Механические передачи. Общие сведения

Для увеличения производительности и облегчения физического и умственного труда человека создаются машины – механические устройства, выполняющие движения для преобразования энергии, материалов или информации. Всякая машина состоит из одного или нескольких механизмов – системы тел, служащих для преобразования движений. Работа машин обязательно сопровождается тем или иным движением ее органов, и в этом заключается основное отличие машин от сооружений – мостов, зданий и т.д. Устройства, предназначенные для измерений, производ­ственного контроля, управления машинами, регулирования технологических процессов, учета и других функций, называются приборами. Приборы также состоят из механизмов.

Для приведения в движение рабочих машин им передается механическая энергия от машин-двигателей. В подавляющем большинстве случаев двигатели и исполнительные органы рабочих машин связываются не непосредственно, а с помощью механизмов, называемых передачами, которые бывают механическими, гидравлическими, пневматическими и электрическими. В дальнейшеммы будем заниматься только механическими передачами.

В технике наиболее распространено вращательное движение, поэтому передачи для преобразова­ния этого движения применяются весьма широко. Преобразование скорости вращательного движения сопровождается изменением вращающего момента. Механизм, предназначенный для передачи энергии от двигателя к ее потребителям с увеличением вращающих моментов за счет уменьшения частоты вращения, называетсясиловой передачей, илитрансмиссией.

Классификация и основные характеристики передач.В самом общем виде передачи можно классифицировать по способу передачи движения: передачи трением (фрикционные, ременные); передачи зацеплением(зубчатые, червячные, цепные, винт – гайка); по способу соединениязвеньев: передачи с непосредственным контактом (фрикционные, зубчатые, червячные, винт –гайка); передачи гибкой связью(ременные, цепные).

Звено передачи, которое получает движение от машины-двигателя, называется ведущим; звено, которому передается движение, называется ведомым; кроме того, в передачах бывают промежуточные звенья.

На рис. 1.36 схематически изображены передача гибкой связью (а) и передача с непосредствен­ным контактом (б),причем индексом 1 обозначены параметры, относящиеся к ведущему звену, а индексом 2 – к ведомому. Обратим внимание на то, что в первой из изображенных передач направление вращения ведущего и ведомого звеньев совпадают, а во второй – изменяется на противоположное.

Основные характеристики передачи: передаточное число, передаваемая мощность и КПД.

Передаточным отношениемназывается отношение угловой скорости ведущего звена к угловой скорости ведомого звена. Передаточное отношение может быть больше, меньше или равно единице.

Передаточным числомпередачи называется отношение большей угловой скорости к меньшей. Передаточное число не может быть меньше единицы.

В целях унификации обозначений передаточные отношения и передаточные числа всех передач будем обозначать и,при необходимости с двойным индексом, соответствующим индексам звеньев передачи. Итак, передаточное отношение:

и12= ω12 = n1/n2.

Рис. 1.36. Виды передач по способу соединения звеньев

Отметим, что в расчетные формулы на прочность деталей машин всегда входят передаточные числа, т.е. и ≥ 1.

Передачи, у которых угловая скорость ведомого звена меньше угловой скорости ведущего, называются понижающими, или редукторами; в противном случае передачи называются повышающими.

Механические передачи бывают одноступенчатыми и многоступенчатыми. Передаточное отношение ряда последовательно соединенных передач равно произведению их передаточных отношений. Например, для двухступенчатого редуктора:

и12= и12/и34.

Передачи выполняют либо с постоянным, либо с переменным передаточным отношением, причем изменение передаточного отношения может быть ступенчатым или бесступенчатым. Ступенчатое регулирование передаточного отношения осуществляется, например, коробками скоростей металлорежущих станков, автомобилей, тракторов. Механизм для плавного изменения передаточного отношения называется бесступенчатой передачей, или вариатором.

На рис.1.36 показаны две передачи, в которых к ведущему звену 1 приложен вращающий момент Т1,спомощью гибкой связи или непосредственно передающий ведомому звену 2 окружную силу F1.Очевидно, что для любого звена вращающий момент и окружная сила связаны зависимостью:

T= F1D/2,

откуда окружная сила:

Ft= 2T/D.

Согласно третьему закону Ньютона, окружные силы ведущего и ведомого звеньев равны (но противоположно направлены), следовательно, вращающие моменты на ведущем и ведомом валах будут различны и пропорциональны диаметрам соответствующих звеньев.

Из теоретической механики известно, что мощность Р при вращательном движении:

Р=Тω.

Отношение мощности Р2на ведомом валу передачи к мощности Р1на ведущем валу называется механическим коэффициентом полезного действия (КПД) и обозначается:

η = P2/P1.

Механический КПД характеризует механические потери в передаче; для различных передач КПД находится в пределах от 0,25 до 0,98.

В многоступенчатых передачах (при последовательном соединении ступеней) общий КПД определяется как произведение КПД каждой ступени в отдельности:

η = η1 η2 … ηn.

Иногда КПД передачи определяют как произведение КПД отдельных элементов этой передачи. Например, для одноступенчатого зубчатого редуктора общий КПД:

η = ηз … ηр,

где ηзηр – коэффициенты, характеризующие потери энергии соответственно: в зацеплении колес, в одной паре подшипников, на перемешивание и разбрызгивание масла в корпусе редуктора.

Так как Р2 = ηР1, то Т2ω2 = η Т1ω1, откуда:

Т2= η Т1ω12= ηТ1и.

Если потери в передаче невелики, то ими пренебрегают и принимают:

Т2= Т1и.

Предельное состояние передачи, при котором становится возможной потеря ее работо­способности, называется нагрузочной способностью. Понятие запаса нагрузочной способности включает в себя понятие запаса прочности.