Какие бывают передачи опишите их принцип работы

Какие бывают передачи опишите их принцип работы

32. Общие сведения о передачах: назначение, область применения. Краткая классификация передач, их основные характеристики. Принципы работы, кинематика, сравнительная оценка различных типов передач.

Передачи – устройства, использующиеся для передачи энергии от источника энергии к исполнительному механизму. Передачи могут быть: электрические, гидравлические, механические.

Назначение: 1) изменение частоты вращения электродвигателя. Уменьшение частоты – редуктор, увеличение частоты – мультипликатор. Источники энергии выпускают только нескольких частот. Чем ниже частота вращения, тем тяжелее механизм и тем дороже и имеет большие габариты. Исполнительные механизмы обычно работают на меньших скоростях, чем электродвигатели, поэтому приходится применять передачу. 2) изменение закона движения из вращательного в поступательное 3) удобство обслуживания.

В зависимости от принципа действия механических передач их разделяют на: 1) передачи зацепления (зубчатые, цепные, червячные) 2) передачи трением (фрикционные).

Зубчатая передача – механизм, который с помощью зацепления передает или преобразует движение с изменением скоростей и моментов. Зубчатые передачи по сравнению с другими передачами обладают рядом достоинств: малыми габаритами, высоким КПД, большой надежностью в работе. Обычно зубчатая передача состоит из 2х колес.

Червячная передача – это механизм для передачи вращения зацеплением, с непосредственным контактом витков червяка и зубьев червячного колеса. Червячные передачи применяются при необходимости передачи вращения между перекрещивающимися осями.

Цепная передача – механизм, состоящий из ведущей и ведомой звездочек и охватывающих их цепей.

Ременная передача – передача, состоящая из ведущих и ведомых шкивов и надетого на них ремня.

Основные характеристики передач: 1) передаточное число n 2) КПД η

33. Контактные напряжения. Виды разрушения, вызываемые контактными напряжениями. Какие передачи рассчитываются по сопротивлению контактной усталости. Формулы Герца и их использование в расчетах на контактную прочность.

Работоспособность ряда деталей характеризуется прочностью поверхностных слоев сопрягаемых деталей – контактной прочностью.

При передаче сил через поверхности, размеры которых малы по сравнению с размерами сопрягаемых тел, возникают контактные напряжения.

Виды контакта: 1) по плоскости 2) по линии 3) в точке.

Передача сил от одной детали к другой в машинах осу­ществляется по сопряженным поверхностям контакта. Перво­начальный контакт (контакт без нагрузки) в сопряжениях де­талей машин происходит по поверхности, в точке или по линии. В зависимости от характера взаимно­го перемещения контактирующих поверхностей под нагруз­кой различают неподвижные и подвижные сопряжения де­талей.

Задачей расчета сопряжений является определение напря­жений и деформаций. Они нужны для расчета деталей на прочность, износостойкость и для определения жесткости (или обратной величины — податливости) соединения. Расчет напряжений и деформаций в сопрягаемых деталях называют решением контактной задачи, а напряжения — контактными. В точной общей постановке ее решение связано со значитель­ными трудностями, обусловленными сложной формой дета­лей. Поэтому обычно задачу решают приближенно для част­ных форм деталей и условий нагружения.

Особый класс задач составляют задачи с первоначальным контактом деталей в точке или по линии. Решения этих задач обычно выполнены для неподвижного контакта и используют­ся при расчете на прочность подшипников качения, зубчатых и фрикционных передач. Учитывая, что в подшипниках каче­ния и передачах контакт подвижный (действуют силы трения) и часто присутствует смазочный материал в сопряжениях, ус­ловие прочности имеет вид

.

Расчетное контактное напряжение σ_н сравнивают с допус­каемым [ σ ] _н , полученным экспериментально на реальных об­разцах в реальных условиях работы.

Решение задачи о контакте двух непо­движных шаров было получено извест­ным немецким механиком Г. Герцем в 1881 г . при следующих допущениях: ма­териал шаров изотропный и подчиняется закону Гука, поверхности без смазочного материала и абсолютно гладкие (шерохо­ватость отсутствует), размеры площадки контакта малы по сравнению с радиусами кривизны шаров, площадка контакта плоская.

,

Где E – модуль упругости, υ – коэффициент Пуассона, — приведенный радиус кривизны.

Если контактируют одинаковые материалы, то формула сокращается:

, где w_n – распределенная нагрузка по длине образующей цилиндров.

