Виды механических передач применяемых в токарном станке

В металлорежущих станках для передачи вращательного движения применяют ременные, цепные, зубчатые и фрикционные передачи; для поступательного движения — винт-гайка, реечную передачу, кулачковые механизмы и др.

Ременная передача. Применяется чаще всего для передачи движения от электродвигателя к шпиндельной бабке станка (рис 1,а). Если обозначим через D₁ и n₁ — диаметр и число оборотов ведущего шкива вала I, а через D₂ и n₂— ведомого шкива вала II, то зависимость между ними будет

n₂= n₁

Отношение называется передаточным отношением ременной передачи, а 0,985- принято, как поправочный коэффициент на скольжение ремня. Направление вращения ведущего и ведомого валов совпадают при открытой передаче. Наиболее распространенными являются клиновые ремни ввиду некоторых преимуществ перед плоскими: повышенная тяговая способность, лучшая эксплуатация, меньшие простои при замене ремня. Выбор типа и числа клиновых ремней связан с передаваемой мощностью и окружной скоростью.

Рисунок 1. Типовые передачи в станках

Цепная передача.Она применяется для передачи движения от одного вала к другому, находящемуся сравнительно на большем расстоянии, чем при зубчатой передаче (рис.1,б). Число оборотов ведомого вала:

.

Отношение = называется передаточным отношением цепной передачи, где и -числа зубьев ведущей и ведомой звездочек. Направление вращения валов всегда одинаково.

Цепные передачи применяются как с ролико-втулочными цепями, так и с зубчатыми (бесшумными). Выбор их производится конструктивно в зависимости от назначения узла.

Зубчатая передача цилиндрическими или коническими колесами.Передача компактна, может передавать большие крутящие моменты. Применяются для изменения чисел оборотов и величин подач в коробках скоростей и подач, а также в качестве привода от электродвигателя к станку и к другим механизмам (рис.1, в, г). Характеризуется постоянством передаточного отношения. Число оборотов ведомого вала II определяется так:

,

где и -числа зубьев ведущего и ведомого колес. Отношение = называется передаточным отношением зубчатой передачи. В зубчатой передаче из двух зубчатых колес направление вращения ведущего и ведомого валов различные. При необходимости изменения направления вращения устанавливают промежуточное (паразитное) колесо.

Червячная передача. Применяется в большинстве случаев для резкого понижения числа оборотов ведомого вала одной передачей, а также для плавности и равномерности движения и в делительных цепях станков (рис.1, д). Число оборотов червячного колеса определяется так:

,

где — число заходов червяка;

z-число зубьев червячного колеса;

-передаточное отношение червячной передачи.

Для механизма состоящего из нескольких последовательно расположенных передач, общее передаточное отношение равно произведению передаточных отношений всех элементарных передач.

Реечная передача. В станках применяется для перемещения кареток суппортов, столов и других частей (рис. 1,е). За n оборотов колеса в минуту скорость перемещения рейки определится по формуле

Для передачи, состоящей из червяка и рейки (рис.1,ж),

,

где z-число зубьев колеса;

m- модуль зацепления;

-шаг червяка;

— угол подъема винтовой линии червяка;

— угол между осью червяка и напрвлением движения рейки.

Винт-гайка. Применяется для перемещения столов, суппортов, салазок и других частей станков (рис. 1,з).

Если обозначим шаг винта через n, то скорость перемещения одгого из элементов

.

Кулачковая передача. Применяется преимущественно в автоматах или в полуавтоматах (рис. 1,и), а также в других станках как средство управление и силовой передачи. Если, например, на дисковом кулачке (I) радиус изменяется от R₁ и R₂ по закону архимедовой спирали в пределах угла , то скорость ползуна на этом участке

Выражение называют шагом спирали, выражение — подъемом кривой на участке угла . Для передачи цилиндрическими кулачками (II)

,

где — длина дуги участка;

-подъем кривой на данном участке;

-длина окружности развертки кулачка;

-число оборотов кулачка в минуту.

