Передавальне число одноступінчатої і багатоступінчатої передач

Загальні вказівки методики виконання роботи

 

1. Мета роботи. Вивчити пристрій, види механічних передач, їх достоїнства і недоліки, області застосування. Навчитися проводити кінематичні розрахунки по наведеним схемам і зразкам редукторів.

1.1. Загальні вказівки.

Робота виконується у години, відведені для лабораторних робіт, в аудиторії, під керівництвом викладача або в години, відведені для самостійної роботи.

Перед виконанням лабораторної роботи студенти проходять інструктаж з техніки безпеки і розписуються у журналі.

Результати виконання роботи заносять у зошит для лабораторних робіт, необхідні графічні матеріали виконують акуратно, із застосуванням креслярського інструменту.

Для виконання лабораторної роботи використовуються:

- демонстраційні плакати механічних передач;

- кінематичні схеми, наведені у методичних вказівках;

- зразки редукторів;

- вимірювальні інструменти (штангенциркуль, лінійка);

- креслярські приладдя;

- крейда.

1.2. У звіті про роботу повинні бути наведені:

- короткі відомості про пристрій механічних передач;

- достоїнства і недоліки передач;

- визначення передавального числа механічних передач;

- ескізи механічних передач за завданням;

- ескіз редуктора за завданням;

- кінематичні розрахунки механічних передач.

 

Механічні передачі. Загальні відомості

 

2.1. Під поняттям «передача» розуміють механізми, що служать для передачі механічної енергії на відстань, як правило, зі зміною швидкостей, моментів, а також видів і законів руху.

2.2. Будь-яка механічна передача має вхідну (ведучу) і вихідну (ведену) ланки (елементи) [1-4]. Між ними можуть знаходитися проміжні гнучкі елементи (пас, ланцюг). Ведучий і ведений елементи, між якими відбувається передача руху і механічної енергії прийнято називати ступенем передачі.

2.3. За принципом дії механічні передачі розділяють на дві групи:

- передачі, засновані на використовуванні сил тертя між ведучими і веденими елементами (фрикційні і пасові);

- передачі зачепленням, працюючі в результаті виникнення тиску між елементами взаємодіючих деталей (ланцюгові, зубчасті, черв'ячні).

2.4. За характером зміни швидкості механічні передачі ділять на:

- знижувальні - зменшують швидкість і збільшують обертальний момент на вихідному валу (редуктор);

- підвищувальні - збільшують швидкість і зменшують обертальний момент на вихідному валу (мультиплікатор).

2.5. За характером руху валів розрізняють передачі:

- прості, у яких вали обертаються тільки навколо своїх геометричних осей (рис. 1; 4; 7);

- планетарні, у яких вали і зв'язані з ними деталі обертаються навколо своїх геометричних осей, а також переміщуються у просторі (рис. 8, а).

2.6. За кількістю ступенів, тобто окремих передач, які взаємозв'язані і одночасно беруть участь у перетворенні руху, механічні передачі бувають:

- одноступінчаті;

- багатоступінчаті.

2.7. За конструктивним оформленням передачі можуть бути:

- відкриті, не мають закриваючого їх корпусу;

- закриті, мають загальний корпус.

 

Передавальне число одноступінчатої і багатоступінчатої передач

 

3.1. Всі механічні передачі характеризуються:

- потужністю на вихідному валу;

- швидкохідністю, яка визначається кутовою швидкістю або частотою обертання вихідного валу;

- передавальним числом.

3.2. Прийнято позначати параметри ведучих елементів буквами з індексами непарних цифр (п ₁; w ₃; N ₁; D ₅; z₇), а параметри ведених елементів індексами парних цифр (п ₂; w ₄; N ₂; D ₆; z₈).

3.3. Передавальним числом передачі називають відношення кутової швидкості (частоти обертання) ведучого елементу, до кутової швидкості (частоти обертання) веденого елементу:

(1)

Передавальне число передачі показує, у скільки разів зміниться швидкість.

Відношення кутових швидкостей двох будь-яких валів, незалежно від напряму силового потоку, називають передавальним відношенням. Для визначеності в позначенні передавального відношення індексами показують напрям силового потоку:

і так далі. (2)

3.4. Вибір того або іншого виду передач залежить від конкретних умов роботи приводу і необхідних вимог.

