Механические передачи

Механическая передача – механизм, передающий энергию от двигателя к рабочему органу с преобразованием скоростей движения, сил и моментов.
Основные назначения передач:
- реализация больших передаточных чисел;
- регулирование частоты вращения выходного вала;
- обеспечение заданной компоновки машины.

Классификация передач по способу передачи движения
Зубчатые передачи – передача движения осуществляется непосредственным контактом.
Фрикционные передачи – для передачи движения используются силы трения.
Передачи с гибкими связями – для передачи движения на значительные расстояния при цепи или ремня.
Червячные передачи – передача движения между перекрещивающимися валами.

Характеристики передач
Передаточное число – отношение частот вращения входного и выходного валов
Передаваемая мощность - от долей ватта до 100 000 кВт в силовых установках.
Коэффициент полезного действия – величина потерь мощности при передаче движения от одного вала к другому.

1. ФРИКЦИОННЫЕ ПЕРЕДАЧИ
Устройство – состоит из двух катков, прижимаемых друг к другу.
Принцип действия – вращение одного катка благодаря силе трения приводит в движение второй каток. При этом сила трения равна по величине передаваемому окружному усилию.
Передаточное число – от 2 до 25 (несиловые передачи).
Передаваемая мощность – до 300 кВт.

Классификация фрикционных передач
1. Цилиндрические (на рис. слева).
2. Конические (в центре).
3. Лобовые (справа).
4. Вариаторы.
5. Лобовые вариаторы.

Материалы фрикционных передач
Легированные стали (ШХ15, 18ХГТ, 18Х2Н4МА), фибра, текстолит, резина, кожа, специальные фрикционные пластмассы.
Требования к материалам:
- большие модули упругости (для уменьшения проскальзывания);
большие коэффициенты трения (для уменьшения требуемой прижатия);
высокая контактная прочность;
высокая износостойкость.

Достоинства и недостатки фрикционных передач
Достоинства – простота конструкции, бесшумность, равномерность вращения, высокие скорости работы, перегрузки входного вала не передаются на выходной.
Недостатки – необходимость использования прижимных устройств, большие нагрузки на валы и подшипники, проскальзывание и неравномерный износ колес.

2. Зубчатые передачи

Классификация зубчатых передач

1. Цилиндрические передачи
Устройство – состоит из шестерни и колеса, закрепленных на валах, которые установлены в опорах корпуса.
Принцип действия – передача крутящего момента осуществляется вследствие давления зубьев шестерни, входящих в зацепление с зубьями колеса.
Передаточное число – от 1 до 6,3.
Передаваемая мощность – до 65 000 кВт при окружных скоростях до 275 м/с.

Достоинства и недостатки
Достоинства: высокая надежность, компактность, долговечность, низкие нагрузки на валы и подшипники, высокий КПД (0,96…0,99) постоянство передаточного числа, простота обслуживания.
Недостатки: сложность изготовления и высокие требования к точности монтажа, шум при работе на больших скоростях, необходимость в постоянной смазке.

Виды цилиндрических зубчатых передач

Классификация по форме зубьев
Прямозубые (с внешним и внутренним зацеплением).
Косозубые
Шевронные
С внутренним зацеплением
С реечным зацеплением

Классификация по конструктивному исполнению:
Открытые – зубья колес работают без смазки и не защищены от внешней среды. Смазываются пластическими маслами, причиной разрушения есть абразивный износ.
Закрытые – размещены в специальном корпусе, смазывание производится окунанием в масляную ванну. Причина разрушения – срабатывание зубьев.

Прямозубые передачи
Наиболее распространенный тип, который используется при скоростях до 6,3 м/с и не очень больших нагрузках. Зубья в такой передаче входят в контакт сразу по всей длине, поэтому даже незначительные ошибки при изготовлении приводят к деформациям и шуму в процессе работы.

Косозубые передачи
Применяются при высоких скоростях (более 3 м/с) и значительных нагрузках. Зубья расположены под углом к образующей, в зацепление входят постепенно, причем одновременно в зацеплении несколько пар зубьев. Это обеспечивает плавность работы и высокую несущую способность. Недостатком - наличие осевых сил, действующих на валы и колеса.

Шевронные передачи
Применяются для того, чтобы избавиться от действия осевых сил на колеса. Винтовые линии зубьев направлены в противоположные стороны симметрично середины колеса, поэтому осевые силы уравновешиваются в его середине. Производство таких колес значительно труднее и дороже, как следствие, применяются они только в очень ответственных случаях.