Наибольшие контактные напряжения возникают в тонком поверхностном слое материала. Поэтому для повышения кон­тактной прочности достаточно упрочнить только поверхност­ный слой детали. Для зубчатых передач толщина этого слоя составляет 0,2. 0,3 модуля. На практике это достигается раз­личными методами термической и химико-термической обра­ботки материала.

1) на поверхности контакта происходят сдвиги (т.к. нагрузка циклическая, то материал в результате циклического нагружения постоянно меняет свою форму и изнашивается)

2) усталостное выкрашивание – любая точка поверхности испытывает циклическую нагрузку, возникает поверхностный микросдвиг , это приводит к образование микротрещин, которые в свою очередь раскрываются в зоне растяжения, в них попадает смазка, жидкость плохосжимаема – трещина увеличивается в размерах, и при многократных повторениях цикла происходит вырывание частиц.

3) Смятие контактных поверхностей. Если оно произошло, то была ударная или вибрационная нагрузка (неправильная эксплуатация). Смятие – пластическая деформация поверхностного слоя.

4) заедание – возникает в случае отсутствия смазки или разрыв смазочного слоя в случае большой ударной нагрузки. Появление местного повышения температуры и отрыв частиц с переносом их на другую поверхность.

Цепные передачи – описание, виды, плюсы и минусы

Широкое применение цепных передач в самых различных машинах и механизмах обусловлено набором предоставляемых ими характеристик. Главными достоинствами подобного способа передачи энергии выступает универсальность, простота и экономичность.

Под цепной передачей понимается передача вращательного движения, которая осуществляется между расположенными параллельно друг к другу валами при помощи бесконечной цепи, соединяющей размещенные на них звездочки. Как ременная, цепная передача относится к передачам с гибкой связью. Однако, она способна изгибаться исключительно в одной плоскости, поэтому может быть эффективно использована только для расположенных параллельно валов.

Особенности цепной передачи и ее отличия от ременной

Первое серьезное отличие двух самых широко распространенных видов передач – цепной и ременной – было указано выше. Оно заключается в возможности изгиба цепи только в одной плоскости и, как следствие, использование исключительно для валов, расположенных параллельно друг другу.

Другим немаловажным отличием выступает отсутствие в цепной передаче ключевого значения такого важного параметра, как угол обхвата цепью звездочки. В отличие от ременной передачи он не играет настолько серьезной роли в обеспечиваемых при передаче энергии характеристиках.

В качестве существенного фактора, являющегося плюсом цепной передачи, можно назвать отсутствие необходимости предварительно натягивать цепь, так как действие механизма обеспечивается зацеплением звеньев цепи с зубьями звездочек.

Важной особенностью цепной передачи выступает возможность эффективного использования практически для любых межосевых расстояний – как для малых, так и для больших. Она дополняется способностью передачи мощности от одного вала сразу нескольким. Кроме того, цепная передача может быть как понижающей, так и повышающей, что также является характерной отличительной чертой этого способа передачи энергии.

Классификация цепных передач

При классификации цепных передач применяется несколько признаков. Например, по функциональному назначению и способу использования в машиностроении и других отраслях промышленности различают три вида цепей:

• грузовые. Основной целью использования этого типа выступает подвеска и перемещение различных грузов. В подобной ситуации механизм, как правило, является частью какого-либо грузоподъемного оборудования или устройства, а скорость перемещения, главным образом, по вертикали составляет не более 0,5 м/с;
• тяговые. В этом случае цепь также используется для перемещения грузов, но с более высокой скоростью, достигающей 2-4 м/с. Это объясняется тем, что движение осуществляется в значительной степени по горизонтали с применением таких механизмов, как элеваторы, транспортеры, эскалаторы и т.д.;
• приводные. Наиболее распространенный вариант цепей, обычно используемый с малым шагом, что позволяет снизить нагрузки и увеличить срок службы изделия. Целью его использования выступает передача энергии в крайне обширном интервале скоростей, причем показатель передаточного отношения является величиной постоянной.

Именно последний вид цепей применяется в цепных передачах. Более того, слово приводные при их описании часто опускается, а в большей части технической и справочной литературы понятия «приводная цепь» и «цепь в цепной передаче» в значительной степени тождественны.

Другими классифицирующим параметрами цепных передач выступают:

• тип цепи – роликовые, зубчатые или втулочные;
• число рядов – одно- и многорядные;
• количество ведомых валов/звездочек – двух- и многозвенные;
• расположение звездочек – горизонтальные, вертикальные или наклонные;
• вариант регулировки степени провисания цепи – с натяжной звездочкой или специальным натяжным устройством;
• конструкция – открытые и закрытые;
• влияние на частоту вращения валов – повышающие и понижающие.