3.5. До числа загальних вимог до механічних передач відносять: надійність і довговічність; простота конструкції; компактність; високий ККД; точність перетворення рухів; безшумність роботи.

3.6. При виборі передачі враховують технологічні вимоги, що пред'являються до машини, наприклад: постійність передавального числа; безступінчате регулювання швидкості; габаритні розміри; вартість і т. і.

3.7. У таблиці 1 наведені орієнтовні значення основних параметрів одноступінчатих передач різних видів в залежності від способу передачі механічної енергії, достоїнств і недоліків конкретних передач.

 

Таблиця 1 - Орієнтовні значення основних параметрів механічних передач

Тип передачі	Передавальне число, u	Передавана потужність, N, кВт	ККД
Фрикційна Пасова Ланцюгова Зубчаста: - циліндрична - конічна - черв'ячна - планетарна	До 10 До 6 До 8   До 6,3 До 5 До 80 До 100	До 20 До 50 До 3000   До 4000 До 4000 До 60 До 5000	0,68…0,88 0,92…0,98 0,90…0,98   0,99 0,92 0,70…0,85 0,60…0,70

 

3.8. Виходячи з конкретних вимог до приводу, досить часто виявляється доцільним, використовуючи позитивні властивості різних передач, створювати передачі комбінованого типу, тобто багатоступінчаті.

3.9. Передавальне число багатоступінчатої механічної передачі визначається:

(3)

де и ₁; и ₂; и_п - передавальне число кожного ступеня.

3.10. Коефіцієнт корисної дії (ККД) одноступінчатої передачі визначається:

(4)

де N ₁і N ₂- відповідно потужність на вхідному і вихідному валах.

3.11. ККД багатоступінчатої передачі визначається:

(5)

де - ККД кожного ступеня.

3.12. Зв'язок між моментами на ведучому і веденому валах виражається залежністю:

(6)

де М ₁і М ₂- відповідно момент на ведучому і веденому валах.

 

Фрикційні передачі

 

Фрикційними називають передачі, яківикористовують для передачі енергії і руху сили тертя, що виникають в місці контакту двох тіл обертання.

Фрикційна передача складається з ведучого і веденого котків і пристроїв, що притискують котки один до одного.

В залежності від взаємного розташування валів фрикційні передачі бувають:

- з паралельними валами (рис. 1, а, б, рис. 2);

- з перетинаючими валами (рис. 1, в).

За формою котків фрикційні передачі розрізняють на:

- циліндричні (рис. 1, а, б; рис. 2);

- конічні (рис. 1, в);

- конусні (рис. 1, е).

За характером зміни швидкості розрізняють фрикційні передачі:

- з умовно постійним передавальним числом (рис. 1, а, б, в, д, е);

- зі змінним передавальним числом, що називаються варіаторами, здійснюючі безступінчате регулювання швидкості (рис. 1, г; рис. 3).

Лобовий фрикційний варіатор (рис. 3) складається з ведучого котка 1, який приводить у рух ведений коток 2. Коток 1 може переміщатися уздовж своєї осі по направляючій шпонці і має радіус R ₁. Оскільки при переміщенні ведучого котка змінюється робочий радіус R ₂ веденого котка, то відбувається плавна зміна передавального числа, а отже і швидкості.

До достоїнств фрикційних передач можна віднести:

- плавність і безшумність роботи;

- простота конструкції;

- можливість безступінчатого регулювання швидкості;

- можливість запобігання механізмів від поломок.

При роботі фрикційних передач можливе прослизання веденого котка щодо ведучого, тому до недоліків передач можна віднести:

- необхідність регулювання притиснення котків;

- великий тиск на вали і опори;

- порівняно низький ККД, h = 0,68..0,88;

- невеликі потужності (до 20 кВт);

- інтенсивне зношування робочих поверхонь котків;

Передавальне число фрикційної передачі визначається:

(7)

де D ₁– діаметр ведучого котка; D ₂ - діаметр веденого котка; e - коефіцієнт ковзання, e =0,005....0,03.