При использовании гидравлического привода возможны бесступенчатое регулирование скорости в широком диапазоне и передача значительных сил. Гидропривод для вращательного движения (рис. 2) состоит из насоса 1 электродвигателя 2, бака для масла 3, насоса — двигателя 4, манометра 5 предохранительного клапана 6, фильтра 7. Насос 1 получающий вращение от электродвигателя 2, подает масло через фильтр 7 из бака к наосу 4. От ротора насоса 4 вращение передачи передается к шпинделю станка. Бесступенчатое регулирование частоты вращения шпинделя производится путем изменения производительности насосов 1 и 4, что имеет частоту вращения ротора насоса 4.

Рисунок 2. Схема гидропривода вращательного движения

Механизмы коробок скоростей и подач

В коробках скоростей и подач изменение чисел оборотов достигается поочередным включением различных зубчатых передач между валами коро­бок скоростей и подач. Для поочередного включения могут быть использо­ваны либо сменные зубчатые колеса , либо постоянные зубчатые колеса.

Заметим, что в станках передаточные отноше­ния зубчатых колес рекомендуется ограничивать следующими значениями: для коробок скоростей для коробок подач .

В отдельных случаях допускаются увеличение до 2,5—4. Применение передаточных отношений, выходящих за указанные пределы, приводит к увеличению габаритов ме­ханизма, снижению к. п. д. и появлению конст­руктивных трудностей при размещении механиз­мов переключения, увеличению шума.

При постоянных поочередно включаемых шестернях, установленных на двух параллельных валах, диапазон изменения чисел оборотов нахо­дится в указанных для сменных шестерен пределах. Так как в большин­стве случаев требуется значительно больший диапазон, то коробки ско­ростей и подач выполняют многоваловыми. Для включения различных зубчатых передач между двумя смежными валами используют элементар­ные механизмы, представленные на рис.3.

При переключении с помощью подвижных шестерен последние выпол­няют в виде блоков (рис.3 а-в). Наиболее часто применяют меха­низмы с двойным и тройным блоком (рис.3 а и б). При блоках из четы­рех шестерен сильно возрастает длина механизма в осевом направлении, поэтому такой вариант используется только в отдельных случаях, когда большая длина механизма предопределяется другими конструктивными элементами. В других случаях поочередное включение четырех передач осуществляется с помощью двух отдельных двойных подвижных блоков.

Благодаря достоинствам, присущим механизмам переключения с по­движными шестернями, они находят широкое применение в коробках ско­ростей и подач, рассчитанных как на работу при высоких скоростях, так и на передачу значительных крутящих моментов.

При использовании в механизмах изменения чисел оборотов кулачко­вых, зубчатых и фрикционных муфт они имеют схему, представленную на рис.3,г. Как правило, эти механизмы выполняются с двусторон­ней муфтой 1. Вследствие указанных выше недостатков механизмов пере­ключения с муфтами они применяются реже. Исключение составляют электромагнитные фрикционные муфты, которые получили более или менее значительное распространениепри дистанционноми, особенно, автоматическом управлении.

Рисунок 3. Зубчатые механизмы коробок скоростей и подач

В ряде конструкций коробок скоростей и подач используется меха­низм, изображенный на рис. 3 д. В данном случае ведущим звеном является втулка шестерни z₁, которая получает вращение через зубчатую или ременную передачу. В показанном на схеме положении вращение пере­дается от втулки шестерни z₁ через шестерни z₁ – z₂, z₃ – z₄ валу III. При перемещении шестерни z₄ влево она выходит из зацепления с шестерней z₃ и муфта, выполненная заодно с шестерней z₄, сцепляется с муфтой, выпол­ненной заодно с шестерней z₁. При этом вращение от шестерни z₁ непосред­ственно передается валу III. Так как обе пары зубчатых колес могут быть выполнены понижающими с передаточным отношением 1/4 то при данной схеме диапазон изменения чисел оборотов вала III может быть расширен до 16. Механизмы этого типа называют передачей со звеном возврата.

Другая модификация подобного механизма, называемая перебором, изображена на рис. 3, е. В этом случае при непосредственном сцепле­нии валаIII с шестерней z₁ с помощью муфты 1 шестерни z₂ и z₃, связан­ные общей втулкой, перемещаются в осевом направлении и выводятся из зацепления с шестернями z₁ и z₄, что способствует повышению к. п. д. и уменьшению потерь холостого хода при включении высокого числа обо­ротов валаIII.