Достоинства цепной передачи

Большая часть преимуществ цепной передачи обычно рассматривается по сравнению с ременной. Это вполне логично, так именно эти два способа передачи вращательной энергии используются наиболее широко. Некоторые достоинства цепной передачи наглядно проявляются по отношению к зубчатой, которая также применяется на практике достаточно часто.

Основными плюсами использования цепной передачи выступают такие:

• высокий уровень прочностных характеристик, который допускает намного более серьезные нагрузки. В результате при компактных размерах обеспечивается большая эффективность;
• возможность использования в одном механизме сразу нескольких ведомых звездочек;
• возможность передачи энергии на крайне серьезные расстояния, доходящие до 8 м;
• относительно небольшой (по сравнению с ременной передачей – меньше в 2 раза) уровень радиальной нагрузки на валы;
• высокая эффективность. КПД цепной передачи находится на уровне 90%-98%;
• серьезная мощность передаваемой энергии, параметры которой достигают нескольких тысяч кВт;
• впечатляющие показатели скорости движения цепи и значения передаточного числа, составляющие, соответственно, до 35 м/с и 10;
• компактность механизма;
• отсутствие такого негативного фактора, характерного для ременной передачи, как скольжение;
• простая и удобная замена цепи, которая дополняется отсутствием необходимости серьезного начального натяжения.

Недостатки цепной передачи

Количество очевидных минусов рассматриваемого способа передачи энергии существенно меньше числа достоинств, перечисленных выше. Тем не менее, недостатки присутствуют и к их числу относятся:

• достаточно высокая цена изготовления механизма и главной его расходной части – самой цепи;
• отсутствие возможности применять передачу при реверсировании без ее полной остановки;
• использование цепной передачи предусматривает практически обязательное применение картеров;
• далеко не всегда конструкция механизма позволяет обеспечить удобную подачу смазки к шарнирам и звеньям цепи;
• при небольшом количестве зубьев наблюдается непостоянство скорости движения цепи, что становится причиной колебания такого важного параметра как передаточное отношение;
• высокий уровень шума, сопровождающего эксплуатацию устройства;
• серьезные требования к правильному расположению валов;
• необходимость в постоянном контроле над работой механизма и его обслуживании, отсутствие которых могут привести к быстрому износу.

Сравнение недостатков и достоинств показывает, что при грамотном использовании цепная передача позволяет добиться высокого КПД при разумном уровне затрат. Главное при этом – грамотно воспользоваться очевидными преимуществами этого механизма, минимизировав его минусы.

Виды, устройство и принцип работы главной передачи

Главная передача автомобиля – элемент трансмиссии, в наиболее распространенном варианте состоящий из двух шестерен (ведомой и ведущей), призванный преобразовывать крутящий момент, поступающий от коробки передач, и передавать его на ведущую ось. От конструкции главной передачи напрямую зависят тягово-скоростные характеристики автомобиля и расход топлива. Рассмотрим устройство, принцип действия, виды и требования к механизму трансмиссии.

Принцип работы

Принцип действия главной передачи достаточно прост: во время движения автомобиля крутящий момент от двигателя передается коробке переменных передач (КПП), а затем, посредством главной передачи и дифференциала, приводным валам автомобиля. Таким образом, главная передача непосредственным образом изменяет крутящий момент, который передается колесам машины. Соответственно, посредством нее изменяется и скорость вращения колес.

Основная характеристика этого редуктора – передаточное число. Данный параметр отражает отношение количества зубьев ведомой шестерни (связана с колесами) к ведущей (связана с вторичным валом коробки передач). Чем больше передаточное число, тем быстрее автомобиль разгоняется (крутящий момент увеличивается), но при этом уменьшается значение максимальной скорости. Уменьшение передаточного числа увеличивает максимальную скорость, при этом машина начинает ускоряться медленнее. Для каждой модели автомобиля передаточное число подбирается с учетом характеристик двигателя, КПП, размера колес, тормозной системы и т.д.

Устройство и основные требования к главной передаче

Устройство рассматриваемого механизма простое: главная передача состоит из двух шестерен (зубчатый редуктор). Ведущая шестерня имеет меньший размер, при этом она имеет связь с вторичным валом коробки передач. Ведомая шестерня больше ведущей, а связана она с дифференциалом и, соответственно, с колесами машины.