 

 

 

а) б)

 

 

в) г)

 

д) е)

Рисунок 1 – Види фрикційних передач:

а, б – циліндричні з паралельними валами; в – конічна з перетинаючими валами;

г – лобовий варіатор; д – з внутрішнім контактом; е – конусна з паралельними валами

 

 

Рисунок 2 – Циліндрична фрикційна передача:

1 - ведучий коток; 2 - ведений коток

 

 

Рисунок 3 - Лобова фрикційна передача (варіатор):

1 - ведучий коток; 2- ведений коток

У машинобудуванні фрикційні передачі застосовують рідко (фрикційні преси, молоти, лебідки). Частіше всього ці передачі використовують в приладах і апаратах, де потрібна плавність і безшумність роботи, а також безступінчате регулювання швидкості.

 

Пасові передачі

 

Пасові передачі - це механічні передачі, засновані на використовуванні сил тертя з використанням гнучкого проміжного зв'язку між ведучим і веденим елементами – шківами. Для нормальної роботи необхідне попереднє натягнення паса, за рахунок чого виникають сили тертя між пасом і шківами.

Пасові передачі розрізняють за наступними ознаками:

Залежно від розташування валів у просторі розрізняють передачі:

- відкриті, які застосовують при паралельному розташуванні валів і однаковому напрямі обертання ведучого і веденого шківів (рис. 4, а; 5, а);

- перехресні, які застосовують при паралельних валах і протилежному напрямі обертання ведучого і веденого шківів (рис. 4, е, ж; 5, в);

- напівперехресні, які застосовують при валах, що перехрещуються, і однаковому напрямі обертання шківів (рис. 4, з, і; 5, г);

- кутові, які застосовують при перетинаючих валах і однаковому напрямі обертання шківів (рис. 5, б).

Залежно від виду пасів і їх геометричної форми передачі бувають:

- плоскопасові, корисне навантаження передається за рахунок сил тертя внутрішньої поверхні паса прямокутного перетину і зовнішньої поверхні шківів (рис. 4, б; 5, а);

- клинопасові, корисне навантаження передається за рахунок сил тертя між бічними поверхнями паса трапецеїдального перетину і канавок шківа (рис. 4, в; 5, ж, і);

- поліклинові, корисне навантаження передається за рахунок сил тертя між бічними поверхнями клинових виступів плоского паса і канавок шківів (рис. 4, г; 5, к);

- круглопасові, передача корисного навантаження здійснюється за рахунок сил тертя поверхні паса круглого перетину і шківа (рис. 4, д);

- зубчастопасові, у яких працюють зачеплення виступів (зубів) паса і виступів (зубів) шківів (рис. 5, е).

Плоскопасові передачі мають паси малої товщини і в цих передачах можливе застосування шківів найменших діаметрів, передача забезпечує найбільший плавний хід.

 

а)

 

б) в) г) д)

 

 

е) з)

 

ж) і)

 

 

Рисунок 4 - Види пасових передач:

а – схема; б – плоскопасова; в – клинопасова; г - поліклинова; д – круглопасова;

е, ж – перехресна; з, і – напівперехресна;

1 - ведучий шків; 2 - ведений шків; 3 – пас

 

 

 

Рисунок 5 - Пасові передачі:

а – плоскопасова з паралельними валами; б - кутова; в – перехресна;

г – напівперехресна; д - плоскопасова з натяжним роликом;

е – зубчастопасова; ж, і - клинопасова; з - обхват шківа пасом,

к- поліклинова

 

Клинопасові і поліклинові передачі через заклинюючу дію мають велику тягову здатність, у порівнянні з плоскопасовою, вимагають меншого попереднього натягнення паса.

3убчастопасові передачі працюють зачепленням і забезпечують синхронне обертання валів, передають значні потужності.

Передавальне число пасової передачі визначається:

(8)

де D ₁- діаметр ведучого шківа; D ₂– діаметр веденого шківа; e - коефіцієнт ковзання.

Достоїнства пасових передач:

- можливість передачі енергії і руху на значну відстань між ведучим і веденим шківами (до 8 м);

- плавна і безшумна робота;

- простота конструкції і експлуатації;

- можливість передачі руху від одного ведучого шківа декільком веденим шківам;

- здатність оберігати механізми від перевантажень і ушкоджень;

- можливість роботи з великими кутовими швидкостями.