Механизмы последних двух типов обычно находят применение в по­следних звеньях коробок скоростей и подач.

Механизмы, показанные на рис.3 ж — и, применяют в коробках подач.

Механизм с подвижной шпонкой (рис.3, ж) отличается малыми размерами вдоль оси. В тех случаях, когда недостатки механизмов с по­движной шпонкой, указанные выше, не имеют существенного значения, механизм используется благодаря своей компактности. В частности, он применяется в коробках подач сверлильных станков, коробках подач, расположенных в фартуках револьверных станков, в коробках подач карусельных станков.

Механизм, изображенный на рис.3, з, состоит из жестко закреплен­ных на валу I шестерен z₁—z₇, и накидной шестерни z₈. Накидная ше­стерня z₈ вместе с подвижной шестерней Zg смонтированы в кожухе 1, который может передвигаться вдоль вала II и поворачиваться около его оси. Для включения той или иной передачи кожух 1 перемещается в осе­вом направлении до совмещения накидной шестерни с соответствующей шестерней z_{1 –} z₇, после чего поворотом кожуха I вокруг оси вала II на­кидная шестерня вводится в зацепление с соответствующей шестерней z₁ — z₇. В требующемся положении кожух удерживается фиксатором. Данному механизму присущи все рассмотренные выше недостатки, свой­ственные механизмам с накидной шестерней. Его достоинствами являются малые размеры вдоль оси и возможность свободного выбора передаточных отношений независимо от межцентрового расстояния. Этот механизм широко применяется в коробках подач токарно-винторезных станков, где он позволяет получить при небольших габаритах большое число пере­даточных отношений, необходимых для нарезания резьб с различным шагом. Этот механизм называется также коробкой Нортона.

Механизм, представленный на рис.3, и, также применяется в ко­робках подач токарно-винторезных станков, где он служит для умень­шения в 2, 4, 8 раз или соответствующего увеличения шагов нарезаемых резьб, настраиваемых с помощью механизмов с накидной шестерней или других механизмов коробки подач. На ведущем валу закреплена только одна шестерняz₁, на валуIII помещается подвижная шестерняz₁₁, которая может занимать три положения, два из которых показаны штрихо­вой линией. В первом положении вращение передается от шестерни z₁ ше­стерне z₁₁ через шестерню z₂, которая в этом случае является паразитной.

Во втором положении вращение передается через шестерни и передаточное отношение равно 1/2. В третьем положении вращение передается дается через шестерни и передаточное отношение равно 1/4.

Рисунок 4. Кинематическая схема многоваловой коробки

Многоваловые коробки скоростей и подач пред­ставляют собой сочетание тех или иных рассмотрен­ных элементарных меха­низмов или их модифика­ций. В качестве примера на рис.4 приведена схема многоваловой пере­дачи. На том же рисунке изображена формула кинематических связей, которая поз­воляет разобраться в схеме включения различных пе­редач, не прибегая к опи­санию.

Рисунок 5. Механизмы со связанными колесами

Коробка, изображен­ная на рис.4, позво­ляет получить 12 различ­ных чисел оборотов. Между валами I и II могут быть включены две раз­личные передачи и соответственно вал II имеет два различных числа обо­ротов. При каждом из включенных чисел оборотов вала II может быть включена одна из трех передач от вала II к втулке III, на которой закреп­лены шестерни z₆, z₈ и z₁₀. Таким образом, втулка III имеет шесть различ­ных чисел оборотов. При сцеплении втулки III с валом V с помощью муфты М вал V получает шесть различных чисел оборотов. При сцеплении шестерни z₁₄ с шестерней z₁₃вал V получит еще шесть чисел оборотов через пере­дачу

Несколько передач, свя­зывающих два смежных вала, называется группой передач. Общее число ско­ростей последнего вала равно произведению числа передач в каждой группе. В рассматриваемом слу­чае в первой группе имеется две передачи, во второй — три и в третьей — две. Общее число скоростей Приведенная формула для определения числа ступеней чисел оборотов, которая может быть пред­ставлена в виде , называется структурной форму­лой коробки.

