1.3.9. Механические передачи
Механической передачей называют механизм, который преобразует параметры движения двигателя при передаче рабочим органам машины.
Основные характеристики передач:
мощность N1 на входе и N2 на выходе;
быстроходность (частота вращения);
коэффициент полезного действия;
передаточное отношение.
1.3.9.1. Ременные передачи
Передача состоит из двух шкивов и ремня. Нагрузка передается силами трения, возникающими между шкивами и ремнем.
Преимущества: передача движения на довольно значительное расстояние, плавность и бесшумность работы, предохранение механизмов от резких колебаний нагрузки вследствие упругости ремня, от перегрузки вследствие его проскальзывания, простота конструкции и обслуживания.
Недостатки: довольно крупные габариты, проскальзывание ремня.
Основные критерии работоспособности: тяговая способность, определяемая силой трения между ремнем и шкивом; долговечность ремня.
Расчет ременной передачи заключается в определении размеров шкивов, обеспечивающих заданное передаточное отношение, размеров ремня, сил и напряжений в ведущей и ведомой ветвях ремня.
При расчете КПД принимают для плоскоременных передач = 0,97, для клиноременных - = 0,96.
В передачах применяют следующие типы плоских ремней: кожаные (дорогие), прорезиненные, хлопчатобумажные (менее долговечные), шерстяные (лучше переносят резкие колебания нагрузки), пленочные из пластмасс (прочные, быстроходные).
1.3.9.2. Фрикционные передачи
Работа фрикционной передачи основана на использовании сил трения, которые возникают в месте контакта двух тел вращения под действием сжимающих сил Q.
Существуют фрикционные передачи с регулируемым и нерегулируемым передаточным отношением, с нерегулируемым - редко.
Фрикционные вариаторы применяют как в кинематических, так и в силовых передачах в тех случаях, когда требуется бесступенчатое регулирование скорости.
Описываемые передачи могут быть нескольких типов:
фрикционная передача с гладкими коническими валками
фрикционная передача с гладкими цилиндрическими валками
лобовой вариатор
вариатор с раздвижными конусами
торовый вариатор
дисковый вариатор
Здесь момент передается за счет трения между набором ведущих и ведомых дисков. Решающее значение для вариаторов имеет проблема скольжения. Различают три вида скольжения.
Буксование наступает при перегрузках. При буксовании ведомый каток останавливается, а ведущий скользит по нему, вызывая местный износ и задир поверхности.
Упругое скольжение связано с упругими деформациями в зоне контакта. Равенство окружных скоростей наблюдается только в точках на линии контакта. А из-за сплющивания упругого тела контакт идет не по линии, а по площади. В остальных точках, кроме указанных, идет скольжение.
Геометрическое скольжение связано с неравенством скоростей на площадке контакта у ведущего и ведомого катков.
1.3.9.3. Зубчатые передачи
Это самый распространенный тип передач. По расположению осей валов различают: передачи с параллельными осями и с цилиндрическими зубчатыми колесами внешнего и внутреннего зацепления; передачи с пересекающимися осями с коническими колесами; передачи с перекрещивающимися осями - конические гипоидные, червячные. По расположению зубьев на колесах различают: прямозубые, косозубые, включая шевронные, и с круговым зубом.
Основные преимущества:
высокая нагрузочная способность и, следовательно, малые габариты;
большая долговечность и надежность работы;
высокий КПД;
постоянство передаточного отношения;
возможность применения в широком диапазоне скоростей, мощностей, передаточных отношений.
Недостатки: повышенные требования к точности изготовления, шум при больших скоростях, высокая жесткость, не позволяющая компенсировать динамические нагрузки.
Расчет на прочность прямозубых и косозубых цилиндрических передач стандартизован (ГОСТ 21354-75). Мы не будем его здесь рассматривать. Некоторые данные см [2, с.183-191]. Расчет конических зубчатых передач [2, с. 191-198].
Особенности планетарных передач.
Планетарными называют передачи, включающие в себя зубчатые колеса с перемещающимися осями.
Достоинства планетарных передач:
широкие кинематические возможности, благодаря чему передачу можно использовать как редуктор с постоянным передаточным отношением, как коробку скоростей с i, изменяемым за счет торможения различных звеньев, как дифференциальный механизм;
компактность и малая масса;
получение больших i в одной ступени;
малая нагрузка на опоры, т.к симметрично расположенные сателлиты уравновешивают силы.
Недостаток - повышенные требования к точности изготовления и монтажа.
Передаточное отношение
.
Передачи с зацеплением Новикова
Наиболее распространенный вид зацепления в зубчатых передачах - эвольвентное, обеспечивающее контакт между зубьями по линии. В 1954 г. М.Л. Новиков предложил зубчатое зацепление с круговыми профилями зубьев. Здесь контакт по поверхности. Следовательно, резко снижается удельное давление на зуб при том же крутящем моменте.
Эти передачи сейчас стандартизованы. Распространение сдерживается дефицитом специального режущего инструмента, связанным со сложностью исходного контура инструмента (ГОСТ 14186-69). Другим недостатком зацепления является повышенная чувствительность к изменению межосевого расстояния.
Волновые механические передачи
Волновая передача основана на преобразовании параметров движения за счет волнового деформирования одного из звеньев механизма. Принцип запатентовал в 1944 г. Московитин для фрикционной передачи и в 1959 г. Массером (США) для зубчатой передачи с механическим генератором. Принцип ясен из рисунка, где F - гибкое колесо, С - жесткое колесо, Н - волновой генератор.
Жесткое колесо имеет внутренние, а гибкое (пластмассовое) наружные зубья. Гибкое колесо деформируют так, что в точках В между вершинами зубьев образуется радиальный зазор, а в А зубья зацепляются на полную рабочую высоту.
Если гибкое колесо имеет на 1 зуб меньше, чем жесткое, за 1 оборот генератора вращающееся колесо повернется на 1 шаг между зубьями. А вообще
.
Установлено, что основными критериями работоспособности волновых передач являются: прочность гибкого колеса; прочность подшипников генератора; жесткость генератора и жесткого колеса; износ зубьев. Сегодня известно большое число разновидностей волновых передач.
Применение этих передач определяется следующими достоинствами:
большое передаточное отношение;
большое число зубьев в одновременном зацеплении (на разную высоту); отсюда высокая нагрузочная способность при малых габаритах;
сравнительно высокая кинематическая точность;
малые скорости скольжения в зацеплении, отсюда малый износ, высокий КПД;
малые нагрузки на валы и опоры вследствие симметричности конструкции;
возможность передачи движения через герметичную стенку;
малая инерционность;
возможность использования передачи в качестве дифференциала для сложения двух движений.
Винтовые и гипоидные передачи
Эти передачи для перекрещивающихся валов применяются сравнительно редко.
Винтовая передача осуществляется цилиндрическими косозубыми колесами. При перекрестном расположении осей зубья имеют точечный контакт. Поэтому даже при сравнительно небольших нагрузках происходит быстрый износ и заедание. Этот недостаток и привел к созданию гипоидных передач, где конические колеса имеют косые или прямолинейные зубья, обеспечивая линейный контакт.