Недоліки пасових передач:

- непостійність передавального числа внаслідок прослизання пасів;

- витягання і знос пасів;

- необхідність постійного спостереження і догляду;

- необхідність попереднього натягнення паса;

- великі габаритні розміри передачі.

Пасові передачі застосовують у всіх галузях машинобудування, коли вали розташовані на значних відстанях, передавана потужність до 50 кВт при швидкості паса 5…100 м/с.

 

Ланцюгові передачі

 

Ланцюгові передачі - це передачі зачепленням з використанням проміжного гнучкого зв'язку - ланцюга, між ведучими і веденими елементами – зірочками.

Окрім перерахованих елементів ланцюгові передачі включають огорожі, натяжні і змащувальні пристрої.

У якості приводних ланцюгів переважно застосовують ланцюги з відносною рухливістю в одній площині:

- втулкові;

- роликові (рис. 6, а, в, г);

- зубчасті (рис. 6, б, е);

- фасонноланкові (рис. 6, ж).

а) б)

 

в) г)

д) е)

ж)

Рисунок 6 - Ланцюгові передачі:

а - загальний вигляд передачі з роликовим ланцюгом; б- загальний вигляд передачі з зубчастим ланцюгом; в - роликовий однорядний ланцюг; г - роликовий чотирирядний ланцюг; д - умовне позначення ланцюгової передачі; е - зубчастий ланцюг;

ж - фасонноланковий ланцюг

Найчастіше використовують однорядні ланцюги (рис. 6, а, в, ж), а при значних навантаженнях застосовують багаторядні ланцюги (рис. 6, б, г, е).

Передавальне число ланцюгової передачі визначають:

(9)

де z ₁- число зубів ведучої зірочки; z ₂- число зубів веденої зірочки.

Достоїнства ланцюгових передач:

- відсутність прослизання;

- принцип зачеплення при передачі руху не вимагає попереднього натягнення ланцюга;

- менше навантаження на вали і опори;

- постійне передавальне число;

- компактність;

- можливість передачі енергії і руху на значні відстані (до 8 м);

- можуть передавати значні потужності;

- мають нагоду передавати рухи від однієї ведучої зірочки декільком веденим з різним напрямом обертання.

Недоліки ланцюгових передач:

- подовження ланцюга внаслідок зносу шарнірів і розтягування пластин,

- великі динамічні навантаження при малому числі зубів зірочки;

- великий шум при високій швидкості ланцюга;

- високі вимоги до точності виготовлення і монтажу;

- необхідність систематичного спостереження, змащування і догляду.

Ланцюгові передачі застосовують при потужностях до 3000 кВт при порівняно високих швидкостях (до 30 м/с). Ланцюгові передачі широко поширені в транспортуючих машинах (конвеєри, транспортери), підйомно-транспортних пристроях, в легких транспортних засобах (велосипеди, мотоцикли), в сільськогосподарському і хімічному машинобудуванні, у верстатобудуванні.

 

Зубчасті передачі

 

Зубчасті передачі - це механічні передачі зачепленням, що передають рух шляхом безпосереднього контакту ведучого і веденого елементів.

Ведучий елемент зубчастої передачі прийнято називати шестірнею, а ведений - зубчастим колесом (елемент менших геометричних розмірів - шестірня, великих - колесо), загальна назва - зубчасті колеса.

Зубчасті передачі класифікують за наступними основними ознаками.

За взаємному розташуванню валів розрізняють передачі:

- з паралельними валами (рис. 7, а, б, в, д);

- з перетинаючими валами (рис. 7, ж, з, і);

- з перехресними валами (рис. 7, е, к).

За геометричною формою шестірень і коліс передачі бувають:

- циліндричні (рис. 7, а, б, в, д, е);

- конічні (рис. 7, ж, з, і, к).

а) б) в) г)

д) е) ж)

з) і) к)

Рисунок 7 - Зубчасті передачі:

а - циліндрична прямозубчаста; б - циліндрична косозубчаста;

в - циліндрична шевронна; г - рейкова; д - з внутрішнім зачепленням;

е - з гвинтовими зуб’ями; ж - конічна прямозубчаста; з - конічна косозубчаста;

і - конічна з круговими зуб’ями; к – гіпоїдна

За розташуванням зубів на поверхні коліс розрізняють передачі:

- прямозубчасті (рис. 7, а, г, д, ж);

- косозубчасті (рис. 7, б, з);

- шевронні (рис. 7, в);

- кругові (рис. 7, і).