Для уменьшения числа зубчатых колес в коробках, скоростей и подач применяют передачи со связанными колесами (рис.5). Связанные колеса (отмечены штриховкой) принимают участие как в передачах между валами I — II, так и в передачах между валами II — III. На рис.5 а показана передача с одним, на рис. 5 б – с двумя, а на рис. 5 в – с тремя связанными колесами. Применение связанных колес позволяет уменьшить не только число колес, но и осевую длину передачи. Однако при использовании связанных колес возникают трудности в построении ряда чисел оборотов.

1. Пояснить основные условные обозначения в кинематических схемах.

2. Дать определение передаточному отношению передачи.

3. Что такое передача в металлорежущем станке.

4. Схема передачи и ее передаточное отношение.

5. Характеристика винтовой и реечной передач.

6. Назначение и принцип работы механизмов металлорежущих станков.

1. Гришин А.Н. Режущий инструмент и металлорежущие станки. Учебное пособие. – Астана: КАТУ им. С.Сейфуллина, 2008. – 117 с.
2. Горбунов Б.И. Обработка металлов резанием, металлорежущий инструмент и станки. Учебное пособие, М.: Машиностроение, 1981. – 287 с.
3. Пуш П.Э. Металлорежущие станки. Учебник для машиностроительных вузов. М.: Машиностроение, 1985. – 256 с.
4. Колев Н.С. и др. Металлорежущие станки. 2-е издание, перер. и доп. М.: Машиностроение, 1980. – 500 с.

Передачей называют техническое приспособление для передачи того или иного вида движения от одной части механизма к другой. Передача происходит от источника энергии к месту ее потребления или преобразования. Первые передаточные механизмы были разработаны в античном мире и использовались в системах орошения Древнего Египта, Междуречья и Китая. Средневековые механики значительно усовершенствовали устройства, передающие движение, и разработали множество новых видов, используя и в прялках и гончарном деле. Подлинный же расцвет начался в Новое время, с внедрением технологий производства и точной обработки стальных сплавов.

Механические» передачи выполняют и другие вспомогательные функции.

Классификация механических передач

Машиностроителями принято несколько классификаций в зависимости от классифицирующего фактора.

По принципу действия различают следующие виды механических передач:

• зацеплением;
• трением качения;
• гибкими звеньями.

По направлению изменения числа оборотов выделяют редукторы (снижение) и мультипликаторы (повышение). Каждый из них соответственно изменяет и крутящий момент (в обратную сторону).

По числу потребителей передаваемой энергии вращения вид может быть:

• однопотоковый;
• многопотоковый.

По числу этапов преобразования – одноступенчатые и многоступенчатые.

По признаку преобразования видов движения выделяют такие типы механических передач, как

• Вращательно-поступательные. Червячные, реечные и винтовые.
• Вращательно-качательные. Рычажные пары.
• Поступательно-вращательные. Кривошипно-шатунные широко применяются в двигателях внутреннего сгорания и паровых машинах.

Для обеспечения движения по сложным заданным траекториям используют системы рычагов, кулачков и клапанов.

Основные показатели для выбора механических передач

Выбор типа передачи — сложная конструкторская задача. Нужно подобрать вид и спроектировать механизм, наиболее полно удовлетворяющий техническим требованиям, сформулированным для данного узла.

При выборе конструктор сопоставляет следующие основные факторы:

• опыт предшествующих аналогичных конструкций;
• мощность и момент на валу ;
• число оборотов на входе и на выходе;
• требуемый К.П.Д.;
• массогабаритные характеристики;
• доступность регулировок;
• плановый эксплуатационный ресурс;
• себестоимость производства;
• стоимость обслуживания.

При высоких передаваемых мощностях обычно выбирают многопоточный зубчатый вид. При необходимости регулировки числа оборотов в широком диапазоне разумно будет выбрать клиноременной вариатор. Конечное решение остается за конструктором.

Цилиндрические передачи

Механизмы такого вида выполняют с внутренним или с внешним зацеплением. Если зубья расположены под углом к продольной оси, шестерню называют косозубой. По мере увеличения угла наклона зубцов прочность пары повышается. Зацепление косозубого вида также отличается лучшей износостойкостью, плавностью хода и низким уровнем шума и вибраций.