Рассмотрим основные требования, предъявляемые к главной передаче:

• минимальный уровень шума и вибраций при работе;
• минимальный расход топлива;
• высокий КПД;
• обеспечение высоких тягово-динамических характеристик;
• технологичность;
• минимальные габаритные размеры (чтобы увеличить клиренс и не повышать уровень пола в автомобиле);
• минимальная масса;
• высокая надежность;
• минимальная необходимость в обслуживании.

Увеличить КПД главной передачи можно повысив качество изготовления зубьев обоих шестерен, а также увеличив жесткость деталей и применив в конструкции подшипники качения. Отметим, что максимально сокращать вибрации и шум при работе чаще всего требуется для зубчатых редукторов легковых автомобилей. Вибрации и шум можно минимизировать, обеспечив надежное смазывание зубьев, повысив точность зацепления зубчатых колес, увеличив диаметр валов, а также прочими мерами, которые повышают жесткость элементов механизма.

Классификация главных передач

По числу пар зацеплений

• Одинарная – имеет в составе только одну пару шестерен: ведомую и ведущую.
• Двойная – имеет в составе две пары зубчатых колес. Делится на двойную центральную или двойную разнесенную. Двойная центральная располагается только в ведущем мосту, а двойная разнесенная еще и в ступице ведущих колес. Применяется на грузовом транспорте, так как на нем требуется повышенное передаточное число.

По виду зубчатого соединения

• Цилиндрическая. Применяется на машинах с передним приводом, в которых двигатель и коробка переключения передач имеют поперечное расположение. В этом типе соединения применяются шестерни с шевронными и косыми зубьями.
• Коническая. Используется на тех заднеприводных машинах, в которых не важны размеры механизмов и нет ограничений на уровень шума.
• Гипоидная – самый популярный вид зубчатого соединения для автомобилей с задним приводом.
• Червячная -в конструкции трансмиссии автомобилей практически не применяется.

По компоновке

• Размещенные в коробке передач либо в силовом агрегате. На переднеприводных автомобилях главная передача расположена непосредственно в корпусе КПП.
• Размещенные отдельно от КПП. В машинах с задним приводом главная пара шестерен располагается в картере ведущего моста вместе с дифференциалом.

Отметим, что в полноприводных автомобилях расположение главной пары зубчатых колес зависит от разновидности привода.

Преимущества и недостатки

Каждый из типов зубчатых соединений имеет свои плюсы и минусы. Рассмотрим их:

• Цилиндрическая главная передача. Максимальное передаточное число ограничено значением 4,2. Дальнейшее увеличение отношения числа зубьев ведет к существенному увеличению размера механизма, а также повышению уровня шума.
• Гипоидная главная передача. Этот тип отличается низкой нагрузкой на зубья и пониженным уровнем шума. При этом из-за смещения в зацеплении шестерен повышается трение скольжения и понижается КПД, но в то же время появляется возможность опустить карданный вал максимально низко. Передаточное число для легковых автомашин – 3,5-4,5; для грузовых – 5-7;.
• Коническая главная передача. Используется редко из-за большого размера и шумности.
• Червячная главная передача. Данная разновидность зубчатого соединения из-за трудоемкости изготовления и высокой стоимости производства практически не используется.

Главная передача – это неотъемлемая часть трансмиссии, от которой зависит расход топлива, максимальная скорость и время разгона машины. Именно поэтому при тюнинге трансмиссии пару зубчатых колес часто меняют на улучшенный вариант. Это помогает снизить нагрузку на КПП и сцепление, а также улучшить разгонную динамику.

2. Механические передачи

Механической передачей называют устройство для передачи механического движения от двигателя к исполнительным органам машины. Может осуществляться с изменением значения и направления скорости движения, с преобразованием вида движения. Необходимость применения таких устройств обусловлена нецелесообразностью, а иногда и невозможностью непосредственного соединения рабочего органа машины с валом двигателя. Механизмы вращательного движения позволяют осуществить непрерывное и равномерное движение с наименьшими потерями энергии на преодоление трения и наименьшими инерционными нагрузками.

Механические передачи вращательного движения делятся:

— по способу передачи движения от ведущего звена к ведомому на передачи трением (фрикционные, ременные) и зацеплением (цепные, зубчатые, червячные);

— по соотношению скоростей ведущего и ведомого звеньев на замедляющие (редукторы) и ускоряющие (мультипликаторы);

— по взаимному расположению осей ведущего и ведомого валов на передачи с параллельными, пресекающимися и перекрещивающимися осями валов.