С внутренним зацеплением
Частный случай прямозубой цилиндрической передачи, когда зубья нарезаются на внутренней стороне колеса. При тех же достоинствах, что и передачи с внешним зацеплением, характеризуется меньшими габаритными размерами.

Реечное зацепление
Второе колесо имеет радиус, стремящийся к бесконечности. Используется для преобразования поступательного движения во вращательное и наоборот.

2. Конические передачи
Применяются для передачи вращения между пересекающимися валами. Наиболее часто встречаются передачи с углом между осями Σ = 90°, которые называются ортогональными.
Имеют все те же достоинства и недостатки, что и цилиндрические передачи.

Виды конических передач
Прямозубые (рис. а) – работают при невысоких скоростях и нагрузках;
Косозубые (рис. б) – работают при более высоких скоростях и нагрузках;
С криволинейным зубом (рис. в) – более просты в изготовлении, чем косозубые.

3. Гиперболоидные передачи
Применяются для передачи вращения между валами, скрещивающимися в пространстве. Бывают винтовые (рис. а) и гипоидные (рис. б).

3. Передачи с гибкими связями

РЕМЕННЫЕ ПЕРЕДАЧИ

Общие сведения
Назначение – передача вращения между валами, расположенными на значительном расстоянии и при отсутствии требований к постоянству передаточного числа.
Передаточное число – от 2 до 15.
Передаваемая мощность – до 5000 кВт и скорость до 200 м/с (при использовании ремней с повышенными фрикционными свойствами).

Устройство ременной передачи
Состоит из сшитого в кольцо или бесконечного ремня 1, надетого с натяжением на ведущий шкив 2 и ведомый шкив 3.

Принцип действия
ременной передачи
За счет сил трения, возникающих в пределах дуги обхвата с ведущим шкивом, ремень вовлекается в движение и передает мощность на ведомый шкив за счет трения между ними. Натяжения создается натяжным устройством 4.
Увеличение угла обхвата достигается с помощью специальных устройств, а увеличение коэффициента трения – применением клиновых ремней.

Классификация по размещению валов
Открытая – параллель-ные валы с одинаковым направлением вращения.
Перекрестная – парал-лельные валы с противо-положным направлением вращения.
Полуперекрестная – между перекрещиваю-щимися валами.
Многошкивная с натяжным роликом – между несколькими параллельными валами.

Материалы ременных передач
Прорезиненные, хлопчатобумажные, кожаные и шерстяные тканые ремни, шкивы из чугуна СЧ 15, алюминиевых сплавов и пластмасс.
Требования к материалам ремней:
- высокая тяговая способность;
достаточная долговечность;
высокая усталостная прочность;
невысокая стоимость.

Достоинства и недостатки ременных передач
Достоинства – простота конструкции, низкая начальная стоимость, плавность и безударность работы, предохранение от перегрузки, передача движения на большие расстояния.
Недостатки – значительные габаритные размеры, проскальзывание ремня, большие нагрузки на валы и подшипники, низкая долговечность ремня (не более 5000 часов).

ЦЕПНЫЕ ПЕРЕДАЧИ

Общие сведения
Назначение – передача вращения между валами, расположенными на значительном расстоянии при необходимости постоянства передаточного числа.
Передаточное число – не более 10 (наиболее рациональное – и = 4).
Передаваемая мощность – до 100 кВт и скорость до 15 м/с.

Устройство цепной передачи
В простейшем случае состоит из цепи 3 и двух звездочек – ведущей 1 и ведомой 2. Может иметь корпус, натяжное устройство, приспособление для смазки, несколько выходных звездочек.

Классификация цепей
Грузовые – для подвешивания, поднятия и опускания грузов.
Тяговые – для перемещения грузов в транспортирующих машинах (конвейерах).
Приводные – для передачи механической энергии от одного вала к другому в цепных передачах.

Достоинства и недостатки цепных передач
Достоинства – отсутствие скольжения цепи, высокий КПД, возможность передачи вращения на расстояние до 5 м, меньшая нагрузка на валы и подшипники, чем в ременной передаче.
Недостатки – шум цепи в процессе работы, неравномерность вращения ведомого вала, необходимость точного монтажа, достаточно высокая стоимость.

ЧЕРВЯЧНЫЕ ПЕРЕДАЧИ

Классификация червячных передач
С цилиндрическим (архимедовым) червяком –
С глобоидным червяком –