Недостатком этого типа является возникновение паразитной силы, действующей вдоль оси колеса. Это создает лишнюю нагрузку на опорные подшипники.

Коническая передача

Если необходимо изменить направление вращения, а оси валов лежат в одной плоскости, применяют конический тип передачи. Наиболее распространенный угол изменения – 90°.

Такой тип механизма более сложен в изготовлении и монтаже и, также как и косозубый, требует укрепления опорных конструкций.

Конический механизм может передать до 80% мощности по сравнению с цилиндрическим.

Реечная и ременная зубчатая передача

Реечная передача преобразует вращательное движение в поступательное. Одно из зубчатых колес пары как бы развернуто в линию и представляет собой зубчатую рейку. Такой способ используется в рулевом управлений автомобиля, в других исполнительных механизмах.

Ременная передача была изобретена в доисторические времена и с тех пор заметно видоизменилась и усовершенствовалась.

Она состоит из двух закрепленных на входном и выходном валу колес-шкивов, охваченных кольцевым приводным ремнем. Вращение передается за счет сил трения, возникающих на шкивах.

Плоские и круглые ремни используются при небольших нагрузках. Широкое распространение получил ремень в форме клина, шкив при этом выполняется со щечками, и зацепление осуществляется одной нижней и двумя боковыми поверхностями ремня.

Ремни также снабжаются зубчатыми фрагментами. Поликлиновые передачи широко применяются в современных автомобильных и мотоциклетных вариаторах. Они позволяют передавать значительный крутящий момент и плавно регулировать скорость вращения ведомого вала.

Достоинства и недостатки ременных передач

• передача вращения на большие дистанции (до 20 метров);
• низкий уровень шума и вибраций;
• демпфирование динамических нагрузок упругим материалом ремня;
• простое устройство и эксплуатация, смазка ремня не требуется).

• большие размеры (при равной мощности шестерня в 5-6 раз меньше шкива);
• переменное передаточное число из-за проскальзывания;
• малая долговечность по сравнению с зубчатыми колесами.

Чтобы обеспечить тяговую способность, ремень приходится подвергать большому предварительному натяжению. Это ускоряет износ подшипников и валов шкивов.

Применение

Из всех типов передач наиболее широко применяются зубчатые. Практически любой механизм, бытовой прибор, станок, механические часы, транспортное средство включает в себя зубчатые пары.

В последнее время, с прогрессом электротехники, разработкой новых материалов и отходом двигателей внутреннего сгорания на второй план, использование зубчатых механизмов приобрело тенденцию к сокращению.

Все чаще вместо редуктора используют электронную схему регулировки момента и числа оборотов электродвигателя. В электромобиле из нескольких тысяч движущихся частей, 30% из которых составляли разного вида шестерни, осталось несколько сотен.

Тяговые электродвигатели размещены непосредственно в колесе, необходимость в сложной трансмиссии отпадает.

Похожие тенденции намечаются и в бытовой технике.

Свои позиции зубчатые редукторы и трансмиссии сохраняют там, где требуется передача очень больших мощностей и крутящих моментов. Это промышленные установки, горная техника, некоторые виды транспортных систем.

Обслуживание

Своевременное обслуживание любой техники в соответствии с рекомендациями ее производителя обеспечит ее нормальное функционирование, паспортную производительность и выработку планового ресурса.

Обслуживание разбивается на несколько видов

• текущее обслуживание;
• диагностика;
• планово-предупредительный ремонт;
• внеплановый ремонт;
• аварийный ремонт.

При условии проведения текущего обслуживания и планово-предупредительных ремонтов в соответствии с графиками удается значительно снизить риски выхода оборудования из строя.

Диагностика проводится с заданной периодичностью и призвана выявить негативные изменения в работе оборудования на ранней стадии и минимизировать потери времени и средств на внеплановые ремонты.

Обслуживание зубчатых передач заключается в их своевременной смазке.

Для ременных необходимо периодическое восстановление силы натяжения ремня.

Диагностика проводится как методом визуального осмотра, таки измерением температуры, уровня шума и вибрации, ультразвуковым и рентгеновским просвечиванием механизма без его разборки.