Залежно від взаємного розташування коліс розрізняють передачі:

- із зовнішнім зачепленням (рис. 7, а - г, е - к);

- з внутрішнім зачепленням (рис.7, д).

Залежно від характеру руху валів передачі бувають:

- прості, вали обертаються тільки навколо своїх геометричних осей (рис. 7);

- планетарні, вали не тільки обертаються навколо своїх геометричних осей, але і переміщуються у просторі (рис. 8, а).

За конструктивним оформленням розрізняють передачі:

- відкриті, не мають закриваючого їх корпусу;

- напіввідкриті, мають кожух для масляної ванни;

- закриті, мають закриваючий їх корпус.

Передавальне число зубчастої передачі визначається:

(10)

де z ₁- число зубів шестірні, z ₂- число зубів зубчастого колеса.

Достоїнства зубчастих передач:

- високий ККД (до 0,99);

- практично необмежені передавані потужності (до десятків тисяч кВт) і швидкості (до 150 м/с);

- надійність і довговічність;

- малі габарити;

- простота експлуатації;

- постійне передавальне число.

До недоліків зубчастих передач відносять:

- потреба в спеціальному дорогому обладнанні і інструменті для виготовлення передач;

- високі вимоги до точності виготовлення і монтажу;

- неможливість безступінчатого регулювання швидкості;

- шум при високих швидкостях.

Зубчасті передачі застосовують при будь-якому розташуванні валів у просторі, при окружних швидкостях до 150 м/с в механізмах найтонших і точніших приладів, де навантаження вимірюються у частках Н, так і в потужних машинах, де навантаження вимірюються у мільйонах Н (механізмах повороту важких кранів, прокатних станах і т. і.).

 

Черв'ячні передачі

 

Черв'ячні передачі - це зубчасто-гвинтові передачі для передачі руху і енергії між валами, осі яких перехрещуються, як правило під кутом 90° (рис. 8, б, в, г).

Черв'ячна передача складається з черв'яка (гвинта) і черв'ячного колеса. У більшості випадках ведучим є черв'як.

При обертанні черв'яка його витки безперервно ковзають по зуб’ях черв'ячного колеса, як гвинт ковзає по гайці.

Черв'ячні передачі класифікують за наступними ознаками.

За розташуванням черв'яка щодо черв'ячного колеса передачі розрізняють:

- з верхнім розташуванням черв'яка (рис. 8, б);

- з бічним розташуванням черв'яка (рис. 8, в);

- з нижнім розташуванням черв'яка (рис. 8, г).

За виглядом черв'яка черв'ячні передачі розрізняють:

- з циліндричним черв'яком (рис. 8, б, г);

- з глобоїдальним черв'яком (рис. 8, в).

Кінематична схема черв'ячної передачі умовно показана на рис. 8, д.

Передавальне число черв'ячної передачі визначається:

(11)

де - число заходів (гвинтових ліній) черв'яка; - число зубів черв'ячного колеса.

Достоїнства черв'ячних передач:

- можливість отримання великих передавальних чисел при невеликих габаритах;

- плавність і безшумність роботи;

- можливість одержати самогальмівну передачу, тобто передавати рух тільки в одному напрямку (від однозаходного черв'яка до колеса).

Недоліки:

- порівняно низький ККД (0,7....0,85);

- підвищений знос;

- невеликі передавані потужності (до 200 кВт);

- сильний нагрів при тривалій роботі;

- необхідність застосування для вінців черв'ячних коліс дорогих антифрикційних матеріалів (бронза, латунь).

Черв'ячні передачі застосовують в машинах і механізмах, де при невеликих габаритних розмірах необхідно одержати великі передавальні числа, коли необхідне явище самогальмування у вантажопідйомних машинах, автомобілях і верстатобудуванні.

а)

б) в) г)

д)

Рисунок 8 - Передачі зачепленням:

а - планетарна; б - черв'ячна з верхнім циліндричним черв'яком; в - черв'ячна з бічним евольвентним черв'яком; г – черв'ячна з нижнім циліндричним черв'яком; д – кінематична схема черв'ячної передачі з нижнім циліндричним черв'яком