателями в этом отношении обладают фрикционные передачи с клинчатыми катками (рис. 7), у которых рабочие поверхности одного катка своими клиновыми выступами входят в такой же формы канавки другого катка. В этих катках требуемая суммарная сила контактного давления по боковым поверхностям канавок достигается при значительно меньшей, чем у катков с гладкими поверхностями силе прижатия .

Ременные передачи

Ременная передача (рис. 8, а) состоит из двух закрепленных на валах шкивов и охватывающего их ремня, надетого на шкивы с натяжением. Движение передается за счет сил трения в парах ведущий шкив - ремень и ремень - ведомый шкив. Передаточное отношение ременной передачи определяют по первой из формул (5), как и для фрикционной передачи при 0,97 ... 0,99. КПД ременной передачи составляет в среднем 0,94... 0,96.

В ременных передачах применяют следующие типы ремней: плоские (рис. 8, б), клиновые (рис. 8, в), круглого сечения (рис. 8, г), зубчатые (рис. 8, д) и поликлиновые (рис. 8, е).

Наиболее распространены в приводах строительных машин передачи с плоскими и клиновыми ремнями. Плоские ремни применяют в передачах с передаточным отношением не более 4, а клиновые - до 6 ... 8 и скоростях ремня до 30 м/с. Узкие клиновые ремни допускают работу при скоростях до 40...50 м/с. В одном комплекте может быть установлено до 8 клиновых ремней.

Недостатком многоременных передач является неодинаковая вытяжка ремней в процессе эксплуатации, из-за чего они загружаются неравномерно.

Этого недостатка лишены поликлиновые ремни с высокопрочным полиэфирным кордом, имеющие от 2 до 20 ребер. Они заменяют несколько клиновых ремней, комплектно устанавливаемых на шкивах. Передаточное отношение передач с поликлиновыми ремнями достигает 15 при скорости до 40...50 м/с.

Круглоременные передачи применяют в слабо нагруженных приводах, в частности, в механизмах приборов.

Зубчатые ремни отличаются от других ремней наличием на их внутренней поверхности зубьев, обеспечивающих передачу движения без проскальзывания, бесшумность работы, возможность работы в масле. В отличие от передач с другими типами ремней, передающими движение за счет сил трения между ремнем и шкивами, зубчато-ременные передачи реализуют принцип передачи движения зацеплением. По этому признаку они более близки к цепным передачам. Зубчатые ремни применяют в передачах большой мощности (до 400 кВт) при скорости до 80 м/с.