Замедляющие передачи получили большее распространение по сравнению с ускоряющими. Это объясняется тем, что скорости вращения валов двигателей различного вида, как правило, значительно выше скоростей валов рабочих машин. Более быстроходные двигатели имеют меньшие размеры по сравнению с тихоходными двигателями той же мощности, так как с увеличением частоты вращения уменьшаются силы и моменты, действующие на детали двигателя. Например, передавать вращение от быстроходной газовой турбины на вал несущего винта вертолета через специальную замедляющую зубчатую передачу (редуктор) значительно выгоднее, чем применять имеющий большие габаритные размеры и массу тихоходный двигатель, вал которого соединялся бы непосредственно с винтом. Из всех типов передач наиболее распространенными являются зубчатые.

В каждой передаче различают два основных вала: входной и выходной, или ведущий и ведомый. Между этими валами в многоступенчатых передачах располагаются промежуточные валы.

Основные характеристики передач:

мощность Р₁ на входе и Р₂ на выходе, Вт; мощность может быть выражена через окружную силу F_t (Н) и окружную скорость V (м/с) колеса, шкива, барабана и т.п.:

быстроходность, выражающаяся частотой вращения n ₁ на входе и n ₂ на выходе, мин –1 , или угловыми скоростями ω₁ и ω₂ , с -1 ;

передаточное отношение – отношение угловой скорости ведущего звена к угловой скорости ведомого звена:

при u > 1, n₁ > n₂ – передача понижающая, или редуктор,

при u < 1, n₁ < n₂ – передача повышающая, или мультипликатор;

коэффициент полезного действия (КПД)

где Р_r – мощность, потерянная в передаче.

Одноступенчатые передачи имеют следующие КПД: фрикционные – 0,85…0,9; ременные – 0,90…0,95; зубчатые – 0,95…0,99; червячные – 0,7…0,9; цепные – 0,92…0,95;

моменты на валах. Моменты Т₁ (Н·м) на ведущем и Т₂ на ведомом валах определяют по мощности (кВт) и частоте вращения (об./мин) или угловой скорости (с -1 ):

Связь между вращающими моментами на ведущем Т₁ и ведомом Т₂ валах выражается через передаточное отношение u и КПД η:

2.1. Зубчатые передачи

Зубчатой передачей называется трехзвенный механизм, в котором два подвижных звена являются зубчатыми колесами, или колесо и рейка с зубьями, образующими с неподвижным звеном (корпусом) вращательную или поступательную пару.

Зубчатая передача состоит из двух колес, посредством которых они сцепляются между собой. Зубчатое колесо с меньшим числом зубьев называют шестерней, с большим числом зубьев – колесом.

Термин «зубчатое колесо» является общим. Параметрам шестерни приписывают индекс 1, а параметрам колеса – 2.

Основными преимуществами зубчатых передач являются:

— постоянство передаточного числа (отсутствие проскальзывания);

— компактность по сравнению с фрикционными и ременными передачами;

— высокий КПД (до 0,97…0,98 в одной ступени);

— большая долговечность и надежность в работе (например, для редукторов общего применения установлен ресурс ~ 30 000 ч);

— возможность применения в широком диапазоне скоростей (до 150 м/с), мощностей (до десятков тысяч кВт).

— шум при высоких скоростях;

— невозможность бесступенчатого изменения передаточного числа;

— необходимость высокой точности изготовления и монтажа;

— незащищенность от перегрузок;

— наличие вибраций, которые возникают в результате неточного изготовления и неточной сборки передач.

Классификация зубчатых передач. По расположению осей валов различают передачи с параллельными (рис. 2.1, а – в, з), с пересекающимися (рис. 2.1, г, д) и перекрещивающимися (рис. 2.1, е, ж) геометрическими осями.

По форме могут быть цилиндрические (рис. 2.1, а – в, з), конические (рис. 2.1, г, д, ж), эллиптические, фигурные зубчатые колеса и колеса с неполным числом зубьев (секторные).

По форме профилей зубьев различают эвольвентные и круговые передачи, а по форме и расположению зубьев – прямые (рис. 2.1, а, г, е, з), косые (рис. 2.1, б), шевронные (рис. 2.1, в) и круговые (рис. 2.1, д, ж).

В зависимости от относительного расположения зубчатых колес передачи могут быть с внешним (рис. 2.1, а) или внутренним (рис. 2.1, з) их зацеплением. Для преобразования вращательного движения в возвратно поступательное и наоборот служит реечная передача (рис. 2.1, е).