Стандарты

Основные параметры различных видов передач нормируются соответствующими ГОСТами:

• Зубчатые цилиндрические: 16531-83.
• Червячные 2144-76.
• Эвольвентные 19274-73.

Дополнительные параметры, методы расчета и особенности эксплуатации описаны в других государственных стандартах.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

а) практически неограниченной передаваемой мощности,

б) малым габаритам и весу,

в) стабильному передаточному отношению,

г) высокому КПД, который составляет в среднем 0,97 — 0,98.

Недостатком зубчатых передач является шум в работе на высоких скоростях, который однако может быть снижен при применении зубьев соответствующей геометрической формы и улучшении качества обработки профилей зубьев.

При высоких угловых скоростях вращения рекомендуется применять косозубые шестерни, в которых зубья входят о зацепление плавно, что и обеспечивает относительно бесшумную ра­боту. Недостатком косозубых шестерен является наличие осевых усилий, которые дополнительно нагружают подшипники. Этот недостаток можно устранить, применив сдвоенные шестерни с равнонаправленными спиралями зубьев или шевронные шестерни. По­следние, ввиду высокой стоимости и трудности изготовления применяются сравнительно редко — обычно лишь для уникальных передач большой мощности. При малых угловых скоростях враще­ния применяются конические прямозубые шестерни, а при больших — шестерни с круговым зубом, которые в настоящее время заменили конические косозубые шестерни, применяемые ранее. Конические гипоидные шестерни тоже имеют круговой зуб, однако оси колес в них смещены, что создает особенно плавную и бес­шумную работу. Передаточное отнесение в зубчатых парах колеблется в широких пределах, однако обычно оно равно 3 — 5.

Червячные передачи

Это передачи со скрещивающимися осями. Отличаются полно­стью бесшумной работой и большим передаточным отношением в одной паре, которое в среднем составляет 16 — 25. Серьезным недостатком червячных передач, ограничивающим их приме­нение при значительных мощностях, является низкий КПД, обусловленный большими потерями на трение в зацеплении. Как следствие низкого КПД — при работе передачи под нагрузкой, выделяется большое количество тепла, которое надо отводить во избежание перегрева. Средние значения КПД первичной передачи составляют 0,7 -0,8.

Цепные передачи

Применяются при передаче вращения между, параллельными удаленными друг от друга валами. В настоящее время получили распространение два типа приводных цепей:

а) цепи втулочно-роликовые (типа Галя),

б) цепи зубчатые из штампованных звеньев (типа Рейнольдса ).

Зубчатые цепи, благодаря относительно меньшему шагу, работают более плавно и бесшумно.

Недостатком цепных передач является сравнительно быстрый износ шарниров, способствующий вытяжке цепи и нарушению ее зацепления со звездочкой, а также шумная работа на высо­ких скоростях вследствие особенностей кинематики цепной передачи.

Ременные передачи

Применяются также для передачи вращения между параллельными удаленными валами. Область распространения этих пе­редач в настоящее время значительно сократилась, однако они еще находят широкое применение в качестве первичного приво­да от двигателя, а также привода к механизмам, обладающим большим моментом вращающихся масс. При трогании с места и в случае внезапных перегрузок ремни пробуксовывают, спасая механизмы от поломок.

Преимущественное распространение перед плоскими получили плановые ремни, обладающие большей тяговой способностью.

Фрикционные передачи

Фрикционные передачи по форме фрикционных катков могут быть: цилиндрическими, коническими, лобовыми — с внешним и внутренним контактом. Главное достоинство фрикционных передач заключается в возможности создания на их базе фрикционных вариаторов (бесступенчатых коробок передач), а также в бесшумной их работе при высоких скоростях.

Основные кинематические и силовые отношения в передачах

При равномерном вращательном движении тела его любая точка имеет постоянную угловую скорость:

где φ – угол поворота; t – время поворота.

Скорость вращения характеризуется также частотой вращения « n » ( об /мин).

Линейная скорость ( V ) точки определяется зависимостью:

где D и R – диаметр и радиус точки, где определяют скорость.

