5.1. Механические передачи, их классификация и особенности применения

Механические передачи весьма разнообразны и имеют развернутую классификацию по различным признакам. С целью организации интерактивного диалога при выборе той или иной разновидности обсуждаемых передач можно предложить трехуровневую видовую иерархию (рис. 2.2). В основании видовой иерархии положено разделение на передачи зацеплением и трением, которые обладают весьма специфическими принципами работы и особенностями применения.

В передачах зацеплением передача движения осуществляется за счет давления зацепляющихся элементов (зубьев, витков винта и гайки) ведущего звена на сопрягаемые элементы звена ведомого; в передачах трением зацепляющиеся элементы отсутствуют, а передача движения осуществляется за счет силы трения между ведущим и ведомым элементами. Передачи первого типа являются более распространенными в силу их большей нагрузочной способности, меньших размеров и материалоемкости, высокой надежности и долговечности, широкого диапазона применимости по мощности и скорости, большего кпд основных конструктивных типов по сравнению с передачами трением. Однако они уступают этим передачам по сложности изготовления и требованиям повышенной точности. Пересопряжение зацепляющихся элементов обычно сопровождается ударами, значительными динамическими нагрузками и шумом при работе. Передачи трением проще в изготовлении, плавно и бесшумно работают, позволяют плавно бесступенчато регулировать (варьировать) скорость достаточно простыми устройствами, но вследствие значительных требующихся сил сжатия с целью создания необходимой силы трения они существенно уступают передачам зацеплением в нагрузочной способности и размерах. В силу наличия проскальзывания в контакте они имеют большие потери энергии, менее надежны и долговечны, не имеют постоянства скорости ведомого элемента (не обеспечивают жесткой кинематической связи). Указанные недостатки ограничили границы применимости передач трением: они используются в передачах мощности до 50 …. 60 кВт и, главным образом, в виде ременных передач и передач бесступенчатого регулирования скорости (вариаторов).

5.1.1. Передачи зацеплением

В соответствии с рис. 5.2 в передачах зацеплением принято выделять: зубчатые, гиперболоидные цепные механизмы и передачи «винт гайка».

Зубчатые передачи обладают наилучшими показателями качества по нагрузочной способности и материалоемкости, кпд, надежности и долговечности. Они могут эксплуатироваться в передачах практически

Механические передачи

Цилиндрические

З

А

Ц

Е П

Л

Е

Н

И

Е

М

Т Р Е Н И Е М

Зубчатые

Гиперболо идные

Фрикци

онные

Конические

С нерегулируемым передаточным отношением

Вариаторы

Винтовые

Гипоидные

Цепные

Передача

винт-гайка

Ремен-

ные

С регулируемым передаточным отношением

Червячные

Рис. 2.2 Классификация механических передач

неограниченной мощности (имеются примеры передач до 300 000 кВт) при окружной скорости в зацеплении до 200 м/с. данные механизмы могут передавать и трансформировать движение между параллельными и пересекающимися осями валов. К недостаткам зубчатых передач можно отнести повышенные требования к точности, значительные динамические нагрузки и шум при работе в скоростных механизмах. В связи с особой распространенностью передач этого типа их классификация рассмотрена отдельно.

Передачи гиперболоидные применяются при передаче движения между перекрещивающимися осями. К таким механизмам относят червячные, спироидные, гипоидные и винтовые передачи. Скрещивающиеся направления окружных скоростей обусловливают перпендикулярность векторов окружных скоростей, повышенное скольжение, износ и значительные потери энергии на преодоление силы трения. Низкий КПД передачи приводит к значительным тепловыделениям и необходимости часто применять специальные меры для отвода излишнего тепла. Важным достоинством передач гиперболоидного типа особенно червячных и спироидных является значительные передаточные отношения в одной ступени (до ), что снижает необходимость в многоступенчатых механизмах, и делает их достаточно компактными. В связи с повышенной энергоемкостью передач гиперболоидного типа их применение наиболее рационально в тех случаях, когда компоновка приводного механизма и машины в целом выигрывает от использования перекрещивающихся валов, а также при значительных требуемых передаточных отношениях. При этом, как правило, ограничивают диапазон применимости непрерывно работающих передач подобного типа мощностью до кВт; целесообразность их использования в механизмах большей мощности оправдана лишь в случаях кратковременной работы.

Передачи цепные занимают особое место среди передач зацеплением в силу использования между ведущим и ведомым элементами гибкого органа, длина которого может изменяться в широком диапазоне без нарушения работоспособности механизма. Это обстоятельство обеспечивает возможность соединения приводных валов на расстоянии удобном для общей компоновки всей машины в целом и отдельных ее механизмов. Важна также возможность привода от гибкого органа нескольких приводных валов. Именно эти достоинства цепных механизмов успешно реализуются в мобильных машинах с единой энергетической установкой в сельскохозяйственной, строительно-дорожной и иной технике. По сравнению с другой передачей гибкой связью – ременной, в которой также могут быть реализованы указанные положительные качества цепных механизмов, они имеют меньшие нагрузки на все элементы самой передачи, валы и опоры, а, следовательно, меньшие размеры и удельную массу. Вместе с тем при высоких скоростях движения цепные механизмы имеют повышенные динамические нагрузки, и их работа сопровождается повышенным шумом. По этим причинам их устанавливают на тихоходных ступенях приводов в диапазоне мощностей, не превышающих 120 кВт и окружных скоростях не более –15 м/сек.

Передачи «винт-гайка» применяют для преобразования вращательного движения в поступательное. Обратная операция возможна, но вследствие низкого кпд используется лишь в кинематических несиловых механизмах. При преобразовании вращательного движения в механизмах сравнительно небольших размеров можно получать значительные осевые силы, малые точные перемещения. Эти свойства передач широко используются в станочных приводах суппортов, в нажимных механизмах прокатных станов, в механизмах длительных устройств. По принципу передачи движения от ведущего элемента к ведомому обсуждаемые механизмы подразделяются на передачи скольжения и качения. В передачах качения существенно снижаются потери на трение, и повышается кпд.