Зубчатые передачи эвольвентного профиля широко распространены во всех отраслях машиностроения и приборостроения. Они применяются в исключительно широком диапазоне условий работы. Мощности, передаваемые зубчатыми передачами, изменяются от ничтожно малых (приборы, часовые механизмы) до многих тысяч кВт (редукторы авиационных двигателей). Наибольшее распространение имеют передачи с цилиндрическими колесами, как наиболее простые в изготовлении и эксплуатации, надежные и малогабаритные. Конические, винтовые и червячные передачи применяют лишь в тех случаях, когда это необходимо по условиям компоновки машины.

Рис. 2.1. Зубчатые передачи

2.2. Планетарные передачи

Планетарными называются передачи, содержащие зубчатые колеса с перемещающимися осями (рис. 2.6). Передача состоит из центрального колеса 1 с наружными зубьями, центрального колеса 3 с внутренними зубьями, водила Н и сателлитов 2. Сателлиты вращаются вокруг своих осей и вместе с осью вокруг центрального колеса, т.е. совершают движение, подобное движению планет.

При неподвижном колесе 3 движение может передаваться от 1 к Н или от Н к 1; при неподвижном водиле Н – от 1 к 3 или от 3 к 1. При всех свободных звеньях одно движение можно раскладывать на два (от 3 к 1 и Н) или два соединять в одно (от 1 и Н к 3). В этом случае передачу называют дифференциальной.

Рис. 2.6. Планетарный механизм

Планетарные передачи имеют существенные преимущества:

— нагрузка в планетарных передачах передается одновременно несколькими сателлитами, следовательно, силы, действующие на зубья колес, соответственно уменьшаются, что позволяет использовать колеса меньших габаритных размеров и массы;

— в планетарных передачах рационально используются колеса внутреннего зацепления, обладающие большой (по сравнению с колесами наружного зацепления) нагрузочной способностью;

— равномерное распределение сателлитов по окружности приводит к уравновешиванию радиальных сил, действующих на колеса, и, следовательно, к разгрузке подшипников центральных колес и водила;

— применение планетарного механизма позволяет легко осуществить компактную конструкцию соосного редуктора, т.е. такого редуктора, у которого оси ведущего и ведомого валов совпадают. Это имеет важное значение для поршневых и турбовинтовых авиационных двигателей. Например, при помощи так называемого дифференциального планетарного редуктора можно от одного двигателя приводить во вращение два соосных винта, скорости вращения которых будут изменяться в полете в соответствии с изменением шага винта.

К недостаткам планетарных передач относятся повышенные требования к точности изготовления и монтажа.

2.3. Червячные передачи

Червячная передача применяется для передачи вращения от одного вала к другому, когда оси валов перекрещиваются. Угол перекрещивания в большинстве случаев равен 90º. Наиболее распространенная червячная передача (рис. 2.10) состоит из так называемого архимедова червяка, т.е. винта, имеющего трапецеидальную резьбу с углом профиля в осевом сечении, равным двойному углу зацепления (2α = 40 ° ), и червячного колеса.

Рис. 2.10. Червячная передача

Геометрия червячных передач . В червячной передаче, так же как и в зубчатой, различают диаметры начальных и делительных цилиндров (рис. 2.11): d_{w 1} , d_{w 2} – начальные диаметры червяка и колеса; d _{1 ,} d ₂ – делительные диаметры червяка и колеса. В передачах без смещения d_{w 1} = d ₁ , d_{w 2} = d ₂ . Точка касания начальных цилиндров является полюсом зацепления.

Червяки различают по следующим признакам: по форме поверхности, на которой образуется резьба, – цилиндрические (рис. 2.12, а) и глобоидные (рис. 2.12, б); по форме профиля резьбы – архимедовы и эвольвентные цилиндрические червяки.

Архимедов червяк имеет трапецеидальный профиль резьбы в осевом сечении, в торцевом сечении витки резьбы очерчены архимедовой спиралью.

Рис. 2.11. Геометрия червячных передач

Рис. 2.12. Схемы червяков

Эвольвентный червяк представляет собой косозубое зубчатое колесо с малым числом зубьев и большим углом их наклона. Профиль витка в торцевом сечении очерчен эвольвентой.

Наибольшее применение в машиностроении находят архимедовы червяки, так как технология их производства проста и наиболее отработана. Архимедовы червяки обычно не шлифуют. Их используют, когда требуемая твердость материала червяка не превышает 350 НВ. При твердости 45 Н RC и малой шероховатости рабочих поверхностей витков червяки делают эвольвентными, так как после термообработки шлифование их рабочих поверхностей по сравнению с архимедовыми червяками проще.