Линейную скорость ( V ) называют окружной скоростью.

Сила ( P ), действующая на тело и вызывающая его вращение или сопро­тивление вращению, называется окружной силой.

Окружная сила направлена по касательной к траектории точки ее приложения. Связь между силой ( P ), окружной скоростью “ V ” и мощностью ( N ) выражается формулами:

здесь: P – окружная сила, Н

V – окружной скоростью, м/с.

Окружная сила ( P ) связана с передаваемым моментом ( T ) следующим образом:

Принято обозначать: для ведущего элемента использовать индекс – 1: ω ₁ , n ₁ , N ₁ , T _1, D ₁ ; для ведомого – индекс – 2: ω ₂ , n ₂ , N ₂ , T ₂ , D ₂ .

Передаваемый момент ( T ) связан с мощностью ( N ), угловой скоростью ω и частотой вращения n следующим зависимостями:

здесь: N – Вт; n ₁ – об/мин.

Основные характеристики передач

Во всех механических передачах различают два основных звена: входное (ведущее) и выходное (ведомое). Между этими звеньями в многоступенчатых передачах располагаются промежуточные звенья. Звенья, передающие вращающий момент, называют ведущими, а звенья, приводимые в движение от ведущих (катки, шкивы, зубчатые колеса и т.п.), – ведомыми.

Параметры передачи, относящиеся к ведущим звеньям, будем отмечать индексом 1, а к ведомым — индексом 2, т. е. d₁, v₁, ω ₁, P₁, T ₁ – соответственно диаметр, окружная скорость, угловая скорость, мощность, вращающий момент на ведущем валу; d₂, v₂, ω ₂, P₂, T ₂ – то же, на ведомом.

Любая механическая передача характеризуется следующими основными параметрами (рис. 3): мощностью Р ₂ – на выходе, кВт; быстроходностью, которая выражается угловой скоростью ведомого вала ω ₂, рад/с, или частотой вращения n , измеряемой в об/мин (мин -1 ), и передаточным отношением u .

Это три основные характеристики, необходимые для проектировочного расчета любой передачи.

Рис. 3. Основные параметры передач

Рис. 4. Трехступенчатая передача

Рис. 5. Кинематика ци­линдрической передачи

В машиностроении принято обозначать угловые и окружные скорости, частоту вращения, диаметры вращающихся деталей ведущих валов индексами нечетных цифр, ведомых — четными. Например, для колес трехступенчатой передачи (рис. 4) обо­значения частот вращения следующие: п ₁ — веду­щего вала I ; п₃ — ведущей шестерни вала II ; п₅ — ведущей шестерни вала III ; п₂ — промежуточного ведомого вала II ; п₄ — ведомого колеса вала III ; п₆ — ведомого колеса вала IV .

Все механические передачи характеризуются передаточным числом или отношением. Рассмотрим работу двух элементов передачи (рис.5), один из которых будет ведущим, а второй — ведомым.

Введем следующие обозначения: ω ₁ и п ₁ — угло­вая скорость и частота вращения ведущего вала, выраженные соответственно рад/с и об/мин; ω ₂ и п₂ — угловая скорость и частота вращения ведомого вала; D ₁ и D ₂ — диаметры вращающихся деталей (шкивов, катков и т. п.); ν ₁ и ν ₂ — окружные скоро­сти, м/с.

Передаточное число – отношение угловой скорости ве­дущего вала к угловой скорости ведомого вала конкретной передачи. Передаточное число не может быть меньше единицы . Оно представляет собой абсолютную величину передаточного отношения:

Принимая в точке контакта

Диаметр начальных окружностей зубчатых колес зубчатой передачи определяется по формулам:

Таким образом, для любой передачи:

Отношение угловых скоростей ведущего ω ₁ и ведомого ω ₂ звеньев называют также передаточным отношением и обозначают і .

Передаточное число в отличие от передаточного отношения всегда положительное и не может быть меньше единицы. Передаточное число характеризует передачу только количественно. Передаточное число и передаточное отношение могут совпадать только у передачи внутреннего зацепления. У передач внешнего зацепления они не совпадают, так как имеют разные знаки: передаточное отношение – отрицательное, а передаточное число – положительное. Если ведущее и ведомое колеса вращаются в одну сторону (например, у зубчатой передачи с внутренним зацеплением), то передаточное отношение считается положительным. Если ведомое и ведущее колеса вращаются в разные стороны (например, у зубчатой передачи внешнего зацепления), то передаточное отношение считается отрицательным.