Профиль зубьев червячных колес в передачах эвольвентный. Поэтому зацепление в червячной передаче представляет собой эвольвентное зацепление зубчатого колеса с зубчатой рейкой. Угол наклона линии зуба червячного колеса β равен углу подъема γ линии витка червяка. Минимальное число зубьев колеса из условия отсутствия подрезания z ₂ = 24. Число витков (заходов) червяка определяется количеством ниток нарезки, отстоящих друг от друга на расстояние, называемое шагом, и начинающихся на торцах нарезной части червяка. Направление витков может быть правым или левым. Чаще применяется правая нарезка с числом заходов z ₁ = 1…4. Рекомендуют z ₁ = 4 при передаточном отношении u = 8…15; z ₁ = 2 при u = 15…30; z ₁ = 1 при u > 30.

2.4. Волновые механические передачи

Волновая передача основана на принципе преобразования параметров движения за счет волнового деформирования гибкого звена механизма. Впервые такая передача была запатентована в США инженером Массером. [3]

Волновые зубчатые передачи (рис. 2.14) являются разновидностью планетарных передач, у которых одно из колес гибкое.

Волновая передача включает в себя жесткое зубчатое колесо b с внутренними зубьями и вращающееся гибкое колесо g c наружными зубьями. Гибкое колесо входит в зацепление с жестким в двух зонах с помощью генератора волн (например, водила h с двумя роликами), который соединяют с корпусом передачи b .

Рис. 2.14. Волновая зубчатая передача

Гибкое зубчатое колесо представляет собой гибкий цилиндр, один конец которого соединен с валом и сохраняет цилиндрическую форму, а другой конец имеет зубья. Генератор волн служит для образования и движения волны деформации на гибком зубчатом колесе.

Генераторы волн бывают механические, пневматические, гидравлические, электромагнитные. Механические генераторы могут быть двухроликовыми, четырехроликовыми, дисковыми, кольцевыми и кулачковыми. Генератор волн может располагаться внутри гибкого колеса или вне его. Число волн – любое.

К основным достоинствам волновых передач по сравнению с зубчатыми передачами следует отнести:

— их меньшие массу и габариты;

— высокую демпфирующую способность;

— обеспечение больших передаточных отношений в одной ступени (50…300);

— возможность передачи движения в герметизированное пространство без применения уплотнений.

— ограничение скорости вращения ведущего вала генератора волн при больших диаметрах колес;

— повышенные потери мощности на трение и на деформацию гибкого колеса (КПД составляет 0,7-0,85 при U = 80-250).

Волновые передачи применяют в приводах для передачи движения в герметизированное пространство в химической, атомной и космической технике; в силовых и кинематических приводах общего назначения с большим передаточным отношением; в исполнительных малоинерционных быстродействующих механизмах систем автоматического регулирования и управления; в механизмах отсчетных устройств повышенной кинематической точности.

2.5. Фрикционные передачи

Передачи, работа которых основана на использовании сил трения, возникающих между рабочими поверхностями двух прижатых друг к другу тел вращения, называют фрикционными передачами.

Для нормальной работы передачи необходимо, чтобы сила трения F _тр была больше окружной силы F_t , определяющей заданный вращающий момент:

где F_n – сила прижатия катков;

f – коэффициент трения.

Нарушение условия (2.42) приводит к буксованию и быстрому износу катков.

В зависимости от назначения фрикционные передачи можно разделить на две основные группы: передачи с нерегулируемым передаточным отношением (рис. 2.15, а); регулируемые передачи, называемые вариаторами, позволяющими плавно (бесступенчато) изменять передаточное отношение.

Рис. 2.15. Схемы фрикционных передач

Различают передачи с параллельными и пересекающимися осями валов; с цилиндрической, конической, шаровой или торовой поверхностью рабочих катков; с постоянным или автоматически регулируемым прижатием катков, с промежуточным фрикционным элементом или без него и т.д.

Схема простейшей нерегулируемой передачи изображена на рис. 2.15, а. Она состоит из двух катков с гладкой цилиндрической поверхностью, закрепленных на параллельных валах.

У лобового вариатора (рис. 2.15, б) ведущий каток А может перемещаться вдоль своей оси. При этом передаточное отношение плавно изменяется в соответствии с изменением рабочего диаметра d ₂ ведомого диска Б. При переходе катка А на левую сторону направление вращения диска Б изменяется – вариатор обладает свойством реверсивности.

Область применения. Фрикционные передачи с постоянным передаточным отношением применяют сравнительно редко. Их область ограничивается преимущественно кинематическими цепями приборов, от которых требуется плавность движения, бесшумность работы, безударное включение на ходу и т.п.

Фрикционные вариаторы применяют достаточно широко для обеспечения бесступенчатого регулирования скорости в станкостроении, текстильных, бумагоделательных и других машинах и приборах. В авиастроении фрикционные передачи не применяются. Диапазон передаваемых мощностей обычно находится в пределах до 10 кВт, так как при больших мощностях трудно обеспечить необходимое усилие прижатия катков.

Способы прижатия катков. Существует два вида прижатия катков: с постоянной силой, которую определяют по максимальной нагрузке передачи; с регулируемой силой, которая автоматически изменяется с изменением нагрузки. Лучшие показатели получают при саморегулируемом прижатии.

Способ прижатия катков оказывает большое влияние на качественные характеристики передачи: КПД, постоянство передаточного отношения, контактную прочность и износ катков.

Скольжение в передаче. Различают три вида скольжения: буксование, упругое скольжение и геометрическое скольжение.

Буксование наступает при перегрузках элементов передачи. При этом ведомый каток останавливается, а ведущий скользит по нему, что приводит к интенсивному местному изнашиванию или задиру на ведомом катке.

Упругое скольжение характерно для нормально работающей передачи. Участки поверхности ведущего катка подходят к площадке контакта сжатыми, а отходят растянутыми. На ведомом катке наблюдается обратная картина. Касание сжатых и растянутых волокон катков приводит к их упругому скольжению, что вызывает отставание ведомого катка от ведущего.

Геометрическое скольжение связано с тем, что окружные скорости вращения ведущего и ведомого катков на площадке их контакта различны. Например, в лобовом вариаторе (см. рис. 2.15, б) окружная скорость V₂ меняется с изменением R, а скорость V₁ на этой площадке постоянна. Геометрическое скольжение является основной причиной изнашивания рабочих поверхностей элементов фрикционных передач.

2.6. Ременные передачи

Ременная передача состоит из двух шкивов, закрепленных на валах, и охватывающего их ремня. Ремень надет на шкивы с определенным натяжением, обеспечивающим трение между ремнем и шкивами, достаточное для передачи мощности от ведущего шкива к ведомому.

В зависимости от формы поперечного сечения ремня различают: плоскоременную, клиноременную и круглоременную (рис. 2.16, а – в) передачи.

Рис. 2.16. Ременные передачи

Сравнивая ременную передачу с зубчатой можно отметить следующие преимущества:

— возможность передачи движения на значительное расстояние (до 15 м и более);

— плавность и бесшумность работы, обусловленные эластичностью ремня и позволяющие работать при высоких скоростях;

— способность выдерживать перегрузки (до 300 %) благодаря увеличению скольжения ремня;

— простота обслуживания и ремонта.

Основными недостатками ременной передачи являются:

— непостоянство передаточного отношения из-за скольжения ремня на шкивах;

— значительные габаритные размеры при больших мощностях (для одинаковых условий диаметры шкивов примерно в 5 раз больше диаметров зубчатых колес);

— большое давление на шкивы в результате натяжения ремня;

— низкая долговечность ремней (от 1000 до 5000 ч).

Ременные передачи применяют преимущественно в тех случаях, когда по условиям конструкции валы расположены на значительных расстояниях. Мощность современных передач не превышает 50 кВт.

В многоступенчатых приводах ременную передачу применяют обычно в качестве быстроходной ступени, устанавливая ведущий шкив на валу двигателя. В таком случае габариты и масса передачи будут наименьшими.

Критерии работоспособности и расчета. Опыт эксплуатации передач в различных машинах и механизмах показал, что работоспособность передач ограничивается преимущественно тяговой способностью, определяемой силой трения между ремнем и шкивом, долговечностью ремня, которая в условиях нормальной эксплуатации ограничивается разрушением ремня от усталости.

2.7. Цепные передачи

Цепная передача состоит из двух колес с зубьями (звездочек) и охватывающей их цепи. Наиболее распространены передачи с втулочно-роликовой цепью (рис. 2.19, а) и зубчатой цепью (рис. 2.19, б). Цепные передачи применяются для передачи средних мощностей (не более 150 кВт) между параллельными валами в случаях, когда межосевые расстояния велики для зубчатых передач.

Преимуществами цепных передач являются:

— достаточная быстроходность (20-30 м/с);

— сравнительно большое передаточное число (7 и более);

— возможность передачи движения от одной цепи нескольким звездочкам;

— небольшая нагрузка на валы, т.к. цепная передача не нуждается в предварительном натяжении цепи необходимом для ременной передачи.

Рис. 2.19. Цепные передачи

Рис. 2.20. Механизм управления