В передаче, понижающей частоту вращения n (угловую скорость ω ), u >1; при и

Передаточное число привода реализуют применением в силовой цепи многоступенчатых однотипных передач, а также передач разных видов (рис.6). Нагруженность деталей зависит от места установки передачи в силовой цепи и распределения общего передаточного числа между отдельными передачами. По мере удаления по силовом потоку от двигателя в понижающих передачах нагруженность деталей растет. Следовательно, в области малых частот вращения n (и соответственно больших вращающих моментов Т) целесообразно применять передачи с высокой нагрузочной способностью (например, зубчатые, цепные).

Рис. 6. Схема привода ленточного конвейера: 1-электродвигатель; 2-ременная передача;

3-редуктор цилиндрический одноступенчатый; 4-цепная передача; 5-лента конвейера; 6- барабан конвейера

Так, в приводе на рис. 6, состоящем из ременной, зубчатой и цепной передач, вариант размещения «двигатель – ременная – зубчатая – цепная передача – исполнительный орган» предпочтительнее других вариантов.

Ок о нчательное решение вопроса о распределении общего передаточного числа и между передачами разных типов требует сопоставления результатов расчетов на основе технико – экономического анализа нескольких вариантов.

Передача мощности от ведущего вала к ведомому всегда сопровожда­ется потерей части передаваемой мощности вследствие наличия вредных со­противлений (трения в движущихся частях, сопротивления воздуха и др.).

Отношение значений мощности на ведомом валу P ₂ к мощности на веду­щем валу P ₁ называют механическим коэффициентом полезного действия (КПД) и обозначают буквой η :

Общий КПД многоступенчатой последовательно соединенной переда­чи определяют по формуле

где — КПД, учитывающие потери в отдельных кинематических парах передачи (подшипники, муфты).

Следовательно КПД машины, содержащей ряд последовательных передач, всегда будет меньше КПД любой из этих передач.

КПД характеризует качество передачи. Потеря мощности – показатель непроизводительных затрат энергии – косвенно характеризует износ деталей передачи, так как потерянная в передаче мощность превращается в теплоту и частично идет на разрушение рабочих поверхностей.

С уменьшением полезной нагрузки КПД значительно снижается, так как возрастает относительное влияние постоянных потерь (близких к потерям холостого хода), не зависящих от нагрузки.

Отношение потерянной в механизме (машине) мощности ( P ₁ — P ₂) к ее входной мощности называют коэффициентом потерь, который можно выразить следующим образом:

Следовательно сумма коэффициентов полезного действия и потерь всегда равна единице:

Окружная скорость ведущего или ведомого звена, м/ с ,

где ω – угловая скорость ,с -1 ; n – частота вращения, мин –1 ; d – диаметр, мм (колеса, шкива и др.)

Окружные скорости обоих звеньев передачи при отсутствии скольжения равны: ;

Окружная сила, Н,

где Р –м ощность, кВт; ν – м/с; Т– Нм ; d – мм;

Вращающий (крутящий) момент, Нм ,

Вращающий момент Т ₁ ведущего вала является моментом движущих сил, его направление совпадает с направлением вращения вала. Момент Т ₂ ведомого вала – момент сил сопротивления поэтому его направление противоположно направлению вращения вала;

Передачи с постоянным передаточным числом

В задании на проектирование с постоянным передаточным числом должны быть известны: передаваемая мощность N или крутящий момент T на ведомом валу, частота вращения ведущего n ₁ и ведомого n ₂ валов, схема передачи, габариты и режим работы передачи.

По этим данным можно спроектировать несколько передач различных типов. Возможные варианты передач нужно сравнить между собой по весу, КПД, габаритам и др. параметрам и выбрать из них наивыгоднейший . В таблице 2 приводятся некоторые параметры различных передач.

Таблица 2. Ориентировочные знания основных параметров одноступенчатых механических передач

>